AMINE: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, TYPEN, VERWENDUNGEN, BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Amine sind organische Verbindungen, die von Ammoniak abgeleitet sind. In ihnen treten kovalente Bindungen zwischen Kohlenstoff und Stickstoff auf. Natürlich ist das Stickstoffmolekül kinetisch inert; Dank der biologischen Fixierung wird es jedoch in Ammoniak umgewandelt, das wiederum nachfolgende Alkylierungsreaktionen eingeht.

Wenn Ammoniak "alkyliert" ist, ersetzt es einen, zwei oder drei seiner drei Wasserstoffatome durch Kohlenstoffatome. Diese Kohlenstoffe können durchaus von einer Alkyl (R) - oder Aryl (Ar) -Gruppe stammen. Somit gibt es aliphatische Amine (linear oder verzweigt) und aromatische.

Allgemeine Formel für ein Amin. Quelle: MaChe, aus Wikimedia Commons.

Die allgemeine Formel für aliphatische Amine ist oben gezeigt. Diese Formel kann für aromatische Amine verwendet werden, wenn man bedenkt, dass R auch eine Arylgruppe Ar sein kann. Beachten Sie die Ähnlichkeit zwischen Amin und Ammoniak, NH ₃ . Praktisch wurde ein H durch eine R-Seitenkette ersetzt.

Wenn R aus aliphatischen Ketten besteht, haben Sie ein sogenanntes Alkylamin; während, wenn R von Natur aus aromatisch ist, ein Arylamin. Von den Arylaminen ist Alanin das wichtigste: eine Aminogruppe, -NH ₂ , die an den Benzolring gebunden ist.

Wenn eine Molekülstruktur sauerstoffhaltige Gruppen wie OH und COOH enthält, wird die Verbindung nicht mehr als Amin bezeichnet. In diesem Fall wird das Amin als Substituent angesehen: die Aminogruppe. Dies geschieht beispielsweise in Aminosäuren sowie in anderen Biomolekülen von enormer Bedeutung für das Leben.

Da Stickstoff in vielen lebenswichtigen Verbindungen enthalten ist, wurden diese als lebenswichtige Amine angesehen. dh "Vitamine". Viele der Vitamine sind jedoch nicht einmal Amine, und noch mehr, nicht alle sind lebenswichtig. Dies negiert jedoch nicht seine große Bedeutung in lebenden Organismen.

Amine sind stärkere organische Basen als Ammoniak selbst. Sie sind leicht aus Pflanzenmaterial extrahierbar und haben im Allgemeinen starke Wechselwirkungen mit der neuronalen Matrix von Organismen; Daher bestehen viele Arzneimittel und Arzneimittel aus Aminen mit komplexen Strukturen und Substituenten.

Struktur

Wie ist ihre Struktur? Obwohl es je nach Art von R variiert, ist die elektronische Umgebung des Stickstoffatoms für alle gleich: tetraedrisch. Da sich jedoch ein Paar ungeteilter Elektronen am Stickstoffatom befindet (··), wird die Molekülgeometrie pyramidenförmig. Dies ist bei Ammoniak und Aminen der Fall.

Amine können ebenso wie Kohlenstoffverbindungen mit einem Tetraeder dargestellt werden. Somit werden NH ₃ und CH ₄ als Tetraeder gezeichnet, wobei sich das Paar (··) an einem der Eckpunkte über dem Stickstoff befindet.

Beide Moleküle sind achiral; Sie beginnen jedoch, Chiralität zu zeigen, wenn ihre Hs durch R ersetzt werden. Das Amin R ₂ NH ist achiral, wenn die beiden Rs unterschiedlich sind. Es fehlt jedoch jede Konfiguration, um ein Enantiomer von einem anderen zu unterscheiden (wie dies bei chiralen Kohlenstoffzentren der Fall ist).

Dies liegt daran, dass die Enantiomere:

R ₂ N-H - H-NR ₂

sie werden mit einer solchen Geschwindigkeit ausgetauscht, dass keiner von ihnen sich isolieren kann; und daher werden die Strukturen der Amine als achiral angesehen, obwohl alle Substituenten am Stickstoffatom unterschiedlich sind.

Eigenschaften von Aminen

Polarität

Amine sind polare Verbindungen, da die NH ₂ -Aminogruppe mit einem elektronegativen Stickstoffatom zum Dipolmoment des Moleküls beiträgt. Es ist zu beachten, dass Stickstoff Wasserstoffbrückenbindungen abgeben kann, wodurch Amine im Allgemeinen hohe Schmelz- und Siedepunkte aufweisen.

Wenn diese Eigenschaft jedoch mit der von sauerstoffhaltigen Verbindungen wie Alkoholen und Carbonsäuren verglichen wird, führen sie zu geringeren Größen.

Beispielsweise ist der Siedepunkt von Ethylamin CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) niedriger als der von Ethanol CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Somit wird gezeigt, dass OH-Wasserstoffbrückenbindungen stärker sind als die von NH, obwohl ein Amin mehr als eine Brücke bilden kann. Dieser Vergleich ist nur gültig, wenn R für beide Verbindungen das gleiche Molekulargewicht hat (CH ₃ CH ₂ -). Auf der anderen Seite, Furunkel Ethan bei -89ºC, CH ₃ CH ₃ , ein Gas bei Raumtemperatur ist.

Da ein Amin weniger Wasserstoff hat, bildet es weniger Wasserstoffbrücken und sein Siedepunkt wird gesenkt. Dies wird durch Vergleichen des Siedepunkts von Dimethylamin (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C) mit dem von Ethylamin (16,6 ° C) beobachtet.

Physikalische Eigenschaften

Wenn in der Welt der Chemie von einem Amin die Rede ist, entsteht der unwillkürliche Akt, die Nase zu halten. Dies liegt daran, dass sie im Allgemeinen unangenehme Gerüche haben, von denen einige denen von faulen Fischen ähneln.

Darüber hinaus neigen flüssige Amine dazu, gelbliche Töne zu haben, was das visuelle Misstrauen erhöht, das sie erzeugen.

Wasserlöslichkeit

Amine neigen dazu, in Wasser unlöslich zu sein, da ihre organische Hauptkomponente trotz der Fähigkeit, Wasserstoffbrücken mit H ₂ O zu bilden, hydrophob ist. Je sperriger oder länger die R-Gruppen sind, desto geringer ist ihre Löslichkeit in Wasser.

Wenn sich jedoch eine Säure im Medium befindet, wird die Löslichkeit durch die Bildung von sogenannten Aminsalzen erhöht. In ihnen hat Stickstoff eine positive Teilladung, die das Anion oder die konjugierte Base der Säure elektrostatisch anzieht.

Beispielsweise reagiert das Amin RNH ₂ in einer verdünnten Lösung von HCl wie folgt:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (primäres Aminsalz)

RNH ₂ war in Wasser unlöslich (oder schwer löslich) und bildet in Gegenwart der Säure ein Salz, dessen Solvatisierung seiner Ionen seine Löslichkeit begünstigt.

Warum passiert das? Die Antwort liegt in einer der Haupteigenschaften von Aminen: Sie sind polar und basisch. Da sie basisch sind, reagieren sie mit Säuren, die stark genug sind, um sie gemäß der Brönsted-Lowry-Definition zu protonieren.

Basizität

Amine sind stärkere organische Basen als Ammoniak. Je höher die Elektronendichte um das Stickstoffatom ist, desto grundlegender wird es sein; Das heißt, es deprotoniert die Säuren in der Umwelt schneller. Wenn das Amin sehr basisch ist, kann es sogar das Proton aus Alkoholen entfernen.

Die R-Gruppen tragen durch induktiven Effekt zur Elektronendichte zum Stickstoff bei; denn wir dürfen nicht vergessen, dass es eines der elektronegativsten Atome ist, die es gibt. Wenn diese Gruppen sehr lang oder voluminös sind, ist der induktive Effekt größer, wodurch auch der negative Bereich um das Elektronenpaar (··) vergrößert wird.

Dies führt dazu, dass (··) das H ⁺ -Ion schneller akzeptiert . Wenn R jedoch sehr sperrig ist, nimmt die Basizität durch sterische Wirkung ab. Warum? Aus dem einfachen Grund, dass H ⁺ eine Konfiguration von Atomen kreuzen muss, bevor es Stickstoff erreicht.

Eine andere Möglichkeit, über die Basizität eines Amins nachzudenken, besteht darin, sein Aminsalz zu stabilisieren. Nun kann derjenige, der durch induktiven Effekt abnimmt, die positive Ladung N ⁺ verringern , es wird ein basischeres Amin sein. Die Gründe sind die gleichen, die gerade erklärt wurden.

Alkylamine gegen Arylamine

Alkylamine sind viel basischer als Arylamine. Warum? Um es einfach zu verstehen, wird die Struktur von Anilin gezeigt:

Anilinmolekül. Quelle: Calvero. über Wikimedia Commons

Oben in der Aminogruppe befindet sich das Elektronenpaar (··). Dieses Paar "bewegt" sich innerhalb des Rings in ortho- und para-Position in Bezug auf NH ₂ . Dies bedeutet, dass die beiden oberen Eckpunkte und der gegenüberliegende NH ₂ negativ geladen sind, während das Stickstoffatom positiv geladen ist.

Da der Stickstoff positiv geladen ist, ⁺ N, stößt er das H ⁺ -Ion ab . Und wenn dies nicht ausreicht, wird das Elektronenpaar innerhalb des aromatischen Rings delokalisiert, wodurch es für Deprotonatsäuren weniger zugänglich ist.

Die Basizität von Anilin kann zunehmen, wenn Gruppen oder Atome, die ihm elektronische Dichte verleihen, an den Ring gebunden sind, mit dem Paar (··) konkurrieren und es zwingen, sich mit größerer Wahrscheinlichkeit auf dem Stickstoffatom zu befinden, das bereit ist, als Base zu wirken.

Typen (primär, sekundär, tertiär)

Arten von Aminen. Quelle: Jü über Wikipedia.

Obwohl nicht formal dargestellt, wurde implizit auf primäre, sekundäre und tertiäre Amine Bezug genommen (oberes Bild, von links nach rechts).

Die primären Amine (RNH ₂ ) sind monosubstituiert; die sekundären (R ₂ NH) sind mit zwei R-Alkyl- oder Arylgruppen disubstituiert; und die tertiären (R ₃ N) sind trisubstituiert und es fehlt Wasserstoff.

Alle vorhandenen Amine stammen von diesen drei Typen, so dass ihre Vielfalt und Wechselwirkungen mit der biologischen und neuronalen Matrix enorm sind.

Im Allgemeinen könnte erwartet werden, dass tertiäre Amine die basischsten sind; Ein solcher Anspruch kann jedoch nicht erhoben werden, ohne die Strukturen von R zu kennen.

Ausbildung

Ammoniakalkylierung

Zunächst wurde erwähnt, dass Amine aus Ammoniak gewonnen werden; Daher ist der einfachste Weg, sie zu bilden, die Alkylierung. Zu diesem Zweck wird ein Überschuss an Ammoniak mit einem Alkylhalogenid umgesetzt, gefolgt von der Zugabe einer Base, um das Aminsalz zu neutralisieren:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Beachten Sie, dass diese Schritte zu einem primären Amin führen. Es können auch sekundäre und sogar tertiäre Amine gebildet werden, wodurch die Ausbeute für ein einzelnes Produkt abnimmt.

Einige Trainingsmethoden, wie die Gabriel-Synthese, ermöglichen es, primäre Amine zu erhalten, so dass keine anderen unerwünschten Produkte gebildet werden.

Auch Ketone und Aldehyde können in Gegenwart von Ammoniak und primären Aminen reduziert werden, wodurch sekundäre und tertiäre Amine entstehen.

Katalytische Hydrierung

Nitroverbindungen können in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator zu ihren entsprechenden Aminen reduziert werden.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Die Nitrile RC≡N und die Amide RCONR ₂ werden ebenfalls reduziert, um primäre bzw. tertiäre Amine zu ergeben.

Nomenklatur

Wie heißen Amine? Meistens werden sie nach R, der Alkyl- oder Arylgruppe, benannt. Zum Namen von R, abgeleitet von seinem Alkan, wird am Ende das Wort "Amin" hinzugefügt.

Somit ist CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ Propylamin. Andererseits kann es nur unter Berücksichtigung des Alkans und nicht als R-Gruppe benannt werden: Propanamin.

Die erste Art, sie zu benennen, ist bei weitem die bekannteste und am häufigsten verwendete.

Wenn es zwei NH ₂ -Gruppen gibt , wird das Alkan benannt und die Positionen der Aminogruppen werden aufgelistet. Daher heißt H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ : 1,4-Butandiamin.

Wenn es sauerstoffhaltige Gruppen wie OH gibt, muss dieser Vorrang vor NH ₂ eingeräumt werden , das zufällig als Substituent bezeichnet wird. Zum Beispiel heißt HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ : 3-Aminopropanol.

In Bezug auf die sekundären und tertiären Amine werden die Buchstaben N verwendet, um die R-Gruppen anzuzeigen. Die längste Kette verbleibt beim Namen der Verbindung. Daher heißt CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ : N-Methylethylamin.

Anwendungen

Farbstoffe

Primäre aromatische Amine können als Ausgangsmaterial für die Azofarbstoffsynthese dienen. Zu Beginn reagieren die Amine unter Bildung von Diazoniumsalzen, die durch Azokupplung (oder Diazokupplung) die Azoverbindungen bilden.

Diese werden aufgrund ihrer intensiven Färbung in der Textilindustrie als Färbematerial eingesetzt; Zum Beispiel: Methylorange, Direktbraun 138, Sonnenuntergangsgelb FCF und Ponceau.

Drogen und Drogen

Viele Medikamente wirken mit Agonisten und Antagonisten natürlicher Amin-Neurotransmitter. Beispiele:

-Chlorpheniramin ist ein Antihistaminikum, das zur Kontrolle allergischer Prozesse aufgrund der Einnahme einiger Lebensmittel, Heuschnupfen, Insektenstichen usw. verwendet wird.

-Chlorpromazin ist ein Beruhigungsmittel, kein Schlafinduktor. Es lindert Angstzustände und wird sogar zur Behandlung einiger psychischer Störungen eingesetzt.

-Ephedrin und Phenylephedrin werden als abschwellende Mittel für die Atemwege verwendet.

-Amitriptylin und Imipramin sind tertiäre Amine, die bei der Behandlung von Depressionen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Struktur werden sie als trizyklische Antidepressiva eingestuft.

-Opioide Schmerzmittel wie Morphin, Codeline und Heroin sind tertiäre Amine.

Gasbehandlung

Mehrere Amine, einschließlich Diglycolamin (DGA) und Diethanolamin (DEA), werden zur Entfernung von Kohlendioxid- (CO ₂ ) und Schwefelwasserstoffgasen (H ₂ S) verwendet, die in Erdgas und in Erdgas vorhanden sind Raffinerien.

Agrarchemie

Methylamine sind Zwischenverbindungen bei der Synthese von Chemikalien, die in der Landwirtschaft als Herbizide, Fungizide, Insektizide und Biozide verwendet werden.

Harzherstellung

Methylamine werden bei der Herstellung von Ionenaustauscherharzen verwendet, die zur Deionisierung von Wasser verwendet werden können.

Tierische Nährstoffe

Trimethylamin (TMA) wird hauptsächlich zur Herstellung von Cholinchlorid verwendet, einem Vitamin B-Präparat, das zur Fütterung von Hühnern, Puten und Schweinen verwendet wird.

Gummiindustrie

Dimethylaminoleat (DMA) ist ein Emulgator zur Herstellung von Synthesekautschuk. DMA wird direkt als Polymerisationsmodifikator in der Dampfphase von Butadien und als Stabilisator für Naturkautschuklatex anstelle von Ammoniak verwendet

Lösungsmittel

Dimethylamin (DMA) und Monomethylamin (MMA) werden verwendet, um die polaren aprotischen Lösungsmittel Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid (DMAc) und n-Methylpyrrolidon (NMP) zu synthetisieren.

Anwendungen für DMF umfassen: Urethanbeschichtung, Acrylgarnlösungsmittel, Reaktionslösungsmittel und Extraktionslösungsmittel.

DMAc wird zur Herstellung von Garnfarbstoffen und Lösungsmitteln verwendet. Schließlich wird NMP zum Raffinieren von Schmierölen, Abbeizmitteln und Emailbeschichtungen verwendet.

Beispiele

Kokain

Kokainmolekül. Quelle: NEUROtiker, über Wikimedia Commons

Kokain wird als Lokalanästhetikum bei bestimmten Arten von Augen-, Ohren- und Rachenoperationen eingesetzt. Wie zu sehen ist, ist es ein tertiäres Amin.

Nikotin

Nikotinmolekül. Quelle: Jü, aus Wikimedia Commons

Nikotin ist der Hauptwirkstoff der Tabaksucht und chemisch ein tertiäres Amin. Das Nikotin im Tabakrauch zieht schnell ein und ist hochgiftig.

Morphium

Morphinmolekül. Quelle: NEUROtiker, aus Wikimedia Commons

Es ist eines der wirksamsten Schmerzmittel zur Schmerzlinderung, insbesondere bei Krebs. Es ist wieder ein tertiäres Amin.

Serotonin

Serotoninmolekül. Quelle: Harbin, aus Wikimedia Commons

Serotonin ist ein Amin-Neurotransmitter. Bei depressiven Patienten ist die Konzentration des Hauptmetaboliten von Serotonin verringert. Im Gegensatz zu den anderen Aminen ist dieses primär.

Verweise

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische Chemie. Amine. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organische Chemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
3. Morrison und Boyd. (1987). Organische Chemie. (Fünfte Ausgabe). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Die Chemours Company. (2018). Methylamine: Verwendungen und Anwendungen. Wiederhergestellt von: chemours.com
5. Marktforschung für Transparenz. (sf). Amine: wichtige Fakten und Verwendungen. Wiederhergestellt von: transparencymarketresearch.com
6. Wikipedia. (2019). Amin. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Medizinische Physiologie. 19. Auflage. Editorial El Manual Moderno.