АМИНЫ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ТИПЫ, ПРИМЕНЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026

Эти амины представляют собой органические соединения , полученные из аммиака. В них возникают ковалентные связи между углеродом и азотом. Естественно, молекула азота кинетически инертна; но благодаря биологической фиксации он превращается в аммиак, который, в свою очередь, подвергается последующим реакциям алкилирования.

Когда аммиак «алкилируется», он заменяет один, два или три из трех атомов водорода на атомы углерода. Эти атомы углерода могут происходить из алкильной (R) или арильной (Ar) группы. Таким образом, бывают алифатические амины (линейные или разветвленные) и ароматические.

Общая формула амина. Источник: MaChe, из Wikimedia Commons.

Общая формула алифатических аминов показана выше. Эта формула может быть использована для ароматических аминов, учитывая, что R также может быть арильной группой Ar. Обратите внимание на сходство между амином и аммиаком, NH ₃ . Фактически, H заменена боковой цепью R.

Если R состоит из алифатических цепей, у вас есть так называемый алкиламин; тогда как если R является ароматическим по природе, то это ариламин. Из ариламинов наиболее важным является аланин: аминогруппа -NH ₂ , присоединенная к бензольному кольцу.

Когда в молекулярной структуре есть кислородсодержащие группы, такие как OH и COOH, соединение больше не называется амином. В этом случае амин считается заместителем: аминогруппой. Например, это происходит с аминокислотами, а также с другими биомолекулами, имеющими огромное значение для жизни.

Поскольку азот содержится во многих жизненно важных соединениях, они считались жизненно важными аминами; то есть «витамины». Однако многие витамины даже не являются аминами, и тем более не все из них жизненно необходимы. Однако это не отменяет его большого значения для живых организмов.

Амины - более сильные органические основания, чем сам аммиак. Они легко извлекаются из растительного вещества и обычно сильно взаимодействуют с нейронным матриксом организмов; следовательно, многие лекарства и лекарства состоят из аминов со сложной структурой и заместителями.

Структура

Какая у него структура? Хотя оно варьируется в зависимости от природы R, электронное окружение атома азота для всех них одинаково: тетраэдрическое. Но поскольку на атоме азота находится пара неподеленных электронов (…), геометрия молекулы становится пирамидальной. Так обстоит дело с аммиаком и аминами.

Амины могут быть представлены тетраэдром, как и соединения углерода. Таким образом, NH ₃ и CH ₄ изображены в виде тетраэдров, где пара (··) расположена в одной из вершин над азотом.

Обе молекулы ахиральные; однако они начинают проявлять хиральность, поскольку их H заменяются на R. Амин R ₂ NH является ахиральным, если два R различны. Однако в нем отсутствует какая-либо конфигурация, позволяющая отличать один энантиомер от другого (как в случае с хиральными углеродными центрами).

Это потому, что энантиомеры:

R ₂ N-H - H-NR ₂

их обменивают с такой скоростью, что ни один из них не может изолировать себя; и поэтому структуры аминов считаются ахиральными, даже если все заместители у атома азота различны.

Свойства аминов

полярность

Амины являются полярными соединениями, поскольку аминогруппа NH ₂ , имеющая электроотрицательный атом азота, вносит вклад в дипольный момент молекулы. Обратите внимание, что азот обладает способностью отдавать водородные связи, из-за чего амины обычно имеют высокие температуры плавления и кипения.

Однако, когда это свойство сравнивается со свойством кислородсодержащих соединений, таких как спирты и карбоновые кислоты, они приводят к более низким величинам.

Например, температура кипения этиламина, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) ниже, чем у этанола, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Таким образом, показано, что водородные связи ОН прочнее, чем у NH, даже если амин может образовывать более одного мостика. Это сравнение действительно только в том случае, если R имеет одинаковую молекулярную массу для двух соединений (CH ₃ CH ₂ -). С другой стороны, этан кипит при -89ºC, CH ₃ CH ₃ , будучи газом при комнатной температуре.

Поскольку амин имеет меньше водорода, он образует меньше водородных связей и его температура кипения понижается. Это наблюдается при сравнении температуры кипения диметиламина (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C) с температурой этиламина (16,6 ° C).

Физические характеристики

В мире химии, когда говорят об амине, возникает непроизвольный акт зажатия носа. Это связано с тем, что в целом они имеют неприятный запах, некоторые из которых напоминают запах тухлой рыбы.

Кроме того, жидкие амины имеют желтоватый оттенок, что усиливает визуальное недоверие, которое они вызывают.

Растворимость воды

Амины, как правило, нерастворимы в воде, потому что, несмотря на способность образовывать водородные связи с H ₂ O, их основной органический компонент является гидрофобным. Чем крупнее или длиннее группы R, тем ниже их растворимость в воде.

Однако, когда в среде присутствует кислота, растворимость увеличивается за счет образования так называемых солей амина. В них азот имеет положительный частичный заряд, который электростатически притягивает анион или сопряженное основание кислоты.

Например, в разбавленном растворе HCl амин RNH ₂ реагирует следующим образом:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (соль первичного амина)

RNH ₂ был нерастворим (или слабо растворим) в воде, и в присутствии кислоты он образует соль, сольватация ионов которой способствует его растворимости.

Почему это происходит? Ответ кроется в одном из основных свойств аминов: они полярные и основные. Согласно определению Бренстеда-Лоури, будучи основными, они будут реагировать с кислотами, достаточно сильными, чтобы протонировать их.

основность

Амины - более сильные органические основания, чем аммиак. Чем выше электронная плотность вокруг атома азота, тем он будет более основным; то есть он быстрее депротонирует кислоты в окружающей среде. Если амин очень щелочной, он может даже выводить протон из спиртов.

Группы R вносят вклад в электронную плотность азота за счет индуктивного эффекта; поскольку мы не должны забывать, что это один из самых электроотрицательных атомов из существующих. Если эти группы очень длинные или громоздкие, индукционный эффект будет больше, что также приведет к увеличению отрицательной области вокруг электронной пары (··).

Это заставляет (··) быстрее принимать ион H ⁺ . Однако, если R очень объемные, основность уменьшается из-за стерического эффекта. Зачем? По той простой причине, что H ⁺ должен пересечь конфигурацию атомов, прежде чем достигнет азота.

Еще один способ выяснить основность амина - стабилизировать его соль амина. Теперь тот, который уменьшается за счет индуктивного эффекта, может уменьшить положительный заряд N ⁺ , это будет более основной амин. Причины те же, что только что объяснены.

Алкиламины против ариламинов

Алкиламины намного более основные, чем ариламины. Зачем? Чтобы просто понять, структура анилина показана:

Молекула анилина. Источник: Кальверо. , через Wikimedia Commons

Вверху, в аминогруппе, находится пара электронов (··). Эта пара «перемещается» внутри кольца в орто- и пара-положениях по отношению к NH ₂ . Это означает, что две верхние вершины и одна напротив NH ₂ заряжены отрицательно, а атом азота заряжен положительно.

Поскольку азот заряжен положительно, ⁺ N, он отталкивает ион H ⁺ . А если этого недостаточно, электронная пара делокализована внутри ароматического кольца, что делает его менее доступным для депротонатных кислот.

Основность анилина может возрасти, если группы или атомы, которые придают ему электронную плотность, связаны с кольцом, конкурируя с парой (··) и заставляя его с большей вероятностью располагаться на атоме азота, готового действовать как основание.

Типы (первичный, вторичный, третичный)

Типы аминов. Источник: Jü через Википедию.

Хотя это официально не представлено, ссылка была сделана на первичные, вторичные и третичные амины (верхнее изображение, слева направо).

Первичные амины (RNH ₂ ) монозамещены; вторичные группы (R ₂ NH) дизамещены двумя R алкильными или арильными группами; и третичные (R ₃ N) тризамещены, и в нем отсутствует водород.

Все существующие амины являются производными этих трех типов, поэтому их разнообразие и взаимодействие с биологическим и нейронным матриксом огромны.

В общем, можно ожидать, что третичные амины будут самыми основными; однако такое утверждение невозможно сделать, не зная структуры R.

Повышение квалификации

Алкилирование аммиака

Сначала упоминалось, что амины производятся из аммиака; поэтому их проще всего получить путем алкилирования. Для этого избыток аммиака реагирует с алкилгалогенидом с последующим добавлением основания для нейтрализации соли амина:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Обратите внимание, что эти стадии приводят к первичному амину. Также могут образовываться вторичные и даже третичные амины, в результате чего уменьшается выход одного продукта.

Некоторые методы обучения, такие как синтез Габриэля, позволяют получать первичные амины, так что другие нежелательные продукты не образуются.

Также кетоны и альдегиды можно восстанавливать в присутствии аммиака и первичных аминов с образованием вторичных и третичных аминов.

Каталитическое гидрирование

Нитросоединения можно восстановить в присутствии водорода и катализатора до их соответствующих аминов.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Нитрилы RC≡N и амиды RCONR ₂ также восстанавливаются с образованием первичных и третичных аминов соответственно.

Номенклатура

Как называются амины? В большинстве случаев их называют на основе R, алкильной или арильной группы. К названию R, производному от его алкана, в конце добавляется слово «амин».

Таким образом, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ представляет собой пропиламин. С другой стороны, его можно назвать, рассматривая только алкан, а не как группу R: пропанамин.

Первый способ их наименования, безусловно, самый известный и наиболее часто используемый.

Когда имеется две группы NH ₂ , алкан называют и перечисляются положения аминогрупп. Таким образом, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ называется 1,4-бутандиамином.

Если есть кислородсодержащие группы, такие как ОН, они должны иметь приоритет перед NH ₂ , который, как правило, называют заместителем. Например, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ называется: 3-аминопропанол.

Что касается вторичных и третичных аминов, буквы N используются для обозначения групп R. Самая длинная цепь останется с названием соединения. Таким образом, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ называется: N-метилэтиламин.

Приложения

Красители

Первичные ароматические амины могут служить исходным материалом для синтеза азокрасителей. Сначала амины реагируют с образованием солей диазония, которые образуют азосоединения посредством азосочетания (или диазосочетания).

Они из-за своей интенсивной окраски используются в текстильной промышленности как красящий материал; например: метиловый оранжевый, прямой коричневый 138, закатный желтый FCF и понсо.

Наркотики и наркотики

Многие препараты работают с агонистами и антагонистами нейротрансмиттеров природных аминов. Примеры:

-Хлорфенирамин - антигистаминное средство, используемое для контроля аллергических процессов из-за приема некоторых продуктов питания, сенной лихорадки, укусов насекомых и т. Д.

-Хлорпромазин - седативное средство, а не индуктор сна. Он снимает беспокойство и даже используется при лечении некоторых психических расстройств.

-Эфедрин и фенилэфедрин используются в качестве респираторных деконгестантов.

-Амитриптилин и имипрамин - это третичные амины, которые используются при лечении депрессии. По своей структуре они относятся к трициклическим антидепрессантам.

-Опиоидные обезболивающие, такие как морфин, коделин и героин, являются третичными аминами.

Очистка газа

Некоторые амины, включая дигликоламин (DGA) и диэтаноламин (DEA), используются для удаления газов двуокиси углерода (CO ₂ ) и сероводорода (H ₂ S), присутствующих в природном газе и нефтеперерабатывающие заводы.

Агрохимия

Метиламины представляют собой промежуточные соединения в синтезе химических веществ, которые используются в сельском хозяйстве в качестве гербицидов, фунгицидов, инсектицидов и биоцидов.

Производство смол

Метиламины используются при производстве ионообменных смол, используемых для деионизации воды.

Питательные вещества для животных

Триметиламин (ТМА) используется в основном для производства хлорида холина, добавки витамина B, используемой в корме для кур, индеек и свиней.

Резиновая промышленность

Диметиламинолеат (ДМА) - эмульгатор для использования в производстве синтетического каучука. ДМА используется непосредственно в качестве модификатора полимеризации в паровой фазе бутадиена и в качестве стабилизатора латекса натурального каучука вместо аммиака.

Растворители

Диметиламин (DMA) и монометиламин (MMA) используются для синтеза полярных апротонных растворителей диметилформамида (DMF), диметилацетамида (DMAc) и н-метилпирролидона (NMP).

Применения ДМФА включают: уретановое покрытие, растворитель акриловой нити, реакционные растворители и экстракционные растворители.

DMAc используется в производстве красителей для пряжи и растворителей. Наконец, NMP используется для очистки смазочных масел, удаления краски и эмалевого покрытия.

Примеры

Кокаин

Молекула кокаина. Источник: NEUROtiker, через Wikimedia Commons.

Кокаин используется в качестве местного анестетика при некоторых типах хирургических вмешательств на глазах, ушах и горле. Как видно, это третичный амин.

никотин

Молекула никотина. Источник: Ю, из Wikimedia Commons.

Никотин является основным агентом табачной зависимости и химически является третичным амином. Никотин в табачном дыме быстро абсорбируется и очень токсичен.

Морфий

Молекула морфина. Источник: NEUROtiker, Wikimedia Commons.

Это одно из самых эффективных болеутоляющих средств для снятия боли, особенно при раке. Это, опять же, третичный амин.

Серотонин

Молекула серотонина. Источник: Харбин, из Wikimedia Commons.

Серотонин - аминовый нейромедиатор. У пациентов с депрессией снижается концентрация основного метаболита серотонина. В отличие от других аминов этот первичный.

Ссылки

1. Грэм Соломонс Т.В., Крейг Б. Фрайл. (2011). Органическая химия. Амины. (10- ^е изд.). Wiley Plus.
2. Кэри Ф. (2008). Органическая химия. (Издание шестое). Мак Гроу Хилл.
3. Моррисон и Бойд. (1987). Органическая химия. (Издание пятое). Аддисон-Уэсли Ибероамерикана.
4. Компания Chemours. (2018). Метиламины: использование и применение. Получено с: chemours.com
5. Исследование рынка прозрачности. (SF). Амины: важные факты и использование. Получено с: transparentmarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Амин. Получено с: en.wikipedia.org
7. Ганонг, ВФ (2003). Медицинская физиология. 19-е издание. От редакции El Manual Moderno.