AMINY: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, TYPY, POUŽITIA, PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Tieto amíny sú organické zlúčeniny, odvodené od amoniaku. V nich sa vyskytujú kovalentné väzby medzi uhlíkom a dusíkom. Molekula dusíka je prirodzene kineticky inertná; ale vďaka biologickej fixácii sa transformuje na amoniak, ktorý následne podlieha následným alkylačným reakciám.

Keď je amoniak "alkylovaný", nahradí jeden, dva alebo tri z jeho troch vodíkov atómami uhlíka. Tieto uhlíky môžu tiež pochádzať z alkylovej (R) alebo arylovej (Ar) skupiny. Existujú teda alifatické amíny (lineárne alebo rozvetvené) a aromatické.

Všeobecný vzorec pre amín. Zdroj: MaChe, z Wikimedia Commons.

Všeobecný vzorec pre alifatické amíny je uvedený vyššie. Tento vzorec sa môže použiť pre aromatické amíny, pretože R môže byť tiež arylová skupina Ar. Všimnite si podobnosti medzi amínu a amoniaku, NH ₃ . Prakticky bol H nahradený bočným reťazcom R.

Ak R pozostáva z alifatických reťazcov, máte to, čo sa nazýva alkylamín; zatiaľ čo ak je R aromatická, arylamín. Z arylamíny, najdôležitejšie zo všetkých je alanín: aminoskupina, -NH ₂ , ktoré sú pripojené k benzenovému kruhu.

Ak sú v molekulovej štruktúre kyslíkaté skupiny, ako sú OH a COOH, zlúčenina sa už ďalej nenazýva amín. V takom prípade sa amín považuje za substituent: aminoskupinu. Napríklad sa to deje v aminokyselinách, ako aj v iných biomolekulách nesmierne dôležitých pre život.

Pretože dusík sa vyskytuje v mnohých základných zlúčeninách pre život, považovali sa za životne dôležité amíny; tj „vitamíny“. Avšak veľa vitamínov nie sú ani amíny, a ešte viac, nie všetky sú životne dôležité. To však nespochybňuje jeho veľký význam v živých organizmoch.

Amíny sú silnejšie organické bázy ako amoniak samotný. Ľahko sa dajú extrahovať z rastlinných látok a zvyčajne majú silné interakcie s neurónovou matricou organizmov; preto veľa liekov a liečiv pozostáva z amínov s komplexnými štruktúrami a substituentami.

štruktúra

Aká je jeho štruktúra? Aj keď sa líši v závislosti od povahy R, elektronické prostredie atómu dusíka je rovnaké pre všetky z nich: tetrahedrálny. Ale pretože na atóme dusíka je pár nezdieľaných elektrónov (·~), molekulárna geometria sa stáva pyramidálnym. To isté platí pre amoniak a amíny.

Amíny môžu byť zastúpené tetraedrónom, rovnako ako zlúčeniny uhlíka. Tak, NH ₃ a CH ₄ sú nakreslené ako štvorsteny, kde dvojica (··) je umiestnená na jednom z vrcholov nad dusíkom.

Obe molekuly sú achirálne; však, začnú zobrazenie chirality, keď ich H sú nahradené R. amínu R _2, NH je achirální v prípade, že dve R je odlišné. Chýba však akákoľvek konfigurácia na rozlíšenie jedného enantioméru od iného (ako je to v prípade chirálnych uhlíkových centier).

Je to preto, že enantioméry:

R ₂ N-H - H-NR ₂

vymieňajú sa takou rýchlosťou, aby sa ani jeden z nich nemohol izolovať; a preto sú štruktúry amínov považované za achirálne, aj keď všetky substituenty na atóme dusíka sú rôzne.

Vlastnosti amínov

polarita

Amíny sú polárne zlúčeniny, pretože NH ₂ amínové skupiny , ktoré majú elektronegativní atóm dusíka, prispieva k dipólového momentu molekuly. Všimnite si, že dusík má schopnosť darovať vodíkové väzby, čo spôsobuje, že amíny majú všeobecne vysoké teploty topenia a teploty varu.

Ak sa však táto vlastnosť porovná s vlastnosťou okysličených zlúčenín, ako sú alkoholy a karboxylové kyseliny, vedie k nižším hodnotám.

Napríklad teplota varu etylamín, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) je nižšia, než je etanol, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Je teda ukázané, že OH vodíkové väzby sú silnejšie ako väzby NH, aj keď amín môže tvoriť viac ako jeden mostík. Toto porovnanie je platný iba vtedy, ak R má rovnakú molekulovú hmotnosť pre dvoch zlúčenín (CH ₃ CH ₂ -). Na druhej strane, etán vrie pri -89ºC, CH ₃ CH ₃ , ktorý je plyn pri teplote miestnosti.

Pretože amín má menej vodíka, vytvára menej vodíkových väzieb a jeho teplota varu je znížená. To je pozorované porovnaním bod varu dimetylamínu, (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C), s tým etylamín (16,6 ° C).

Fyzicka charakteristika

Vo svete chémie, keď hovoríme o amíne, vzniká nedobrovoľný akt držania nosa. Je to tak preto, že majú vo všeobecnosti nepríjemné pachy, z ktorých niektoré sa podobajú zápachu prehnitých rýb.

Kvapalné amíny majú okrem toho tendenciu mať žltkasté tóny, ktoré zvyšujú vizuálnu nedôveru, ktorú vytvárajú.

Rozpustnosť vo vode

Amíny majú sklon byť nerozpustné vo vode, pretože, aj keď je schopný tvoriť vodíkové väzby s H ₂ O, ich väčšina organická zložka je hydrofóbna. Čím objemnejšie alebo dlhšie skupiny R sú, tým nižšia je ich rozpustnosť vo vode.

Ak je však v médiu kyselina, rozpustnosť sa zvyšuje tvorbou tzv. Amínových solí. V nich má dusík kladný čiastočný náboj, ktorý elektrostaticky priťahuje aniónovú alebo konjugovanú bázu kyseliny.

Napríklad, v zriedenom roztoku kyseliny chlorovodíkovej, amínu SB ₂ reaguje takto:

SB ₂ + HCl => SB ₃ ⁺ Cl ^- (primárna amínové soli)

SB ₂ , ktorý je nerozpustný (alebo mierne rozpustný) vo vode, a v prítomnosti kyseliny sa tvorí soľ, ktorej solvatácie jeho iónov favorizuje rozpustnosť.

Prečo sa to stalo? Odpoveď spočíva v jednej z hlavných vlastností amínov: sú polárne a základné. Podľa definície Brönsted-Lowryovej sú bázické a reagujú s kyselinami dostatočne silnými, aby ich mohli protonovať.

zásaditosť

Amíny sú silnejšie organické bázy ako amoniak. Čím vyššia je hustota elektrónov okolo atómu dusíka, tým bude bázickejšia; to znamená, že deprotonuje kyseliny v prostredí rýchlejšie. Ak je amín veľmi zásaditý, môže z alkoholov dokonca odstrániť protón.

Skupiny R prispievajú elektrónovou hustotou k dusíku indukčným účinkom; pretože nesmieme zabúdať, že ide o jeden z najelegantatívnejších atómov v súčasnosti. Ak sú tieto skupiny veľmi dlhé alebo objemné, indukčný účinok bude väčší, čo tiež zvýši negatívnu oblasť okolo elektrónového páru (··).

To spôsobí (··) rýchlejšie prijatie H ⁺ iónu . Ak sú však R veľmi objemné, zásaditosť sa znižuje zásaditosťou. Prečo? Z jednoduchého dôvodu, že H ⁺ musí prejsť cez konfiguráciu atómov pred dosiahnutím dusíka.

Ďalším spôsobom, ako uvažovať o zásaditosti amínu, je stabilizácia jeho amínovej soli. Teraz ten, ktorý klesá indukčným účinkom, môže znížiť kladný náboj N ⁺ , bude to zásaditejší amín. Dôvody sú rovnaké, ako sme práve vysvetlili.

Alkylamíny verzus arylamíny

Alkylamíny sú omnoho zásaditejšie ako arylamíny. Prečo? Aby sme to jednoducho pochopili, je uvedená štruktúra anilínu:

Anilínová molekula. Zdroj: Calvero. , prostredníctvom Wikimedia Commons

Hore, v aminoskupine, je pár elektrónov (··). Táto dvojica "putuje" v kruhu v orto a para polohách vzhľadom k NH ₂ . To znamená, že dve horné vrcholy a jeden opačný NH ₂ majú negatívny náboj, pričom atóm dusíka je pozitívne nabitá.

Pretože dusík je kladne nabitý, ⁺ N, bude odpudzovať ión H ⁺ . A ak to nestačí, elektrónový pár sa delokalizuje v aromatickom kruhu, takže je menej prístupný deprotonátovým kyselinám.

Zásaditosť anilínu sa môže zvýšiť, ak skupiny alebo atómy, ktoré mu dávajú elektronickú hustotu, sú spojené s kruhom, súťažia s párom (··) a nútia ho, aby bol pravdepodobnejšie, že bude umiestnený na atóme dusíka, pripravený konať ako báza.

Druhy (primárne, sekundárne, terciárne)

Druhy amínov. Zdroj: Jü cez Wikipedia.

Aj keď to nie je formálne prezentované, implicitne sa uvádza odkaz na primárne, sekundárne a terciárne amíny (horný obrázok zľava doprava).

Primárne amíny (SB ₂ ) sú jednou; sekundárne tich (R ₂ NH) sú disubstituované, s dvomi R alkylovú alebo arylových skupín; a tie, terciárne (R ₃ N), sú trisubstituované, a postráda vodík.

Všetky existujúce amíny sú odvodené od týchto troch typov, takže ich rozmanitosť a interakcie s biologickou a neurónovou matricou sú obrovské.

Vo všeobecnosti možno očakávať, že terciárne amíny budú najzákladnejšie; takéto tvrdenie však nemožno uplatniť bez znalosti štruktúry R.

výcvik

Alkylácia amoniakom

Najprv bolo uvedené, že amíny sú odvodené od amoniaku; Najjednoduchší spôsob, ako ich vytvoriť, je preto alkyláciou. Za týmto účelom sa nadbytok amoniaku nechá reagovať s alkylhalogenidom a potom sa pridá báza na neutralizáciu amínovej soli:

NH ₃ + RX => SB ₃ ⁺ X ^- => SB ₂

Všimnite si, že tieto kroky vedú k primárnemu amínu. Môžu sa tiež tvoriť sekundárne a dokonca terciárne amíny, čím sa znižuje výťažok jedného produktu.

Niektoré tréningové metódy, ako je Gabrielova syntéza, umožňujú získať primárne amíny, takže sa nevytvárajú ďalšie nežiaduce produkty.

Ketóny a aldehydy sa môžu tiež redukovať v prítomnosti amoniaku a primárnych amínov za vzniku sekundárnych a terciárnych amínov.

Katalytická hydrogenácia

Nitrozlúčeniny sa môžu redukovať v prítomnosti vodíka a katalyzátora na ich zodpovedajúce amíny.

ARNO ₂ => Arnhem ₂

Nitrily, RC≡N, a amidy, RCONR ₂ , sú tiež redukuje na primárne a terciárne amíny, v tomto poradí.

názvoslovie

Ako sa pomenujú amíny? Väčšinu času sú pomenované na základe R, alkylovej alebo arylovej skupiny. K názvu R, odvodenému od jeho alkánu, sa na konci pridá slovo „amín“.

Tak, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ je propylamín. Na druhej strane možno pomenovať iba alkán a nie ako skupinu R: propanamín.

Prvý spôsob ich pomenovania je zďaleka najznámejší a najpoužívanejší.

Ak existujú dve NH ₂ skupiny , alkán je pomenovaná a polohy aminoskupín sú uvedené. Tak, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ , sa nazýva: 1,4-butandiamin.

Ak sú kyslíkaté skupiny, ako je OH, musí byť daná prednosť pred NH ₂ , ktorý je pomenovaný ako substituent. Napríklad, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ , sa nazýva: 3-aminopropanol.

Pokiaľ ide o sekundárne a terciárne amíny, na označenie skupín R. sa používajú písmená N. Najdlhší reťazec zostane s názvom zlúčeniny. Tak, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ , sa nazýva N-methylethylaminu.

aplikácia

farbivá

Primárne aromatické amíny môžu slúžiť ako východiskový materiál pre syntézu azofarbív. Amíny spočiatku reagujú za vzniku diazóniových solí, ktoré tvoria azozlúčeniny azo kopuláciou (alebo diazo kopuláciou).

Tieto sa kvôli svojmu intenzívnemu zafarbeniu používajú v textilnom priemysle ako farbiaci materiál; napríklad: metyl oranžová, hnedá hnedá 138, žltá žltá FCF a ponceau.

Drogy a drogy

Mnoho liekov pracuje s agonistami a antagonistami prírodných amínových neurotransmiterov. Príklady:

-Chlórfeniramín je antihistaminikum používané na kontrolu alergických procesov v dôsledku požitia niektorých potravín, sennej nádchy, bodnutí hmyzom atď.

- Chlórpromazín je sedatívum, nie induktor spánku. Zmierňuje úzkosť a dokonca sa používa pri liečbe niektorých duševných porúch.

- Efedrín a fenylefedrín sa používajú ako respiračné dekongestanty.

-Amitriptylín a imipramín sú terciárne amíny, ktoré sa používajú pri liečbe depresie. Vďaka svojej štruktúre sú klasifikované ako tricyklické antidepresíva.

-Lepioidné látky, ktoré zmierňujú bolesti, ako je morfín, codelín a heroín, sú terciárne amíny.

Úprava plynu

Niektoré amíny, vrátane diglykolaminu (DGA) a dietanolamínu (DEA), sa používajú na odstránenie oxidu uhličitého (CO ₂ ) a sírovodíka (H ₂ S) plynov prítomných v plyne a v rafinérie.

Poľnohospodárska chémia

Metylamíny sú medziprodukty v syntéze chemikálií, ktoré sa v poľnohospodárstve používajú ako herbicídy, fungicídy, insekticídy a biocídy.

Výroba živice

Metylamíny sa používajú pri výrobe iónomeničových živíc, použiteľné pri deionizácii vody.

Živiny pre zvieratá

Trimetylamín (TMA) sa používa predovšetkým na výrobu cholínchloridu, doplnku vitamínu B, ktorý sa používa v krmive pre kurčatá, morky a ošípané.

Gumárenský priemysel

Dimetylamín oleát (DMA) je emulgátor na použitie pri výrobe syntetického kaučuku. DMA sa používa priamo ako modifikátor polymerizácie v plynnej fáze butadiénu a ako stabilizátor latexu prírodného kaučuku namiesto amoniaku.

rozpúšťadlá

Dimetylamín (DMA) a monometylamín (MMA) sa používajú na syntézu polárnych aprotických rozpúšťadiel, dimetylformamidu (DMF), dimetylacetamidu (DMAc) a n-metylpyrolidónu (NMP).

Aplikácie pre DMF zahŕňajú: uretánový povlak, akrylové priadze, reakčné rozpúšťadlá a extrakčné rozpúšťadlá.

DMAc sa používa pri výrobe priadzových farbív a rozpúšťadiel. Nakoniec sa NMP používa pri rafinácii mazacích olejov, odstraňovačov náterov a emailových povlakov.

Príklady

kokaín

Kokaínová molekula. Zdroj: NEUROtiker, prostredníctvom Wikimedia Commons

Kokaín sa používa ako lokálne anestetikum pri určitých typoch operácií očí, uší a krku. Ako je vidieť, ide o terciárny amín.

nikotín

Nikotínová molekula. Zdroj: Jü, z Wikimedia Commons

Nikotín je primárnym činiteľom závislosti na tabaku a chemicky je to terciárny amín. Nikotín v tabakovom dyme sa rýchlo vstrebáva a je vysoko toxický.

morfium

Morfínová molekula. Zdroj: NEUROtiker, z Wikimedia Commons

Je to jeden z najúčinnejších prostriedkov na zmiernenie bolesti, najmä na zmiernenie bolesti. Je to opäť terciárny amín.

serotonín

Molekula serotonínu. Zdroj: Harbin, z Wikimedia Commons

Serotonín je amínový neurotransmiter. U pacientov s depresiou je koncentrácia hlavného metabolitu serotonínu znížená. Na rozdiel od ostatných amínov je tento primárny.

Referencie

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. Amíny. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
3. Morrison a Boyd. (1987). Organická chémia. (Piate vydanie). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Spoločnosť Chemours. (2018). Metylamíny: použitie a aplikácie. Získané z: chemours.com
5. Prieskum transparentnosti trhu. (SF). Aminy: dôležité fakty a použitia. Obnovené z: Transparentnosť.sk
6. Wikipedia. (2019). Amine. Obnovené z: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Lekárska fyziológia. 19. vydanie. Editorial El Manual Moderno.