Carbamate - Carbamate
Un carbamate est une catégorie de composés organiques formellement dérivés de l'acide carbamique (NH 2 COOH). Le terme inclut les composés organiques (par exemple, l' ester carbamate d'éthyle ), formellement obtenus en remplaçant un ou plusieurs des atomes d' hydrogène par d'autres groupes fonctionnels organiques ; ainsi que des sels avec l' anion carbamate H
2NCOO−
(par exemple carbamate d'ammonium ).
Les polymères dont les motifs sont reliés par des groupes carbamate divalents –NH–(C=O)–O– constituent une importante famille de plastiques , les polyuréthanes .
Propriétés
Alors que les acides carbamiques sont instables, de nombreux carbamates ( covalents ou ioniques ) sont stables et bien connus.
Équilibre avec carbonate et bicarbonate
Dans les solutions aqueuses, l'anion carbamate s'équilibre lentement avec l' ammonium NH+
4cation et le carbonate CO2−
3ou bicarbonate HCO−
3 anions :
-
H
2NCOO−
+ 2H
2O ↔ NH+
4+ HCO−
3+ HO−
- 2 heures
2NCOO−
+ 2H
2O 2 NH+
4+ 2 CO2−
3
Le carbamate de calcium est soluble dans l'eau, contrairement au carbonate de calcium . L'ajout d'un sel de calcium à une solution de carbamate/carbonate d'ammonium précipitera immédiatement du carbonate de calcium, puis précipitera lentement un peu plus à mesure que le carbamate se convertit.
Synthèse
Carbamate d'ammonium
Le sel carbamate d'ammonium est généré par traitement de l' ammoniac avec du dioxyde de carbone :
- 2 NH 3 + CO 2 → NH 4 [H 2 NCO 2 ]
Carbamates covalents
Les carbamates sont également issus de l'alcoolyse des chloroformamides :
- R 2 NC(O)Cl + R'OH → R 2 NCO 2 R' + HCl
Alternativement, les carbamates peuvent être formés à partir de chloroformiates et d' amines :
- R'OC(O)Cl + R 2 NH → R 2 NCO 2 R' + HCl
Les carbamates peuvent être formés à partir du réarrangement de Curtius , où les isocyanates formés réagissent avec un alcool.
- RCON 3 → RNCO + N 2
- RNCO + R′OH → RNHCO 2 R′
Occurrence naturelle
Dans la nature, le dioxyde de carbone peut se lier à des groupes amine neutres pour former un carbamate, cette modification post-traductionnelle est connue sous le nom de carbamylation. Cette modification est connue pour se produire sur plusieurs protéines importantes ; voir exemples ci-dessous.
Hémoglobine
Les groupes amino N-terminaux des résidus valine dans les chaînes et de la désoxyhémoglobine existent sous forme de carbamates. Ils aident à stabiliser la protéine lorsqu'elle se transforme en désoxyhémoglobine et augmentent la probabilité de libération des molécules d' oxygène restantes liées à la protéine. Cet effet stabilisant ne doit pas être confondu avec l' effet Bohr (un effet indirect causé par le dioxyde de carbone).
Uréase et phosphotriestérase
Les groupes ε-amino des résidus lysine dans l' uréase et la phosphotriestérase contiennent également du carbamate. Le carbamate dérivé de l'aminoimidazole est un intermédiaire dans la biosynthèse de l' inosine . Le phosphate de carbamoyle est généré à partir du carboxyphosphate plutôt que du CO 2 .
Captage du CO 2 par la ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase
Le carbamate le plus important est peut-être celui impliqué dans la capture du CO 2 par les plantes. Ce processus est nécessaire à leur croissance. L'enzyme ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO) fixe une molécule de dioxyde de carbone sous forme de phosphoglycérate dans le cycle de Calvin . Au site actif de l'enzyme, un ion Mg 2+ est lié aux résidus glutamate et aspartate ainsi qu'à un carbamate de lysine. Le carbamate se forme lorsqu'une chaîne latérale de lysine non chargée près de l'ion réagit avec une molécule de dioxyde de carbone de l'air ( pas la molécule de dioxyde de carbone du substrat), ce qui la rend alors chargée et, par conséquent, capable de lier l' ion Mg 2+ .
Applications
Synthèse de l'urée
Le sel carbamate d'ammonium est produit à grande échelle en tant qu'intermédiaire dans la production de l' urée chimique de base à partir d' ammoniac et de dioxyde de carbone .
Plastiques polyuréthane
Les polyuréthanes contiennent plusieurs groupes carbamate dans le cadre de leur structure. L'« uréthane » dans le nom « polyuréthane » fait référence à ces groupes carbamate ; le terme "liens uréthane" décrit comment les carbamates polymérisent . En revanche, la substance communément appelée « uréthane », le carbamate d'éthyle , n'est ni un composant des polyuréthanes, ni n'est utilisé dans leur fabrication. Les uréthanes sont généralement formés par réaction d'un alcool avec un isocyanate . Communément, les uréthanes fabriqués par une voie sans isocyanate sont appelés carbamates .
Les polymères de polyuréthane ont une large gamme de propriétés et sont disponibles dans le commerce sous forme de mousses, d' élastomères et de solides. Typiquement, les polymères de polyuréthane sont fabriqués en combinant des diisocyanates, par exemple le toluène diisocyanate , et des diols , où les groupes carbamate sont formés par réaction des alcools avec les isocyanates :
- RN=C=O + R′OH → RNHC(O)OR′
Insecticides carbamates
Les insecticides dits carbamate comportent le groupe fonctionnel ester carbamate. Ce groupe comprend l' aldicarbe ( Temik ), le carbofuran (Furadan), le carbaryl (Sevin), l' éthiénocarbe , le fénobucarbe , l' oxamyl et le méthomyl . Ces insecticides tuent les insectes en inactivant de manière réversible l'enzyme acétylcholinestérase ( mode d'action IRAC 1a). Les pesticides organophosphorés inhibent également cette enzyme, bien que de manière irréversible, et provoquent une forme plus grave d'empoisonnement cholinergique (le même IRAC MoA 1b).
Le fénoxycarbe a un groupe carbamate mais agit comme un imitateur d'hormone juvénile , plutôt que d'inactiver l'acétylcholinestérase.
L' icaridine insectifuge est un carbamate substitué.
Agents neurotoxiques à base de carbamate
Alors que les inhibiteurs de la carbamate acétylcholinestérase sont communément appelés « insecticides à base de carbamate » en raison de leur sélectivité généralement élevée pour les enzymes acétylcholinestérase des insectes par rapport aux versions mammifères, les composés les plus puissants tels que l' aldicarbe et le carbofuran sont toujours capables d'inhiber les enzymes acétylcholinestérase des mammifères à des concentrations suffisamment faibles. qu'ils présentent un risque important d'empoisonnement pour l'homme, en particulier lorsqu'ils sont utilisés en grande quantité pour des applications agricoles. D'autres inhibiteurs de l'acétylcholinestérase à base de carbamate sont connus avec une toxicité encore plus élevée pour l'homme, et certains tels que le T-1123 et l' EA-3990 ont été étudiés pour une utilisation militaire potentielle en tant qu'agents neurotoxiques . Cependant, étant donné que tous les composés de ce type ont un groupe ammonium quaternaire avec une charge positive permanente, ils ont une faible pénétration de la barrière hémato-encéphalique et ne sont stables que sous forme de sels cristallins ou de solutions aqueuses, et n'ont donc pas été considérés comme ayant des propriétés appropriées pour militarisation.
Conservateurs et cosmétiques
L'iodopropynyl butylcarbamate est un agent de conservation du bois et de la peinture utilisé en cosmétique.
Recherche chimique
Certains des groupes protecteurs d'amine les plus courants, tels que BOC , FMOC , Cbz et troc, sont des carbamates.
Médicament
Carbamate d'éthyle
L'uréthane ( carbamate d'éthyle ) était autrefois produit commercialement aux États-Unis comme agent de chimiothérapie et à d'autres fins médicinales. Il s'est avéré toxique et largement inefficace. Il est parfois utilisé comme médicament vétérinaire.
Médicaments à base de carbamates
De plus, certains carbamates sont utilisés en pharmacothérapie humaine , par exemple, les inhibiteurs de l' acétylcholinestérase néostigmine et rivastigmine , dont la structure chimique est basée sur l' alcaloïde naturel physostigmine . D'autres exemples sont le méprobamate et ses dérivés comme le carisoprodol , le felbamate , le mébutamate et le tybamate , une classe de médicaments anxiolytiques et relaxants musculaires largement utilisés dans les années 1960 avant la montée des benzodiazépines, et encore utilisés de nos jours dans certains cas. Le carbachol est principalement utilisé à diverses fins ophtalmiques.
L' inhibiteur de protéase darunavir pour le traitement du VIH contient également un groupe fonctionnel carbamate.
L'éphédroxane correspond également au moule qu'il appartient à ce groupe.
Toxicité
En plus d'inhiber l'acétylcholinestérase humaine (bien qu'à un degré moindre que l'enzyme des insectes), les insecticides à base de carbamate ciblent également les récepteurs humains de la mélatonine.
Analogues du soufre
Il y a deux atomes d'oxygène dans un carbamate ( 1 ), ROC(=O)NR 2 , et l'un ou les deux peuvent être conceptuellement remplacés par du soufre . Les analogues des carbamates avec un seul des oxygènes remplacés par le soufre sont appelés thiocarbamates ( 2 et 3 ). Les carbamates avec les deux oxygènes remplacés par le soufre sont appelés dithiocarbamates ( 4 ), RSC(=S)NR 2 .
Il existe deux types de thiocarbamate structurellement isomères :
- O -thiocarbamates ( 2 ), ROC(=S)NR 2 , où le groupe carbonyle (C=O) est remplacé par un groupe thiocarbonyle (C=S)
- S -thiocarbamates ( 3 ), RSC(=O)NR 2 , où le groupe R–O– est remplacé par un groupe R–S–
O -thiocarbamates peut isomériser à S -thiocarbamates, par exemple dans le réarrangement de Newman-Kwart .
