Cation ammonium quaternaire - Quaternary ammonium cation

Cation ammonium quaternaire. Les groupes R peuvent être des groupes alkyle ou aryle identiques ou différents. De plus, les groupes R peuvent être connectés.

Les cations ammonium quaternaire , également appelés quats , sont des ions polyatomiques chargés positivement de structure NR+
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, R étant un groupe alkyle ou un groupe aryle . Contrairement à l' ion ammonium ( NH+
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) Et les sels d' ammonium primaires, secondaires ou tertiaires , des cations , les quaternaires cations ammonium sont en permanence chargés, indépendamment du pH de leur solution. Les sels d'ammonium quaternaire ou les composés d'ammonium quaternaire (appelés amines quaternaires dans le langage des champs pétrolifères ) sont des sels de cations d'ammonium quaternaire. Les polyquats sont une variété de formes de polymères modifiées qui fournissent plusieurs molécules de quat au sein d'une molécule plus grosse.

Vue "de dessus" d'une vue de Bu 4 N + telle que déterminée par cristallographie aux rayons X .
Vue "de côté" de Bu 4 N + tel que déterminé par cristallographie aux rayons X.

Synthèse

Les composés d'ammonium quaternaire sont préparés par l' alkylation d' amines tertiaires avec un halocarbure . Dans la littérature plus ancienne, cela est souvent appelé réaction de Menshutkin , mais les chimistes modernes l'appellent généralement simplement quaternisation . La réaction peut être utilisée pour produire un composé avec des longueurs de chaîne alkyle inégales ; par exemple, lors de la fabrication de tensioactifs cationiques, l' un des groupes alkyle sur l'aminé est typiquement plus long que les autres. Une synthèse typique est celle du chlorure de benzalkonium à partir d'une alkyldiméthylamine à longue chaîne et du chlorure de benzyle :

CH 3 (CH 2 ) n N(CH 3 ) 2 + ClCH 2 C 6 H 5 → [CH 3 (CH 2 ) n N(CH 3 ) 2 CH 2 C 6 H 5 ] + Cl

Réactions

Les cations d'ammonium quaternaire ne sont pas réactifs vis-à-vis des électrophiles , des oxydants et des acides , même puissants . Ils sont également stables vis-à-vis de la plupart des nucléophiles . Ce dernier est indiqué par la stabilité des sels d' hydroxyde tels que l'hydroxyde de tétraméthylammonium et l'hydroxyde de tétrabutylammonium même à des températures élevées. La demi-vie de Me 4 NOH dans 6M NaOH à 160 °C est > 61 h.

En raison de leur résilience, de nombreux anions inhabituels ont été isolés sous forme de sels d'ammonium quaternaire. Les exemples incluent le pentafluoroxénate de tétraméthylammonium , contenant le pentafluoroxénate hautement réactif ( XeF
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) ion. Le permanganate peut être solubilisé dans des solvants organiques , lorsqu'il est utilisé comme N Bu+
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sel.

Avec des bases exceptionnellement fortes, les cations quat se dégradent. Ils subissent un réarrangement de Sommelet-Hauser et un réarrangement de Stevens , ainsi qu'une désalkylation dans des conditions difficiles ou en présence de nucléophiles puissants, comme les thiolates. Les cations ammonium quaternaire contenant des unités N–C–C–H peuvent également subir l' élimination de Hofmann et la dégradation Emde .

Le chlorure de benzalkonium est un type courant de sel de quat utilisé comme biocide , tensioactif cationique et agent de transfert de phase . Les ADBAC sont un mélange de chlorures d'alkylbenzyldiméthylammonium, dans lesquels le groupe alkyle a diverses longueurs de chaîne alkyle paires.

Applications

Les sels d'ammonium quaternaire sont utilisés comme désinfectants , tensioactifs , assouplissants et comme agents antistatiques (par exemple dans les shampooings ). Dans les assouplissants textiles liquides , les sels de chlorure sont souvent utilisés. Dans sèche anticling bandes, les sulfates de sels sont souvent utilisés. Les condensateurs électrolytiques à l' aluminium plus anciens et les gelées spermicides contiennent également des sels d'ammonium quaternaire.

Comme antimicrobiens

Il a également été démontré que les composés d'ammonium quaternaire ont une activité antimicrobienne. Certains composés d'ammonium quaternaire, en particulier ceux contenant de longues chaînes alkyle, sont utilisés comme antimicrobiens et désinfectants . Des exemples sont le chlorure de benzalkonium , le chlorure de benzéthonium, le chlorure de méthylbenzéthonium, le chlorure de cétalkonium , le chlorure de cétylpyridinium , le cétrimonium , le cétrimide , le chlorure de dofanium, le bromure de tétraéthylammonium , le chlorure de didécyldiméthylammonium et le bromure de domiphen. Également efficaces contre les champignons , les amibes et les virus enveloppés , les composés d'ammonium quaternaire sont censés agir en perturbant la membrane cellulaire ou l'enveloppe virale . Les composés d'ammonium quaternaire sont mortels pour une grande variété d'organismes, à l'exception des endospores , de Mycobacterium tuberculosis et des virus non enveloppés .

Les composés d'ammonium quaternaire sont des détergents cationiques , ainsi que des désinfectants , et en tant que tels peuvent être utilisés pour éliminer les matières organiques. Ils sont très efficaces en combinaison avec des phénols . Les composés d'ammonium quaternaire sont désactivés par les détergents anioniques (y compris les savons courants). En outre, ils fonctionnent mieux dans les eaux douces . Les niveaux efficaces sont à 200 ppm. Ils sont efficaces à des températures allant jusqu'à 100 °C (212 °F).

Les sels d'ammonium quaternaire sont couramment utilisés dans l' industrie de la restauration comme agents désinfectants.

Catalyseurs de transfert de phase

En chimie organique, les sels d'ammonium quaternaire sont utilisés comme catalyseurs de transfert de phase (PTC). De tels catalyseurs accélèrent les réactions entre les réactifs dissous dans des solvants non miscibles. Le réactif hautement réactif dichlorocarbène est généré via PTC par réaction de chloroforme et d'hydroxyde de sodium aqueux .

Les résines échangeuses d'anions , sous forme de billes, contiennent des ions ammonium quaternaire liés à un polymère.

Assouplissants textiles et après-shampooings

Dans les années 1950, le chlorure de distéaryldiméthylammonium (DHTDMAC) a été introduit comme assouplissant textile . Ce composé a été abandonné car le cation se biodégrade trop lentement. Les assouplissants textiles contemporains sont basés sur des sels de cations d'ammonium quaternaire où l'acide gras est lié au centre quaternaire via des liaisons ester ; ceux-ci sont communément appelés esters de bétaïne ou ester-quats et sont susceptibles de se dégrader, par exemple par hydrolyse . De manière caractéristique, les cations contiennent une ou deux longues chaînes alkyle dérivées d'acides gras liées à un sel d'ammonium éthoxylé . D'autres composés cationiques peuvent être dérivés d' imidazolium , de guanidinium , de sels d'amine substituée ou de sels d' alcoxy ammonium quaternaire.

Les qualités antistatiques qui rendent les sels d'ammonium quaternaire utiles comme assouplissants textiles les rendent également utiles dans les après - shampooings et les shampooings . L'idée a été lancée par Henkel avec un brevet de 1984. Les exemples incluent le chlorure de cétrimonium et le chlorure de behentrimonium .

retardateurs de croissance des plantes

Cycocel ( chlormequat chlorure) réduit la hauteur des plantes en inhibant la production de gibbérellines , les principales hormones végétales responsables de l'élongation cellulaire. Par conséquent, leurs effets sont principalement sur les tissus des tiges, des pétioles et des tiges florales. Des effets moindres sont observés dans les réductions de l'expansion des feuilles, résultant en des feuilles plus épaisses avec une couleur verte plus foncée.

Occurrence naturelle

La glycine bétaïne , présente dans les osmolytes , stabilise la pression osmotique dans les cellules.

La glycine bétaïne est un cation ammonium quaternaire d'origine naturelle. Son produit de dégradation, la triméthylamine , est responsable de l'odeur du poisson avarié.
La choline est un composé quat.

La choline est un précurseur du neurotransmetteur acétylcholine . La choline est également un constituant de la lécithine , qui est présente dans de nombreuses plantes et organes animaux. On le trouve dans les phospholipides . Par exemple, les phosphatidylcholines , un composant majeur des membranes biologiques , sont un membre du groupe des lécithines de substances grasses dans les tissus animaux et végétaux.

La carnitine participe à la bêta-oxydation des acides gras.

1-Oléoyl-2-palmitoyl-phosphatidylcholine

Effets sur la santé

Les composés d'ammonium quaternaire peuvent présenter une gamme d'effets sur la santé, parmi lesquels une légère irritation de la peau et des voies respiratoires jusqu'à de graves brûlures caustiques sur la peau et la paroi gastro - intestinale (selon la concentration), des symptômes gastro-intestinaux (par exemple, des nausées et des vomissements), un coma, des convulsions, hypotension et mort.

On pense qu'ils sont le groupe chimique responsable des réactions anaphylactiques qui surviennent lors de l'utilisation de médicaments bloquants neuromusculaires pendant l'anesthésie générale en chirurgie . Le Quaternium-15 est la cause unique la plus souvent retrouvée de dermatite allergique de contact des mains (16,5% dans 959 cas)

Effets possibles sur la reproduction chez les animaux de laboratoire

Les désinfectants à base d'ammonium quaternaire (Virex et Quatricide) ont été provisoirement identifiés comme la cause la plus probable des augmentations des anomalies congénitales et des problèmes de fertilité chez les souris de laboratoire en cage. Les ingrédients quat contenus dans les désinfectants comprennent le chlorure d'alkyl diméthyl benzyl ammonium (ADBAC) et le chlorure de didécyl diméthyl ammonium (DDAC). Un lien similaire a été provisoirement identifié chez les infirmières. Les études contredisent les données toxicologiques antérieures examinées par l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (US EPA) et la Commission européenne.

Quantification

La quantification des composés d'ammonium quaternaire dans des échantillons environnementaux et biologiques est problématique en utilisant des techniques de chromatographie conventionnelles car les composés sont très solubles dans l'eau. En les analysant par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem, il s'est avéré qu'ils suivent une règle d'exception. Dans des conditions standard d' ionisation électrospray (ESI), les composés d'ammonium mono- et di-quaternaire forment des ions moléculaires avec la formule de m q/z q plutôt que m + z/z. Formation dem q/2est observé pour les composés d'ammonium di-quaternaire (comme le diquat ) comme ion précurseur etm q/1comme ion produit en raison de la perte d'une des charges quaternaires au cours de la CID. Dans les composés d'ammonium di-quaternaire, ce processus peut également entraîner la formation d'ions fragments avec une masse plus élevée par rapport à leur ion précurseur. Il a été rapporté que la séparation par chromatographie liquide par interaction hydrophile démontre une séparation réussie des composés d'ammonium quaternaire pour leur quantification en ESI-MS/MS avec une plus grande précision.

Voir également

Les références

Liens externes