Azani

Gli azani^[1]^[2] sono composti binari saturi e aciclici dell'azoto trivalente con l'idrogeno.^[3] Consistono infatti di catene di atomi di azoto uniti tra loro da legami singoli e che completano le valenze rimanenti con atomi di idrogeno, non diversamente dalla formazione degli alcani da carbonio e idrogeno. Quindi, gli azani sono idruri di azoto^[4] e comprendono una serie omologa di composti inorganici aventi formula chimica generale N_nH_n+2.^[3]

Conformemente alla definizione, ciascun atomo di azoto forma tre legami (legami N-H e N-N), e ciascun atomo di idrogeno è unito a un atomo di azoto (legami H-N). Una catena di atomi di azoto (N-N-N ... -N) collegati costituiscono lo scheletro di azoto della molecola.^[2] Il numero atomi di azoto viene utilizzato per definire la dimensione dell'azano.

L'azano più semplice possibile (la molecola capostipite) è l'ammoniaca, NH₃. Il secondo, il diazano, è la nota idrazina H₂N-NH₂. Non ci sono limiti formali al numero di atomi di azoto che si possono collegare tra di loro, sebbene la stabilità dei composti risultanti limiti fortemente e rapidamente la lunghezza delle catene e questo a marcata differenza da quanto avviene per gli alcani in chimica organica.^[1]

Classificazione della struttura

Gli azani possono essere:

Lineari (formula generale N_nH_{n + 2}) in cui gli atomi di azoto sono uniti in un'unica catena.
Ramificati (formula generale N_nH_{n + 2}, n > 3) in cui lo scheletro di azoto si divide in due o più rami.

Secondo la definizione IUPAC, gli analoghi composti ciclici vengono detti cicloazani ed hanno formula generale N_nH_n, con n > 2, in cui la catena di atomi di azoto è collegata in modo da formare un anello. I composti binari di H e N saturi possono essere pure una combinazione della struttura lineare, ciclica (anche policiclica), e ramificata.

Isomeria

Gli azani con più di tre atomi di azoto possono essere disposti in modi diversi, formando isomeri strutturali. Il più semplice isomero è quello di atomi azoto disposti in una catena singola senza rami. Questo isomero è detto n-isomero (n per "normale", anche se non è sempre il più comune). Tuttavia la catena di atomi di azoto può anche essere ramificata su uno o più punti. Il numero di possibili isomeri incrementa rapidamente al crescere degli atomi di azoto.

A causa della bassa energia di inversione ad ombrello degli atomi di azoto, gli azani ramificati non sostituiti non possono mostrare chiralità.

Nomenclatura

La nomenclatura IUPAC ha una denominazione sistematica dei composti dell'azoto mediante l'identificazione delle catene di azoto, in analogia alla nomenclatura degli alcani.

Gli idruri di azoto saturi e non saturi sono denominati con un prefisso numerico greco per il numero di atomi azoto e il suffisso "-azano" per quelli saturi, o "-azene" per quelli con legami doppi.^[5]

Azani a molecola lineare

Gli azani a catena lineare sono indicati pure con un prefisso n- (per normale) quando esistono isomeri non-lineari. Sebbene non sia strettamente necessario, l'uso di premettere la n- al nome è comune nei casi in cui vi è una differenza importante nelle proprietà tra l'isomero lineare e gli isomeri a catena ramificata.

I primi membri della serie (in ordine del numero atomi di azoto) sono denominati come segue:

azano^[6] (ammoniaca), NH₃ - 1 atomo N e 3 atomi H

diazano^[7] (idrazina), N₂H₄ - 2 atomi N e 4 atomi H

triazano,^[7] N₃H₅ - 3 atomi N e 5 atomi H

tetrazano,^[7] N₄H₆ - 4 atomi N e 6 atomi H

(mono) azano
Diazano
Triazano
Tetrazano

Gli azani, a partire dal secondo, sono denominati premettendo l'appropriato prefisso numerico greco ad azano. Quindi, diazano, N₂H₄; triazano, N₃H₅; tetrazano o tetraazano, N₄H₆; pentazano o pentaazano, N₅H₇; esazano o esaazano, N₆H₈; etc. Il prefisso è generalmente greco, con l'eccezione di nonaazano che ha un prefisso Latino, undecaazano e tridecaazano che hanno un prefisso a lingua-mista.

Idruri di azoto con doppio legame (Azeni) a molecola lineare

In analogia agli alcheni in chimica organica, si usa denominare azeni gli idruri di azoto a catena-lineare contenenti un doppio legame; anch'essi sono indicati con un prefisso n- (per normale) quando esistono isomeri non-lineari.

I primi membri della serie (in ordine del numero atomi di azoto) sono denominati come segue:

diazene, N₂H₂ - 2 atomo N e 2 atomi H

triazene, N₃H₃ - 3 atomi N e 3 atomi H

tetrazene, N₄H₄ - 4 atomi N e 4 atomi H

pentazene, N₅H₅ - 5 atomi N e 5 atomi H

Diazene
Triazene
Tetrazene
Pentazene

Pericoli

L'ammoniaca è esplosiva quando mista con aria (15 – 25%). Anche altri azani possono formare miscele esplosive con l'aria. Gli azani liquidi più leggeri sono altamente infiammabili; questo rischio aumenta con la lunghezza della catena dell'azoto. L'ammoniaca è più leggera dell'aria, ed ha possibilità di accumulo sui soffitti.

Organoazani

Gli organoazani sono un gruppo di composti chimici derivati da azani contenenti uno o più gruppi organici. Sono un sottoinsieme della classe generale dei composti organoazoto, anche se la distinzione non è spesso fatta. Quindi le ammine, le alchil- o aril- idrazine sono un sottoinsieme degli organoazani, i primi derivati dall'ammoniaca, i secondi dall'idrazina.

In aggiunta alle ammine e alle idrazine, i composti organoazoto (categoria più generale) includono pure composti come, idrazoni, immine, nitrili.

Sono note molte idrazine sostituite da radicali organici, e diverse si trovano in natura. Esempi sono:

Monometilidrazina,CH₃(NH)NH₂, dove un atomo H della molecola idrazina viene sostituito con un gruppo metile (CH₃). A causa della simmetria della molecola di idrazina, non importa quale atomo di idrogeno viene sostituito. A volte è usato come carburante per missili.
1,1-dimetilidrazina, H₂NN(CH₃)₂, (detta pure UDMH-unsymmetrical dimethylhydrazine) e 1,2-dimetilidrazina,(CH₃NH)₂, (detta pure SDMH-symmetrical dimethylhydrazine) sono idrazine dove due atomi H sono sostituiti da gruppi metilici. L'UDMH è più facile da produrre rispetto alla SDMH e l'UDMH è un carburante per razzi abbastanza comune.
Gyromitrina e agaritina sono derivati dell'idrazina trovati nelle specie di funghi Agaricus bisporus prodotte commercialmente. La gyromitrina viene metabolizzata in monometilidrazina.
Isoniazide, iproniazide, idralazina, e fenelzina sono farmaci le cui molecole contengono strutture derivate dall'idrazina.
2,4-dinitrofenilidrazina (abbreviato: 2,4-DNPH) è comunemente usata per testare chetoni e aldeidi in chimica organica e chimica clinica.
Fenilidrazina, C₆H₅NHNH₂, la prima organoidrazina che venne isolata.

Idruri di azoto correlati e derivati

Relativi agli azani sono una serie omologa di gruppi funzionali, catene laterali, o radicali con la formula chimica generale -N_nH_n+1. Esempi sono l'azanile (-NH₂) e l'idrazinile o diazanile (-N₂H₃). Questi gruppi sono generalmente abbreviati con i simboli -N, -N2 ... -Nn.

Note

^ ^a ^b (EN) Owen T. O’Sullivan e Michael J. Zdilla, Properties and Promise of Catenated Nitrogen Systems As High-Energy-Density Materials, in Chemical Reviews, vol. 120, n. 12, 24 giugno 2020, pp. 5682–5744, DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00804. URL consultato il 13 aprile 2024.
^ ^a ^b (EN) Hongbo Wang, Mikhail I. Eremets e Ivan Troyan, Nitrogen Backbone Oligomers, in Scientific Reports, vol. 5, n. 1, 19 agosto 2015, pp. 13239, DOI:10.1038/srep13239. URL consultato il 13 aprile 2024.
^ ^a ^b The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), IUPAC - azanes (A00553), su goldbook.iupac.org. URL consultato il 13 aprile 2024.
^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 426, ISBN 0-7506-3365-4.
^ Nota che "-azino", che viene usato per quelli con triplo legame, è assente perché l'unico membro della serie, N₂, non è, ovviamente, un idruro di azoto.
^ Catherine E. Housecroft e Alan G. Sharpe, Inorganic chemistry, 3. ed, Pearson Prentice Hall, 2008, p. 444, ISBN 978-0-13-175553-6.
^ ^a ^b ^c Egon Wiberg, Nils Wiberg e A. F. Holleman, Anorganische Chemie, 103. Auflage, De Gruyter, 2017, p. 748, ISBN 978-3-11-026932-1, OCLC 970042787. URL consultato il 13 aprile 2024.

Bibliografia

A. Earnshaw, Norman Greenwood, Chemistry of the Elements, Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.

Collegamenti esterni

IUPAC Gold Book Definizione

Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia

[:0-1] (EN) Owen T. O’Sullivan e Michael J. Zdilla, Properties and Promise of Catenated Nitrogen Systems As High-Energy-Density Materials, in Chemical Reviews, vol. 120, n. 12, 24 giugno 2020, pp. 5682–5744, DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00804. URL consultato il 13 aprile 2024.

[:1-2] (EN) Hongbo Wang, Mikhail I. Eremets e Ivan Troyan, Nitrogen Backbone Oligomers, in Scientific Reports, vol. 5, n. 1, 19 agosto 2015, pp. 13239, DOI:10.1038/srep13239. URL consultato il 13 aprile 2024.

[:2-3] The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), IUPAC - azanes (A00553), su goldbook.iupac.org. URL consultato il 13 aprile 2024.

[4] N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 426, ISBN 0-7506-3365-4.

[5] Nota che "-azino", che viene usato per quelli con triplo legame, è assente perché l'unico membro della serie, N₂, non è, ovviamente, un idruro di azoto.

[6] Catherine E. Housecroft e Alan G. Sharpe, Inorganic chemistry, 3. ed, Pearson Prentice Hall, 2008, p. 444, ISBN 978-0-13-175553-6.

[:3-7] Egon Wiberg, Nils Wiberg e A. F. Holleman, Anorganische Chemie, 103. Auflage, De Gruyter, 2017, p. 748, ISBN 978-3-11-026932-1, OCLC 970042787. URL consultato il 13 aprile 2024.

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