Amines-structuur, eigenschappen, typen, toepassingen, voorbeelden

de aminen het zijn organische verbindingen afgeleid van ammoniak. Ze produceren covalente bindingen tussen koolstof en stikstof. Natuurlijk is het stikstofmolecuul kinetisch inert; maar dankzij de biologische fixatie wordt het omgezet in ammoniak, dat op zijn beurt verdere alkyleringsreacties ondergaat.

Wanneer de ammoniak wordt "gehuurd", vervangt het een, twee of drie van de drie waterstofatomen voor koolstofatomen. Deze koolstoffen kunnen goed afkomstig zijn van een alkyl (R) - of aryl (Ar) -groep. Aldus zijn er alifatische aminen (lineair of vertakt) en aromatisch.

De algemene formule voor alifatische aminen is hierboven weergegeven. Deze formule kan worden gebruikt voor aromatische aminen, aangezien R ook een aryl-Ar-groep kan zijn. Let op de overeenkomst tussen amine en ammonia, NH₃. In de praktijk is een H vervangen door een zijketen R.

Als R uit alifatische ketens bestaat, hebben we wat bekend staat als een alkylamine; terwijl als R aromatisch van aard is, een arylamine is. Van de arylaminen is de belangrijkste van alanine: een aminogroep, -NH₂, gekoppeld aan de benzeenring.

Wanneer er geoxygeneerde groepen in een moleculaire structuur zijn, zoals OH en COOH, wordt de verbinding niet langer een amine genoemd. In dat geval wordt het amine als een substituent beschouwd: de aminogroep. Dit gebeurt bijvoorbeeld in aminozuren, evenals in andere biomoleculen van enorm belang voor het leven.

Omdat stikstof in veel van de essentiële verbindingen voor het leven werd gevonden, werden die beschouwd als vitale amines; dat is 'vitamines'. Veel van de vitamines zijn echter niet eens amines, en zelfs meer, niet alle zijn vitaal voor het leven. Dit ontkent echter niet het grote belang ervan in levende organismen.

Amines zijn organische basen sterker dan ammonia zelf. Ze zijn gemakkelijk extraheerbaar van plantaardig materiaal en hebben over het algemeen sterke interacties met de neuronale matrix van organismen; vandaar dat veel geneesmiddelen en geneesmiddelen bestaan ​​uit aminen met complexe structuren en substituenten.

index

• 1 structuur
• 2 Eigenschappen van amines
  • 2.1 Polariteit
  • 2.2 Fysieke kenmerken
  • 2.3 Oplosbaarheid in water
  • 2.4 Basiciteit
• 3 soorten (primair, secundair, tertiair)
• 4 Training
  • 4.1 Alkylering van ammoniak
  • 4.2 Katalytische hydrogenering
• 5 Nomenclatuur
• 6 Gebruik
  • 6.1 Kleurstoffen
  • 6.2 Geneesmiddelen en drugs
  • 6.3 Behandeling van gassen
  • 6.4 Landbouwchemie
  • 6.5 Harsproductie
  • 6.6 Dierlijke voedingsstoffen
  • 6.7 Rubberindustrie
  • 6.8 Oplosmiddelen
• 7 voorbeelden
  • 7.1 Cocaïne
  • 7.2 Nicotine
  • 7.3 Morfine
  • 7.4 Serotonine
• 8 Referenties

structuur

Wat is de structuur ervan? Hoewel het varieert afhankelijk van de aard van R, is de elektronische omgeving van het stikstofatoom voor alle van hen hetzelfde: tetraeder. Maar met een paar elektronen niet gedeeld op het stikstofatoom (··), wordt de moleculaire geometrie piramidaal. Dit is waar met ammoniak en amines.

De amines kunnen worden weergegeven met een tetraëder, net als bij koolstofverbindingen. Dus, NH₃ en CH₄ ze zijn getekend als tetraëders, waarbij het paar (··) zich bevindt in een van de hoekpunten boven de stikstof.

Beide moleculen zijn achiraal; ze beginnen echter chiraliteit te vertonen, aangezien hun H's worden vervangen door R. Amine R₂NH is achiraal als de twee R's anders zijn. Het mist echter elke configuratie om een ​​enantiomeer van een ander te differentiëren (zoals bij chirale koolstofcentra).

Dit komt omdat de enantiomeren:

R₂N-H | H-NR₂

ze worden met zo'n snelheid uitgewisseld dat geen van beiden zich kan isoleren; en daarom worden de structuren van de amines als achiraal beschouwd, hoewel alle substituenten op het stikstofatoom verschillend zijn.

Eigenschappen van aminen

polariteit

Amines zijn polaire verbindingen, omdat de NH-aminogroep₂, omdat het een elektronegatief stikstofatoom heeft, draagt ​​het bij aan het dipolaire moment van het molecuul. Merk op dat stikstof de capaciteit heeft om waterstofbruggen te doneren, wat betekent dat amines gewoonlijk hoge kook- en smeltpunten hebben.

Wanneer deze eigenschap echter wordt vergeleken met die van zuurstofhoudende verbindingen, zoals alcoholen en carbonzuren, zijn ze van mindere orde..

Het kookpunt van ethylamine, CH₃CH₂NH₂ (16,6 ° C) is lager dan dat van ethanol, CH₃CH₂OH (78ºC).

Zo wordt aangetoond dat waterstofbindingen O-H sterker zijn dan die van N-H, zelfs wanneer een amine meer dan één brug kan vormen. Deze vergelijking is alleen geldig als R hetzelfde molecuulgewicht heeft voor de twee verbindingen (CH₃CH₂-). Aan de andere kant kookt ethaan bij -89 ° C, CH₃CH₃, een gas zijn bij kamertemperatuur.

Omdat een amine minder waterstof bevat, vormt het minder waterstofbruggen en neemt het kookpunt af. Dit wordt waargenomen als het kookpunt van dimethylamine wordt vergeleken, (CH₃)₂NH (7 ° C), met die van ethylamine (16,6 ° C).

Fysieke kenmerken

In de scheikunde, wanneer je het hebt over een amine, is er de onvrijwillige handeling om je neus te bedekken. Dit komt omdat ze in het algemeen meestal onaangename geuren hebben, waarvan sommige uiteindelijk lijken op die van rotte vis.

Bovendien hebben vloeibare aminen de neiging gelige tonen te hebben, die het visuele wantrouwen dat zij genereren vergroten.

Oplosbaarheid in water

Amines zijn meestal onoplosbaar in water omdat ze waterstofbruggen kunnen vormen met H₂Of de belangrijkste organische component is hydrofoob. Hoe volumineuzer of lang de R-groepen zijn, hoe lager hun oplosbaarheid in water.

Wanneer er echter een zuur in het midden is, wordt de oplosbaarheid verhoogd door de vorming van wat bekend staat als aminezouten. Daarin heeft stikstof een positieve gedeeltelijke lading, die het anion of de geconjugeerde base van het zuur elektrostatisch aantrekt.

Bijvoorbeeld in een verdunde oplossing van HC1, het amine RNH₂ Reageert als volgt:

RNH₂ + HCl => RNH₃⁺cl^- (primair zout van amine)

RNH₂ het was onoplosbaar (of enigszins oplosbaar) in water, en in de aanwezigheid van zuur vormt het een zout, waarvan de solvatie van zijn ionen de oplosbaarheid ervan bevordert.

Waarom gebeurt dit? Het antwoord ligt in een van de belangrijkste eigenschappen van amines: ze zijn polair en basaal. Omdat ze fundamenteel zijn, zullen ze reageren met zuren die sterk genoeg zijn om ze te protoneren, volgens de definitie van Brönsted-Lowry.

basiciteit

Amines zijn organische basen sterker dan ammoniak. Hoe hoger de elektronendichtheid rond het stikstofatoom, hoe basischer het zal zijn; dat wil zeggen, het zal de zuren in het medium sneller deprotoneren. Als het amine erg basisch is, kun je het proton zelfs uit de alcoholen rukken.

De R-groepen dragen door inductief effect een elektronische dichtheid bij aan stikstof; we moeten immers niet vergeten dat het een van de meest elektronegatieve atomen is die er bestaan. Als deze groepen erg lang of omvangrijk zijn, zal het inductieve effect groter zijn, wat ook het negatieve gebied rond het paar elektronen zal vergroten (··).

Dit zorgt ervoor dat (··) de H-ion sneller wordt geaccepteerd⁺. Als R echter erg volumineus is, neemt de basiciteit af door een sterisch effect. Waarom? Om de eenvoudige reden dat de H⁺ moet een configuratie van atomen doorlopen voordat hij stikstof bereikt.

Een andere manier van redeneren over de basiciteit van een amine is door het aminezout ervan te stabiliseren. Welnu, datgene wat afneemt door inductief effect kan de positieve lading N verminderen⁺, het zal een meer elementaire amine zijn. De redenen zijn hetzelfde, zojuist uitgelegd.

Alkylamines versus arylamines

Alkylaminen zijn veel basischer dan arylaminen. Waarom? Om het op een eenvoudige manier te begrijpen, wordt de structuur van de aniline weergegeven:

Hierboven, in de aminogroep, bevindt zich het elektronenpaar (··). Dit paar "reist" binnen de ring op de posities ortho en ten opzichte van NH₂. Het betekent dat de twee bovenste hoekpunten en het tegenovergestelde van het NH₂ ze zijn negatief geladen, terwijl het stikstofatoom, positief.

Stikstof positief geladen zijn, ⁺N, zal ion H afstoten⁺. En als dit niet genoeg was, is het paar elektronen gedelokaliseerd binnen de aromatische ring, waardoor het minder toegankelijk is om de zuren deprotoneren.

De basiciteit van de aniline kan worden verhoogd als groepen of atomen die elektronische dichtheid doneren, zijn gekoppeld aan de ring, concurreren met het paar (··) en dwingen om het meer waarschijnlijk in het stikstofatoom te plaatsen, klaar om als basis te fungeren.

Types (primair, secundair, tertiair)

Hoewel ze niet formeel zijn gepresenteerd, is impliciet verwezen naar primaire, secundaire en tertiaire amines (bovenste afbeelding, van links naar rechts).

Primaire aminen (RNH₂) zijn monogesubstitueerd; de secundaire (R₂NH), zijn digesubstitueerd, met twee alkyl- of aryl-R-groepen; en de tertiaires (R.₃N), zijn trigesubstitueerd en missen waterstof.

Alle bestaande amines zijn afgeleid van deze drie soorten, dus hun diversiteit en interacties met de biologische en neuronale matrix zijn enorm.

In het algemeen kan men verwachten dat tertiaire aminen de meest elementaire zijn; je kunt echter niet zo'n claim maken zonder de structuren van R te kennen.

opleiding

Alkylatie van ammoniak

In het begin werd vermeld dat amines zijn afgeleid van ammoniak; daarom is de eenvoudigste manier om ze te vormen, door hun alkylering. Hiertoe wordt een overmaat ammoniak in reactie gebracht met een alkylhalogenide, gevolgd door de toevoeging van een base om het aminezout te neutraliseren:

NH₃ + RX => RNH₃⁺X^- => RNH₂

Merk op dat deze stappen leiden tot een primair amine. Secundaire en zelfs tertiaire amines kunnen ook worden gevormd, dus de opbrengst voor een enkel product neemt af.

Sommige trainingsmethoden, zoals de synthese van Gabriel, maken het verkrijgen van primaire aminen mogelijk, zodat er geen andere ongewenste producten worden gevormd.

Ook kunnen ketonen en aldehyden worden gereduceerd in aanwezigheid van ammoniak en primaire aminen, om aanleiding te geven tot secundaire en tertiaire aminen.

Katalytische hydrogenering

De nitroverbindingen kunnen worden gereduceerd in aanwezigheid van waterstof en een katalysator om te worden getransformeerd in hun overeenkomstige aminen.

ARNO₂ => ArNH₂

Nitrillen, RC≡N en amiden, RCONR₂, ze worden ook gereduceerd om respectievelijk primaire en tertiaire amines te geven.

nomenclatuur

Hoe worden de amines genoemd? Meestal worden ze genoemd in termen van R, de alkyl- of arylgroep. Aan de naam van R, afgeleid van zijn alkaan, wordt aan het einde het woord 'amine' toegevoegd.

Dus CH₃CH₂CH₂NH₂ Het is propylamine. Aan de andere kant kan het worden genoemd, waarbij alleen de alkaan wordt beschouwd en niet als een groep R: propanamine.

De eerste manier om ze te noemen is veruit de bekendste en meest gebruikte.

Wanneer er twee NH-groepen zijn₂, het alkaan wordt genoemd en de posities van de aminogroepen worden vermeld. Dus de H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂NH₂ het wordt genoemd: 1,4-butaandiamine.

Als er geoxygeneerde groepen zijn, zoals OH, moet voorrang worden gegeven boven NH₂, die toevallig als substituent wordt genoemd. Bijvoorbeeld HOCH₂CH₂CH₂NH₂ het heeft: 3-Aminopropanol.

En met betrekking tot de secundaire en tertiaire amines, worden de letters N gebruikt om de R-groepen aan te duiden.De langste ketting blijft bij de naam van de verbinding. Dus de CH₃NHCH₂CH₃ het wordt genoemd: N-methylethylamine.

toepassingen

kleurstoffen

De primaire aromatische aminen kunnen dienen als uitgangsmateriaal voor de synthese van azokleurstoffen. Aanvankelijk reageren de amines om diazoniumzouten te vormen, die de azoverbindingen vormen door azo-koppeling (of diazo-koppeling).

Deze worden vanwege de intensiteit van hun kleuring in de textielindustrie als verfmateriaal gebruikt; bijvoorbeeld: methyl orange, brown 138 direct, sunset yellow FCF en ponceau.

Drugs en drugs

Veel medicijnen werken met agonisten en antagonisten van neurotransmitters van natuurlijke aminen. Voorbeelden:

-Chloorfeniramine is een antihistaminicum dat wordt gebruikt bij de bestrijding van allergische processen door de inname van bepaalde voedingsmiddelen, hooikoorts, insectenbeten, enz..

-Chloorpromazine is een kalmerend middel, geen slaap opwekkend middel. Verlicht angst en wordt zelfs gebruikt bij de behandeling van sommige psychische stoornissen.

-Efedrine en fenylefedrine worden gebruikt als decongestiva van de luchtwegen.

-Amitriptaline en imipramine zijn tertiaire amines die worden gebruikt bij de behandeling van depressie. Vanwege de structuur ervan worden tricyclische antidepressiva geclassificeerd.

-Opioïde analgetica zoals morfine, codeïne en heroïne zijn tertiaire amines.

Behandeling van gassen

Verschillende amines, waaronder diglycolamine (DGA) en diethanolamine (DEA), worden gebruikt bij het verwijderen van gassen kooldioxide (CO)₂) en waterstofsulfide (H.₂S) aanwezig in aardgas en raffinaderijen.

Landbouwchemie

Methylamines zijn tussenproducten in de synthese van chemicaliën die in de landbouw worden gebruikt als herbiciden, fungiciden, insecticiden en biociden..

Hars productie

Methylaminen worden gebruikt tijdens de bereiding van ionenuitwisselingsharsen, die kunnen worden gebruikt bij de deïonisatie van water.

Dierlijke voedingsstoffen

Trimethylamine (TMA) wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van cholinechloride, een supplement van vitamine B dat wordt gebruikt bij het voederen van kippen, kalkoenen en varkens.

Rubberindustrie

Dimethylamine oleate (DMA) is een emulgator voor gebruik bij de productie van synthetische rubber. DMA wordt direct gebruikt als polymerisatiemodificator in de dampfase van butadieen en als stabilisator van natuurlijke rubberlatex in plaats van ammoniak

oplosmiddelen

Dimethylamine (DMA) en monomethylamine (MMA) wordt toegepast voor het synthetiseren aprotische polaire oplosmiddelen dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) en N-methylpyrrolidon (NMP).

Toepassingen van DMF omvatten: urethaanbekleding, oplosmiddel voor acrylgarens, reactieoplosmiddelen en extractieoplosmiddelen.

DMAc wordt gebruikt bij de vervaardiging van kleurstoffen en oplosmiddel voor garens. Ten slotte wordt NMP gebruikt bij het raffineren van smeeroliën, verfstrippen en glazuurcoaten.

Voorbeelden

cocaïne

Cocaïne wordt gebruikt als lokaal anestheticum bij bepaalde soorten oog-, oor- en keelchirurgie. Zoals je kunt zien, is het een tertiaire amine.

nicotine

Nicotine is het primaire middel van tabaksverslaving en chemisch is het een tertiair amine. De nicotine die aanwezig is in tabaksrook wordt snel geabsorbeerd en is zeer giftig.

morfine

Het is een van de meest effectieve pijnstillers om pijn te verlichten, vooral kanker. Het is opnieuw een tertiair amine.

serotonine

Serotonine is een amine neurotransmitter. Bij depressieve patiënten is de concentratie van de belangrijkste metaboliet van serotonine verlaagd. In tegenstelling tot andere amines, is dit primair.

referenties

1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. Aminen. (10^th editie.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organische chemie (Zesde editie). Mc Graw Hill.
3. Morrison en Boyd. (1987). Organische chemie (Vijfde editie). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. The Chemours Company. (2018). Methylamines: toepassingen en toepassingen. Teruggeplaatst van: chemours.com
5. Transparantie Marktonderzoek. (N.D.). Amines: belangrijke feiten en gebruiken. Teruggeplaatst van: transparencymarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Amine. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
7. Ganong, W. F. (2003). Medische fysiologie 19e editie. Redactioneel Het moderne handboek.