Особенности строения аминов. Амины. Вредное воздействие на организм человека
У любого амина на атоме азота есть неподеленная пара электронов. При попадании амина в воду протоны от воды могут по донорно-акцепторному механизму образовывать новую ковалентную полярную связь с атомом азота, давая при этом ион алкил- или ариламмония. Вода, потерявшая протон, превращается в гидроксид-ион. Среда становится щелочной. Таким образом амины являются основаниями. Сила этих оснований зависит от природы и количества радикалов, связанных с азотом. Алифатические радикалы, такие как метил, этил и т.п.,проявляя свои элекронодонорные свойства, увеличивают основность аминов. Ароматические радикалы за счёт делокализации пары электронов по бензольному кольцу, наоборот, очень сильно основность уменьшают. В рамках теории резонанса Лайнуса Полинга это выглядит следующим образом:
Как видно, неподелённая пара электронов присутствует на атоме азота только в одной из резонансных структур (мезомерных форм). В трёх других биполярных структурах на атоме азота, наоборот, находится «+» - заряд, который естественно препятствует протонированию. Это и является причиной резкого снижения основности. Наличие в о- и п- положениях отрицательных зарядов позволяет высказать предположение о лёгкости протекания именно в эти положения реакций электрофильного замещения, где атакующей частицей является катион (например,
) Ниже будут приведены примеры реакций этого типа с ароматическими аминами.
Количественно сила оснований характеризуется величинами К b или их отрицательными логарифмами рК b . Индекс «b» означает, что речь идёт о константе равновесия между основанием – base, которым является амин и его сопряжённой кислотой, то есть аммониевым ионом:
По определению такая обратимая реакция описывается аналитическим выражением:
Так как концентрация воды в разбавленных водных растворах величина практически постоянная и равна 55,5 моль / л , то её вносят в «новую» константу равновесия:
Домножив числитель и знаменатель правой части уравнения на [Н + ] и учитывая, что [Н + ] [ОН - ] = К w = 10 -14 получим:
Логарифмируя это аналитическое выражение с использованием десятичных логарифмов,
придём к уравнению:
Меняя знаки на противоположные и вводя общепринятое обозначение: - lg = p, получим:
Так как логарифм единицы по любому основанию равен нулю, а 14 – рН = рОН, то очевидно, что рК b соответствует тому значению концентрации гидроксильных ионов, при котором половина катионов аммония перейдёт с отщеплением протона в свободный амин. Величина рК b для оснований имеет то же значение, что величина рК а для кислот. Ниже приведена таблица, данные которой показывают влияние природы радикалов и их количества на величины констант основности различных аминов.
| Название основания | Формула основания | Тип основания | К b при 25 о С | Величина рК b при 25 о С |
| Аммиак | 1,75 10 -5 | 4,75 | ||
| Метиламин | Первич. алифат. | 4,60 10 - 4 | 3,34 | |
| Этиламин |  | Первич. алифат. | 6,50 10 - 4 | 3,19 |
| Бутиламин | Первич. алифат. | 4,00 10 - 4 | 3,40 | |
| Изобутиамин |  | Первич. алифат. | 2,70 10 - 4 | 3,57 |
| Втор -бутиламин |  | Первич. алифат. | 3,60 10 - 4 | 3,44 |
| Трет -бутиламин | Первич. алифат. | 2,80 10 - 4 | 3,55 | |
| Бензиламин |  | Первич. алифат. | 2,10 10 -5 | 4,67 |
| Диметиламин | Вторич. алифат. | 5,40 10 -4 | 3,27 | |
| Диэтиламин | Вторич. алифат. | 1,20 10 - 3 | 2,91 | |
| Триметиламин | Третич. алифат. | 6,50 10 -5 | 4,19 | |
| Триэтиламин |  | Третич. алифат. | 1,00 10 - 3 | 3,00 |
| Анилин | Первич. аромат. | 4,30 10 - 10 | 9,37 | |
| п -толуидин |  | Первич. аромат. | 1,32 10 -9 | 8,88 |
| п -нитроанилин |  | Первич. аромат. | 1,00 10 - 13 | 13,0 |
| N,N-диметиланилин | Третич. жирно- ароматический | 1,40 10 -9 | 8,85 | |
| Дифениламин | Вторич. аромат. | 6,20 10 -14 | 13,21 | |
| Пиридин | Гетероароматич. | 1,50 10 - 9 | 8,82 | |
| Хинолин | Гетероароматич. | 8,70 10 -10 | 9,06 | |
| Пиперидин | Вторич. алифат. и гетероциклический | 1,33 10 -3 | 3,88 | |
| Гидразин | 9,30 10 -7 | 6,03 | ||
| Гидроксиламин | 8,90 10 - 9 | 8,05 | ||
| Этаноламин | Произв. перв. алиф. | 1,80 10 - 5 | 4,75 |
Данные таблицы позволяют сделать следующие выводы:
1) Алифатические амины гораздо более сильные основания, чем ароматические (примерно в 100000 – 1000000 раз)
2) Гетероароматические амины по своей основности близки к ароматическим.
3) На основность ароматических аминов оказывают сильное влияние заместители, находящиеся в пара - положении к аминогруппе. Электронодонорные заместители увеличивают основность амина, а электроноакцепторные её резко понижают. Отношение основностей ароматических аминов, содержащих метильную и нитрогруппы в указанном положении примерно 10000: 1.
4) Вторичные алифатические амины немного основнее первичных, а третичные имеют основность на том же уровне.
5) Характер радикала у первичных аминов не оказывает существенного влияния на основность амина.
6) Насыщенные гетероциклические амины имеют основность на уровне вторичных алифатических аминов.
7) Жирноароматические амины имеют основность на уровне ароматических аминов.
8) Вторичные ароматические амины имеют основность примерно в 10000 раз меньшую, чем первичные.
9) Электроотрицательные атомы, связанные в молекуле с атомом азота аминогруппы, понижают её основность в 10 (азот) и 1000 раз (кислород).
10) Атом кислорода, отделенный от аминогруппы двумя метиленовыми группами понижает её основность уже только в 67 раз.
Следует отметить также, что основность амидов кислот за счёт электроноакцепторного влияния карбонильной группы очень низкая – ниже даже, чем у вторичных ароматических аминов: у ацетамида рК b = 13,52; у ацетанилида рК b = 13,60 и у мочевины рК b = 13,82
ацетамид ацетанилид мочевина
Как основания первичные, вторичные и третичные амины реагируют с кислотами :
пропиламин бромид пропиламмония
диметиламин сульфат диметиламмония
триметиламин перхлорат триметиламмония
С многоосновными кислотами могут образовываться не только средние, но и кислые соли :
диметиламин гидросульфат диметиламмония
метилизобутиламин дигидроортофосфат метилизобутиламмония
Первичные ароматические , а так же вторичные и третичные жирноароматические амины с разбавленными водными растворами сильных кислот тоже дают соли :
Так же способны образовывать соли под действием концентрированных сильных кислот , но при разбавлении водой эти соли гидролизуются , давая слабое основание, то есть исходный амин :
Как очень слабые основания, не дают солей ни с концентрированной соляной, ни с серной кислотами. Правда, трифениламин всё же даёт с хлорной кислотой перхлорат:
.
Первичные алифатические амины реагируютв две стадии: на первой образуется крайне нестойкая в воде даже при охлаждении соль диазония , которая на второй стадии реагирует с водой с образованием спирта :
пропиламин хлорид пропилдиазония
пропанол-1
В реакции первичного амина с нитритом натрия и соляной кислотой происходит выделение газа (хорошо видны пузырьки) и рыбный запах амина изменяется на спиртовый – это качественная реакция на первичный алифатический амин.
Если просуммировать две приведённые выше реакции, то получим:
Вторичные амины реагируют совершенно иначе: под действием нитрита натрия и соляной кислоты образуется N-нитрозамин - весьма стойкое даже при нагревании соединение:
метилэтиламин N-нитрозометилэтиамин
В реакции вторичного алифатического амина с нитритом натрия и соляной кислотой происходит образование желтого масла, плохо растворимого в воде и с крайне неприятным запахом – это качественная реакция на вторичный алифатический амин.
Нитрозамины - канцерогены: вне зависимости от места и способа попадания в организм подопытного животного вызывают рак печени. Широко применяются в экспериментальной онкологии. Действуют резорптивно, то есть через кожу.
Третичные алифатические амины реагируют из смеси нитрита натрия и соляной кислоты только с кислотой :
Видимых эффектов в этой реакции нет. Запах ослабевает.
Первичные ароматические амины реагируют с образованием относительно стойкой при температурах от 0 до 5 о С соли диазония . Эта реакция впервые опубликована в 1858 году в немецком химическом журнале Петером Гриссом и носит его имя:
В реакцию Грисса вступают многочисленные гомологи анилина, содержащие алкильные заместители в о-,м - и п -положении к аминогруппе:
Так же в неё вступают производные анилина, содержащие электроноацепторные, электронодонорные заместители и заместители особой группы, например:
С бромоводородной кислотой реакция проходит быстрее, но используется редко и только в лаборатории по причине дороговизны и дефицитности этой кислоты.
На производстве соли диазония сразу же используют для проведения следующих стадий синтеза, но в лаборатории их часто выделяют по реакции обмена с насыщенным раствором тетрафторобората натрия:
Соли диазония чаще всего используют для получения многочисленных азокрасителей по реакции азосочетания с фенолами (нафтолами) и ароматическими третичными аминами, например:
Получившийся азокраситель является рН-индикатором: в кислой среде за счёт образования водородной связи он имеет плоскую структуру, в которой электронодонорное влияние гидроксильной группы ослаблено – эта форма окрашена в жёлтый цвет. В щелочной от гидроксильной группы отрывается протон, возникает «фенолят-ион», являющийся сильнейшим ЭД-заместителем, и окраска меняется на красно-оранжевую:
Роль соды в ходе реакции азосочетания – связывание образующейся соляной (или другой сильной) кислоты в кислую соль – гидрокарбонат натрия:
Смесь карбоната и гидрокарбоната натрия является буферным раствором, создающим слабо-щелочную среду.
С третичными ароматическими аминами азосочетание должно проходить в слабо кислой среде, что обеспечивается добавкой солей, гидролизующихся по аниону, например, ацетата натрия. В сильно кислой среде амин даёт соль аммония, катион которой с катионом диазония естественно не реагирует.
Ацетат натрия мгновенно реагирует с образующейся соляной кислотой. В результате образуется буферный раствор, состоящий из слабой уксусной кислоты и избыточного ацетата натрия. Он обеспечивает слабокислую среду:
Вторичные ароматические амины реагируют с нитритом натрия и соляной кислотой с образованием N-нитрозаминов. Например, N-метиланилин даёт N-нитрозо-N-метиланилин – жёлтое масло с крайне неприятным запахом, отвердевающее при 13 О С:
Ароматические N-нитрозоамины как и алифатические – канцерогены. Так же вызывают рак печени, так же применяются в экспериментальной онкологии.
Ароматические N-нитрозоамины под действием сухих хлоро- или бромоводородов или под действием концентрированной серной кислоты претерпевают перегруппировку впервые опубликованную в 1886 году в немецком химическом журнале О.Фишером и Е.Хеппом. В указанных условиях нитрозогруппа селективно переносится в п -положение:
Полученный в результате перегруппировки 4-нитрозо-N-метиланилин обладает совершенно иными физическими свойствами и биологической активностью. Это зелёное твёрдое вещество с температурой плавления 113 О С. В растворах в органических растворителях флюоресцирует. Канцерогеном не является, правда, вызывает дерматиты.
Третичные ароматические амины реагируют с нитритом натрия и соляной кислотой, давая С-нитрозосоединения . Нитрозогруппа селективно направляется в п -положение:
С-нитрозосоединения легко восстанавливаются водородом на никеле Ренея. При этом получаются несимметричные диалкилдиамины, например:
Соли алифатических и ароматических аминов могут быть легко переведены обратно в амины действием щелочей, например:
перхлорат пропиламмония пропиламин
гидросульфат метилпропиламмония метилпропиламин
Четвертичные аммониевые основания, наоборот, могут быть переведены вчетвертичные аммониевые соли действием кислот:
Гидроксид диметилэтилизопропиламмония хлорид диметилэтилизопропиламмония
Как видно это обычная реакция нейтрализации щёлочи кислотой – получаются соль и вода.
На стр.19 данного пособия было высказано предположение о лёгкости протекания в ароматических аминах реакций электрофильного замещения в орто - и пара -положения бензольного ядра. Действительно анилин легко бромируется сразу во все эти положения:
N,N-диалкиланилины сульфируются, нитруются, и диазотируются в орто - и пара -положения:
Ацетатом натрия сильная комплексная кислота переводится в слабую – уксусную:
Применение аминов
Простейший первичный амин – метиламин применяется в синтезах инсектицидов, фунгицидов, ускорителей вулканизации, поверхностно-активных веществ (ПАВ), лекарственных средств, красителей, ракетных топлив, растворителей. Например, N-метил-2-пирролидон – популярный растворитель для лаков и некоторых красителей получают взаимодействием метиламина с γ-бутиролактоном (циклическим сложным эфиром 4-оксибутановой кислоты):
γ-бутиролатон N-метил-2-пирролидон
Простейший вторичный амин – диметиламин применяется в синтезах инсектицидов, гербицидов, ускорителей вулканизации, поверхностно-активных веществ (ПАВ), многих лекарственных средств, красителей и таких важных растворителей как диметилфориамид (ДМФА), диметилацетамид (ДМАА) и гексаметилфосфотриамид (ГМФТА) или гексаметапол. ДМФА в промышленности получают, например, путём взаимодействия диметиламина с метиловым эфиром муравьиной кислоты:
метилформиат диметиламин ДМФА метанол
ДМАА в промышленности получают путём взаимодействия диметиламина с уксусным ангидридом:
уксусный ангидрид ДМАА
Промышленный синтез гексаметапола заключается во взаимодействии диметиламина с хлорокисью фосфора:
оксидтрихлорид фосфора ГМФТА
Простейший третичный амин – триметиламин применяется в синтезах четвертичных аммониевых оснований, флотоагентов, ретардантов, кормовых добавок. Например, последняя стадия синтеза карбахолина – лекарственного препарата, применяющегося при лечении глаукомы и послеоперационной атонии кишечника или мочевого пузыря, заключается во взаимодействии триметиламина с карбамоильным производным этиленхлоргидрина:
карбахолин
Катионные ПАВ получаются аналогично:
хлорид триметилалкиламмония
Этиламин применяется в производстве красителей, ПАВ, гербицидов. Например, симазин – гербицид для защиты от сорняков кукурузы и овощей получается взаимодействием этиламина с расчётным количеством хлорцианура в щелочной среде:
хлорцианур симазин
Диэтиламин применяется в производстве красителей, пестицидов, ускорителей вулканизации каучуков, ингибиторов коррозии, лекарственных препаратов, репеллентов. Например, широко известное средство от комаров – ДЭТА получают по реакции:
хлорангидрид м -толуиловой кислоты N,N-диэтил-м -толуамид
Изопропиламин, бутиламин, изобутиламин, втор -бутиамин и трет- бутиламины применяются в аналогичных производствах.
1,6-гександиамин широко применяетсядля синтеза нейлона путём реакции поликонденсации с 1,4-бутандикарбоновой (адипиновой) кислотой:
Среди лекарственных препаратов очень многие содержат аминогруппы различных видов. Так, например, из 1308 препаратов, приведённых в справочнике М.Д. Машковского, не менее 70 являются первичными аминами, не менее 52 вторичными и не менее 108 третичными. Кроме того среди лекарств имеется 41 четвертичная аммониевая соль и более 70 амидов карбоновых кислот, 26 амидов арилсульфокислот и 12 амидов производных ортофосфорной кислоты. Есть также циклические амиды – лактамы. Их 5 наименований. Производных природных аминокислот – 14 наименований. Ниже приведены примеры лекарственных препаратов, содержащих перечисленные функциональные группы:
Анестезин – этиловый эфир п -аминобензойной кислоты. Является первичным ароматическим амином и сложным эфиром одновременно.
Оказывает местноанестезирующее действие. Применяется для обезболивания раневых и язвенных поверхностей, при рвоте беременных, морской и воздушной болезнях.
Баклофен – 4-амино-3-(п -хлор)фенилбутановая кислота. Является первичным алифатическим амином, сложным эфиром и галогенпроизводным бензольного ряда одновременно.
Уменьшает мышечное напряжение, оказывает анальгезирующее действие. Применяется при рассеянном склерозе.
Салбутамол – 2-трет -бутиламино-1-(4"-окси-3"-оксиметил)фенилэтанол. Является вторичным алифатическим амином, вторичным и первичным спиртами и фенолом одновременно.
Оказывает бронхорасширяющее действие и препятствует преждевременным схваткам у беременных женщин. Применяется при бронхиальной астме и в акушерской практике.
Ортофен – натровая соль 2-(2",6"-дихлор)фениламинофенилуксусной кислоты. Является вторичным ароматическим амином, солью карбоновой кислоты и галогенпроизводым бензольного ряда одновременно.
Оказывает противовоспалительное, анальгезирующее и жаропонижающее действие. Применяется при остром ревматизме, ревматоидном артрите, болезни Бехтерева, артрозах, спондилоартрозах.
Изоверин – дигидрохлорид N-изоамил-1,5-пентандиамина. Является диаммонийной солью первичного и вторичного аминов одновременно.
Понижает артериальное давление, повышает тонус и усиливает сокращения мускулатуры матки. Применяется в качестве родоускоряющего средства и для стимулирования сокращения матки в послеродовом периоде.
Метиленовый синий – хлорид N,N,N’,N’-тетраметилтионина. Является одновременно и третичным жирно-ароматическим амином и аммонийной солью такого же амина. Кроме того содержит гетероароматический цикл с «пиридиновым» атомом азота.
Применяют наружно в качестве антисептического средства при ожогах, пиодермии и фолликулитах. При циститах и уретритах промывают полости 0,02% раствором синего цвета.
Пентамин – дибромид 3-метил-1,5-бис-(N,N-диметил-N-этил)аммоний-3-азапентана. Является одновременно и третичным алифатическим амином и дважды четвертичной аммониевой солью таких же аминов.
Обладает ганглиоблокирующей активностью. Применяют при гипертонических кризах, спазмах периферических сосудов, спазмах кишечника и желчевыводящих путей, почечной колике, для купирования острых приступов бронхиальной астмы, при отёках лёгких и мозга.
Никотинамид – амид 3-пиридинкарбоновой кислоты. Является амидом карбоновой кислоты и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – пиридина.
Обладает противопеллагрическими свойствами, улучшает углеводный обмен, действует положительно при лёгких формах диабета, заболеваниях печени, сердца, при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Применяют при гастритах с пониженной кислотностью, острых и хронических гепатитах, циррозах, при спазмах сосудов конечностей, почек и головного мозга.
Сульфадимезин – 2-(п- аминобензолсульфамидо)-4,6-диметилпиримидин. Представитель многочисленной группы сульфаниламидных препаратов. Является одновременно сульфаниламидом, первичным ароматическим амином и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – пиримидина.
Как и все препараты этой группы сульфадимезин является активным противомикробным средством. Его применяют при пневмококковых, стрептококковых, менингококковых инфекциях, при сепсисе, гонорее, а также при инфекциях, вызванных кишечной палочкой и другими микробами.
Фопурин – 6-диэтиленамидофосфамидо-2-диметиламино-7-метилпурин. Является одновременно трижды фосфамидом, третичным ароматическим амином и производным азотсодержащего гетероароматического бицикла – пурина
Гемодез – 6% водно-солевой раствор низкомолекулярного поливинилпирролидона. Элементарное звено полимера содержит лактамное кольцо.
Связывает токсины, циркулирующие в крови, и быстро выводит их через почечный барьер. Применяют при дизентерии, диспепсии, сальмонеллёзе, при ожоговой болезни в фазе интоксикации.
Гистидин – L-β-имидазолилаланин или L-α-амино-β-(4-имидазолил)пропионовая кислота. Является α-аминокислотой и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – имидазола
Гистидин – незаменимая аминокислота; содержится в разных органах, входит в состав карнозина – азотистого экстрактивного вещества мышц. В организме подвергается декарбоксилированию с образованием гистамина – одного из химических факторов (медиаторов), участвующих в регуляции жизненных функций.
Ангиотензинамид – ацетат L-аспарагинил-L-аргинил-L-валил-L-тирозинил-L-валил- L - гистидинил – L – пролил - L- фенилаланина. Представляет собой уксуснокислую соль октапептида, состоящего из природных α-аминокислот.
При шоковых состояниях применяется для быстрого и сильного сужения сосудов внутренних органов, кожных покровов, почек. Ангиотензинамид обладает также способностью сокращать гладкую мускулатуру матки, кишечника, мочевого и желчного пузыря. Он стимулирует выделение адреналина из надпочечников и продукцию альдостерона.
| Амины. Определение | |
| Классификация аминов по числу атомов водорода в аммиаке, замещённых на радикалы | |
| Классификация аминов по характеру радикалов, связанных с атомом азота | |
| Изомерия и номенклатура алифатических аминов | |
| Способы получения аминов | |
| Получение аминов из других азотсодержащих соединений | |
| Из нитросоединений | |
| Из нитрозосоединений | |
| Из оксимов | |
| Из гидразонов | |
| Из амидов карбоновых кислот | |
| Из нитрилов карбоновых кислот: 7 | |
| Получение аминов из соединений других классов | |
| Из альдегидов и кетонов по реакции Лейкарта-Валлаха | |
| Получение первичных алифатических аминов путем алкилирования аммиака | |
| Получение вторичных алифатических аминов путем алкилирования первичных | |
| Получение третичных алифатических аминов путем алкилирования вторичных | |
| Получение четвертичных аммониевых солей из третичных аминов | |
| Получение четвертичных аммониевых оснований из четвертичных аммониевых солей | |
| Термолиз четвертичных аммониевых оснований | |
| Алкилирование первичных ароматических аминов до симметричных | |
| третичных аминов | |
| Четырёхстадийный синтез вторичных жирно-ароматических аминов | |
| Получение чистых первичных аминов по Габриэлю | |
| Получение аминов из спиртов | |
| Получение ароматических аминов | |
| Восстановление ароматических нитросоединений по Н.Н. Зинину | |
| Восстановление ароматических нитросоединений по Бешану | |
| Каталитическое восстановление ароматических нитросоединений водородом | |
| Физические свойства алифатических аминов | |
| Агрегатное состояние алифатических аминов | |
| Зависимость температур кипения алифатических аминов от строения | |
| Растворимость алифатических аминов в воде и органических растворителях | |
| Физические свойства ароматических аминов | |
| Агрегатное состояние и растворимость ароматических аминов | |
| Химические свойства аминов | |
| Связь электронного строения аминов с основностью | |
| Константы основности и величины рК b для алифатических, ароматических и гетероциклических аминов и некоторых родственных соединений | |
| Реакции аминов с кислотами | |
| Взаимодействие аминов с нитритом натрия и соляной кислотой | |
| Перевод первичных алифатических аминов в спирты через диазосоединения | |
| Перевод вторичных алифатических аминов в N-нитрозосоединения | |
| Канцерогенность алифатических N- нитрозаминов | |
| Взаимодействие третичных алифатических аминов с нитритом натрия | |
| и соляной кислотой | |
| Перевод первичных ароматических аминов в соли диазония | |
| Выделение солей диазония из растворов в виде тетрафтороборатов | |
| Реакция азосочетания с фенолами (нафтолами) | |
| Азокрасители как рН-индикаторы | |
| Реакция азосочетания с третичными ароматическими аминами | |
| Перевод вторичных жирно-ароматических аминов в N-нитрозамины | |
| Канцерогенность жирно- ароматических N- нитрозаминов | |
| Перегруппировка Фишера- Хеппа | |
| Перевод третичных ароматических аминов в С-нитрозосоединения | |
| Каталитическое восстановление ароматических С- нитрозосоединений водородом | |
| Взаимодействие солей алифатических и ароматических аминов со щелочам | |
| Взаимодействие четвертичных аммониевых оснований с кислотами | |
| Реакции электрофильного замещения в ароматических аминах | |
| Применение аминов | |
| Применение метил- и диметиламинов | |
| Получение популярных органических растворителей: ДМФА, ДМАА и ГМФТА | |
| Применение триметил- и этиламинов | |
| Применение диэтиламина | |
| Применение диаминов для получения полиамидных полимеров | |
| Лекарственные препараты – амины и производные аминов | |
| Анестезин | |
| Баклофен | |
| Салбутамол | |
| Ортофен | |
| Изоверин | |
| Метиленовый синий | |
| Пентамин | |
| Никотинамид | |
| Сульфадимезин | |
| Фопурин | |
| Гемодез | |
| Гистидин | |
| Ангиотензинамид | |
| Содержание |
I. По числу углеводородных радикалов в молекуле амина:
Первичные амины R-NH 2
(производные углеводородов, в которых атом водорода замещен на аминогруппу -NH 2),
Вторичные амины R-NH-R"
II. По строению углеводородного радикала:
Алифатические, например: C 2 H 5 -NH 2 этиламин
Предельные первичные амины
Общая формула C n H 2n+1 NH 2 (n ≥ 1); или C n H 2n+3 N (n ≥ 1)
Номенклатура
Названия аминов (особенно вторичных и третичных) обычно дают по радикально-функциональной номенклатуре, перечисляя в алфавитном порядке радикалы и добавляя название класса - амин. Названия первичных аминов по заместительной номенклатуре составляют из названия родоначального углеводорода и суффикса - амин.
CH 3 -NH 2 метанамин (метиламин)
CH 3 -CH 2 -NH 2 этанамин (этиламин)
Первичные амины часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы NH 2 . Аминогруппа при этом рассматривается как заместитель, а ее местоположение указывается цифрой в начале названия. Например:
H 2 N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 1,4-диаминобутан.
Анилин (фениламин) C 6 H 5 NH 2 в соответствии с этим способом называется аминобензолом.
Гомологический ряд предельных аминов
СН 3 NH 2 - метиламин (первичный амин), (СН 3) 2 NH - диметиламин (вторичный амин), (СН 3) 3 N - триметиламин (третичный амин) и т.д.
Изомерия
Структурная изомерия
Углеродного скелета, начиная с С 4 H 9 NH 2:
Положения аминогруппы, начиная с С 3 H 7 NH 2:
Изомерия аминогруппы, связанная с изменением степени замещенности атомов водорода при азоте:
Пространственная изомерия
Возможна оптическая изомерия, начиная с С 4 H 9 NH 2:
Оптические (зеркальные) изомеры - пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение (как левая и правая руки).
Физические свойства
Низшие предельные амины - газообразные вещества; средние члены гомологического ряда - жидкости; высшие амины - твердые вещества. Метиламин имеет запах аммиака, другие низшие амины - резкий неприятный запах, напоминающий запах селедочного рассола.
Низшие амины хорошо растворимы в воде, с ростом углеводородного радикала растворимость аминов падает. Амины образуются при гниении органических остатков, содержащих белки. Ряд аминов образуется в организмах человека и животных из аминокислот (биогенные амины) .
Химические свойства
Амины, как и аммиак, проявляют ярко выраженные свойства оснований, что обусловлено наличием в молекулах аминов атома азота, имеющего неподеленную пару электронов.
1. Взаимодействие с водой
Растворы аминов в воде имеют щелочную реакцию среды.
2. Взаимодействие с кислотами (образование солей)
Амины выделяются из их солей при действии щелочей:
Cl + NaOH → СН 3 CH 2 NH 2 + NaCl + Н 2 O
3. Горение аминов
4CH 3 NH 2 + 9O 2 → 4СO 2 + 10Н 2 O + 2N 2
4. Реакция с азотистой кислотой (отличие первичных аминов от вторичных и третичных)
Под действием HNO 2 первичные амины превращаются в спирты с выделением азота:
C 2 H 5 NH 2 + HNO 2 → С 2 Н 5 OН + N 2 + Н 2 O
Способы получения
1. Взаимодействие галогеналканов с аммиаком
СН 3 Вr + 2NH 3 → CH 3 NH 2 + NH 4 Br
2. Взаимодействие спиртов с аммиаком
(Практически в этих реакциях образуется смесь первичных, вторичных, третичных аминов и соли четвертичного аммониевого основания.)
Амины вошли в нашу жизнь совершенно неожиданно. Еще недавно это были ядовитые вещества, столкновение с которыми могло привести к смерти. И вот, спустя полтора столетия, мы активно пользуемся синтетическими волокнами, тканями, строительными материалами, красителями, в основе которых лежат амины. Нет, они не стали безопаснее, просто люди смогли их "приручить" и подчинить, извлекая для себя определенную пользу. О том, какую именно, и поговорим далее.
Определение
Для качественного и количественного определение анилина в растворах или соединениях используется реакция с в конце которой на дно пробирки выпадает белый осадок в виде 2,4,6-триброманилина.
Амины в природе
Амины встречаются в природе повсеместно в виде витаминов, гормонов, промежуточных продуктов обмена, есть они и в организме животных и в растениях. Кроме того, при гниении живых организмов также получаются средние амины, которые в жидком состоянии распространяют неприятный запах селедочного рассола. Широко описанный в литературе «трупный яд» появился именно благодаря специфическому амбре аминов.
Длительное время рассматриваемые нами вещества путали с аммиаком из-за похожего запаха. Но в середине девятнадцатого века французский химик Вюрц смог синтезировать метиламин и этиламин и доказать, что при сгорании они выделяют углеводород. Это было принципиальным отличием упомянутых соединений от аммиака.
Получение аминов в промышленных условиях
Так как атом азота в аминах находится в низшей степени окисления, то восстановление азотосодержащих соединений является наиболее простым и доступным способом их получения. Именно он широко распространен в промышленной практике из-за своей дешевизны.
Первый метод представляет собой восстановление нитросоединений. Реакция, во время которой образуется анилин, носит название ученого Зинина и была проведена в первый раз в середине девятнадцатого века. Второй способ заключается в восстановлении амидов при помощи алюмогидрида лития. Из нитрилов тоже можно восстановить первичные амины. Третий вариант - реакции алкилирования, то есть введение алкильных групп в молекулы аммиака.
Применение аминов
Сами по себе, в виде чистых веществ, амины используются мало. Один из редких примеров - полиэтиленполиамин (ПЭПА), который в бытовых условиях облегчает затвердение эпоксидной смолы. В основном первичный, третичный или вторичный амин - это промежуточный продукт в производстве различных органических веществ. Самым востребованным является анилин. Он - основа большой палитры анилиновых красителей. Цвет, который получится в конце, зависит непосредственно от выбранного сырья. Чистый анилин дает синий цвет, а смесь анилина, орто- и пара-толуидина будет красной.
Алифатические амины нужны для получения полиамидов, таких как нейлон и другие Они применяются в машиностроении, а также в производстве канатов, тканей и пленок. Кроме того, алифатические диизоцинаты используются в изготовлении полиуретанов. Из-за своих исключительных свойств (легкость, прочность, эластичность и способность прикрепляться к любым поверхностям) они востребованы в строительстве (монтажная пена, клей) и в обувной промышленности (противоскользящая подошва).
Медицина - еще одна сфера, где применяются амины. Химия помогает синтезировать из них антибиотики группы сульфаниламидов, которые успешно применяют в качестве препаратов второй линии, то есть резервной. На случай, если у бактерий разовьется устойчивость к основным лекарствам.
Вредное воздействие на организм человека
Известно, что амины - это весьма токсичные вещества. Вред здоровью может нанести любое взаимодействие с ними: вдыхание паров, контакт с открытой кожей или попадание соединений внутрь организма. Смерть наступает от нехватки кислорода, так как амины (в частности, анилин) связываются с гемоглобином крови и не дают ему захватывать молекулы кислорода. Тревожными симптомами являются одышка, посинение носогубного треугольника и кончиков пальцев, тахипноэ (учащенное дыхание), тахикардия, потеря сознания.
В случае попадания этих веществ на оголенные участки тела необходимо быстро убрать их ватой, предварительно смоченной в спирте. Делать это надо максимально аккуратно, чтобы не увеличить площадь загрязнения. Если появятся симптомы отравления - обязательно нужно обратиться к врачу.
Алифатические амины - это яд для нервной и сердечно-сосудистой систем. Они могут вызвать угнетение функций печени, ее дистрофию и даже онкологические заболевания мочевого пузыря.
N, напр. CH 3 NH 2 -метиламин, СН 3 NHС 3 Н 7 - метилпропиламин, (С 2 Н 5) 3 N - . Используются также названия, образованные прибавлением приставки " ", " " и т.д. к обозначению родового , например соединение типа С 2 Н 5 СН(NН 2)СН 2 СН 3 - 3-аминопентан. Многие ароматич. имеют тривиальные названия, напр. C 6 H 5 NH 2 - , СН 3 С 6 Н 4 NН 2 - и СН 3 ОС 6 Н 4 NН 2 - (соотв. от " " и от " "). Высшие алифатич. нормального строения иногда наз. по наименованиям радикалов жирных к-т, из к-рых были синтезированы, напр. , трилауриламин.
В ИК-спектрах характерные валентные колебания связей NH в р-ре наблюдаются для первичных алкиламинов в областях 3380-3400 см -1 и 3320-3340 см -1 ; для первичных ароматич. - две полосы поглощения в области 3500-3300 см -1 (обусловлены симметричными и несимметричными валентными колебаниями связей N-Н); для алифатич. и ароматич. вторичных амиов-одна полоса соотв. в области 3360-3310 см -1 и в области 3500-3300 см -1 ; третичные в этой области не поглощают. В спектрах хим. сдвиг составляет 1-5 м.д. Алифатич. в УФ и видимой областях не поглощают, ароматич. в УФ-спектрах имеют две полосы поглощения, обусловленные -переходами.
При нагр. с карбоновыми к-тами, их , хлор-ангидридами или первичные и вторичные ацилируются с образованием N-замещенных амидов, напр.: RNH 2 + СН 3 СООН -> RNHCOCH 3 + Н 2 О. реагируют в мягких условиях, еще легче - , к-рыми проводят в присут. , связывающего образующийся в р-ции НС1. При с дикарбоновыми к-тами, их эфирами или образуются . Ацилированные обладают слабыми основными св-вами.
Под действием HNO 2 алифатич. первичные превращаются в с выделением N 2 и Н 2 О, вторичные - в N-нитрозамины R 2 NNO. Третичные при обычной т-ре с HNO 2 не реагируют. Р-ция с HNO 2 применяется для алифатич. . При взаимод. первичных ароматич. с HNO 2 в кислой среде образуются : ArNH 2 + HNO 2 + НС1 -> АrСl - + 2H 2 O. В тех же условиях вторичные ароматич. превращаются в N-нитрозамины, третичные - в пара-нитрозопроизводные. Первичные алициклич. с HNO 2 образуют , что часто сопровождается сужением или расширением цикла (см. ).
Алифатич. первичные и вторичные взаимод. с С1 2 или Вr 2 ,
образуя N-галогензамещенные. Первичные с СОС1 2 образуют
RNCO или дизамещенные (RNH) 2 CO, вторичные
- тетразамещенные R 2 NCONR 2 . Первичные
легко взаимод. с , давая азометины (), напр.:
При взаимодействии первичных и вторичных с образуются
гидроксиэтильные производные, например: C 6 H 5 NH 2 +
С1СН 2 СН 2 ОН -> C 6 H 5 NHCH 2 CH 2 OH
+ НCl. Чаще для синтеза этих же соед. применяют , леско реагирующий
с в присут. небольших кол-в Н 2 О:
При использовании вместо NH 3 первичных или вторичных получаются вторичные и (или) третичные . Этот метод () распространен для произ-ва N-алкил- и N,N-диалкиланилинов. Разработан аналогичный способ получения взаимод. с NH 3 . Очень легко реагируют с NH 3 , образуя (см. ).
5. Р-ция амидов алифатич. и ароматич. карбоновых к-т со щелочными р-рами С1 2 , Вr 2 или I 2 с образованием первичных . При этом углеродная цепь укорачивается на один ().
6. Р-ции с участием алкил- и арилгалогенидов.
К с алкилгалогенидами с послед. (см. )получают
чистые первичные алифатические :
Арилгалогениды реагируют с NH 3 и с трудом, поэтому в пром-сти используют соед., в к-рых активирован сильными электроноакцепторными заместителями, чаще всего нитро- или сульфогруппами. Таким способом получают разл.
По характеру углеводородных заместителей амины делят на
Общие особенности строения аминов
Также как и в молекуле аммиака, в молекуле любого амина атом азота имеет неподеленную электронную пару, направленную в одну из вершин искаженного тетраэдра:
По этой причине у аминов как и у аммиака существенно выражены основные свойства.
Так, амины аналогично аммиаку обратимо реагируют с водой, образуя слабые основания:
Связь катиона водорода с атомом азота в молекуле амина реализуется с помощью донорно-акцепторного механизма за счет неподеленной электронной пары атома азота. Предельные амины являются более сильными основаниями по сравнению с аммиаком, т.к. в таких аминах углеводородные заместители обладают положительным индуктивным (+I) эффектом. В связи с этим на атоме азота увеличивается электронная плотность, что облегчает его взаимодействие с катионом Н + .
Ароматические амины, в случае если аминогруппа непосредственно соединена с ароматическим ядром, проявляют более слабые основные свойства по сравнению с аммиаком. Связано это с тем, что неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону ароматической π-системы бензольного кольца в следствие чего, электронная плотность на атоме азота снижается. В свою очередь это приводит к снижению основных свойств, в частности способности взаимодействовать с водой. Так, например, анилин реагирует только с сильными кислотами, а с водой практически не реагирует.
Химические свойства предельных аминов
Как уже было сказано, амины обратимо реагируют с водой:
Водные растворы аминов имеют щелочную реакцию среды, вследствие диссоциации образующихся оснований:
Предельные амины реагируют с водой лучше, чем аммиак, ввиду более сильных основных свойств.
Основные свойства предельных аминов увеличиваются в ряду.
Вторичные предельные амины являются более сильными основаниями, чем первичные предельные, которые являются в свою очередь более сильными основаниями, чем аммиак. Что касается основных свойств третичных аминов, то то если речь идет о реакциях в водных растворах, то основные свойства третичных аминов выражены намного хуже, чем у вторичных аминов, и даже чуть хуже чем у первичных. Связано это со стерическими затруднениями, существенно влияющими на скорость протонирования амина. Другими словами три заместителя «загораживают» атом азота и мешают его взаимодействию с катионами H + .
Взаимодействие с кислотами
Как свободные предельные амины, так и их водные растворы вступают во взаимодействие с кислотами. При этом образуются соли:
Так как основные свойства предельных аминов сильнее выражены, чем у аммиака, такие амины реагируют даже со слабыми кислотами, например угольной:
Соли аминов представляют собой твердые вещества, хорошо растворимые в воде и плохо в неполярных органических растворителях. Взаимодействие солей аминов с щелочами приводит к высвобождению свободных аминов, аналогично тому как происходит вытеснение аммиака при действии щелочей на соли аммония:
2. Первичные предельные амины реагируют с азотистой кислотой с образованием соответствующих спиртов, азота N 2 и воды. Например:
Характерным признаком данной реакции является образование газообразного азота, в связи с чем она является качественной на первичные амины и используется для их различения от вторичных и третичных. Следует отметить, что чаще всего данную реакцию проводят, смешивая амин не с раствором самой азотистой кислоты, а с раствором соли азотистой кислоты (нитрита) и последующим добавлением к этой смеси сильной минеральной кислоты. При взаимодействии нитритов с сильными минеральными кислотами образуется азотистая кислота, которая уже затем реагирует с амином:
Вторичные амины дают в аналогичных условиях маслянистые жидкости, так называемые N-нитрозаминами, но данная реакция в реальных заданиях ЕГЭ по химии не встречается. Третичные амины с азотистой кислотой не взаимодействуют.
Полное сгорание любых аминов приводит к образованию углекислого газа, воды и азота:
Взаимодействие с галогеналканами
Примечательно, что абсолютно такая же соль получается при действии хлороводорода на более замещенный амин. В нашем случае, при взаимодействии хлороводорода с диметиламином:
Получение аминов:
1) Алкилирование аммиака галогеналканами:
В случае недостатка аммиака вместо амина получается его соль:
2) Восстановление металлами (до водорода в ряду активности) в кислой среде:
с последующей обработкой раствора щелочью для высвобождения свободного амина:
3) Реакция аммиака со спиртами при пропускании их смеси через нагретый оксид алюминия. В зависимости от пропорций спирт/амин образуются первичные, вторичные или третичные амины:
Химические свойства анилина
Анилин – тривиальное название аминобензола, имеющего формулу:
Как можно видеть из иллюстрации, в молекуле анилина аминогруппа непосредственно соединена с ароматическим кольцом. У таких аминов, как уже было сказано, основные свойства выражены намного слабее, чем у аммиака. Так, в частности, анилин практически не реагирует с водой и слабыми кислотами типа угольной.
Взаимодействие анилина с кислотами
Анилин реагирует с сильными и средней силы неорганическими кислотами. При этом образуются соли фениламмония:
Взаимодействие анилина с галогенами
Как уже было сказано в самом начале данной главы, аминогруппа в ароматических аминах, втянута в ароматическое кольцо, что в свою очередь снижает электронную плотность на атоме азота, и как следствие увеличивает ее в ароматическом ядре. Увеличение электронной плотности в ароматическом ядре приводит к тому, что реакции электрофильного замещения, в частности, реакции с галогенами протекают значительно легче, особенно в орто- и пара- положениях относительно аминогруппы. Так, анилин с легкостью вступает во взаимодействие с бромной водой, образуя белый осадок 2,4,6-триброманилина:
Данная реакция является качественной на анилин и часто позволяет определить его среди прочих органических соединений.
Взаимодействие анилина с азотистой кислотой
Анилин реагирует с азотистой кислотой, но в виду специфичности и сложности данной реакции в реальном ЕГЭ по химии она не встречается.
Реакции алкилирования анилина
С помощью последовательного алкилирования анилина по атому азота галогенпроизводными углеводородов можно получать вторичные и третичные амины:
Химические свойства аминокислот
Аминокислотами называют соединения в молекулах которых присутствуют два типа функциональных групп – амино (-NH 2) и карбокси- (-COOH) группы.
Другими словами, аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы.
Таким образом, общую формулу аминокислот можно записать как (NH 2) x R(COOH) y , где x и y чаще всего равны единице или двум.
Поскольку в молекулах аминокислот есть и аминогруппа и карбоксильная группа, они проявляют химические свойства схожие как аминов, так и карбоновых кислот.
Кислотные свойства аминокислот
Образование солей с щелочами и карбонатами щелочных металлов
Этерификация аминокислот
Аминокислоты могут вступать в реакцию этерификации со спиртами:
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 OH → NH 2 CH 2 COOCH 3 + H 2 O
Основные свойства аминокислот
1. Oбразование солей при взаимодействии с кислотами
NH 2 CH 2 COOH + HCl → + Cl —
2. Взаимодействие с азотистой кислотой
NH 2 -CH 2 -COOH + HNO 2 → НО-CH 2 -COOH + N 2 + H 2 O
Примечание: взаимодействие с азотистой кислотой протекает так же, как и с первичными аминами
3. Алкилирование
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 I → + I —
4. Взаимодействие аминокислот друг с другом
Аминокислоты могут реагировать друг с другом образуя пептиды – соединения, содержащие в своих молекулах пептидную связь –C(O)-NH-
При этом, следует отметить, что в случае проведения реакции между двумя разными аминокислотами, без соблюдения некоторых специфических условий синтеза, одновременно протекает образование разных дипептидов. Так, например, вместо реакции глицина с аланином выше, приводящей к глицилананину, может произойти реакция приводящая к аланилглицину:
Кроме того, молекула глицина не обязательно реагирует с молекулой аланина. Протекают также и реакции пептизации между молекулами глицина:
И аланина:
Помимо этого, поскольку молекулы образующихся пептидов как и исходные молекулы аминокислот содержат аминогруппы и карбоксильные группы, сами пептиды могут реагировать с аминокислотами и другими пептидами, благодаря образованию новых пептидных связей.
Отдельные аминокислоты используются для производства синтетических полипептидов или так называемых полиамидных волокон. Так, в частности с помощью поликонденсации 6-аминогексановой (ε-аминокапроновой) кислоты в промышленности синтезируют капрон:
Получаемая в результате этой реакции капроновая смола используется для производства текстильных волокон и пластмасс.
Образование внутренних солей аминокислот в водном растворе
В водных растворах аминокислоты существуют преимущественно в виде внутренних солей — биполярных ионов (цвиттер-ионов).
Загрузка...