Struktura aminowa, właściwości, typy, zastosowania, przykłady



The aminy są to związki organiczne pochodzące z amoniaku. Wytwarzają wiązania kowalencyjne między węglem i azotem. Naturalnie cząsteczka azotu jest kinetycznie obojętna; ale dzięki biologicznemu utrwaleniu przekształca się w amoniak, który z kolei ulega kolejnym reakcjom alkilowania.

Kiedy amoniak jest „wynajmowany”, zastępuje jeden, dwa lub trzy z trzech atomów wodoru atomami węgla. Te węgle mogą pochodzić z grupy alkilowej (R) lub arylowej (Ar). Zatem istnieją alifatyczne aminy (liniowe lub rozgałęzione) i aromatyczne.

Ogólny wzór dla amin alifatycznych przedstawiono powyżej. Ten wzór można stosować dla amin aromatycznych, biorąc pod uwagę, że R może być również grupą arylową Ar. Zwróć uwagę na podobieństwo aminy i amoniaku, NH3. Praktycznie H został zastąpiony łańcuchem bocznym R.

Jeśli R składa się z łańcuchów alifatycznych, mamy tzw. Alkiloaminę; podczas gdy R ma charakter aromatyczny, aryloamina. Z aryloamin najważniejszą ze wszystkich jest alanina: grupa aminowa, -NH2, związane z pierścieniem benzenowym.

Gdy w strukturze molekularnej występują grupy utlenione, takie jak OH i COOH, związek nie jest już nazywany aminą. W takim przypadku aminę uważa się za podstawnik: grupę aminową. Na przykład w aminokwasach dzieje się tak, jak również w innych biomolekułach o ogromnym znaczeniu dla życia.

Ponieważ azot został znaleziony w wielu podstawowych związkach na całe życie, uznano je za żywe aminy; to znaczy „witaminy”. Jednak wiele witamin nie jest nawet aminami, a nawet więcej, nie wszystkie są niezbędne do życia. Nie wyklucza to jednak jego wielkiego znaczenia w organizmach żywych.

Aminy są zasadami organicznymi silniejszymi niż sam amoniak. Są łatwo ekstrahowane z materii roślinnej i ogólnie mają silne oddziaływanie z macierzą neuronalną organizmów; stąd wiele leków i leków składa się z amin o złożonych strukturach i podstawnikach.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Właściwości amin
    • 2.1 Polaryzacja
    • 2.2 Cechy fizyczne
    • 2.3 Rozpuszczalność w wodzie
    • 2.4 Podstawowość
  • 3 typy (podstawowy, wtórny, trzeciorzędny)
  • 4 Szkolenie
    • 4.1 Alkilowanie amoniaku
    • 4.2 Uwodornienie katalityczne
  • 5 Nazewnictwo
  • 6 zastosowań
    • 6.1 Barwniki
    • 6.2 Narkotyki i narkotyki
    • 6.3 Traktowanie gazów
    • 6.4 Chemia rolna
    • 6.5 Produkcja żywicy
    • 6.6 Składniki odżywcze dla zwierząt
    • 6.7 Przemysł gumowy
    • 6.8 Rozpuszczalniki
  • 7 Przykłady
    • 7.1 Kokaina
    • 7.2 Nikotyna
    • 7.3 Morfina
    • 7.4 Serotonina
  • 8 Odniesienia

Struktura

Jaka jest jego struktura? Chociaż zmienia się w zależności od natury R, ​​środowisko elektroniczne atomu azotu jest takie samo dla wszystkich: czworościenne. Ale mając parę elektronów nie dzielonych na atomie azotu (··), geometria molekularna staje się piramidalna. Dotyczy to amoniaku i amin.

Aminy można przedstawić za pomocą czworościanu, podobnie jak w przypadku związków węgla. Więc NH3 i CH4 są one rysowane jako czworościany, gdzie para (··) znajduje się w jednym z wierzchołków powyżej azotu.

Obie cząsteczki są achiralne; zaczynają one jednak przedstawiać chiralność, gdy ich Hs zastępuje R. Amine R.2NH jest achiralny, jeśli dwa R są różne. Brakuje jednak jakiejkolwiek konfiguracji, aby odróżnić jeden enancjomer od drugiego (jak ma to miejsce w przypadku chiralnych centrów węglowych).

Dzieje się tak, ponieważ enancjomery:

R2N-H | H-NR2

są wymieniane z taką prędkością, że żaden z nich nie może się odizolować; i dlatego uważa się, że struktury amin są achiralne, chociaż wszystkie podstawniki na atomie azotu są różne.

Właściwości amin

Biegunowość

Aminy są związkami polarnymi, ponieważ grupa aminowa NH2, ponieważ ma elektroujemny atom azotu, przyczynia się do dipolarnego momentu cząsteczki. Należy zauważyć, że azot ma zdolność do dawania wiązań wodorowych, co oznacza, że ​​aminy zwykle mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia.

Jednak porównując tę ​​właściwość z właściwościami związków utlenionych, takich jak alkohole i kwasy karboksylowe, mają one mniejszą wielkość.

Na przykład temperatura wrzenia etyloaminy, CH3CH2NH2 (16,6 ° C) jest niższy niż etanolu, CH3CH2OH (78ºC).

Tak więc pokazano, że wiązania wodorowe O-H są silniejsze niż wiązania N-H, nawet gdy amina może tworzyć więcej niż jeden mostek. To porównanie jest ważne tylko wtedy, gdy R ma taką samą masę cząsteczkową dla dwóch związków (CH3CH2-). Z drugiej strony etan wrze w -89 ° C, CH3CH3, będący gazem w temperaturze pokojowej.

Ponieważ amina ma mniej wodoru, tworzy mniej wiązań wodorowych, a jej temperatura wrzenia jest zmniejszona. Obserwuje się to, gdy porównuje się temperaturę wrzenia dimetyloaminy (CH3)2NH (7 ° C), z dodatkiem etyloaminy (16,6 ° C).

Cechy fizyczne

W świecie chemii, mówiąc o aminie, występuje mimowolny akt zakrywania nosa. Dzieje się tak, ponieważ zazwyczaj mają nieprzyjemne zapachy, z których niektóre przypominają zgniłe ryby.

Ponadto, ciekłe aminy mają tendencję do posiadania żółtawych odcieni, które zwiększają nieufność wizualną, którą generują.

Rozpuszczalność w wodzie

Aminy mają tendencję do bycia nierozpuszczalnymi w wodzie, ponieważ pomimo możliwości tworzenia wiązań wodorowych z H2Lub jego główny składnik organiczny jest hydrofobowy. Im bardziej obszerne lub długie są grupy R, tym niższa jest ich rozpuszczalność w wodzie.

Jednak gdy w środku znajduje się kwas, rozpuszczalność zwiększa się przez tworzenie tak zwanych soli aminowych. W nich azot ma dodatni ładunek cząstkowy, który elektrostatycznie przyciąga anion lub sprzężoną zasadę kwasu.

Na przykład, w rozcieńczonym roztworze HCl, amina RNH2 Reaguje w następujący sposób:

RNH2 + HCl => RNH3+Cl- (pierwotna sól aminy)

RNH2 był nierozpuszczalny (lub słabo rozpuszczalny) w wodzie, aw obecności kwasu tworzy sól, której solwatacja jonów sprzyja jego rozpuszczalności.

Dlaczego tak się dzieje? Odpowiedź leży w jednej z głównych właściwości amin: są one polarne i podstawowe. Będąc podstawowymi, reagują z kwasami wystarczająco silnymi, aby je sprotonować, zgodnie z definicją Brönsteda-Lowry'ego.

Podstawowość

Aminy są zasadami organicznymi silniejszymi niż amoniak. Im wyższa gęstość elektronów wokół atomu azotu, tym bardziej podstawowe będzie; to znaczy, że będzie szybciej deprotonować kwasy w ośrodku. Jeśli amina jest bardzo prosta, można nawet wyrwać proton z alkoholi.

Grupy R przyczyniają się do gęstości elektronowej azotu poprzez efekt indukcyjny; ponieważ nie wolno nam zapominać, że jest to jeden z najbardziej elektroujemnych atomów istniejących. Jeśli te grupy są bardzo długie lub nieporęczne, efekt indukcyjny będzie większy, co zwiększy również obszar ujemny wokół pary elektronów (··).

Powoduje to, że (··) szybciej akceptuje jon H+. Jeśli jednak R są bardzo duże, zasadowość zmniejsza się dzięki efektowi sterycznemu. Dlaczego? Z prostego powodu, że H+ musi przejść przez konfigurację atomów przed osiągnięciem azotu.

Innym sposobem rozumowania zasadowości aminy jest stabilizowanie jej soli aminowej. To, co zmniejsza się dzięki efektowi indukcyjnemu, może zmniejszyć ładunek dodatni N+, będzie to bardziej podstawowa amina. Powody są takie same, jak wyjaśniono.

Alkiloaminy a aryloaminy

Alkiloaminy są znacznie bardziej podstawowe niż aryloaminy. Dlaczego? Aby to zrozumieć w prosty sposób, pokazano strukturę aniliny:

Powyżej, w grupie aminowej, jest para elektronów (··). Ta para „podróżuje” wewnątrz pierścienia na pozycjach orto i NH2. Oznacza to, że dwa górne wierzchołki i przeciwne do NH2 są naładowane ujemnie, podczas gdy atom azotu są dodatnie.

Jako azot naładowany dodatnio, +N, odeprze jon H+. A gdyby tego było mało, para elektronów ulega delokalizacji w pierścieniu aromatycznym, przez co jest mniej dostępna do deprotonowania kwasów.

Podstawowość aniliny można zwiększyć, jeśli grupy lub atomy, które przekazują gęstość elektroniczną, są połączone z pierścieniem, konkurując z parą (··) i zmuszając ją do bardziej prawdopodobnego położenia w atomie azotu, gotową do działania jako podstawa.

Typy (podstawowy, wtórny, trzeciorzędny)

Chociaż nie zostały one formalnie przedstawione, pośrednio nawiązano do pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych amin (górny obraz, od lewej do prawej).

Pierwszorzędowe aminy (RNH2) są monopodstawione; drugorzędne (R2NH), są dipodstawione, z dwiema grupami alkilowymi lub arylowymi R; i tertiary (R3N), są trójpodstawione i brakuje wodoru.

Wszystkie istniejące aminy pochodzą z tych trzech typów, więc ich różnorodność i interakcje z macierzą biologiczną i neuronową są ogromne.

Ogólnie można oczekiwać, że trzeciorzędowe aminy będą najbardziej podstawowe; nie można jednak złożyć takiego roszczenia bez znajomości struktur R.

Szkolenie

Alkilowanie amoniaku

Początkowo wspomniano, że aminy pochodzą z amoniaku; dlatego najprostszym sposobem ich uformowania jest ich alkilacja. W tym celu nadmiar amoniaku poddaje się reakcji z halogenkiem alkilu, a następnie dodaje zasadę w celu zobojętnienia soli aminy:

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

Zauważ, że te kroki prowadzą do pierwszorzędowej aminy. Można także tworzyć drugorzędowe, a nawet trzeciorzędowe aminy, tak że wydajność pojedynczego produktu maleje.

Niektóre metody treningowe, takie jak synteza Gabriela, pozwalają na otrzymanie amin pierwszorzędowych, tak że nie powstają żadne inne niepożądane produkty.

Ponadto ketony i aldehydy można zredukować w obecności amoniaku i amin pierwszorzędowych, aby uzyskać aminy drugorzędowe i trzeciorzędowe.

Uwodornienie katalityczne

Związki nitrowe można redukować w obecności wodoru i katalizatora do przekształcenia w odpowiadające im aminy.

ArNO2 => ArNH2

Nitryle, RC≡N i amidy, RCONR2, są one również redukowane, dając odpowiednio aminy pierwszorzędowe i trzeciorzędowe.

Nomenklatura

Jak nazywa się aminy? Przez większość czasu są nazywane w kategoriach R, grupy alkilowej lub arylowej. Pod nazwą R, pochodzącą od jego alkanu, na końcu dodaje się słowo „amina”.

Więc, CH3CH2CH2NH2 To jest propyloamina. Z drugiej strony można ją nazwać biorąc pod uwagę tylko alkan, a nie grupę R: propanaminę.

Pierwszy sposób na ich nazwanie jest zdecydowanie najbardziej znany i używany.

Kiedy są dwie grupy NH2, alkan jest nazwany i wymienione są pozycje grup aminowych. Więc H2NCH2CH2CH2CH2NH2 nazywa się to 1,4-butanodiaminą.

Jeśli istnieją grupy utlenione, takie jak OH, powinno mieć pierwszeństwo przed NH2, który jest nazywany podstawnikiem. Na przykład HOCH2CH2CH2NH2 nazywa się to: 3-aminopropanol.

W odniesieniu do amin drugorzędowych i trzeciorzędowych litery N są używane do oznaczenia grup R. Najdłuższy łańcuch pozostanie z nazwą związku. Tak więc CH3NHCH2CH3 nazywa się to: N-metyloetyloamina.

Używa

Barwniki

Pierwotne aminy aromatyczne mogą służyć jako materiał wyjściowy do syntezy barwników azowych. Początkowo aminy reagują tworząc sole diazoniowe, które tworzą związki azowe przez sprzęganie azowe (lub sprzęganie diazowe).

Te, ze względu na intensywność ich zabarwienia, są stosowane w przemyśle włókienniczym jako materiał barwiący; na przykład: pomarańcz metylowy, brązowy 138 bezpośredni, żółcień pomarańczowa FCF i ponceau.

Narkotyki i narkotyki

Wiele leków działa z agonistami i antagonistami naturalnych neuroprzekaźników aminowych. Przykłady:

-Chlorpheniramine jest lekiem przeciwhistaminowym stosowanym w kontroli procesów alergicznych z powodu spożycia niektórych pokarmów, kataru siennego, ukąszeń owadów itp..

-Chlorpromazyna jest środkiem uspokajającym, a nie induktorem snu. Łagodzi niepokój i jest nawet stosowany w leczeniu niektórych zaburzeń psychicznych.

-Efedryna i fenylefedryna są stosowane jako środki obkurczające drogi oddechowe.

-Amitriptalina i imipramina to trzeciorzędowe aminy stosowane w leczeniu depresji. Ze względu na swoją strukturę trójpierścieniowe leki przeciwdepresyjne są klasyfikowane.

-Opioidowe środki przeciwbólowe, takie jak morfina, kodeina i heroina, są aminami trzeciorzędowymi.

Leczenie gazów

Kilka amin, w tym diglikolamina (DGA) i dietanoloamina (DEA), są używane do usuwania gazów dwutlenku węgla (CO)2) i siarkowodór (H2S) obecny w gazie ziemnym i rafineriach.

Chemia rolna

Metyloaminy są półproduktami w syntezie chemikaliów stosowanych w rolnictwie jako herbicydy, fungicydy, insektycydy i biocydy.

Produkcja żywic

Metyloaminy stosuje się podczas wytwarzania żywic jonowymiennych, które można stosować w dejonizacji wody.

Składniki odżywcze dla zwierząt

Trimetyloamina (TMA) jest używana głównie do produkcji chlorku choliny, suplementu witaminy B stosowanego w karmieniu kurcząt, indyków i świń.

Przemysł gumowy

Oleinian dimetyloaminy (DMA) jest emulgatorem do stosowania w produkcji kauczuku syntetycznego. DMA jest stosowany bezpośrednio jako modyfikator polimeryzacji w fazie gazowej butadienu i jako stabilizator lateksu kauczuku naturalnego zamiast amoniaku

Rozpuszczalniki

Dimetyloamina (DMA) i monometyloamina (MMA) są stosowane do syntezy polarnych rozpuszczalników aprotonowych dimetyloformamidu (DMF), dimetyloacetamidu (DMAc) i n-metylopirolidonu (NMP).

Zastosowania DMF obejmują: powłokę uretanową, rozpuszczalnik dla przędzy akrylowej, rozpuszczalniki reakcyjne i rozpuszczalniki ekstrakcyjne.

DMAc stosuje się do produkcji barwników i rozpuszczalników do przędz. Wreszcie, NMP jest wykorzystywany do rafinacji olejów smarowych, usuwania farb i powłok emaliowanych.

Przykłady

Kokaina

Kokaina jest stosowana jako miejscowy środek znieczulający w niektórych rodzajach chirurgii oka, ucha i gardła. Jak widać, jest to trzeciorzędowa amina.

Nikotyna

Nikotyna jest głównym czynnikiem uzależnienia od tytoniu i chemicznie jest trzeciorzędową aminą. Nikotyna obecna w dymie tytoniowym jest szybko wchłaniana i wysoce toksyczna.

Morfina

Jest to jeden z najskuteczniejszych leków przeciwbólowych do łagodzenia bólu, zwłaszcza raka. To znowu trzeciorzędowa amina.

Serotonina

Serotonina jest aminowym neuroprzekaźnikiem. U pacjentów z depresją stężenie głównego metabolitu serotoniny zmniejsza się. W przeciwieństwie do innych amin jest to podstawowa.

Referencje

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy (10th wydanie.). Wiley Plus.
  2. Carey F. (2008). Chemia organiczna (Szósta edycja). Mc Graw Hill.
  3. Morrison i Boyd. (1987). Chemia organiczna (Piąta edycja). Addison-Wesley Iberoamericana.
  4. Firma Chemours. (2018). Metylaminy: zastosowania i zastosowania. Źródło: chemours.com
  5. Badanie rynku przejrzystości. (s.f.). Aminy: ważne fakty i zastosowania. Źródło: transparencymarketresearch.com
  6. Wikipedia. (2019). Amina. Źródło: en.wikipedia.org
  7. Ganong, W. F. (2003). Fizjologia medyczna 19. edycja. Od redakcji Modern Manual.