АМИНИ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ВИДОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На амини са органични съединения, получени от амоняк. В тях възникват ковалентни връзки между въглерод и азот. Естествено, азотната молекула е кинетично инертна; но благодарение на биологичната фиксация той се трансформира в амоняк, който от своя страна претърпява последващи реакции на алкилиране.

Когато амонякът е "алкилиран", той замества един, два или три от трите си водорода с въглеродни атоми. Тези въглероди могат да произхождат от алкилова (R) или арилна (Ar) група. По този начин има алифатни амини (линейни или разклонени) и ароматни.

Обща формула за амин. Източник: MaChe, от Wikimedia Commons.

Общата формула за алифатни амини е показана по-горе. Тази формула може да се използва за ароматни амини, като се има предвид, че R може също да бъде арилна група Ar. Забележка сходството между амин и амоняк, NH ₃. Практически, Н е заменен от R странична верига.

Ако R се състои от алифатни вериги, вие имате това, което е известно като алкиламин; докато ако R е ароматен по природа, ариламин. От ариламини, най-важните от всички е аланин: амино група, -NH ₂, свързан с бензеновия пръстен.

Когато има кислородни групи в молекулна структура, като OH и COOH, съединението вече не се нарича амин. В този случай аминът се счита за заместител: амино групата. Това се случва например в аминокиселини, както и в други биомолекули с огромно значение за живота.

Тъй като азотът се намира в много от основните жизнени съединения, те се считат за жизненоважни амини; т.е. „витамини“. Въпреки това, много от витамините дори не са амини и още повече, че не всички от тях са жизненоважни за живота. Това обаче не отменя голямото му значение за живите организми.

Амините са по-силни органични основи от самия амоняк. Те могат лесно да се извличат от растителната материя и като цяло имат силни взаимодействия с невронната матрица на организмите; следователно много лекарства и лекарства се състоят от амини със сложни структури и заместители.

структура

Каква е неговата структура? Въпреки че варира в зависимост от естеството на R, електронната среда на азотния атом е една и съща за всички тях: тетраедър. Но тъй като на азотния атом има двойка неразделени електрони (··), молекулярната геометрия става пирамидална. Това е така с амоняка и амините.

Амините могат да бъдат представени с тетраедър, точно както с въглеродните съединения. Така, NH ₃ и CH ₄ са изготвени като тетраедри, където се намира двойка (··) на един от върховете над азот.

И двете молекули са ахирални; обаче, те започват да показват хиралност и техните H са заменени от R. на амин R ₂ NH е ахирална ако двата R са различни. Липсва обаче всяка конфигурация, която да разграничава един енантиомер от друг (какъвто е случаят с хиралните въглеродни центрове).

Това е така, защото енантиомерите:

R ₂ М-Н - H-NR ₂

те се обменят с такава скорост, че никой от двамата не може да се изолира; и следователно структурите на амините се считат за ахирални, въпреки че всички заместители на азотния атом са различни.

Свойства на амини

полярност

Амините са полярни съединения, тъй като NH на _две амино групата, имаща електроотрицателна азотен атом допринася за диполен момент на молекулата. Обърнете внимание, че азотът има способността да дарява водородни връзки, което води до това, че амините обикновено имат високи температури на топене и кипене.

Въпреки това, когато това свойство се сравнява с това на оксигенираните съединения, като алкохоли и карбоксилни киселини, те водят до по-ниски величини.

Например, точката на кипене на етиламин, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16.6 ° С) е по-ниска от тази на етанол, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° С).

По този начин е показано, че ОН водородните връзки са по-силни от тези на NH, въпреки че аминът може да образува повече от един мост. Това сравнение е валидна само ако R има същото молекулно тегло за двете съединения (CH ₃ СН ₂ -). От друга страна, етан кипи при -89ºC, СН _3, СН ₃, е газ при стайна температура.

Тъй като аминът има по-малко водород, той образува по-малко водородни връзки и неговата точка на кипене се понижава. Това се наблюдава чрез сравняване на точката на кипене на диметиламин, (СН ₃) _2, NH (7 ° С), с тази на етиламин (16.6 ° С).

Физически характеристики

В света на химията, когато говорим за амин, възниква неволния акт на задържане на носа. Това е така, защото като цяло те са склонни да имат неприятни миризми, някои от които наподобяват тази на гнилата риба.

Освен това течните амини имат тенденция да имат жълтеникави тонове, които увеличават зрителното недоверие, което пораждат.

Разтворимост във вода

Амините са склонни да бъдат неразтворими във вода, тъй като, въпреки че е в състояние да образува водородни връзки с H ₂ O, си част органичен компонент е хидрофобен. Колкото по-обемни или по-дълги са R групите, толкова по-ниска е тяхната разтворимост във вода.

Когато в средата има киселина, разтворимостта се повишава чрез образуването на известни като аминови соли. В тях азотът има положителен частичен заряд, който електростатично привлича аниона или конюгираната основа на киселината.

Например, в разреден разтвор на солна киселина, амин RNH ₂ реагира, както следва:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (първична аминна сол)

RNH ₂ е неразтворим (или слабо разтворим) във вода, и в присъствието на киселина образува сол, чиито солватиране на неговите йони благоприятства неговата разтворимост.

Защо това се случва? Отговорът се крие в едно от основните свойства на амините: те са полярни и основни. Като основни, те ще реагират с киселини, достатъчно силни, за да ги протонират, според определението на Брьонстед-Лоури.

валентност

Амините са по-силни органични основи от амоняка. Колкото по-висока е плътността на електроните около азотния атом, толкова по-основна ще бъде тя; тоест, той ще депротонира киселините в околната среда по-бързо. Ако аминът е много основен, той дори може да извади протона от алкохолите.

R групите допринасят електронната плътност на азота чрез индуктивен ефект; тъй като не трябва да забравяме, че той е един от най-електронегативните атоми в съществуването. Ако тези групи са много дълги или обемисти, индуктивният ефект ще бъде по-голям, което също ще увеличи отрицателната област около електронната двойка (··).

Това кара (··) да приема H ⁺ йона по-бързо. Ако обаче R са много обемисти, основността намалява със стеричен ефект. Защо? По простата причина, че Н ⁺ трябва да пресече конфигурация от атоми, преди да достигне азот.

Друг начин да се разсъждава за основността на амина е чрез стабилизиране на неговата аминна сол. Сега този, който намалява чрез индуктивен ефект, може да намали положителния заряд N ⁺, това ще бъде по-основен амин. Причините са същите току-що обяснени.

Алкиламини срещу ариламини

Алкиламините са много по-основни от ариламините. Защо? За да го разберете просто, структурата на анилина е показана:

Анилинова молекула. Източник: Калверо., чрез Wikimedia Commons

По-горе в аминогрупата е двойката електрони (··). Тази двойка "пътува" вътре в пръстена в орто и пара позиции по отношение на NH ₂. Това означава, че двата горни върховете и една срещу NH ₂ са отрицателно заредени, а азотният атом е положително заредена.

Тъй като азотът е положително зареден, ⁺ N, той ще отблъсне Н ⁺ йона. И ако това не е достатъчно, електронната двойка се делокализира в ароматния пръстен, което го прави по-малко достъпен за депротонатните киселини.

Основността на анилина може да се увеличи, ако групи или атоми, които му придават електронна плътност, са свързани с пръстена, съревновавайки се с двойката (··) и принуждавайки го да е по-вероятно да бъде разположен на азотния атом, готов да действа като основа.

Видове (първични, вторични, третични)

Видове амини. Източник: Jü чрез Wikipedia.

Въпреки че не е представен официално, позоваването е имплицитно на първични, вторични и третични амини (горно изображение, отляво надясно).

Първичните амини (RNH ₂) са монозаместени; второстепенните (R ₂ NH) са дизаместени с две R алкилови или арилови групи; и третични тези (R ₃ N), са на тройнозаместени и липсва водород.

Всички съществуващи амини са получени от тези три типа, така че тяхното разнообразие и взаимодействия с биологичната и невроналната матрица са огромни.

Като цяло може да се очаква, че третичните амини са най-основните; обаче такова твърдение не може да бъде отправено без да се знаят структурите на Р.

обучение

Алкилна алкилация

В началото беше споменато, че амините се получават от амоняк; следователно, най-простият начин за образуването им е чрез алкилиране. За да направите това, излишъкът на амоняк реагира с алкилов халид, последвано от добавяне на основа за неутрализиране на аминовата сол:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Обърнете внимание, че тези стъпки водят до първичен амин. Могат да се образуват и вторични и третични амини, при което добивът за един продукт намалява.

Някои методи за обучение, като синтеза на Габриел, правят възможно получаването на първични амини, така че да не се образуват други нежелани продукти.

Също така, кетоните и алдехидите могат да бъдат редуцирани в присъствието на амоняк и първични амини, за да се получат вторични и третични амини.

Каталитично хидриране

Азотните съединения могат да бъдат редуцирани в присъствието на водород и катализатор към съответните им амини.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Нитрилите, RC≡N и амидите, RCONR ₂, също се редуцират до получаване на първични и третични амини, съответно.

номенклатура

Как се наричат ​​амини? През повечето време те се назовават на базата на R, алкиловата или ариловата група. Към името на R, получено от неговия алкан, в края се добавя думата „амин“.

Така, СН _3, СН ₂ СН ₂ NH ₂ е пропиламин. От друга страна, той може да бъде наречен като се има предвид само алканът, а не като R група: пропанамин.

Първият начин за именуването им е най-известният и най-използваният.

Когато има два NH ₂ групи, на алкан се нарича и позициите на амино групите са изброени. Така, Н ₂ NCH ₂ СН ₂ СН ₂ СН ₂ NH ₂ се нарича: 1,4-бутандиамин.

Ако има окислени групи, такива като О, трябва да се дава приоритет пред NH ₂, която се случва да бъде наречена като заместител. Например, HOCH ₂ СН ₂ СН ₂ NH ₂ се нарича: 3-аминопропанол.

А по отношение на вторичните и третичните амини, буквите N се използват за означаване на R групите. Най-дългата верига ще остане с името на съединението. Така, СН ₃ NHCH ₂ СН ₃ се нарича: N-метилетиламин.

Приложения

Оцветители

Първичните ароматни амини могат да служат като изходен материал за синтеза на азобагрила. Първоначално амините реагират, образувайки диазониеви соли, които образуват азо съединенията чрез азо куплиране (или диазо свързване).

Те, поради интензивното си оцветяване, се използват в текстилната промишленост като боядисващ материал; например: метилово оранжево, директно кафяво 138, залез жълто FCF и понсо.

Лекарства и наркотици

Много лекарства работят с агонисти и антагонисти на естествени аминови невротрансмитери. Примери:

-Хлорофенираминът е антихистамин, използван при контрола на алергичните процеси поради поглъщането на някои храни, сенна хрема, ухапвания от насекоми и др.

-Хлорпромазин е седативно средство, а не индуктор на съня. Облекчава тревожността и дори се използва при лечението на някои психични разстройства.

-Ефедрин и фенилефедрин се използват като респираторни деконгестанти.

-Амитриптилинът и имипраминът са третични амини, които се използват при лечението на депресия. Поради своята структура те се класифицират като трициклични антидепресанти.

-Опиоидни болкоуспокояващи като морфин, кодинал и хероин са третични амини.

Преработка на газ

Няколко амина, включително дигликоламин (DGA) и диетаноламин (DEA), се използват за отстраняване на газове от въглероден двуокис (CO ₂) и сероводород (H ₂ S), присъстващи в природния газ и в рафинерии.

Селскостопанска химия

Метиламините са междинни съединения в синтеза на химикали, които се използват в селското стопанство като хербициди, фунгициди, инсектициди и биоциди.

Производство на смоли

Метиламините се използват по време на производството на йонообменни смоли, използваеми при дейонизация на водата.

Хранителни хранителни вещества

Триметиламинът (ТМА) се използва предимно в производството на холинов хлорид, добавка на витамин В, използвана в храната на пилета, пуйки и свине.

Каучукова промишленост

Диметиламин олеат (DMA) е емулгатор за използване в производството на синтетичен каучук. DMA се използва директно като модификатор на полимеризация във фазата на парата на бутадиен и като стабилизатор на естествен каучук на латекс вместо амоняк

разтворители

Диметиламин (DMA) и монометиламин (MMA) се използват за синтезиране на полярните апротонни разтворители диметилформамид (DMF), диметилацетамид (DMAc) и n-метилпиролидон (NMP).

Заявленията за DMF включват: уретаново покритие, разтворител на акрилна прежда, реакционни разтворители и екстракционни разтворители.

DMAc се използва при производството на бои за прежди и разтворител. И накрая, NMP се използва при рафинирането на смазочните масла, препарата за отстраняване на боя и емайла.

Примери

кокаин

Кокаинова молекула. Източник: NEUROtiker, чрез Wikimedia Commons

Кокаинът се използва като локална упойка при някои видове операции на очите, ушите и гърлото. Както се вижда, това е третичен амин.

никотин

Никотинова молекула. Източник: Jü, от Wikimedia Commons

Никотинът е основен причинител на тютюневата зависимост и химически е третичен амин. Никотинът в тютюневия дим се абсорбира бързо и е силно токсичен.

морфин

Морфинова молекула. Източник: NEUROtiker, от Wikimedia Commons

Той е едно от най-ефективните обезболяващи за облекчаване на болката, особено рака. Отново е третичен амин.

Серотонинът

Серотонинова молекула. Източник: Харбин, от Wikimedia Commons

Серотонинът е аминов невротрансмитер. При пациенти с депресия концентрацията на основния метаболит на серотонин е намалена. За разлика от другите амини, този е първичен.

Препратки

1. Греъм Соломон TW, Craig B. Fryhle. (2011 г.). Органична химия. Амини. (10 ^-то издание.) Wiley Plus.
2. Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
3. Морисън и Бойд. (1987). Органична химия. (Пето издание). Адисон-Уесли Ибероамерикана.
4. Компанията на Chemours. (2018). Метиламини: приложения и приложения. Възстановени от: chemours.com
5. Проучване на пазара за прозрачност. (SF). Амини: важни факти и приложения. Възстановена от: transparentmarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Амин. Възстановено от: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Медицинска физиология. 19-то издание. Редакция El Manual Moderno.