Carbamato - Carbamate
Um carbamato é uma categoria de compostos orgânicos que é formalmente derivado do ácido carbâmico (NH 2 COOH). O termo inclui compostos orgânicos (por exemplo, o éster etil carbamato ), formalmente obtido pela substituição de um ou mais dos átomos de hidrogênio por outros grupos funcionais orgânicos ; bem como sais com o ânion carbamato H
2NCOO-
(por exemplo, carbamato de amônio ).
Polímeros cujas unidades são unidas por grupos carbamatos divalentes –NH– (C = O) –O– são uma importante família de plásticos , os poliuretanos .
Propriedades
Embora os ácidos carbâmicos sejam instáveis, muitos carbamatos ( covalentes ou iônicos ) são estáveis e bem conhecidos.
Equilíbrio com carbonato e bicarbonato
Em soluções de água, o ânion carbamato lentamente se equilibra com o NH de amônio +
4cátion e o carbonato CO2−
3ou bicarbonato HCO-
3 ânions:
-
H
2NCOO-
+ 2 H
2O ↔ NH+
4+ HCO-
3+ HO-
- 2 H
2NCOO-
+ 2 H
2O ↔ 2 NH+
4+ 2 CO2−
3
O carbamato de cálcio é solúvel em água, enquanto o carbonato de cálcio não é. Adicionar um sal de cálcio a uma solução de carbamato / carbonato de amônio precipitará algum carbonato de cálcio imediatamente e, em seguida, precipitará lentamente um pouco mais à medida que o carbamato se converte.
Síntese
Carbamato de amônio
O sal carbamato de amônio é gerado por tratamento de amônia com dióxido de carbono :
- 2 NH 3 + CO 2 → NH 4 [H 2 NCO 2 ]
Carbamatos covalentes
Os carbamatos também surgem por meio da alcoólise de cloroformamidas :
- R 2 NC (O) Cl + R'OH → R 2 NCO 2 R '+ HCl
Alternativamente, os carbamatos podem ser formados a partir de cloroformatos e aminas :
- R'OC (O) Cl + R 2 NH → R 2 NCO 2 R '+ HCl
Os carbamatos podem ser formados a partir do rearranjo de Curtius , onde os isocianatos formados reagem com um álcool.
- RCON 3 → RNCO + N 2
- RNCO + R′OH → RNHCO 2 R ′
Ocorrência natural
Na natureza, o dióxido de carbono pode ligar-se a grupos amina neutros para formar um carbamato, esta modificação pós-tradução é conhecida como carbamilação. Esta modificação é conhecida por ocorrer em várias proteínas importantes; veja os exemplos abaixo.
Hemoglobina
Os grupos amino N-terminais de resíduos de valina nas cadeias α e β da desoxihemoglobina existem como carbamatos. Eles ajudam a estabilizar a proteína quando ela se torna desoxihemoglobina e aumentam a probabilidade de liberação das moléculas de oxigênio restantes ligadas à proteína. Este efeito estabilizador não deve ser confundido com o efeito Bohr (um efeito indireto causado pelo dióxido de carbono).
Urease e fosfotriesterase
Os grupos ε-amino dos resíduos de lisina na urease e na fosfotriesterase também apresentam carbamato. O carbamato derivado do aminoimidazol é um intermediário na biossíntese da inosina . O fosfato de carbamoil é gerado a partir de carboxifosfato em vez de CO 2 .
Captura de CO 2 pela ribulose 1,5-bisfosfato carboxilase
Talvez o carbamato mais importante seja aquele envolvido na captura de CO 2 pelas plantas. Este processo é necessário para o seu crescimento. A enzima ribulose 1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase (RuBisCO) fixa uma molécula de dióxido de carbono como fosfoglicerato no ciclo de Calvin . No sítio ativo da enzima, um íon Mg 2+ é ligado aos resíduos de glutamato e aspartato , bem como a um carbamato de lisina. O carbamato é formado quando uma cadeia lateral de lisina sem carga próxima ao íon reage com uma molécula de dióxido de carbono do ar ( não a molécula de dióxido de carbono do substrato), que então a torna carregada e, portanto, capaz de se ligar ao íon Mg 2+ .
Formulários
Síntese de ureia
O carbamato de amônio salino é produzido em grande escala como um intermediário na produção da ureia química commodity a partir da amônia e do dióxido de carbono .
Plásticos de poliuretano
Os poliuretanos contêm vários grupos carbamato como parte de sua estrutura. O "uretano" no nome "poliuretano" refere-se a estes grupos carbamato; o termo "ligações de uretano" descreve como os carbamatos se polimerizam . Em contraste, a substância comumente chamada de "uretano", carbamato de etila , não é um componente de poliuretanos, nem é usada em sua fabricação. Os uretanos são geralmente formados pela reação de um álcool com um isocianato . Comumente, os uretanos produzidos por uma rota sem isocianato são chamados de carbamatos .
Os polímeros de poliuretano têm uma ampla gama de propriedades e estão disponíveis comercialmente como espumas, elastômeros e sólidos. Normalmente, os polímeros de poliuretano são feitos combinando diisocianatos, por exemplo, diisocianato de tolueno e dióis , onde os grupos carbamato são formados pela reação dos álcoois com os isocianatos :
- RN = C = O + R′OH → RNHC (O) OR ′
Inseticidas carbamatos
Os chamados inseticidas carbamato apresentam o grupo funcional éster carbamato. Incluídos neste grupo estão aldicarbe ( Temik ), carbofurano (Furadan), carbaril (Sevin), etienocarbe , fenobucarbe , oxamil e metomil . Esses inseticidas matam insetos pela inativação reversível da enzima acetilcolinesterase ( modo de ação IRAC 1a). Os pesticidas organofosforados também inibem essa enzima, embora de forma irreversível, e causam uma forma mais grave de envenenamento colinérgico (o semelhante IRAC MoA 1b).
O fenoxicarbe tem um grupo carbamato, mas atua como um imitador do hormônio juvenil , em vez de inativar a acetilcolinesterase.
O repelente de insetos icaridina é um carbamato substituído.
Agentes nervosos carbamatos
Embora os inibidores de carbamato acetilcolinesterase sejam comumente referidos como "inseticidas carbamato" devido à sua geralmente alta seletividade para enzimas acetilcolinesterase de inseto em relação às versões de mamíferos, os compostos mais potentes, como aldicarbe e carbofurano ainda são capazes de inibir as enzimas acetilcolinesterase de mamíferos em concentrações baixas o suficiente. que representam um risco significativo de envenenamento para os humanos, especialmente quando usados em grandes quantidades para aplicações agrícolas. Outros inibidores de acetilcolinesterase à base de carbamato são conhecidos com toxicidade ainda maior para humanos, e alguns, como T-1123 e EA-3990, foram investigados para uso militar potencial como agentes nervosos . No entanto, uma vez que todos os compostos deste tipo têm um grupo de amônio quaternário com uma carga positiva permanente, eles têm penetração pobre na barreira hematoencefálica e também são estáveis apenas como sais cristalinos ou soluções aquosas e, portanto, não foram considerados como tendo propriedades adequadas para armaização.
Conservantes e cosméticos
Butilcarbamato de iodopropinila é um conservante para madeira e tintas usado em cosméticos.
Pesquisa química
Alguns dos grupos de proteção de amina mais comuns, como BOC , FMOC , Cbz e troc são carbamatos.
Medicina
Carbamato de etila
O uretano ( carbamato de etila ) já foi produzido comercialmente nos Estados Unidos como agente quimioterápico e para outros fins medicinais. Foi considerado tóxico e ineficaz. Ocasionalmente, é usado como medicamento veterinário.
Drogas carbamato
Além disso, alguns carbamatos são utilizados na farmacoterapia humana , por exemplo, os inibidores da acetilcolinesterase neostigmina e rivastigmina , cuja estrutura química é baseada no alcalóide natural fisostigmina . Outros exemplos são o meprobamato e seus derivados como carisoprodol , felbamato , mebutamato e tibamato , uma classe de drogas ansiolíticas e relaxantes musculares amplamente utilizadas na década de 1960 antes do surgimento dos benzodiazepínicos, e ainda hoje em dia em alguns casos. O carbacol é usado principalmente para vários fins oftálmicos.
O inibidor da protease darunavir para o tratamento do HIV também contém um grupo funcional carbamato.
O efedroxano também se ajusta ao molde que vem deste grupo.
Toxicidade
Além de inibir a acetilcolinesterase humana (embora em menor grau do que a enzima do inseto), os inseticidas carbamatos também têm como alvo os receptores de melatonina humanos.
Análogos de enxofre
Existem dois átomos de oxigênio em um carbamato ( 1 ), ROC (= O) NR 2 , e um ou ambos podem ser substituídos conceitualmente por enxofre . Análogos de carbamatos com apenas um dos oxigênios substituído por enxofre são chamados de tiocarbamatos ( 2 e 3 ). Os carbamatos com ambos os oxigênios substituídos por enxofre são chamados ditiocarbamatos ( 4 ), RSC (= S) NR 2 .
Existem dois tipos diferentes de tiocarbamato estruturalmente isomérico :
- O- tiocarbamatos ( 2 ), ROC (= S) NR 2 , onde o grupo carbonil (C = O) é substituído por um grupo tiocarbonil (C = S)
- S- tiocarbamatos ( 3 ), RSC (= O) NR 2 , onde o grupo R – O– é substituído por um grupo R – S–
O- tiocarbamatos podem isomerizar em S- tiocarbamatos, por exemplo, no rearranjo de Newman-Kwart .