AMINY: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, RODZAJE, ZASTOSOWANIA, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te aminy są związkami organicznymi pochodzącymi od amoniaku. W nich występują wiązania kowalencyjne między węglem a azotem. Naturalnie cząsteczka azotu jest kinetycznie obojętna; ale dzięki biologicznemu związaniu przekształca się w amoniak, który z kolei ulega kolejnym reakcjom alkilowania.

Kiedy amoniak jest „alkilowany”, zastępuje jeden, dwa lub trzy z trzech atomów wodoru atomami węgla. Te węgle mogą pochodzić z grupy alkilowej (R) lub arylowej (Ar). Tak więc istnieją aminy alifatyczne (liniowe lub rozgałęzione) i aromatyczne.

Ogólny wzór dla aminy. Źródło: MaChe, z Wikimedia Commons.

Ogólny wzór amin alifatycznych przedstawiono powyżej. Ten wzór może być stosowany do amin aromatycznych, biorąc pod uwagę, że R może być również grupą arylową Ar. Zwróć uwagę na podobieństwo między aminą i amoniakiem, NH ₃ . Praktycznie litera H została zastąpiona łańcuchem bocznym R.

Jeśli R składa się z łańcuchów alifatycznych, masz to, co jest znane jako alkilamina; podczas gdy R ma charakter aromatyczny, to aryloamina. Spośród aryloamin najważniejszym wszystkim jest alanina: grupę aminową, -NH ₂ , przyłączonej do pierścienia benzenu.

Gdy w strukturze molekularnej znajdują się grupy utlenione, takie jak OH i COOH, związek nie jest już nazywany aminą. W takim przypadku aminę uważa się za podstawnik: grupę aminową. Na przykład dzieje się tak w przypadku aminokwasów, a także innych biomolekuł o ogromnym znaczeniu dla życia.

Ponieważ azot znajduje się w wielu niezbędnych do życia związkach, uznano je za niezbędne do życia aminy; czyli „witaminy”. Jednak wiele witamin nie jest nawet aminami, a co ważniejsze, nie wszystkie są niezbędne do życia. Nie neguje to jednak jego wielkiego znaczenia dla organizmów żywych.

Aminy są silniejszymi zasadami organicznymi niż sam amoniak. Są łatwo ekstrahowane z materii roślinnej i generalnie mają silne interakcje z macierzą neuronalną organizmów; stąd wiele leków i leków składa się z amin o złożonej strukturze i podstawnikach.

Struktura

Jaka jest jego struktura? Chociaż zmienia się w zależności od natury R, ​​otoczenie elektronowe atomu azotu jest takie samo dla wszystkich z nich: czworościenne. Ale ponieważ na atomie azotu (ˇ) znajduje się para niewspółdzielonych elektronów, geometria molekularna staje się piramidalna. Tak jest w przypadku amoniaku i amin.

Aminy można przedstawić za pomocą czworościanu, podobnie jak w przypadku związków węgla. Zatem NH ₃ i CH ₄ są narysowane jako czworościany, w których para (ˇˇ) znajduje się na jednym z wierzchołków nad azotem.

Obie cząsteczki są achiralne; jednak zaczynają wykazywać chiralność, gdy ich H są zastępowane przez R. Amina R ₂ NH jest achiralna, jeśli dwa R są różne. Brakuje jednak żadnej konfiguracji, aby odróżnić jeden enancjomer od drugiego (jak ma to miejsce w przypadku chiralnych centrów węgla).

Dzieje się tak, ponieważ enancjomery:

R ₂ N-H - H-NR ₂

są wymieniane w takim tempie, że żaden z nich nie może się odizolować; dlatego też struktury amin są uważane za achiralne, mimo że wszystkie podstawniki na atomie azotu są różne.

Właściwości amin

Biegunowość

Aminy są związki polarne, ponieważ NH _2, grupę aminową , o elektroujemny atom azotu przyczyniają się do momentu dipolowego cząsteczki. Należy pamiętać, że azot ma zdolność przekazywania wiązań wodorowych, co powoduje, że aminy mają ogólnie wysoką temperaturę topnienia i wrzenia.

Jednak gdy porównuje się tę właściwość z właściwościami związków utlenionych, takich jak alkohole i kwasy karboksylowe, dają one mniejsze wartości.

Na przykład temperatura wrzenia etyloaminy, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) jest niższa niż etanolu, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

W ten sposób wykazano, że wiązania wodorowe OH są silniejsze niż wiązania NH, mimo że amina może tworzyć więcej niż jeden mostek. To porównanie jest ważne tylko wtedy, gdy R ma taką samą masę cząsteczkową dla dwóch związków (CH ₃ CH ₂ -). Z drugiej strony etan wrze w temperaturze -89ºC, CH ₃ CH ₃ , będący gazem o temperaturze pokojowej.

Ponieważ amina ma mniej wodoru, tworzy mniej wiązań wodorowych, a jej temperatura wrzenia jest obniżona. Obserwuje się to porównując temperaturę wrzenia dimetyloaminy (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C) z temperaturą wrzenia etyloaminy (16,6 ° C).

Charakterystyka fizyczna

W świecie chemii, gdy mówimy o aminie, dochodzi do mimowolnego trzymania się za nos. Dzieje się tak, ponieważ generalnie mają one nieprzyjemne zapachy, z których niektóre przypominają zgniłe ryby.

Ponadto ciekłe aminy mają zwykle żółtawe odcienie, co zwiększa ich wizualną nieufność.

Rozpuszczalność w wodzie

Aminy wydają się być nierozpuszczalne w wodzie, ponieważ pomimo zdolności tworzenia wiązań wodorowych z H ₂ O, ich większość organiczna jest hydrofobowa. Im większe lub dłuższe są grupy R, tym niższa jest ich rozpuszczalność w wodzie.

Jednak gdy w pożywce znajduje się kwas, rozpuszczalność zwiększa się przez tworzenie tak zwanych soli aminowych. W nich azot ma dodatni ładunek cząstkowy, który elektrostatycznie przyciąga anionową lub sprzężoną zasadę kwasu.

Na przykład w rozcieńczonym roztworze HCl amina RNH ₂ reaguje w następujący sposób:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (sól pierwszorzędowej aminy)

RNH ₂ był nierozpuszczalny (lub słabo rozpuszczalny) w wodzie, w obecności kwasu tworzy sól, której solwatacja jonów sprzyja jej rozpuszczalności.

Dlaczego to się dzieje? Odpowiedź tkwi w jednej z głównych właściwości amin: są one polarne i zasadowe. Będąc zasadowymi, będą reagować z kwasami wystarczająco silnymi, aby je protonować, zgodnie z definicją Brönsteda-Lowry'ego.

Zasadowość

Aminy są silniejszymi zasadami organicznymi niż amoniak. Im wyższa gęstość elektronów wokół atomu azotu, tym bardziej będzie on podstawowy; to znaczy, szybciej odprotonuje kwasy w środowisku. Jeśli amina jest bardzo zasadowa, może nawet usuwać proton z alkoholi.

Grupy R wpływają indukcyjnie na gęstość elektronów na azot; ponieważ nie możemy zapominać, że jest to jeden z najbardziej elektroujemnych istniejących atomów. Jeśli te grupy są bardzo długie lub obszerne, efekt indukcyjny będzie większy, co również zwiększy obszar ujemny wokół pary elektronów (ˇ).

To powoduje (· -) szybsze przyjęcie jonu H ⁺ . Jednakże, jeśli R są bardzo obszerne, zasadowość zmniejsza się w wyniku efektu sterycznego. Czemu? Z prostego powodu, że H ⁺ musi przekroczyć konfigurację atomów, zanim dotrze do azotu.

Innym sposobem rozumowania zasadowości aminy jest stabilizowanie jej soli aminowej. Teraz ta, która zmniejsza się przez efekt indukcyjny, może zmniejszyć dodatni ładunek N ⁺ , będzie to bardziej podstawowa amina. Powody są takie same, jak właśnie wyjaśniono.

Alkiloaminy a aryloaminy

Alkiloaminy są znacznie bardziej zasadowe niż aryloaminy. Czemu? Aby to po prostu zrozumieć, pokazano strukturę aniliny:

Cząsteczka aniliny. Źródło: Calvero. , za pośrednictwem Wikimedia Commons

Powyżej, w grupie aminowej, znajduje się para elektronów (ˇˇ). Ta para „podróżuje” w pierścieniu w pozycji orto i para w stosunku do pozycji NH ₂ . Oznacza to, że obie górne wierzchołki i jedna naprzeciw NH ₂ jest naładowany ujemnie, przy czym atom azotu naładowany dodatnio.

Ponieważ azot jest naładowany dodatnio, ⁺ N, będzie odpychał jon H ⁺ . A gdyby tego było mało, para elektronów jest zdelokalizowana w pierścieniu aromatycznym, co czyni ją mniej dostępną dla kwasów deprotonowych.

Zasadowość aniliny może wzrosnąć, jeśli grupy lub atomy, które nadają jej gęstość elektronową, zostaną połączone z pierścieniem, konkurując z parą (· ·) i zmuszając ją do zlokalizowania z większym prawdopodobieństwem na atomie azotu, gotowym do działania jako zasada.

Rodzaje (podstawowe, drugorzędne, trzeciorzędne)

Rodzaje amin. Źródło: Jü za pośrednictwem Wikipedii.

Chociaż nie zostało to formalnie przedstawione, pośrednio odniesiono się do pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych amin (górne zdjęcie, od lewej do prawej).

Aminy pierwszorzędowe (RNH ₂ ) są monopodstawione; Te wtórne (R ₂ NH) są di-dwóch grup R alkil lub aryl; a trzeciorzędowe (R ₃ N) są trójpodstawione i nie zawierają wodoru.

Wszystkie istniejące aminy pochodzą z tych trzech typów, więc ich różnorodność i interakcje z macierzą biologiczną i neuronalną są ogromne.

Ogólnie można oczekiwać, że aminy trzeciorzędowe będą najbardziej podstawowymi; jednakże takiego twierdzenia nie można wysunąć bez znajomości struktur R.

Trening

Alkilacja amoniaku

Na początku wspomniano, że aminy wywodzą się z amoniaku; dlatego najprostszym sposobem ich wytworzenia jest alkilacja. W tym celu nadmiar amoniaku poddaje się reakcji z halogenkiem alkilu, a następnie dodaje się zasadę w celu zneutralizowania soli aminowej:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Należy zauważyć, że te etapy prowadzą do pierwszorzędowej aminy. Można również tworzyć aminy drugorzędowe, a nawet trzeciorzędowe, przez co wydajność pojedynczego produktu spada.

Niektóre metody treningowe, takie jak synteza Gabriela, pozwalają na otrzymanie amin pierwszorzędowych, dzięki czemu nie powstają inne niepożądane produkty.

Również ketony i aldehydy można redukować w obecności amoniaku i pierwszorzędowych amin, dając początek drugorzędowym i trzeciorzędowym aminom.

Katalityczne uwodornienie

Związki nitrowe można redukować w obecności wodoru i katalizatora do odpowiadających im amin.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Nitryle RC≡N i amidy RCONR ₂ są również redukowane do odpowiednio pierwszorzędowych i trzeciorzędowych amin.

Nomenklatura

Jak nazywa się aminy? W większości są one nazywane na podstawie R, grupy alkilowej lub arylowej. Do nazwy R, pochodzącej od jego alkanu, na końcu dodaje się słowo „amina”.

Zatem CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ oznacza propyloaminę. Z drugiej strony, można go nazwać biorąc pod uwagę tylko alkan, a nie grupę R: propanoaminę.

Pierwszy sposób nazywania ich jest zdecydowanie najbardziej znany i najczęściej używany.

Gdy istnieją dwie NH ₂ grupy , alkan o nazwie a pozycje grup aminowych na liście. Zatem H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ nazywa się: 1,4-butanodiaminą.

Jeżeli istnieją grup tlenowych, takich jak OH, musi być wyższy priorytet niż NH ₂ , co jest określane jako podstawnik. Na przykład HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ nazywa się: 3-aminopropanol.

A jeśli chodzi o aminy drugorzędowe i trzeciorzędowe, litery N są używane do oznaczenia grup R. Najdłuższy łańcuch pozostanie z nazwą związku. Tak więc CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ nazywa się: N-metyloetyloamina.

Aplikacje

Barwniki

Pierwszorzędowe aminy aromatyczne mogą służyć jako materiał wyjściowy do syntezy barwników azowych. Początkowo aminy reagują tworząc sole diazoniowe, które tworzą związki azowe poprzez sprzężenie azowe (lub sprzężenie diazowe).

Są one ze względu na intensywne zabarwienie stosowane w przemyśle tekstylnym jako materiał barwiący; na przykład: oranż metylowy, bezpośredni brąz 138, żółcień pomarańczowa FCF i ponceau.

Narkotyki i narkotyki

Wiele leków działa z agonistami i antagonistami naturalnych neuroprzekaźników aminowych. Przykłady:

-Chlorofeniramina jest lekiem przeciwhistaminowym stosowanym w kontroli procesów alergicznych spowodowanych spożyciem niektórych pokarmów, katarem siennym, ukąszeniami owadów itp.

-Chlorpromazyna jest środkiem uspokajającym, a nie induktorem snu. Łagodzi niepokój, a nawet jest stosowany w leczeniu niektórych zaburzeń psychicznych.

-Efedryna i fenylefedryna są stosowane jako leki zmniejszające przekrwienie dróg oddechowych.

-Amitryptylina i imipramina to trzeciorzędowe aminy, które są stosowane w leczeniu depresji. Ze względu na swoją budowę zaliczane są do trójpierścieniowych leków przeciwdepresyjnych.

-Opioidowe leki przeciwbólowe, takie jak morfina, kodelina i heroina, są aminami trzeciorzędowymi.

Oczyszczanie gazów

Kilka amin, w tym diglikolamina (DGA) i dietanoloamina (DEA), są wykorzystywane do usuwania dwutlenku węgla (CO ₂ ) i siarkowodoru (H ₂ S) gazów obecnych w gazie ziemnym i rafinerie.

Chemia rolnicza

Metyloaminy są związkami pośrednimi w syntezie chemikaliów stosowanych w rolnictwie jako herbicydy, fungicydy, insektycydy i biocydy.

Produkcja żywicy

Metyloaminy są wykorzystywane przy produkcji żywic jonowymiennych, które znajdują zastosowanie w dejonizacji wody.

Odżywki dla zwierząt

Trimetyloamina (TMA) jest wykorzystywana przede wszystkim do produkcji chlorku choliny, suplementu witaminy B stosowanego w żywieniu kurczaków, indyków i świń.

Przemysł gumowy

Oleinian dimetyloaminy (DMA) jest emulgatorem do stosowania przy produkcji kauczuku syntetycznego. DMA jest stosowany bezpośrednio jako modyfikator polimeryzacji w fazie gazowej butadienu oraz jako stabilizator lateksu kauczuku naturalnego zamiast amoniaku

Rozpuszczalniki

Dimetyloamina (DMA) i monometyloamina (MMA) są używane do syntezy polarnych aprotonowych rozpuszczalników dimetyloformamidu (DMF), dimetyloacetamidu (DMAc) i n-metylopirolidonu (NMP).

Zastosowania DMF obejmują: powlekanie uretanu, rozpuszczalnik przędzy akrylowej, rozpuszczalniki reakcyjne i rozpuszczalniki ekstrakcyjne.

DMAc jest używany do produkcji barwników i rozpuszczalników do przędzy. Wreszcie NMP jest stosowany w rafinacji olejów smarowych, środków do usuwania farby i powłok emaliowanych.

Przykłady

Kokaina

Cząsteczka kokainy. Źródło: NEUROtiker, za Wikimedia Commons

Kokaina jest stosowana jako środek miejscowo znieczulający w niektórych rodzajach operacji oczu, uszu i gardła. Jak widać, jest to trzeciorzędowa amina.

Nikotyna

Cząsteczka nikotyny. Źródło: Jü, z Wikimedia Commons

Nikotyna jest głównym środkiem powodującym uzależnienie od tytoniu, a chemicznie jest aminą trzeciorzędową. Nikotyna zawarta w dymie tytoniowym jest szybko wchłaniana i wysoce toksyczna.

Morfina

Cząsteczka morfiny. Źródło: NEUROtiker, z Wikimedia Commons

Jest to jeden z najskuteczniejszych środków przeciwbólowych, łagodzących ból, zwłaszcza raka. Jest to znowu trzeciorzędowa amina.

Serotonina

Cząsteczka serotoniny. Źródło: Harbin, źródło Wikimedia Commons

Serotonina jest aminowym neuroprzekaźnikiem. U pacjentów z depresją stężenie głównego metabolitu serotoniny jest zmniejszone. W przeciwieństwie do innych amin, ta jest pierwszorzędowa.

Bibliografia

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
3. Morrison i Boyd. (1987). Chemia organiczna. (Piąta edycja). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. The Chemours Company. (2018). Metyloaminy: zastosowania i zastosowania. Źródło: chemours.com
5. Badania rynku dotyczące przejrzystości. (sf). Aminy: ważne fakty i zastosowania. Odzyskany z: transparencymarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Amina. Odzyskane z: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Fizjologia medyczna. Wydanie XIX. Od redakcji El Manual Moderno.