Struktura, vlastnosti, typy, použití, příklady



aminy jsou to organické sloučeniny odvozené od amoniaku. Produkují kovalentní vazby mezi uhlíkem a dusíkem. Molekula dusíku je přirozeně kineticky inertní; ale díky biologické fixaci se transformuje na amoniak, který následně podléhá následným alkylačním reakcím.

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

Obecný vzorec pro alifatické aminy je uveden výše. Tento vzorec může být použit pro aromatické aminy, s ohledem na to, že R může být také skupina aryl Ar. Všimněte si podobnosti mezi aminem a amoniakem, NH3. Prakticky byl H nahrazen postranním řetězcem R.

Jestliže R sestává z alifatických řetězců, máme to, co je známo jako alkylamin; přičemž pokud R je aromatická, je to arylamin. Z arylaminů je nejdůležitější ze všech alanin: aminoskupina, -NH2, vázané na benzenový kruh.

Když jsou v molekulární struktuře okysličené skupiny, jako například OH a COOH, sloučenina se již nazývá amin. V tomto případě je amin považován za substituent: aminoskupinu. Například v aminokyselinách se to děje, stejně jako v jiných biomolekulách obrovského významu pro život.

Protože dusík byl nalezen v mnoha základních sloučeninách pro život, ty byly považovány za životně důležité aminy; to znamená „vitamíny“. Nicméně, mnoho z vitaminů nejsou ani aminy, a ještě více, ne všechny jsou životně důležité. To však nepopírá jeho velký význam v živých organismech.

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

Index

  • 1 Struktura
  • 2 Vlastnosti aminů
    • 2.1 Polarita
    • 2.2 Fyzikální vlastnosti
    • 2.3 Rozpustnost ve vodě
    • 2.4 Zásadnost
  • 3 typy (primární, sekundární, terciární)
  • 4 Školení
    • 4.1 Alkylace amoniaku
    • 4.2 Katalytická hydrogenace
  • 5 Nomenklatura
  • 6 Použití
    • 6.1 Barviva
    • 6.2 Léky a drogy
    • 6.3 Léčba plynů
    • 6.4 Zemědělská chemie
    • 6.5 Výroba pryskyřice
    • 6.6 Živiny pro zvířata
    • 6.7 Pryžový průmysl
    • 6.8 Rozpouštědla
  • 7 Příklady
    • 7.1 Kokain
    • 7.2 Nikotin
    • 7.3 Morfin
    • 7.4 Serotonin
  • 8 Odkazy

Struktura

Jaká je její struktura? Ačkoli to se mění v závislosti na povaze R, elektronické prostředí atomu dusíku je stejné pro všechny z nich: tetrahedral. Ale s dvojicí elektronů nesdílených na atomu dusíku (··) se molekulární geometrie stává pyramidální. To platí pro amoniak a aminy.

Aminy mohou být reprezentovány tetraedronem, stejně jako je tomu u sloučenin uhlíku. Takže, NH3 a CH4 jsou kresleny jako tetraedrony, kde pár (··) je umístěn v jednom z vrcholů nad dusíkem.

Obě molekuly jsou achirální; nicméně, oni začnou představovat chirality jako jejich Hs je nahrazený R. Amine R2NH je achirální, pokud jsou dva R odlišné. Nicméně postrádá jakoukoliv konfiguraci pro odlišení jednoho enantiomeru od druhého (stejně jako u chirálních uhlíkových center).

To proto, že enantiomery:

R2N-H | H-NR2

jsou vyměňovány takovou rychlostí, aby se žádný z nich nemohl izolovat; a proto se struktury aminů považují za achirální, i když všechny substituenty na atomu dusíku jsou odlišné.

Vlastnosti aminů

Polarita

Aminy jsou polární sloučeniny, protože NH aminoskupina2, protože má elektronegativní atom dusíku, přispívá k dipolárnímu momentu molekuly. Všimněte si, že dusík má schopnost darovat vodíkové vazby, což znamená, že aminy mají obvykle vysoké teploty varu a tání.

Při porovnání této vlastnosti s vlastnostmi okysličených sloučenin, jako jsou alkoholy a karboxylové kyseliny, je však tato hodnota menší..

Například bod varu ethylaminu, CH3CH2NH2 (16,6 ° C) je nižší než u ethanolu, CH3CH2OH (78 ° C).

Je tedy ukázáno, že vodíkové vazby O-H jsou silnější než vazby N-H, i když amin může tvořit více než jeden můstek. Toto srovnání je platné pouze v případě, že R má stejnou molekulovou hmotnost pro obě sloučeniny (CH3CH2-). Na druhé straně se ethan vaří při -89 ° C, CH3CH3, je plyn při teplotě místnosti.

Protože amin má méně vodíku, tvoří méně vodíkových vazeb a jeho bod varu se snižuje. To je pozorováno, pokud je porovnána teplota varu dimethylaminu (CH3)2NH (7ºC), s ethylaminem (16,6ºC).

Fyzikální vlastnosti

Ve světě chemie, když mluví o aminu, je nedobrovolný akt pokrývající váš nos. Je to proto, že obecně mají obvykle nepříjemné pachy, z nichž některé se podobají hnijícím rybám.

Kromě toho mají kapalné aminy tendenci mít nažloutlé tóny, které zvyšují vizuální nedůvěru, kterou vytvářejí.

Rozpustnost ve vodě

Aminy mají tendenci být nerozpustné ve vodě, protože i přes schopnost tvořit vodíkové vazby s H2Nebo je hlavní organická složka hydrofobní. Čím jsou R skupiny objemnější nebo delší, tím nižší je jejich rozpustnost ve vodě.

Pokud je ve středu kyselina, je rozpustnost zvýšena tvorbou tzv. Aminových solí. V nich má dusík pozitivní částečný náboj, který elektrostaticky přitahuje anionty nebo konjugované báze kyseliny.

Například ve zředěném roztoku HC1, amin RNH2 Reaguje následovně:

RNH2 + HC1 => RNH3+Cl- (primární sůl aminu)

RNH2 byl nerozpustný (nebo mírně rozpustný) ve vodě a za přítomnosti kyseliny tvoří sůl, jejíž solvatace iontů podporuje jeho rozpustnost.

Proč se to stalo? Odpověď spočívá v jedné z hlavních vlastností aminů: jsou polární a základní. Být základní, oni budou reagovat s kyselinami silný dost protonovat je, podle definice Brönsted-Lowry.

Zásadnost

Aminy jsou organické báze silnější než amoniak. Čím vyšší je hustota elektronů kolem atomu dusíku, tím více bude základní; to znamená, že bude rychleji deprotonovat kyseliny v médiu. Pokud je amin velmi bazický, můžete dokonce proton z alkoholů zachytit.

R skupiny přispívají elektronickou hustotou k dusíku indukčním účinkem; protože nesmíme zapomínat, že je to jeden z nej elektronegativnějších atomů v existenci. Pokud jsou tyto skupiny velmi dlouhé nebo objemné, indukční účinek bude větší, což také zvýší zápornou oblast kolem dvojice elektronů (··).

To způsobuje (··) rychlejší přijetí iontu H+. Pokud jsou však R velmi objemné, zásaditost se snižuje sterickým efektem. Proč? Z prostého důvodu, že H+ musí projít konfigurací atomů před dosažením dusíku.

Další způsob uvažování o zásaditosti aminu je stabilizace jeho aminové soli. To, co se snižuje indukčním efektem, může snížit kladný náboj N+, bude to bazičtější amin. Důvody jsou právě vysvětleny.

Alkylaminy a arylaminy

Alkylaminy jsou mnohem zásaditější než arylaminy. Proč? Pro pochopení jednoduchým způsobem je zobrazena struktura anilinu:

Nahoře, v aminoskupině, je pár elektronů (··). Tento pár "putuje" uvnitř kruhu v polohách orto a vzhledem k NH2. To znamená, že dva horní vrcholy a protiklad k NH2 jsou záporně nabité, zatímco atom dusíku je pozitivní.

Být dusík pozitivně nabitý, +N, odpuzuje ionty H+. A kdyby to nestačilo, dvojice elektronů se delokalizuje uvnitř aromatického kruhu, čímž se stává méně přístupným pro deprotonaci kyselin..

Zásadnost anilinu může být zvýšena, jestliže skupiny nebo atomy, které darují elektronickou hustotu, jsou spojeny s kruhem, soutěží s párem (··) a nutí jej, aby se nacházelo s větší pravděpodobností v atomu dusíku, připraveném působit jako báze.

Typy (primární, sekundární, terciární)

Ačkoli nebyly formálně prezentovány, byly implicitně uvedeny odkazy na primární, sekundární a terciární aminy (horní obraz zleva doprava)..

Primární aminy (RNH)2) jsou monosubstituované; sekundární (R2NH), jsou disubstituovány dvěma skupinami alkyl nebo aryl R; a terciární látky (R3N), jsou trisubstituované a postrádají vodík.

Všechny tyto aminy jsou odvozeny od těchto tří typů, takže jejich diverzita a interakce s biologickou a neuronální matricí jsou obrovské.

Obecně lze očekávat, že terciární aminy jsou nejzákladnější; však nemůžete učinit takové tvrzení, aniž byste znali struktury R.

Školení

Alkylace amoniaku

Nejprve bylo zmíněno, že aminy jsou odvozeny od amoniaku; Nejjednodušší způsob, jak je tvořit, je proto jejich alkylací. K tomu se nechá přebytek amoniaku reagovat s alkylhalogenidem, po čemž následuje přidání báze k neutralizaci aminové soli:

NH3 + RX => RNH3+X- => RNH2

Tyto kroky vedou k primárnímu aminu. Sekundární a dokonce terciární aminy mohou být také vytvořeny, takže výtěžek pro jeden produkt klesá.

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

Také ketony a aldehydy mohou být redukovány v přítomnosti amoniaku a primárních aminů, aby vznikly sekundární a terciární aminy..

Katalytická hydrogenace

Nitrosloučeniny mohou být redukovány v přítomnosti vodíku a katalyzátoru, který má být transformován na odpovídající aminy.

ArNO2 => ArNH2

Nitrily, RC2N a amidy, RCONR2, jsou také redukovány na primární a terciární aminy.

Nomenklatura

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

Takže, CH3CH2CH2NH2 Je to propylamin. Na druhé straně může být pojmenován pouze s ohledem na alkan a ne jako skupina R: propanamin.

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

Když jsou dvě NH skupiny2, alkan je uveden a pozice aminoskupin jsou uvedeny. Takže, H2NCH2CH2CH2CH2NH2 nazývá se: 1,4-butandiamin.

Pokud existují okysličené skupiny, jako například OH, měla by mít přednost před NH2, který se označuje jako substituent. Například HOCH2CH2CH2NH2 nazývá se: 3-aminopropanol.

S ohledem na sekundární a terciární aminy se pro označení skupin R používají písmena N. Nejdelší řetězec zůstane s názvem sloučeniny. CH3NHCH2CH3 nazývá se N-methylethylamin.

Použití

Barviva

Primární aromatické aminy mohou sloužit jako výchozí materiál pro syntézu azobarviv. Zpočátku aminy reagují za vzniku diazoniových solí, které tvoří azosloučeniny pomocí azosloučeniny (nebo diazo vazbou)..

Vzhledem k intenzitě jejich zbarvení se tyto používají v textilním průmyslu jako barvicí materiál; například: oranžová oranžová, hnědá 138 přímá, žlutá FCF a ponceau.

Drogy a drogy

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

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

-Chlorpromazin je sedativum, nikoliv induktor spánku. Zmírňuje úzkost a používá se i při léčbě některých duševních poruch.

-Efedrin a fenylefedrin jsou používány jako dekongestanty dýchacích cest.

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

-Opioidní analgetika jako morfin, kodein a heroin jsou terciární aminy.

Léčba plynů

Při odstraňování plynů oxidu uhličitého (CO) se používá několik aminů, včetně diglykolaminu (DGA) a diethanolaminu (DEA).2) a sirovodíku (H2S) přítomné v zemním plynu a rafinériích.

Zemědělská chemie

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

Výroba pryskyřic

Methylaminy se používají při přípravě iontoměničových pryskyřic, které mohou být použity při deionizaci vody.

Živiny pro zvířata

Trimethylamin (TMA) se používá především při výrobě cholinchloridu, doplňku vitamínu B, který se používá při krmení kuřat, krůt a prasat..

Pryžový průmysl

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

Rozpouštědla

Dimethylamin (DMA) a monomethylamin (MMA) se používají k syntéze polárních aprotických rozpouštědel dimethylformamidu (DMF), dimethylacetamidu (DMAc) a n-methylpyrrolidonu (NMP)..

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

DMAc se používá při výrobě barviv a rozpouštědel pro příze. Konečně se NMP používá při rafinaci mazacích olejů, odstraňování nátěrů a smaltování.

Příklady

Kokain

Kokain se používá jako lokální anestetikum u určitých typů operací oka, uší a krku. Jak vidíte, je to terciární amin.

Nikotin

Nikotin je primárním činitelem závislosti na tabáku a chemicky se jedná o terciární amin. Nikotin přítomný v tabákovém kouři je rychle absorbován a vysoce toxický.

Morfin

Je to jedno z nejúčinnějších analgetik na zmírnění bolesti, zejména rakoviny. Je to opět terciární amin.

Serotonin

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

Odkazy

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Aminy (10)th vydání.). 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. Zdroj: chemours.com
  5. Průzkum trhu. (s.f.). Aminy: důležitá fakta a použití. Zdroj: transparentmarketresearch.com
  6. Wikipedia. (2019). Amine. Zdroj: en.wikipedia.org
  7. Ganong, W. F. (2003). Lékařská fyziologie 19. vydání. Redakce Moderní manuál.