post

Аминосъединения – амини

Органичните съединения, които съдържат азот се отличават с голямо многообразие и значимост за живота. В тази публикация ще се обърне специално внимание на амините. Те могат да бъдат разглеждани като производни на амоняка, в чиято молекула един или повече водородни атоми са заместени с въглеводородни остатъци.

В зависимост от броя на заместителите амините могат да бъдат първични, вторични и третични. В зависимост от вида на заместителите всички амини биват мастни, ароматни или смесени (мастно-ароматни). В зависимост от броя на аминогрупите те могат да бъдат моно-, ди- и полиаминопроизводни.

първични, вторични и третични амини

първични, вторични и третични амини

Номенклатура на амини

Названията на амините се формират, като след наименованието на съответните въглеводородни остатъци се добави наставката -амин (метиламин, етиламин, фениламин и пр.). Ако имаме вторичен или третичен амин респективно с два или три еднакви въглеводородни заместителя, то пред наименованието се слагат съответно представките ди- и три-, като пример можем да посочим диметиламин HN(CH3)2 и триметиламин N(CH3)3.

Аминогрупата може да бъде разглеждана като едновалентен заместител в молекулите на органичните съединения. Тогава нейното присъствие се отбелязва с представката амино- и с номер преди нея, който посочва позицията на която се намира тя (пример: H2N-CH2-CH2-H2C-NH2  1,3 – диаминопропан). Представките ди-, три- и пр. се използват да обозначат общия брой аминогрупи в тези съединения.

Освен по номенклатура, аминосъединенията имат и тривиални названия (пример: фениламин = анилин).

Строеж на амини

В алкиламините (мастни амини) азотния атом се намира в sp3 – хибридно състояние и образува три валентни връзки. Те заедно с атомната орбитала с неподелена електронна двойка формират тетраедър в пространството. Високата електроотрицателност на азотния атом е причината за отрицателния му индукционен ефект.

При алкиламините се наблюдават и междумолекулни водородни връзки, заради наличието на неподелена електронна двойка при азотния атом и водородни атоми свързани с него.

строеж на алкиламини, амини

строеж на алкиламини (аминоинверсия)

В молекулите на ариламините (ароматни амини) азотният атом е в sp2 – хибридно състояние, а валентните връзки са разположени в една равнина с бензеновото ядро. Нехибридизираната p-AO e перпендикулярна на тази равнина и на нея се намира неподелената електронна двойка. При ароматните амини се възпрепятства образуването на междумолекулни водородни връзки, защото електронната плътност на p-AO се спряга с пи-електронния секстет на бензеновото ядро.

положителен мезомерен ефект в аминогрупа на виниламин

положителен мезомерен ефект в аминогрупа на виниламин

Наблюдаваният положителен мезомерен ефект е причината аминогрупата да бъде орто-пара ориентант. Това означава, че при химични реакции в бензеновото ядро, най-активни ще са въглеродните атоми на орто- и пара- позиция спрямо аминогрупата.

положителен мезомерен ефект в аминогрупа на виниламин

положителен мезомерен ефект в аминогрупа на виниламин

Изомерия

Възможни са почти всички видове изомерия – верижна, позиционна, пространствена и пр. Ако азотният атом има три различни заместителя плюс хибридната АО с неподелената електронна двойка стават четири и те са разположени под формата на тетраедър. Това прави възможна на теория дори оптичната изомерия, но на практика оптични изомери не са открити. Причината за това е бързата инверсия на двата изомера изобразена на една от по-горните схеми. Инверсията е процес на изомеризация.

Физични свойства

Метил- и етиламините са газообразни вещества, а останалите нисши алкиламини са течности. Заради образуването на водородни връзки, първичните и вторичните алкиламини имат по-високи температури на топене и кипене от тези на въглеводородите със същата молекулна маса. Пак заради образуването на водородни връзки, те са разтворими във вода.

Обратно на тях ароматните амини са неразтворими във вода, заради хидрофобния арилов остатък. Обикновено са безцветни течности и силни редуктори.

Химични свойства на амини

1.) Взаимодействие с киселини.
R-NH2 + HCl → [R-NH3+ + Cl] (алкиламониеви соли)
C6H5-NH2 + HCl → [C6H5-NH3+ + Cl] (фениламониев хлорид)
C6H5-NH2 + HNO2 + HCl → C6H5-N2+Cl (бензендиазониев хлорид) – диазониевите соли са изходна суровина за промишления синтез на багрила, предназначени за тъкани с протеинов състав (вълна и коприна).

2.) Нуклеофилно пълно алкилиране по Хофман – може да протече в различна степен и се получава смес от аминопроизводни. Следващите уравнения са трите степени до пълното алкилиране и получаване на кватернерни соли:
R-NH2 + R-Cl → H-NR2 + HCl
H-NR2 + R-Cl → NR3 + HCl
NR3 + R-Cl → NR4+Cl – получава се тетраалкиламониев хлорид (кватернерна амониева сол).

3.) Нуклеофилно заместване с киселинни хлориди:
R-NH2 + R’-(O)C-Cl (алкилхлорид) → HCl + R’-(O)C-NH-R (N-заместен амид) – реакцията с анилин е идентична с тази разлика, че в крайното съединение вместо алкилов заместител (R) има бензеново ядро (Ar).

4.) Окислителни реакции – има множество възможни реакционни схеми в зависимост от изходните амини. Като цяло мастните амини се окисляват по-трудно от ароматните. Ето някои от реакциите:

C6H5-NH2 + 3(O) (KMnO4 – калиев перманганат) → H2O + C6H5-NO2 (нитробензен)

C6H5-NH2 + 2(O) (H2SO5 – пероксисярна киселина) → H2O + C6H5-N=O (нитрозобензен)
H-NR2 + (O) (H2O2 – водороден пероксид) → R2N-OH (диалкилхидроксиламин)

5.) Горене – аминопроизводните съединения изгарят до въглероден диоксид, вода и азотни оксиди.

6.) Взаимодействие с активни метали:
2R-NH2 + 2Na → 2R-NHNa + H2
2Ar-NH2 + 2Na → 2Ar-NHNa + H2

7.) Заместителни реакции в бензеновото ядро на анилина – заради положителния мезомерен ефект заместването с халогени става без катализатори:

бромоанилин

бромоанилин

8.) Халогениране в слабоалкална среда:
R-NH2 + Cl2 → R-NHCl + HCl
R-NHCl + Cl2 → R-NCl2 + HCl

Получаване и употреба на амини

1.) От алкохоли.
ROH + NH3 → R-NH2 + H2O
2.) От кватернерни амониеви соли.
[C6H5-NH3+ + Cl] + NaOH → анилин + солена вода
3.) От халогенопроизводни и амоняк.
RCl + NH3 → R-NH2 + HCl
4.) Редукция на нитросъединения и нитрили.

Амините и диазониевите соли се използват в органичния синтез за производството на полимери, багрила, експлозиви и др.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!