Aminy są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Aminy. Klasyfikacja, izomeria, nazewnictwo, otrzymywanie. Właściwości fizykochemiczne (zasadowość, alkilacja, acylacja, działanie kwasu azotawego). Pojęcie diamin
Aminy są organicznymi pochodnymi amoniaku zawierającymi grupę aminową NH2 i rodnik organiczny. Ogólnie wzór aminy to wzór amoniaku, w którym atomy wodoru są zastąpione przez rodnik węglowodorowy.
Klasyfikacja
- W zależności od tego, ile atomów wodoru w amoniaku jest zastąpionych przez rodnik, rozróżnia się aminy pierwszorzędowe (jeden atom), drugorzędowe, trzeciorzędowe. Radykały mogą być tego samego lub różnych typów.
- Amina może zawierać więcej niż jedną grupę aminową, ale kilka. Zgodnie z tą cechą dzieli się je na mono, di-, tri-, ... poliaminy.
- W zależności od rodzaju rodników związanych z atomem azotu, są to rodniki alifatyczne (nie zawierające łańcuchów cyklicznych), aromatyczne (zawierające cykl, najsłynniejsza to anilina z pierścieniem benzenowym), mieszane (tłuszczowo-aromatyczne, zawierające cykliczne i nie-aromatyczne). rodniki cykliczne).
Nieruchomości
W zależności od długości łańcucha atomów w rodniku organicznym, aminy mogą być substancjami gazowymi (tri-, di-, metyloamina, etyloamina), ciekłymi lub stałymi. Im dłuższy łańcuch, tym twardsza substancja. Najprostsze aminy są rozpuszczalne w wodzie, ale gdy przechodzi się do bardziej złożonych związków, rozpuszczalność w wodzie maleje.
Aminy gazowe i ciekłe to substancje o wyraźnym zapachu amoniaku. Ciała stałe są praktycznie bezwonne.
Aminy pojawiają się w reakcje chemiczne silne właściwości zasadowe, w wyniku oddziaływania z kwasami nieorganicznymi otrzymuje się sole alkiloamoniowe. Reakcja z kwasem azotawym jest jakościowa dla tej klasy związków. W przypadku aminy pierwszorzędowej, alkohol i azot w postaci gazowej, z drugorzędowym nierozpuszczalny żółty osad o wyraźnym zapachu nitrozodimetyloaminy; z trzeciorzędową reakcją nie idzie.
Reagują z tlenem (spalają się w powietrzu), halogenami, kwasami karboksylowymi i ich pochodnymi, aldehydami, ketonami.
Prawie wszystkie aminy, z rzadkimi wyjątkami, są trujące. Tak, najbardziej słynny przedstawiciel klasa, anilina, łatwo przenika pokrycie skóry, utlenia hemoglobinę, działa depresyjnie na centralny układ nerwowy, zaburza przemianę materii, co może prowadzić nawet do śmierci. Toksyczny dla ludzi i par.
Oznaki zatrucia:
- duszność
- sinica nosa, ust, opuszków palców,
- szybki oddech i przyspieszone bicie serca, utrata przytomności.
Pierwsza pomoc:
- zmyć odczynnik chemiczny wacikiem i alkoholem,
- zapewnić dostęp do czyste powietrze,
- zadzwonić po karetkę.
Aplikacja
— Jako utwardzacz do żywic epoksydowych.
— Jako katalizator w przemyśle chemicznym i metalurgicznym.
- Surowce do produkcji sztucznych włókien poliamidowych, takich jak nylon.
— Do produkcji poliuretanów, pianek poliuretanowych, klejów poliuretanowych.
- Produkt wyjściowy do produkcji aniliny - podstawa barwników anilinowych.
- Do produkcji leki.
— Do produkcji żywic fenolowo-formaldehydowych.
- Do syntezy repelentów, fungicydów, insektycydów, pestycydów, nawozów mineralnych, przyspieszaczy wulkanizacji gumy, odczynników antykorozyjnych, roztworów buforowych.
— Jako dodatek do olejów silnikowych i paliw suche paliwo.
— Aby uzyskać materiały światłoczułe.
- Urotropina jest stosowana jako dodatek do żywności, a także jako składnik kosmetyki.
W naszym sklepie internetowym możesz kupić odczynniki należące do klasy amin.
metyloamina
Pierwotna amina alifatyczna. Jest poszukiwany jako surowiec do produkcji leków, barwników, pestycydów.
dietyloamina
amina drugorzędowa. Stosowany jest jako produkt wyjściowy do produkcji pestycydów, leków (np. nowokainy), barwników, repelentów, dodatków do paliw i olejów silnikowych. Produkuje się z niego odczynniki do ochrony przed korozją, wzbogacania rud, utwardzania żywic epoksydowych i przyspieszania procesów wulkanizacji.
Trietyloamina
Amina trzeciorzędowa. Znajduje zastosowanie w przemyśle chemicznym jako katalizator w produkcji gumy, 
żywice epoksydowe, pianki poliuretanowe. W metalurgii jest katalizatorem utwardzania w procesach bez wypalania. Surowiec w syntezie organicznej leków, nawozów mineralnych, środków odchwaszczających, farb.
1-butyloamina
Tert-butyloamina, związek, w którym organiczna grupa tert-butylowa jest połączona z azotem. Substancja stosowana w syntezie wzmacniaczy wulkanizacji gumy, leków, barwników, garbników, preparatów do zwalczania chwastów i owadów.
Urotropina (heksamina)
policykliczna amina. Substancja poszukiwana w gospodarce. Stosowany jako dodatek do żywności, składnik leków i leków, składnik kosmetyków, roztwory buforowe dla chemii analitycznej; jako paliwo suche, utwardzacz żywic polimerowych, w syntezie żywic fenolowo-formaldehydowych, fungicydy, materiały wybuchowe, środki do ochrony przed korozją.
Aminy to jedyna klasa związki organiczne o znacznej zasadowości. Jednak aminy są słabymi zasadami. Teraz przyda się powrót do tabeli. 12-1, aby przypomnieć trzy definicje kwasów i zasad. Zgodnie z trzema definicjami zasadowości można wyróżnić trzy aspekty chemicznego zachowania amin.
1. Aminy reagują z kwasami, działając jako akceptory protonów:
Dlatego aminy są zasadami Bronsteda. 2. Aminy są dawcami par elektronów (zasady Lewisa):
3. Wodne roztwory amin mają zatem aminy, gdy oddziałują z wodą, są w stanie generować aniony wodorotlenkowe
Dlatego aminy są zasadami Arrheniusa. Chociaż wszystkie aminy są słabymi zasadami, ich zasadowość zależy od charakteru i liczby rodników węglowodorowych przyłączonych do atomu azotu. Alkiloaminy są znacznie bardziej podstawowe niż aminy aromatyczne. Wśród alkiloamin drugorzędowe są najbardziej zasadowe, pierwszorzędowe są nieco mniej zasadowe, a następnie trzeciorzędowe aminy i amoniak. Ogólnie zasadowość spada w serii:
Miarą zasadowości substancji jest stała zasadowości, która jest stałą równowagi dla oddziaływania aminy z wodą (patrz definicja zasadowości Arrheniusa powyżej). Ponieważ woda występuje w dużym nadmiarze, jej stężenie nie występuje w wyrażeniu na stałą zasadowości:
Im silniejsza podstawa, tym jeszcze protony będą odłączane od cząsteczek wody i im wyższe stężenie jonów wodorotlenowych w roztworze. Tak więc mocniejsze bazy charakteryzują się:
duże wartości K dla niektórych amin podano poniżej:
Wartości te ilustrują związek między zasadowością amin a ich strukturą, o czym była mowa powyżej. Najsilniejszą zasadą jest drugorzędowa dimetyloamina, a najsłabszą aromatyczna anilina.
Aminy aromatyczne są bardzo słabymi zasadami, ponieważ pojedyncza para elektronowa atomu azotu (która decyduje o podstawowych właściwościach amin) oddziałuje z chmurą elektronową jądra aromatycznego i w efekcie jest mniej dostępna dla protonu (lub innych kwas). Wyższą zasadowość amin drugorzędowych w porównaniu z pierwszorzędowymi tłumaczy się tym, że grupy alkilowe ze względu na swoje pozytywne działanie indukcyjne oddają elektrony poprzez wiązania α do atomu azotu, co ułatwia socjalizację pojedynczej pary elektronów. Dwie grupy alkilowe oddają więcej elektronów do atomu azotu niż jedna, więc drugorzędowe aminy są silniejszymi zasadami. Na tej podstawie można by oczekiwać, że trzeciorzędowe aminy są jeszcze silniejszymi zasadami niż drugorzędowe. Założenie to jest jednak uzasadnione tylko dla fazy gazowej, a zasadowość amin trzeciorzędowych w roztworze wodnym nie jest tak wysoka. Wynika to prawdopodobnie z efektów solwatacji.
Aminy to słabe zasady organiczne. O ich zasadowości decyduje liczba i rodzaj podstawników organicznych przyłączonych do atomu azotu. Obecność pierścienia aromatycznego znacznie obniża zasadowość (wartość amin) Aminy drugorzędowe są silniejszymi zasadami niż pierwszorzędowe i trzeciorzędowe.
Klasyfikacja amin jest zróżnicowana i zależy od tego, jaką cechę struktury przyjmuje się za podstawę.
W zależności od liczby grup organicznych związanych z atomem azotu, istnieją:
aminy pierwszorzędowe - jedna grupa organiczna przy azocie RNH 2
aminy drugorzędowe - dwie grupy organiczne przy azocie R 2 NH, grupy organiczne mogą być różne R "R" NH
trzeciorzędowe aminy - trzy grupy organiczne przy azocie R 3 N lub R "R" R "" N
W zależności od typu grupy organicznej związanej z azotem rozróżnia się alifatyczne CH 3 - N6H 5 - N
W zależności od liczby grup aminowych w cząsteczce aminy dzielą się na monoaminy CH 3 - NH 2, diaminy H 2 N (CH 2) 2 NH 2, triaminy itp.
Nomenklatura amin.
słowo „amina” dodaje się do nazwy grup organicznych związanych z azotem, podczas gdy grupy są wymienione w porządek alfabetyczny na przykład CH3NHC3H7-metylopropyloamina, CH3N(C6H5)2-metylodifenyloamina. Reguły pozwalają również na skomponowanie nazwy w oparciu o węglowodór, w którym za podstawnik uważa się grupę aminową. W tym przypadku jego położenie wskazuje się za pomocą indeksu liczbowego: C 5 H 3 C 4 H 2 C 3 H (NH 2) C 2 H 2 C 1 H 3 - 3-aminopentan (niebieskie górne indeksy liczbowe wskazują kolejność numeracji atomów C). Dla niektórych amin zachowane zostały trywialne (uproszczone) nazwy: C 6 H 5 NH 2 - anilina (nazwa według zasad nomenklatury to fenyloamina).
W niektórych przypadkach stosuje się ustalone nazwy, które są zniekształconymi nazwami poprawnymi: H 2 NCH 2 CH 2 OH - monoetanoloamina (poprawnie - 2-aminoetanol); (OHSN 2 CH 2) 2 NH - dietanoloamina, poprawna nazwa– bis(2-hydroksyetylo)amina. W chemii dość często współistnieją nazwy trywialne, zniekształcone i systematyczne (skomponowane według zasad nomenklatury).
Właściwości fizyczne amin.
Pierwsi przedstawiciele serii aminowej - metyloamina CH 3 NH 2, dimetyloamina (CH 3) 2 NH, trimetyloamina (CH 3) 3 N i etyloamina C 2 H 5 NH 2 - są w stanie gazowym w temperaturze pokojowej, następnie wraz ze wzrostem liczba atomów w aminach R staje się cieczami, a wraz ze wzrostem długości łańcucha R do 10 atomów C - substancjami krystalicznymi. Rozpuszczalność amin w wodzie zmniejsza się wraz ze wzrostem długości łańcucha R oraz ze wzrostem liczby grup organicznych związanych z azotem (przejście do amin drugorzędowych i trzeciorzędowych). Zapach amin przypomina zapach amoniaku, wyższe (z dużym R) aminy są praktycznie bezwonne.
Właściwości chemiczne amin.
Charakterystyczną zdolnością amin jest przyłączanie obojętnych cząsteczek (na przykład halogenków wodoru HHal, z tworzeniem soli organoamonowych, podobnych do soli amonowych w chemii nieorganicznej. Aby utworzyć nowe wiązanie, azot zapewnia niewspólną parę elektronów, działając jako donor Proton H + uczestniczący w tworzeniu wiązania (z halogenowodoru) pełni rolę akceptora (odbiornika), takie wiązanie nazywa się wiązaniem donor-akceptor (ryc. 1). jest całkowicie równoważny z wiązaniami N-H obecnymi w aminie.
Aminy trzeciorzędowe również dodają HCl, ale gdy uzyskana sól jest ogrzewana w roztworze kwasu, rozkłada się, podczas gdy R oddziela się od atomu N:
(C2H5)3 N+ HCl® [(C2H5)3 N H]Cl
[(C2H5)3 N H]Cl® (C2H5)2 N H + C 2 H 5 Cl
Porównując te dwie reakcje, można zauważyć, że grupa C2H5 i H niejako zamieniają się miejscami, w wyniku czego powstaje drugorzędowa z trzeciorzędowej aminy.
Rozpuszczając się w wodzie, aminy wychwytują proton w ten sam sposób, w wyniku czego w roztworze pojawiają się jony OH, co odpowiada tworzeniu środowiska alkalicznego, które można wykryć za pomocą konwencjonalnych wskaźników.
C2H5 N H 2 + H 2 O ® + + OH -
Wraz z tworzeniem się wiązania donor-akceptor, aminy mogą dodawać nie tylko HCl, ale także haloalkile RCl i powstaje nowe wiązanie N–R, które jest również równoważne z już istniejącymi. Jeśli jako wyjściową przyjmiemy trzeciorzędową aminę, otrzymamy sól tetraalkiloamonową (cztery grupy R na jednym atomie N):
(C2H5)3 N+ C2H5I® [(C2H5)4 N]I
Te sole rozpuszczają się w wodzie i trochę rozpuszczalniki organiczne, dysocjują (rozpadają się), tworząc jony:
[(C2H5)4 N]I® [(C2H5)4 N] + + ja –
Takie roztwory, jak wszystkie roztwory zawierające jony, przewodzą Elektryczność. W solach tetraalkiloamoniowych halogen można zastąpić grupą HO:
[(CH3) 4 N]Cl + AgOH® [(CH 3) 4 N]OH + AgCl
Powstały wodorotlenek tetrametyloamoniowy jest mocną zasadą, podobną pod względem właściwości do zasad.
Aminy pierwszorzędowe i drugorzędowe oddziałują z kwasem azotawym HON=O, ale reagują na różne sposoby. Z aminy pierwszorzędowe powstają pierwszorzędowe alkohole:
C2H5 N H2 + H N O 2 ® C 2 H 5 OH + N 2+H2O
W przeciwieństwie do amin pierwszorzędowych, aminy drugorzędowe tworzą żółte, trudno rozpuszczalne nitrozoaminy z kwasem azotawym, związki zawierające ugrupowanie >N–N = O:
(C2H5) 2 N H+H N O2® (C2H5)2 N N\u003d O + H2O
Aminy trzeciorzędowe nie reagują z kwasem azotawym w zwykłych temperaturach, dlatego kwas azotawy jest odczynnikiem, który umożliwia rozróżnienie między aminami pierwszorzędowymi, drugorzędowymi i trzeciorzędowymi.
Podczas kondensacji amin z kwasami karboksylowymi powstają amidy kwasowe - związki z fragmentem -C(O)N
Kondensacja amin z aldehydami i ketonami prowadzi do powstania tzw. zasad Schiffa, związków zawierających ugrupowanie -N=C2.
Oddziaływanie amin pierwszorzędowych z fosgenem Cl2C=O daje związki z grupą -N=C=O, zwane izocyjanianami (rys. 2D, otrzymanie związku z dwiema grupami izocyjanianowymi).
Wśród amin aromatycznych najbardziej znana jest anilina (fenyloamina) C 6 H 5 NH 2 . Ma podobne właściwości do amin alifatycznych, ale jego zasadowość jest mniej wyraźna - nie tworzy środowiska alkalicznego w roztworach wodnych. Podobnie jak aminy alifatyczne może tworzyć sole amonowe z mocnymi kwasami mineralnymi [C 6 H 5 NH 3 ] + Cl - . W reakcji aniliny z kwasem azotawym (w obecności HCl) powstaje związek diazowy zawierający ugrupowanie R–N=N, otrzymywany w postaci soli jonowej zwanej solą diazoniową (rys. 3A). Zatem oddziaływanie z kwasem azotawym nie jest takie samo jak w przypadku amin alifatycznych. Pierścień benzenowy w anilinie ma reaktywność charakterystyczną dla związków aromatycznych ( cm. AROMATYCZNOŚĆ), po halogenowaniu, atomy wodoru w orto- oraz para pozycje - do grupy aminowej są podstawione, w wyniku czego powstają chloraniliny o różnym stopniu podstawienia (ryc. 3B). Działanie kwasu siarkowego prowadzi do sulfonowania w para W pozycji do grupy aminowej powstaje tzw. kwas sulfanilowy (rys. 3B).
Zdobywanie amin.
Gdy amoniak reaguje z haloalkilami, takimi jak RCI, powstaje mieszanina amin pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych. Powstały produkt uboczny HCl dodaje się do amin, tworząc sól amonową, ale z nadmiarem amoniaku sól rozkłada się, co pozwala na prowadzenie procesu aż do powstania czwartorzędowych soli amoniowych (rys. 4A). W przeciwieństwie do alifatycznych haloalkili halogenki arylowe, np. C 6 H 5 Cl, bardzo trudno reagują z amoniakiem, synteza jest możliwa tylko z katalizatorami zawierającymi miedź. W przemyśle aminy alifatyczne otrzymuje się w wyniku katalitycznego oddziaływania alkoholi z NH3 w temperaturze 300–500°C i pod ciśnieniem 1–20 MPa, w wyniku czego powstaje mieszanina amin pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych (rys. 4B).
Reakcja aldehydów i ketonów z solą amonową kwasu mrówkowego HCOONH4 prowadzi do powstania amin pierwszorzędowych (rys. 4C), natomiast reakcja aldehydów i ketonów z aminami pierwszorzędowymi (w obecności kwasu mrówkowego HCOOH) prowadzi do amin drugorzędowych (rys. 4D).
Związki nitro (zawierające grupę –NO 2) po redukcji tworzą aminy pierwszorzędowe. Ta metoda, zaproponowana przez N.N. Zinina, jest mało stosowana do związków alifatycznych, ale jest ważna dla otrzymywania aromatycznych amin i stanowi podstawę produkcja przemysłowa anilina (ryc. 4e).
Jak oddzielne połączenia aminy są mało używane, na przykład polietylenopoliamina [-C 2 H 4 NH-] jest używana w życiu codziennym n(nazwa handlowa PEPA) jako utwardzacz do żywic epoksydowych. Główne zastosowanie amin to produkty pośrednie w produkcji różnych substancji organicznych. Wiodącą rolę odgrywa anilina, na podstawie której szeroki zasięg barwniki anilinowe, a kolor „specjalizacja” jest kładziony już na etapie otrzymywania samej aniliny. Ultraczysta anilina bez domieszki homologów nazywana jest w branży „aniliną za błękitem” (co oznacza kolor przyszłego barwnika). „Anilina na czerwono” musi zawierać, oprócz aniliny, mieszankę orto- oraz para-toluidyna (CH3C6H4NH2).
Diaminy alifatyczne są związkami wyjściowymi do produkcji poliamidów, na przykład nylonu (ryc. 2), który jest szeroko stosowany do produkcji włókien, folii polimerowych, a także komponentów i części w inżynierii mechanicznej (przekładnie poliamidowe).
Poliuretany otrzymywane są z alifatycznych diizocyjanianów (rys. 2), które mają kompleks technicznie ważne właściwości: wysoka wytrzymałość połączona z elastycznością i bardzo wysoką odpornością na ścieranie (poliuretan) podeszwy butów), a także dobrą przyczepność do szerokiej gamy materiałów (kleje poliuretanowe). Są szeroko stosowane w formie spienionej (pianki poliuretanowe).
Na bazie kwasu sulfanilowego (ryc. 3) syntetyzuje działanie przeciwzapalne leki sulfonamidy.
Sole diazoniowe (ryc. 2) są stosowane w materiałach światłoczułych do blueprintingu, co umożliwia uzyskanie obrazu z pominięciem zwykłej fotografii halogenku srebra ( cm. LEKKIE KOPIOWANIE).
Michaił Lewicki
Aminy - są to pochodne amoniaku (NH 3), w cząsteczce których jeden, dwa lub trzy atomy wodoru są zastąpione przez rodniki węglowodorowe.
Ze względu na liczbę rodników węglowodorowych, które zastępują atomy wodoru w cząsteczce NH3, wszystkie aminy można podzielić na trzy typy:
Grupa - NH2 nazywana jest grupą aminową. Istnieją również aminy zawierające dwie, trzy lub więcej grup aminowych.
Nomenklatura
Do nazwy reszt organicznych związanych z azotem dodano słowo „amina”, natomiast grupy wymieniono w kolejności alfabetycznej: CH3NC3H – metylopropyloamina, CH3N(C6H5)2 – metylodifenyloamina. W przypadku wyższych amin nazwa jest opracowywana, biorąc za podstawę węglowodór, dodając przedrostek „amino”, „diamino”, „triamino”, wskazując indeks liczbowy atomu węgla. Dla niektórych amin są używane nazwy zwyczajowe: C6H5NH2 - anilina (nazwa systematyczna - fenyloamina).
W przypadku amin możliwa jest izomeria łańcuchowa, izomeria pozycji grup funkcyjnych, izomeria między typami amin
Właściwości fizyczne
Dolne graniczne aminy pierwszorzędowe - substancje gazowe, pachną amoniakiem, dobrze rozpuszczają się w wodzie. Aminy o wyższej względnej masie cząsteczkowej - ciecze lub ciała stałe, ich rozpuszczalność w wodzie wzrasta waga molekularna zmniejsza się.
Właściwości chemiczne
Aminy są chemicznie podobne do amoniaku.
1. Oddziaływanie z wodą - tworzenie podstawionych wodorotlenków amonu. Wodny roztwór amoniaku ma słabe właściwości zasadowe (zasadowe). Powodem podstawowych właściwości amoniaku jest obecność wolnej pary elektronowej przy atomie azotu, która bierze udział w tworzeniu wiązania donor-akceptor z jonem wodorowym. Z tego samego powodu aminy są również słabymi zasadami. Aminy to zasady organiczne.
2. Oddziaływanie z kwasami - tworzenie soli (reakcje neutralizacji). Jako zasada amoniak tworzy sole amonowe z kwasami. Podobnie, gdy aminy reagują z kwasami, tworzą się podstawione sole amoniowe. Zasady jako silniejsze zasady wypierają amoniak i aminy z ich soli.
3. Spalanie amin. Aminy są substancjami palnymi. Produktami spalania amin, jak również innych związków organicznych zawierających azot, są dwutlenek węgla, woda i wolny azot.
Alkilacja to wprowadzenie podstawnika alkilowego do cząsteczki związku organicznego. Typowymi środkami alkilującymi są halogenki alkilowe, alkeny, związki epoksydowe, alkohole, rzadziej aldehydy, ketony, etery, siarczki, diazoalkany. Katalizatorami alkilowania są kwasy mineralne, kwasy Lewisa i zeolity.
Acylacja. Po podgrzaniu kwasami karboksylowymi, ich bezwodnikami, chlorkami kwasowymi lub estrami, pierwszorzędowe i drugorzędowe aminy są acylowane z wytworzeniem N-podstawionych amidów, związków z ugrupowaniem -C(O)N<:
Reakcja z bezwodnikami przebiega w łagodnych warunkach. Chlorki kwasowe reagują jeszcze łatwiej, reakcję prowadzi się w obecności zasady wiążącej utworzony HCl.
Aminy pierwszorzędowe i drugorzędowe oddziałują z kwasem azotawym na różne sposoby. Za pomocą kwasu azotawego rozróżnia się aminy pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe. Alkohole pierwszorzędowe powstają z amin pierwszorzędowych:
C2H5NH2 + HNO2 → C2H5OH + N2 +H2O
To uwalnia gaz (azot). To znak, że w kolbie znajduje się amina pierwszorzędowa.
Z kwasem azotawym tworzą się aminy drugorzędowe, żółte, trudno rozpuszczalne nitrozoaminy - związki zawierające fragment >N-N=O:
(C2H5)2NH + HNO2 → (C2H5)2N-N=O + H2O
Aminy wtórne są trudne do przeoczenia, charakterystyczny zapach nitrozodimetyloaminy rozprzestrzenia się po całym laboratorium.
Aminy trzeciorzędowe po prostu rozpuszczają się w kwasie azotawym w zwykłych temperaturach. Po podgrzaniu możliwa jest reakcja z eliminacją rodników alkilowych.
Jak dostać się do
1. Oddziaływanie alkoholi z amoniakiem podczas ogrzewania w obecności Al 2 0 3 jako katalizatora.
2. Oddziaływanie halogenków alkilowych (haloalkanów) z amoniakiem. Powstała pierwszorzędowa amina może reagować z nadmiarem halogenku alkilu i amoniaku, tworząc drugorzędową aminę. W podobny sposób można wytwarzać aminy trzeciorzędowe
Aminokwasy. Klasyfikacja, izomeria, nazewnictwo, otrzymywanie. Fizyczne i chemiczne właściwości. Właściwości amfoteryczne, struktura bipolarna, punkt izoelektryczny. Polipeptydy. Poszczególni przedstawiciele: glicyna, alanina, cysteina, cystyna, kwas a-aminokapronowy, lizyna, kwas glutaminowy.
Aminokwasy- są to pochodne węglowodorów zawierające grupy aminowe (-NH 2) i karboksylowe -COOH.
Wzór ogólny: (NH 2) f R(COOH) n gdzie m oraz n najczęściej równy 1 lub 2. Tak więc aminokwasy są związkami o mieszanych funkcjach.
Klasyfikacja
izomeria
Izomeria aminokwasów, a także hydroksykwasów, zależy od izomerii łańcucha węglowego i położenia grupy aminowej w stosunku do karboksylu (a-, β - i γ - aminokwasy itp.). Ponadto wszystkie naturalne aminokwasy, z wyjątkiem aminokwasów aminokwasowych, zawierają asymetryczne atomy węgla, a więc posiadają izomery optyczne (antypody). Istnieją serie aminokwasów D i L. Należy zauważyć, że wszystkie aminokwasy tworzące białka należą do serii L.
Nomenklatura
Aminokwasy mają zwykle nazwy trywialne (na przykład kwas aminooctowy jest inaczej nazywany glikokol lub iicyna, i kwas aminopropionowy alanina itp.). Nazwa aminokwasu zgodnie z nomenklaturą systematyczną składa się z nazwy odpowiedniego kwasu karboksylowego, którego jest pochodną, z dodatkiem przedrostka słowa amino-. Pozycja grupy aminowej w łańcuchu jest oznaczona cyframi.
Jak dostać się do
1. Oddziaływanie kwasów α-halokarboksylowych z nadmiarem amoniaku. Podczas tych reakcji atom fluorowca w kwasach fluorowcokarboksylowych jest zastępowany (w celu ich przygotowania, patrz § 10.4) grupą aminową. Uwalniany w tym samym czasie chlorowodór jest wiązany nadmiarem amoniaku w chlorek amonu.
2. Hydroliza białek. Podczas hydrolizy białek zwykle powstają złożone mieszaniny aminokwasów, jednak przy pomocy metody specjalne z tych mieszanin można wyizolować pojedyncze czyste aminokwasy.
Właściwości fizyczne
Aminokwasy to bezbarwne substancje krystaliczne, łatwo rozpuszczalne w wodzie o temperaturze topnienia 230-300°C. Wiele α-aminokwasów ma słodki smak.
Właściwości chemiczne
1. Interakcja z zasadami i kwasami:
a) jako kwas (w grę wchodzi grupa karboksylowa).
b) jako zasada (zaangażowana jest grupa aminowa).
2. Oddziaływanie w cząsteczce - tworzenie soli wewnętrznych:
a) kwasy monoaminomonokarboksylowe (kwasy neutralne). Wodne roztwory kwasów monoaminomonokarboksylowych są obojętne (pH = 7);
b) kwasy monoaminodikarboksylowe (aminokwasy kwaśne). Wodne roztwory kwasów monoaminodikarboksylowych mają pH< 7 (кислая среда), так как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется избыток ионов водорода Н + ;
c) kwasy diaminomonokarboksylowe (aminokwasy podstawowe). Wodne roztwory kwasów diaminomonokarboksylowych mają pH > 7 ( środowisko alkaliczne), ponieważ w wyniku tworzenia się soli wewnętrznych tych kwasów w roztworze pojawia się nadmiar jonów wodorotlenowych OH -.
3. Oddziaływanie aminokwasów ze sobą - tworzenie peptydów.
4. Wchodź w interakcję z alkoholami tworząc estry.
Punkt izoelektryczny aminokwasów niezawierających dodatkowych grup NH2 lub COOH to średnia arytmetyczna między dwiema wartościami pK: 
odpowiednio dla alaniny 
.
Punkt izoelektryczny szeregu innych aminokwasów zawierających dodatkowe grupy kwasowe lub zasadowe (kwasy asparaginowy i glutaminowy, lizyna, arginina, tyrozyna itp.) również zależy od kwasowości lub zasadowości rodników tych aminokwasów. Na przykład dla lizyny pI należy obliczyć z połowy sumy wartości pK" dla grup α- i ε-NH2. Tak więc w zakresie pH od 4,0 do 9,0 prawie wszystkie aminokwasy występują głównie w postaci jony obojnacze z protonowaną grupą aminową i zdysocjowaną grupą karboksylową.
Polipeptydy zawierają więcej niż dziesięć reszt aminokwasowych.
Glicyna (kwas aminooctowy, kwas aminoetanowy) jest najprostszym aminokwasem alifatycznym, jedynym aminokwasem, który nie posiada izomerów optycznych. Wzór empiryczny C2H5NO2
Alanina (kwas aminopropanowy) jest aminokwasem alifatycznym. α-alanina wchodzi w skład wielu białek, β-alanina wchodzi w skład szeregu związków biologicznie czynnych. Wzór chemiczny NH2-CH-CH3-COOH. Alanina jest łatwo przekształcana w glukozę w wątrobie i odwrotnie. Proces ten nazywany jest cyklem glukozowo-alaniowym i jest jednym z głównych szlaków glukoneogenezy w wątrobie.
Cysteina (kwas α-amino-β-tiopropionowy; kwas 2-amino-3-sulfanylopropanowy) jest aminokwasem alifatycznym zawierającym siarkę. Aktywny optycznie, występuje w postaci izomerów L- i D-. L-cysteina jest składnikiem białek i peptydów oraz odgrywa ważną rolę w tworzeniu tkanek skóry. Jest ważny dla procesów detoksykacji. Wzór empiryczny to C3H7NO2S.
Cystyna (chem.) (kwas 3,3"-ditio-bis-2-aminopropionowy, dicysteina) to aminokwas alifatyczny zawierający siarkę, o bezbarwnych kryształach, rozpuszczalny w wodzie.
Cystyna jest aminokwasem niekodowanym będącym produktem oksydacyjnej dimeryzacji cysteiny, podczas której dwie grupy tiolowe cysteiny tworzą wiązanie dwusiarczkowe cystyny. Cystyna zawiera dwie grupy aminowe i dwie grupy karboksylowe i jest dwuzasadowym diaminokwasem. Wzór empiryczny C6H12N2O4S2
W organizmie znajdują się głównie w składzie białek.
Kwas aminokapronowy (kwas 6-aminoheksanowy lub kwas ε-aminokapronowy) jest lekiem hemostatycznym, który hamuje konwersję profibrynolizyny do fibrynolizyny. Brutto-
wzór C6H13NO2.
Lizyna (kwas 2,6-diaminoheksanowy) jest aminokwasem alifatycznym o wyraźnych właściwościach zasadowych; niezbędny aminokwas. Wzór chemiczny: C6H14N2O2
Lizyna jest częścią białek. Lizyna jest niezbędnym aminokwasem, który wchodzi w skład prawie każdego białka, jest niezbędna do wzrostu, naprawy tkanek, produkcji przeciwciał, hormonów, enzymów, albumin.
Kwas glutaminowy (kwas 2-aminopentanodiowy) jest aminokwasem alifatycznym. W organizmach żywych kwas glutaminowy w postaci anionu glutaminianu występuje w białkach, szeregu substancji o niskiej masie cząsteczkowej oraz w postaci wolnej. Kwas glutaminowy odgrywa ważną rolę w metabolizmie azotu. Wzór chemiczny C5H9N1O4
Kwas glutaminowy jest również aminokwasem neuroprzekaźnikowym, jednym z ważnych członków klasy aminokwasów pobudzających. Wiązanie glutaminianu ze specyficznymi receptorami neuronów prowadzi do wzbudzenia tych ostatnich.
Białka proste i złożone. wiązanie peptydowe. Pojęcie struktury pierwszorzędowej, drugorzędowej, trzeciorzędowej i czwartorzędowej cząsteczki białka. Rodzaje wiązań determinujących strukturę przestrzenną cząsteczki białka (oddziaływania wodorowe, dwusiarczkowe, jonowe, hydrofobowe). Właściwości fizyczne i chemiczne białek (strącanie, denaturacja, reakcje barwne). punkt izoelektryczny. Wartość białek.
Wiewiórki - są to naturalne związki wielkocząsteczkowe (biopolimery), których podstawą strukturalną są łańcuchy polipeptydowe zbudowane z reszt α-aminokwasowych.
Białka proste (białka) to wielkocząsteczkowe substancje organiczne składające się z alfa-aminokwasów połączonych w łańcuch wiązaniem peptydowym.
Białka złożone (proteidy) to białka dwuskładnikowe, które oprócz łańcuchów peptydowych (białka prostego) zawierają składnik o charakterze nieaminokwasowym - grupę protetyczną.
Wiązanie peptydowe - rodzaj wiązania amidowego, które powstaje podczas tworzenia białek i peptydów w wyniku oddziaływania grupy α-aminowej (-NH2) jednego aminokwasu z grupą α-karboksylową (-COOH) innego aminokwasu.
Struktura pierwszorzędowa to sekwencja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Ważnymi cechami struktury pierwszorzędowej są motywy konserwatywne - kombinacje aminokwasów, które odgrywają kluczową rolę w funkcjach białek. Motywy konserwatywne są zachowane w toku ewolucji gatunku, często pozwalają przewidzieć funkcję nieznanego białka.
Struktura drugorzędowa - lokalne uporządkowanie fragmentu łańcucha polipeptydowego, stabilizowane wiązaniami wodorowymi.
Struktura trzeciorzędowa - przestrzenna struktura łańcucha polipeptydowego (zestaw współrzędnych przestrzennych atomów tworzących białko). Strukturalnie składa się z elementów struktury drugorzędowej stabilizowanych różnymi rodzajami oddziaływań, w których ważną rolę odgrywają oddziaływania hydrofobowe. W stabilizacji struktury trzeciorzędowej biorą udział:
wiązania kowalencyjne (między dwiema resztami cysteiny - mostki dwusiarczkowe);
wiązania jonowe między przeciwnie naładowanymi grupami bocznymi reszt aminokwasowych;
wiązania wodorowe;
oddziaływania hydrofilowo-hydrofobowe. Podczas interakcji z otaczającymi cząsteczkami wody, cząsteczka białka „ma tendencję” do zwijania się, tak że niepolarne grupy boczne aminokwasów są izolowane z roztworu wodnego; Na powierzchni cząsteczki pojawiają się polarne hydrofilowe grupy boczne.
Struktura czwartorzędowa (lub podjednostka, domena) - wzajemne porozumienie kilka łańcuchów polipeptydowych jako część pojedynczego kompleksu białkowego. Cząsteczki białka tworzące białko o strukturze czwartorzędowej powstają oddzielnie na rybosomach i dopiero po zakończeniu syntezy tworzą wspólną strukturę supramolekularną. Białko o strukturze czwartorzędowej może zawierać zarówno identyczne, jak i różne łańcuchy polipeptydowe. W stabilizacji struktury czwartorzędowej biorą udział te same rodzaje oddziaływań, co w stabilizacji trzeciorzędowej. Supramolekularne kompleksy białkowe mogą składać się z kilkudziesięciu cząsteczek.
Właściwości fizyczne
Właściwości białek są tak różnorodne, jak funkcje, które pełnią. Niektóre białka rozpuszczają się w wodzie, tworząc z reguły roztwory koloidalne (na przykład białko jaja); inne rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworach soli; inne są nierozpuszczalne (na przykład białka tkanek powłokowych).
Właściwości chemiczne
W rodnikach reszt aminokwasowych białka zawierają różne grupy funkcyjne, które są zdolne do wchodzenia w wiele reakcji. Białka wchodzą w reakcje utleniania-redukcji, estryfikacji, alkilacji, nitracji, mogą tworzyć sole zarówno z kwasami, jak i zasadami (białka są amfoteryczne).
Na przykład albumina - białko jaja - w temperaturze 60-70 ° wytrąca się z roztworu (koaguluje), tracąc zdolność rozpuszczania się w wodzie.
TEMAT WYKŁADU: aminy i aminoalkohole
Pytania:
ogólna charakterystyka Słowa kluczowe: struktura, klasyfikacja, nazewnictwo.
Metody akwizycji
indywidualnych przedstawicieli. Metody identyfikacji.
Ogólna charakterystyka: struktura, klasyfikacja, nazewnictwo
Aminy nazywane są pochodnymi amoniaku, w cząsteczce której atomy wodoru są zastąpione przez rodniki węglowodorowe.
Klasyfikacja
1 – W zależności od liczby podstawionych atomów wodoru amoniaku rozróżnia się aminy:
– podstawowy zawierają grupę aminową grupę aminową (–NH 2), ogólna formuła: R–NH 2 ,
– wtórny zawierają grupę imino (–NH),
wzór ogólny: R 1 -NH - R 2
– trzeciorzędowy zawierają atom azotu, wzór ogólny: R 3 -N
Znane są również związki z czwartorzędowym atomem azotu: czwartorzędowy wodorotlenek amonu i jego sole.
2– W zależności od budowy rodnika rozróżnia się aminy:
– alifatyczne (ograniczające i nienasycone)
– alicykliczny
- aromatyczne (zawierające grupę aminową lub łańcuch boczny w rdzeniu)
- heterocykliczny.
Nomenklatura, izomeria amin
1. Nazwy amin według racjonalnej nomenklatury pochodzą zwykle od nazw ich składowych rodników węglowodorowych z dodatkiem końcówki -amina : metyloamina CH 3-NH 2, dimetyloamina CH 3-NH-CH 3, trimetyloamina (CH 3) 3 N, propyloamina CH 3 CH 2 CH 2-NH 2, fenyloamina C 6 H 5 - NH 2 itd.
2. Zgodnie z nomenklaturą IUPAC grupa aminowa jest uważana za grupę funkcyjną i jej nazwę amino umieścić przed nazwą głównego łańcucha:
Izomeria amin zależy od izomerii rodników.
Metody otrzymywania amin
Aminy można pozyskiwać na różne sposoby.
A) Działanie na amoniak przez haloalkile
2NH 3 + CH 3 I -–® CH 3 - NH 2 + NH 4 I
B) Katalityczne uwodornienie nitrobenzenu wodorem cząsteczkowym:
C 6 H 5 NO 2 -–® C 6 H 5 NH 2 + H 2 O
nitrobenzen kot anilina
C) Otrzymywanie niższych amin (С 1-С 4) przez alkilowanie alkoholami:
350 0 C, Al 2 O 3
R–OH + NH 3 –––––––––––® R–NH 2 +H 2 O
350 0 C, Al 2 O 3
2R–OH + NH 3 –––––––––––® R 2 –NH +2H 2 O
350 0 C, Al 2 O 3
3R–OH + NH 3 –––––––––––® R 3 –N + 3H 2 O
Właściwości fizyczne amin
Metyloamina, dimetyloamina i trimetyloamina to gazy, środkowymi członkami serii amin są ciecze, wyższe są ciała stałe. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej amin wzrasta ich gęstość, wzrasta temperatura wrzenia, a rozpuszczalność w wodzie maleje. Wyższe aminy są nierozpuszczalne w wodzie. Niższe aminy mają nieprzyjemny zapach nieco przypomina zapach zepsutej ryby. Wyższe aminy są albo bezwonne, albo mają bardzo słaby zapach. Aminy aromatyczne to bezbarwne ciecze lub ciała stałe nieprzyjemny zapach i trujące.
Właściwości chemiczne amin
Zachowanie chemiczne amin zależy od obecności grupy aminowej w cząsteczce. Zewnętrzna powłoka atomu azotu ma 5 elektronów. W cząsteczce aminy, a także w cząsteczce amoniaku, atom azotu zużywa trzy elektrony na tworzenie trzech wiązań kowalencyjnych, a dwa pozostają wolne.
Obecność wolnej pary elektronów przy atomie azotu umożliwia mu przyłączenie protonu, dlatego aminy są podobne do amoniaku, wykazują właściwości podstawowe, tworzą wodorotlenki, sole.
Tworzenie soli. Aminy z kwasami dają sole, które pod działaniem mocnej zasady ponownie dają wolne aminy:
Aminy dają sole nawet przy słabym kwasie węglowym:
Podobnie jak amoniak, aminy mają podstawowe właściwości ze względu na wiązanie protonów w słabo dysocjujący podstawiony kation amonowy:
 |
Kiedy amina jest rozpuszczona w wodzie, część protonów wody jest zużywana na tworzenie kationu; w związku z tym w roztworze pojawia się nadmiar jonów wodorotlenowych, który ma właściwości alkaliczne wystarczające do zabarwienia roztworów lakmusowych w Kolor niebieski i fenoloftaleina do maliny. Zasadowość amin limit wiersza waha się w bardzo małych granicach i jest bliski zasadowości amoniaku.
Działanie grup metylowych nieznacznie zwiększa zasadowość metylo- i dimetyloaminy. W przypadku trimetyloaminy grupy metylowe już utrudniają solwatację powstałego kationu i zmniejszają jego stabilizację, a w konsekwencji jego zasadowość.
Sole amin należy traktować jako związki złożone. Centralnym atomem w nich jest atom azotu, którego liczba koordynacyjna wynosi cztery. Atomy wodoru lub alkile są związane z atomem azotu i znajdują się w sferze wewnętrznej; pozostałość kwasu znajduje się w sferze zewnętrznej.
Acylowanie amin. Pod wpływem niektórych pochodnych kwasów organicznych (halogenki kwasowe, bezwodniki itp.) Na aminy pierwszorzędowe i drugorzędowe powstają amidy:
Wtórne aminy z kwasem azotawym dają nitrozoaminy- żółtawe ciecze, słabo rozpuszczalne w wodzie:
Aminy trzeciorzędowe są odporne na działanie rozcieńczonego kwasu azotawego na zimno (tworzą sole kwasu azotowego), w cięższych warunkach jeden z rodników ulega oderwaniu i powstaje nitrozoamina.
Diamina
Diaminy odgrywają ważną rolę w procesach biologicznych. Z reguły łatwo rozpuszczają się w wodzie, mają charakterystyczny zapach, mają mocny reakcja alkaliczna, wchodzą w interakcję z powietrzem CO2. Diaminy tworzą stabilne sole z dwoma równoważnikami kwasu.
Etylenodiamina (1,2-etanodiamina) H2NCH2CH2NH2. Jest to najprostsza diamina; można otrzymać przez działanie amoniaku na bromek etylenu:
Tetrametylenodiamina (1,4-butanodiamina) lub putrescyna, NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 i pentametylenodiamina (1,5-pentanodiamina) NH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2 lub kadaweryna. Odkryto je w produktach rozkładu substancji białkowych; powstają podczas dekarboksylacji diaminokwasów i są nazwane ptodomeny(z greckiego - zwłoki), wcześniej uważano je za „trucizny na zwłoki”. Obecnie stwierdzono, że toksyczność gnijących białek nie jest powodowana przez ptomaine, ale przez obecność innych substancji.
Putrescyna i kadaweryna powstają w wyniku życiowej aktywności wielu mikroorganizmów (na przykład czynników wywołujących tężec i cholerę) i grzybów; znajdują się w serze, sporyszu, muchomorze, drożdżach piwnych.
Niektóre diaminy są wykorzystywane jako surowce do produkcji włókien poliamidowych i tworzyw sztucznych. Tak więc z heksametylenodiaminy NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 uzyskano bardzo cenne włókno syntetyczne - nylon(USA) lub anid(Rosja).
Aminoalkohole
Aminoalkohole- związki o mieszanych funkcjach, których cząsteczka zawiera grupy aminowe i hydroksylowe.
Aminoetanol(etanoloamina) HO-CH2CH2-NH2 lub kolamina.
Etanoloamina jest gęstą oleistą cieczą, mieszającą się z wodą pod każdym względem i ma silne właściwości alkaliczne. Oprócz monoetanoloaminy otrzymuje się również dietanoloaminę i trietanoloaminę:
Cholina jest częścią lecytyny- substancje tłuszczopodobne, bardzo powszechne u zwierząt i organizmy roślinne i można je od nich oddzielić. Cholina jest krystaliczną, wysoce higroskopijną masą, która łatwo opróżnia się z powietrza. Posiada silne właściwości alkaliczne i łatwo tworzy sole z kwasami.
Gdy cholina jest acylowana bezwodnikiem octowym, octan choliny, nazywane również acetylocholina:
Acetylocholina odgrywa istotną rolę rola biochemiczna, ponieważ jest mediatorem (pośrednikiem), który przenosi pobudzenie z receptorów nerwowych do mięśni.