АМІНИ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ТИПИ, СПОСОБИ ВИКОРИСТАННЯ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці аміни представляють собою органічні сполуки , отримані з аміаку. У них відбуваються ковалентні зв’язки між вуглецем і азотом. Природно, що молекула азоту є кінетично інертною; але завдяки біологічній фіксації він перетворюється на аміак, який у свою чергу зазнає наступних реакцій алкілування.

Коли аміак "алкільований", він замінює один, два чи три з трьох його водню атомами вуглецю. Ці вуглеці цілком можуть походити з алкільного (R) або арильного (Ar) групи. Таким чином, існують аліфатичні аміни (лінійні або розгалужені) та ароматичні.

Загальна формула для аміна. Джерело: MaChe, з Wikimedia Commons.

Загальна формула аліфатичних амінів наведена вище. Цю формулу можна використовувати для ароматичних амінів, враховуючи, що R також може бути арильною групою Ar. Зверніть увагу на подібність між аміном та аміаком, NH ₃ . Практично Н був замінений бічним ланцюгом R.

Якщо R складається з аліфатичних ланцюгів, у вас є те, що відомо як алкиламин; тоді як якщо R має ароматичну природу, то ариламін. З ариламінів найважливішим з усіх є аланін: аміногрупа -NH ₂ , приєднана до бензольного кільця.

Коли в молекулярній структурі є оксигеновані групи, такі як ОН та СООН, з'єднання вже не називається аміном. У цьому випадку амін вважається заступником: аміногрупа. Наприклад, це відбувається в амінокислотах, а також в інших біомолекул, що мають величезне значення для життя.

Оскільки азот міститься у багатьох найважливіших для життя сполуках, вони вважалися життєво важливими амінами; тобто «вітаміни». Однак багато вітамінів навіть не є амінами, а тим більше, що не всі вони життєво важливі для життя. Однак це не відміняє його великого значення у живих організмах.

Аміни є більш міцними органічними основами, ніж сам аміак. Вони легко витягуються з рослинної речовини і, як правило, мають сильну взаємодію з нейронною матрицею організмів; отже, багато ліків та лікарських засобів складаються з амінів зі складною структурою та заступниками.

Будова

Яка його структура? Хоча вона змінюється залежно від природи R, електронне середовище атома азоту однакове для всіх: тетраедричне. Але, оскільки на атомі азоту є пара нерозчленованих електронів (··), молекулярна геометрія стає пірамідальною. Це так з аміаком і амінами.

Аміни можуть бути представлені тетраедром так само, як і вуглецеві сполуки. Таким чином, NH ₃ і CH ₄ малюються як тетраедри, де пара (··) розташована в одній з вершин над азотом.

Обидві молекули є ахіральними; однак вони починають проявляти хіральність, оскільки їх H замінюються на R. Амін R ₂ NH є ахіральним, якщо два R є різними. Однак йому не вистачає будь-якої конфігурації, щоб диференціювати один енантіомер від іншого (як у випадку з хіральними вуглецевими центрами).

Це тому, що енантіомери:

R ₂ N-H - H-NR ₂

вони обмінюються з такою швидкістю, що жоден з них не може ізолювати себе; і тому структури амінів вважаються ахіральними, хоча всі заступники на атомі азоту різні.

Властивості амінів

Полярність

Аміни - це полярні сполуки, оскільки аміногрупа NH ₂ , що має електронегативний атом азоту, сприяє дипольному моменту молекули. Зауважимо, що азот має здатність дарувати водневі зв’язки, через що аміни зазвичай мають високі температури плавлення та кипіння.

Однак, коли цю властивість порівнювати з властивостями оксигенованих сполук, таких як спирти та карбонові кислоти, вони призводять до меншої величини.

Наприклад, температура кипіння етиламіну, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C), нижча, ніж у етанолу, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Таким чином, показано, що ОН водневі зв’язки міцніші, ніж NH, навіть якщо амін може утворювати більше одного моста. Це порівняння справедливе лише в тому випадку, якщо R має однакову молекулярну масу для двох сполук (CH ₃ CH ₂ -). З іншого боку, етан кипить при -89 ° C, CH ₃ CH ₃ , будучи газом кімнатної температури.

Оскільки амін має менше водню, він утворює менше водневих зв’язків і температура його кипіння знижується. Це спостерігається, порівнюючи температуру кипіння диметиламіну (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C) з температурою етиламіну (16,6 ° C).

Фізичні характеристики

У світі хімії, коли говорити про амін, виникає мимовільний акт затримки носа. Це тому, що загалом вони мають неприємні запахи, деякі з яких нагадують гнилу рибу.

Крім того, рідкі аміни, як правило, мають жовтуваті тони, що збільшують зорову недовіру, яку вони породжують.

Розчинність у воді

Аміни, як правило, нерозчинні у воді, оскільки, незважаючи на здатність утворювати водневі зв’язки з H ₂ O, їх більшість органічних компонентів є гідрофобними. Чим об'ємніші або довші R групи, тим нижча їх розчинність у воді.

Однак, коли в середовищі є кислота, розчинність збільшується за рахунок утворення тих, що відомі як амінові солі. У них азот має позитивний частковий заряд, який електростатично притягує аніон або кон'югатну основу кислоти.

Наприклад, у розведеному розчині HCl амін RNH ₂ реагує таким чином:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (сіль первинного аміна )

RNH ₂ був нерозчинним (або слаборозчинним) у воді, і в присутності кислоти він утворює сіль, розчинення іонів якої сприяє її розчинності.

Чому це відбувається? Відповідь полягає в одній з основних властивостей амінів: вони полярні та основні. Будучи основними, вони будуть реагувати з кислотами, досить сильними, щоб протонувати їх, згідно з визначенням Бронстеда-Лоурі.

Основність

Аміни є більш міцними органічними основами, ніж аміак. Чим більша щільність електронів навколо атома азоту, тим вона буде основнішою; тобто він швидше буде депротонувати кислоти в навколишньому середовищі. Якщо амін дуже основний, він може навіть витягувати протон із спиртів.

R-групи сприяють індуктивній дії щільності електронів до азоту; оскільки ми не повинні забувати, що це один з найбільш електронегативних атомів, що існують. Якщо ці групи дуже довгі або об'ємні, індуктивний ефект буде більшим, що також збільшить негативну область навколо пари електронів (··).

Це змушує (··) швидше приймати іон Н ⁺ . Однак якщо R дуже громіздкі, основність зменшується за стеричним ефектом. Чому? З простої причини, що Н ⁺ повинна перетнути конфігурацію атомів, перш ніж досягти азоту.

Ще один спосіб міркувати про основність аміну - це стабілізація його амінової солі. Тепер той, який зменшується за допомогою індуктивного ефекту, може зменшити позитивний заряд N ⁺ , це буде більш основний амін. Причини ті ж, щойно пояснені.

Алкіламіни проти ариламінів

Алкіламіни набагато основніші, ніж ариламіни. Чому? Щоб зрозуміти це просто, показана структура аніліну:

Анілінова молекула. Джерело: Кальверо. через Wikimedia Commons

Вище в аміногрупі знаходиться пара електронів (··). Ця пара «подорожує» всередині кільця в орто- та пара-позиціях щодо NH ₂ . Це означає, що дві верхні вершини і одна протилежна NH ₂ негативно заряджені, а атом азоту позитивно заряджений.

Оскільки азот позитивно заряджений, ⁺ N, він відштовхує іон Н ⁺ . А якщо цього недостатньо, електронна пара дерокалізується в ароматичне кільце, роблячи його менш доступним для депротонатних кислот.

Основність аніліну може зростати, якщо групи або атоми, які надають йому електронну щільність, пов'язані з кільцем, конкуруючи з парою (··) і змушуючи його розташовуватися з більшою ймовірністю на атомі азоту, готовому виступати в якості основи.

Типи (первинний, вторинний, третинний)

Види амінів. Джерело: Jü через Wikipedia.

Хоча формально не представлено, посилання неявно робилося на первинні, вторинні та третинні аміни (верхнє зображення, зліва направо).

Первинні аміни (RNH ₂ ) однозаміщені; вторинні (R ₂ NH) заміщені, мають дві R алкільні або арильні групи; і третинні (R ₃ N) є тризамещеними, і йому не вистачає водню.

Всі існуючі аміни отримані з цих трьох типів, тому їх різноманітність та взаємодія з біологічною та нейронною матрицею величезна.

Взагалі, третинні аміни можна очікувати як найбільш основні; однак таке твердження неможливо висловити, не знаючи структур Р.

Навчання

Алкилирование аміаку

Спочатку було зазначено, що аміни отримують з аміаку; тому найпростіший спосіб їх утворення - алкілування. Для цього надлишок аміаку вступає в реакцію з галогенідом алкілу з подальшим додаванням основи для нейтралізації амінової солі:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Зауважте, що ці етапи призводять до отримання первинного аміну. Також можуть утворюватися вторинні та навіть третинні аміни, завдяки чому вихід для одного продукту зменшується.

Деякі методи навчання, такі як синтез Габріеля, дають можливість отримувати первинні аміни, щоб інші небажані продукти не утворювалися.

Також кетони та альдегіди можуть бути знижені при наявності аміаку та первинних амінів, що призводить до появи вторинних та третинних амінів.

Каталітичне гідрування

З'єднання азоту можуть бути відновлені у присутності водню та каталізатора до відповідних їм амінів.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Нітрили, RC≡N та аміди, RCONR ₂ , також знижуються для отримання відповідно первинних та третинних амінів.

Номенклатура

Як називають аміни? Більшу частину часу вони називають на основі R, алкільної або арильної групи. До назви R, що походить від його алкану, в кінці додається слово "амін".

Таким чином, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ є пропіламіном. З іншого боку, його можна назвати, розглядаючи лише алкан, а не як R-групу: пропанамін.

Перший спосіб їх називання - це найвідоміший і найбільш використовуваний.

Коли є дві групи NH ₂ , алкан називають і вказуються положення аміногруп. Таким чином, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ називається: 1,4-бутандіамін.

Якщо існують групи, що містять оксиген, такі як ОН, йому слід надавати пріоритет над NH ₂ , який, як правило, називається заступником. Наприклад, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ називається: 3-Амінопропанол.

Щодо вторинних та третинних амінів, для позначення R-груп використовуються літери N. Найдовша ланцюг залишатиметься з назвою сполуки. Таким чином, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ називається: N-метилетиламін.

Програми

Барвники

Первинні ароматичні аміни можуть служити вихідним матеріалом для синтезу азобарвників. Спочатку аміни реагують з утвореннями діазонієвих солей, які утворюють азосполуки азо-з'єднанням (або діазо-з'єднанням).

Вони, завдяки інтенсивному забарвленню, використовуються в текстильній промисловості як фарбувальний матеріал; наприклад: метиловий помаранчевий, прямий коричневий 138, захід сонця жовтий FCF та панчо.

Препарати та наркотики

Багато лікарських засобів працюють з агоністами та антагоністами природних амінних нейромедіаторів. Приклади:

-Хлорофенірамін - антигістамінний засіб, який застосовується для боротьби з алергічними процесами внаслідок прийому деяких продуктів, сінної лихоманки, укусів комах тощо.

-Хлорпромазин - заспокійливий засіб, а не збудник сну. Він знімає тривожність і навіть використовується при лікуванні деяких психічних розладів.

-Ефедрін і фенілефедрин використовуються як респіраторні деконгестанти.

-Амітриптилін та іміпрамін є третинними амінами, які застосовуються при лікуванні депресії. Завдяки своїй структурі їх класифікують як трициклічні антидепресанти.

-Опіоїдні знеболюючі засоби, такі як морфін, кодлін та героїн, є третинними амінами.

Обробка газу

Кілька амінів, включаючи дигліколамін (DGA) і діетаноламін (DEA), використовуються для видалення газів діоксиду вуглецю (CO ₂ ) і сірководню (H ₂ S), присутніх у природному газі та в нафтопереробні заводи.

Сільськогосподарська хімія

Метиламіни - проміжні сполуки в синтезі хімічних речовин, які використовуються в сільському господарстві як гербіциди, фунгіциди, інсектициди та біоциди.

Виробництво смоли

Метиламіни використовуються при виробництві іонообмінних смол, придатних для деіонізації води.

Живильні речовини для тварин

Триметиламін (ТМА) використовується в першу чергу при виробництві холіну хлориду, добавки вітаміну групи В, що використовується в кормі курей, індиків і свиней.

Гумова промисловість

Диметиламін олеат (DMA) - емульгатор для використання у виробництві синтетичного каучуку. DMA використовується безпосередньо як модифікатор полімеризації у паровій фазі бутадієну та як стабілізатор для натурального каучуку з латексу замість аміаку

Розчинники

Диметиламін (DMA) і монометиламін (MMA) використовуються для синтезу полярних апротонних розчинників диметилформамід (DMF), диметилацетамід (DMAc) і н-метилпіролідон (NMP).

Заявки на ДМФ включають: уретанове покриття, розчинник акрилової пряжі, реакційні розчинники та екстракційні розчинники.

DMAc використовується у виробництві барвників пряжі та розчинника. Нарешті, НМП застосовується для рафінування мастильних мастил, зачистки фарби та емалевого покриття.

Приклади

Кокаїн

Молекула кокаїну. Джерело: NEUROtiker, через Wikimedia Commons

Кокаїн застосовується як місцевий анестетик при певних видах хірургії очей, вух та горла. Як видно, це третинний амін.

Нікотин

Молекула нікотину. Джерело: Jü, з Wikimedia Commons

Нікотин є основним збудником тютюнової залежності, а хімічно - третім аміном. Нікотин в тютюновому димі швидко всмоктується і високотоксичний.

Морфін

Молекула морфіну. Джерело: NEUROtiker, з Wikimedia Commons

Це одне з найбільш ефективних знеболюючих засобів для зняття болю, особливо раку. Це знову ж таки третинний амін.

Серотонін

Молекула серотоніну. Джерело: Харбін, з Wikimedia Commons

Серотонін - нейромедіатор аміна. У хворих на депресію концентрація основного метаболіту серотоніну знижується. На відміну від інших амінів, цей є первинним.

Список літератури

1. Грем Соломон TW, Крейг Б. Фріхле. (2011 р.). Органічна хімія. Аміни. (10- ^е видання.) Wiley Plus.
2. Кері Ф. (2008). Органічна хімія. (Шосте видання). Mc Graw Hill.
3. Моррісон і Бойд. (1987). Органічна хімія. (П’яте видання). Аддісон-Уеслі Ібероамерикана.
4. Компанія Chemours. (2018). Метиламіни: використання та застосування. Відновлено з: chemours.com
5. Дослідження ринку прозорості. (sf). Аміни: важливі факти та сфери використання. Відновлено: transparentmarketresearch.com
6. Вікіпедія. (2019). Амін. Відновлено з: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Медична фізіологія. 19-е видання. Редакція El Manual Moderno.