AMINY: STRUKTURA, VLASTNOSTI, TYPY, POUŽITÍ, PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Tyto aminy jsou organické sloučeniny, odvozené od amoniaku. V nich dochází kovalentním vazbám mezi uhlíkem a dusíkem. Molekula dusíku je přirozeně kineticky inertní; ale díky biologické fixaci se přemění na amoniak, který následně podléhá následným alkylačním reakcím.

Když je amoniak "alkylovaný", nahrazuje jeden, dva nebo tři ze svých tří vodíků atomy uhlíku. Tyto uhlíky mohou dobře pocházet z alkylové (R) nebo arylové (Ar) skupiny. Existují tedy alifatické aminy (lineární nebo rozvětvené) a aromatické.

Obecný vzorec pro amin. Zdroj: MaChe, z Wikimedia Commons.

Obecný vzorec pro alifatické aminy je uveden výše. Tento vzorec může být použit pro aromatické aminy, protože R může být také arylová skupina Ar. Všimněte si podobnosti mezi aminu a amoniaku, NH ₃. Prakticky byl H nahrazen postranním řetězcem R.

Pokud se R skládá z alifatických řetězců, máte tzv. Alkylamin; zatímco pokud R je aromatická, arylamin. Z arylaminy, nejdůležitější ze všech je alanin: aminoskupina, -NH ₂, které jsou připojeny k benzenovému kruhu.

Pokud jsou v molekulové struktuře kyslíkové skupiny, jako jsou OH a COOH, již se tato sloučenina nazývá amin. V tomto případě se amin považuje za substituent: aminoskupina. Například se to děje v aminokyselinách, stejně jako v jiných biomolekulách nesmírně důležitých pro život.

Protože dusík se vyskytuje v mnoha základních sloučeninách pro život, byly tyto považovány za životně důležité aminy; tj. „vitamíny“. Mnoho vitamínů však nejsou ani aminy, a ještě více, ne všechny jsou životně důležité. To však nezpochybňuje jeho velký význam v živých organismech.

Aminy jsou silnější organické báze než samotný amoniak. Jsou snadno extrahovatelné z rostlinné hmoty a obecně mají silné interakce s neuronální maticí organismů; proto mnoho drog a drog sestává z aminů se složitými strukturami a substituenty.

Struktura

Jaká je jeho struktura? I když se liší v závislosti na povaze R, elektronické prostředí atomu dusíku je stejné pro všechny z nich: tetrahedrální. Ale protože na atomu dusíku je pár neostrovaných elektronů (·~), stává se molekulární geometrie pyramidální. Je tomu tak u amoniaku a aminů.

Aminy mohou být reprezentovány tetraedronem, stejně jako u sloučenin uhlíku. Tak, NH ₃ a CH ₄ jsou nakresleny jako čtyřstěny, kde dvojice (··) je umístěna na jednom z vrcholů nad dusíkem.

Obě molekuly jsou achirální; nicméně, začnou zobrazení chirality, když jejich H jsou nahrazeny R. aminu R _2, NH je achirální v případě, že dvě R je odlišné. Postrádá však jakoukoli konfiguraci pro odlišení jednoho enantiomeru od jiného (jako je tomu v případě chirálních uhlíkových center).

Je to proto, že enantiomery:

R ₂ N-H - H-NR ₂

jsou vyměňovány takovým tempem, že se nikdo z nich nemůže izolovat; a proto jsou struktury aminů považovány za achirální, i když všechny substituenty na atomu dusíku jsou různé.

Vlastnosti aminů

Polarita

Aminy jsou polární sloučeniny, protože NH ₂ aminové skupiny, které mají elektronegativní atom dusíku, přispívá k dipólového momentu molekuly. Všimněte si, že dusík má schopnost darovat vodíkové vazby, což způsobuje, že aminy mají obecně vysoké teploty tání a teploty varu.

Pokud je však tato vlastnost porovnána s vlastnostmi okysličených sloučenin, jako jsou alkoholy a karboxylové kyseliny, mají za následek nižší hodnoty.

Například teplota varu ethylamin, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) je nižší, než je ethanol, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Je tedy ukázáno, že OH vodíkové vazby jsou silnější než vazby NH, i když amin může tvořit více než jeden můstek. Toto srovnání je platný pouze tehdy, pokud R má stejnou molekulovou hmotnost pro dvou sloučenin (CH ₃ CH ₂ -). Na druhé straně, ethan vře při -89ºC, CH ₃ CH ₃, který je plyn při teplotě místnosti.

Protože amin má méně vodíku, vytváří méně vodíkových vazeb a jeho teplota varu je snížena. To je pozorováno porovnáním bod varu dimethylaminu, (CH ₃) ₂ NH (7 ° C), s tím ethylaminu (16,6 ° C).

Fyzikální vlastnosti

Ve světě chemie, když mluvíme o aminu, vzniká nedobrovolný akt držení nosu. Je tomu tak proto, že obecně mají sklon k nepříjemným zápachům, z nichž některé se podobají zápachu shnilých ryb.

Kapalné aminy mají navíc tendenci mít nažloutlé tóny, které zvyšují vizuální nedůvěru, kterou vytvářejí.

Rozpustnost ve vodě

Aminy mají sklon být nerozpustné ve vodě, protože, i když je schopen tvořit vodíkové vazby s H ₂ O, jejich většina organická složka je hydrofobní. Čím objemnější nebo delší skupiny R jsou, tím nižší je jejich rozpustnost ve vodě.

Pokud je však v médiu kyselina, je rozpustnost zvýšena vytvořením tzv. Aminových solí. V nich má dusík kladný částečný náboj, který elektrostaticky přitahuje aniontovou nebo konjugovanou bázi kyseliny.

Například, ve zředěném roztoku kyseliny chlorovodíkové, aminu RNH ₂ reaguje takto:

RNH ₂ + HCI => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (sůl primárního aminu)

RNH ₂, který je nerozpustný (nebo mírně rozpustný) ve vodě, a v přítomnosti kyseliny se tvoří sůl, jejíž solvatace jeho iontů favorizuje rozpustnost.

Proč k tomu dochází? Odpověď spočívá v jedné z hlavních vlastností aminů: jsou polární a základní. Podle definice Brönsted-Lowryho budou reagovat s kyselinami dostatečně silnými, aby je mohly protonovat.

Zásaditost

Aminy jsou silnější organické báze než amoniak. Čím vyšší je hustota elektronů kolem atomu dusíku, tím bazičtější bude; to znamená, že deprotonuje kyseliny v prostředí rychleji. Pokud je amin velmi bazický, může dokonce vyjmout proton z alkoholů.

Skupiny R přispívají elektronovou denzitou k dusíku indukčním účinkem; protože nesmíme zapomenout, že se jedná o jeden z nejelegantativnějších atomů v současnosti. Pokud jsou tyto skupiny velmi dlouhé nebo objemné, indukční účinek bude větší, což také zvýší negativní oblast kolem elektronového páru (··).

Toto způsobí (··) rychleji přijímat H ⁺ iont. Pokud jsou však R velmi objemné, zásaditost se snižuje zásaditostí. Proč? Z jednoduchého důvodu, že H ⁺ musí projít konfiguraci atomů před dosažením dusíku.

Jiným způsobem, jak uvažovat o zásaditosti aminu, je stabilizace jeho aminové soli. Nyní ten, který se snižuje indukčním účinkem, může snížit kladný náboj N ⁺, bude to více bazický amin. Důvody jsou stejné právě vysvětlené.

Alkylaminy vs. arylaminy

Alkylaminy jsou mnohem zásaditější než arylaminy. Proč? Abychom to pochopili jednoduše, je ukázána struktura anilinu:

Anilinová molekula. Zdroj: Calvero., prostřednictvím Wikimedia Commons

Nahoře, v amino skupině, je pár elektronů (··). Tato dvojice „putuje“ v kruhu v ortho a para polohách vzhledem k NH ₂. To znamená, že dvě horní vrcholy a jeden opačný NH ₂ mají negativní náboj, přičemž atom dusíku je pozitivně nabitá.

Protože dusík je kladně nabitý, ⁺ N, bude odpuzovat iont H ⁺. A pokud to nestačí, elektronový pár se delokalizuje uvnitř aromatického kruhu, takže je méně přístupný deprotonátovým kyselinám.

Bázičnost anilinu se může zvýšit, pokud jsou skupiny nebo atomy, které mu dávají elektronickou hustotu, spojeny s kruhem, soutěží s párem (··) a nutí jej, aby byl umístěn s větší pravděpodobností na atomu dusíku a byl připraven působit jako báze.

Typy (primární, sekundární, terciární)

Druhy aminů. Zdroj: Jü prostřednictvím Wikipedie.

Ačkoli to není formálně prezentováno, odkazoval se implicitně na primární, sekundární a terciární aminy (horní obrázek, zleva doprava).

Primární aminy (RNH ₂) jsou jednou; sekundární ti (R ₂ NH) jsou disubstituované, se dvěma R alkylovou nebo arylovou skupinu; a ty, terciární (R ₃ N), jsou trisubstituované, a postrádá vodík.

Všechny existující aminy jsou odvozeny od těchto tří typů, takže jejich rozmanitost a interakce s biologickou a neuronální maticí jsou obrovské.

Obecně lze očekávat, že terciární aminy budou nejzákladnější; takové tvrzení však nelze uplatnit bez znalosti struktury R.

Výcvik

Alkylace amoniakem

Nejprve bylo zmíněno, že aminy jsou odvozeny od amoniaku; nejjednodušší způsob, jak je vytvořit, je alkylace. Za tímto účelem se nadbytek amoniaku nechá reagovat s alkylhalogenidem a následně se přidá báze k neutralizaci aminové soli:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Všimněte si, že tyto kroky vedou k primárnímu aminu. Mohou být také vytvořeny sekundární a dokonce terciární aminy, čímž se snižuje výtěžek jednoho produktu.

Některé tréninkové metody, jako je Gabrielova syntéza, umožňují získat primární aminy, takže se netvoří další nežádoucí produkty.

Také ketony a aldehydy mohou být redukovány v přítomnosti amoniaku a primárních aminů za vzniku sekundárních a terciárních aminů.

Katalytická hydrogenace

Nitrosloučeniny mohou být redukovány v přítomnosti vodíku a katalyzátoru na jejich odpovídající aminy.

ARNO ₂ => ArNH ₂

Nitrily, RC≡N, a amidy, RCONR ₂, jsou také redukuje na primární a terciární aminy, v tomto pořadí.

Nomenklatura

Jak se jmenují aminy? Většinu času jsou pojmenovány na základě R, alkylové nebo arylové skupiny. Ke jménu R, odvozenému od jeho alkanu, se na konec přidá slovo „amin“.

Tak, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ je propylaminu. Na druhou stranu je možné jej pojmenovat pouze s ohledem na alkan a nikoli jako skupinu R: propanamin.

První způsob, jak je pojmenovat, je zdaleka nejznámější a nejpoužívanější.

Pokud existují dvě NH ₂ skupiny, alkan je pojmenována a polohy aminoskupin jsou uvedeny. Tak, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂, se nazývá: 1,4-butandiamin.

Pokud jsou kyslíkaté skupiny, jako je OH, musí být dána přednost před NH ₂, který se stane být jmenován jako substituent. Například, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂, se nazývá: 3-aminopropanol.

A pokud jde o sekundární a terciární aminy, písmena N se používají k označení skupin R. Nejdelší řetězec zůstane s názvem sloučeniny. Tak, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃, se nazývá N-methylethylaminu.

Aplikace

Barviva

Primární aromatické aminy mohou sloužit jako výchozí materiál pro syntézu azofarbiv. Aminy zpočátku reagují za vzniku diazoniových solí, které tvoří azosloučeniny pomocí azo kopulace (nebo diazo kopulace).

Ty se díky svému intenzivnímu zbarvení používají v textilním průmyslu jako barvicí materiál; například: methyl oranžová, přímá hnědá 138, západně žlutá FCF a ponceau.

Drogy a drogy

Mnoho léků pracuje s agonisty a antagonisty přírodních aminových neurotransmiterů. Příklady:

- Chlorofeniramin je antihistaminikum používané při kontrole alergických procesů v důsledku požití některých potravin, senné rýmy, kousnutí hmyzem atd.

-Chlorpromazin je sedativum, nikoli induktor spánku. Uvolňuje úzkost a používá se dokonce při léčbě některých duševních poruch.

- Efedrin a fenylefedrin se používají jako dechové látky dýchací.

-Amitriptylin a imipramin jsou terciární aminy, které se používají při léčbě deprese. Vzhledem ke své struktuře jsou klasifikovány jako tricyklická antidepresiva.

-Lepioidní látky snižující bolest, jako je morfin, codelin a heroin, jsou terciární aminy.

Úprava plynu

Některé aminy, včetně diglykolaminu (DGA) a diethanolaminu (DEA), se používají k odstranění oxidu uhličitého (CO ₂) a sirovodíku (H ₂ S) plynů přítomných v plynu a v rafinerie.

Zemědělská chemie

Methylaminy jsou meziprodukty při syntéze chemických látek, které se v zemědělství používají jako herbicidy, fungicidy, insekticidy a biocidy.

Výroba pryskyřice

Methylaminy se používají při výrobě iontoměničových pryskyřic, použitelných při deionizaci vody.

Živiny pro zvířata

Trimethylamin (TMA) se používá především při výrobě cholínchloridu, doplňku vitamínu B, který se používá v krmivech kuřat, krůt a prasat.

Gumárenský průmysl

Dimethylamin oleát (DMA) je emulgátor pro použití při výrobě syntetického kaučuku. DMA se používá přímo jako modifikátor polymerace v parní fázi butadienu a jako stabilizátor latexu přírodního kaučuku místo amoniaku

Rozpouštědla

Dimethylamin (DMA) a monomethylamin (MMA) se používají pro syntézu polárních aprotických rozpouštědel dimethylformamid (DMF), dimethylacetamid (DMAc) a n-methylpyrrolidon (NMP).

Aplikace pro DMF zahrnují: uretanový povlak, akrylové příze, rozpouštědla, reakční rozpouštědla a extrakční rozpouštědla.

DMAc se používá při výrobě nití barviv a rozpouštědel. Nakonec se NMP používá při rafinaci mazacích olejů, odstraňovačů nátěrů a smaltování.

Příklady

Kokain

Kokainová molekula. Zdroj: NEUROtiker, přes Wikimedia Commons

Kokain se používá jako lokální anestetikum v určitých typech operací očí, uší a krku. Jak je vidět, jedná se o terciární amin.

Nikotin

Nikotinová molekula. Zdroj: Jü, z Wikimedia Commons

Nikotin je primárním činitelem závislosti na tabáku a chemicky je to terciární amin. Nikotin v tabákovém kouři je rychle absorbován a vysoce toxický.

Morfium

Molekula morfinu. Zdroj: NEUROtiker, z Wikimedia Commons

Je to jeden z nejúčinnějších léků na úlevu od bolesti, zejména rakoviny. Je to opět terciární amin.

Serotonin

Molekula serotoninu. Zdroj: Harbin, z Wikimedia Commons

Serotonin je aminový neurotransmiter. U depresivních pacientů je koncentrace hlavního metabolitu serotoninu snížena. Na rozdíl od ostatních aminů je tento primární.

Reference

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Amines. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
3. Morrison a Boyd. (1987). Organická chemie. (Páté vydání). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Společnost Chemours. (2018). Methylaminy: použití a aplikace. Obnoveno z: chemours.com
5. Průzkum transparentnosti trhu. (sf). Amines: důležitá fakta a použití. Obnoveno z: Transparentmarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Amine. Obnoveno z: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Lékařská fyziologie. 19. vydání. Editorial El Manual Moderno.