Esencialmente, las aminas son derivados alifáticos o aromáticos del amoníaco en los que uno o varios átomos de hidrógeno se sustituyen por un grupo de carbono (grupo alquilo/arilo). Al igual que el amoníaco, las aminas son bases débiles y, por lo tanto, no se ionizan completamente en una solución acuosa.
En la naturaleza, las aminas pueden encontrarse en las proteínas, los alcaloides, las vitaminas y las hormonas, donde aparecen de forma natural. Sin embargo, también se pueden encontrar en una serie de compuestos sintéticos que incluyen fármacos y colorantes, entre otros.
* Aunque hay diferentes tipos de aminas, todas se caracterizan por la presencia de un átomo de nitrógeno.
Identificación de las aminas
Como se ha mencionado, existen diferentes tipos de aminas que se clasifican en cuatro grupos distintos. Antes de ver los diferentes tipos de aminas y las características/propiedades asociadas, esta sección se centrará en algunas de las características que comparten todas o la mayoría de las aminas para su identificación.
Olor – En general, las aminas tienen un olor acre/nocivo que permite identificarlas. Al igual que el amoníaco (que a menudo se considera la amina más simple), las aminas con un peso molecular bajo tienen un fuerte olor que tiende a ser irritante.
Buenos ejemplos de aminas con olor a amoníaco son las metilaminas y las etilaminas, que son algunas de las aminas más simples de la naturaleza. Las aminas superiores (aminas con mayor peso molecular), por el contrario, se caracterizan por un olor a pescado. Como tales, son responsables del olor a pescado en descomposición asociado a los tejidos en descomposición.
En el pescado en descomposición, la trimetilamina es responsable del olor a pescado. La descomposición de determinados aminoácidos (por ejemplo, la arginina y la lisina ácida) en la carne en descomposición da lugar a la producción de aminas como la putrescina (1,4-diaminobutano) y la cadaverina (1,5-diaminopentano) que son responsables del mal olor a pescado.
Basicidad – Generalmente, las aminas se denominan bases de Lewis por el hecho de que pueden donar un par de electrones. Cabe destacar que la basicidad varía entre los diferentes tipos de aminas dependiendo de las propiedades de los sustituyentes de la amina, del nivel de solvatación (reorganización de las moléculas de disolvente y soluto) así como de los impedimentos estéricos.
Independientemente, todas las aminas son básicas y por lo tanto son capaces de compartir átomos. Debido a que todas las aminas tienen un par de electrones no compartido (como el amoníaco), se ha demostrado que comparten el comportamiento químico con el amoníaco.
Solubilidad – Generalmente, las aminas son más solubles en ácidos diluidos que en agua. La solubilidad de las aminas en el agua varía entre los diferentes tipos de aminas. En los ácidos, la mayoría de las aminas reaccionan para formar sales que luego pueden disolverse en el agua.
Mientras que la octilamina es insoluble en el agua, puede reaccionar con el ácido nítrico para formar nitrato de octilamonio que es soluble en el agua. Por lo tanto, uno de los métodos que pueden utilizarse para comprobar si un determinado compuesto es una amina puede implicar su reacción con un ácido (por ejemplo, HCL) que lo convierte en una sal que puede disolverse en agua.
Punto de ebullición – En general, las aminas tienen un punto de ebullición más alto en comparación con varios hidrocarburos, pero más bajo en comparación con los alcoholes. Por ello, algunas de ellas tienden a ser gaseosas a temperatura ambiente (por ejemplo, la metilamina y la trimetilamina) mientras que las líquidas se vaporizan fácilmente.
Cabe destacar que algunas de las aminas, especialmente las de mayor peso molecular, son sólidas a temperatura ambiente (por ejemplo, la tripropilamina).
Clasificación
En general, las aminas se dividen en 4 grandes clases/tipos que incluyen; aminas primarias, secundarias y terciarias.
Aminas primarias
Las aminas primarias pueden describirse como un derivado del amoníaco en el que un átomo de hidrógeno está sustituido por un grupo alquilo o arilo. En este caso, pues, sólo un grupo, alquilo o arilo que sustituyó al átomo de hidrógeno, está unido al nitrógeno.
Un buen ejemplo de una amina primaria es la metilamina que tiene la siguiente fórmula química: CH3-NH2 – Generalmente, la fórmula química de la primaria se presenta como RNH2, donde R representa el grupo alquilo o arilo y el N (nitrógeno), tiene un par de electrones libres.
Una de las principales características de las aminas primarias es que tienden a ser menos volátiles en comparación con los hidrocarburos (aquellos con peso, tamaño y forma similares). Esta característica se atribuye al débil enlace de hidrógeno presente en las aminas primarias (N-H….:N). El enlace primario (entre el carbono y el nitrógeno) de las aminas primarias es también relativamente más pequeño en comparación con alcanos como el etano.
Mientras que el enlace carbono-nitrógeno de la metilamina ha demostrado ser de 1,47 angstrom, el enlace carbono-carbono del etano es de 1,53 angstrom. Esto se debe a que en comparación con el enlace carbono-carbono en el etano (no polar), las aminas primarias son covalentes ligeramente polares donde el átomo de nitrógeno atrae los electrones con más fuerza en comparación con el carbono en el etano.
Además, los ángulos entre los grupos hidrógeno y R también son diferentes en comparación con los ángulos encontrados en el amoníaco. Mientras que los ángulos entre los átomos de hidrógeno en el amoníaco son de 107,5 grados, el ángulo entre los átomos de hidrógeno en un primario es de 106 grados, mientras que el ángulo entre un átomo de hidrógeno y el grupo R es de 112 grados.
Esto se debe a que el grupo R es un grupo más grande que provoca una mayor repulsión electrostática que empuja al átomo de hidrógeno ligeramente más que en el amoníaco.
Aminas secundarias
En una amina secundaria, dos átomos de hidrógeno son sustituidos por grupos alquilo/arilo. Esto significa que el compuesto está formado por dos grupos alquilo/arilo y un solo átomo de hidrógeno. Por lo tanto, se utiliza la siguiente fórmula química para representar a las aminas secundarias: R2NH.
Aquí, el grupo R puede ser el mismo como es el caso de la dimetilamina, que consta de 2 CH3, y la dietilamina (que consta de 2 CH2CH3).
Al igual que las aminas primarias, las aminas secundarias también son ácidos más débiles y tienden a formar aniones fuertemente básicos en comparación con los alcoholes. Además, también se ha demostrado que son menos volátiles cuando se comparan con los hidrocarburos correspondientes (aquellos con el mismo peso, tamaño y forma).
En comparación con las aminas primarias correspondientes que tienen el mismo número de átomos de carbono, sin embargo, las aminas secundarias tienen un punto de ebullición relativamente más bajo, que es una de las características utilizadas para diferenciarlas. El punto de ebullición más bajo es el resultado de las menores atracciones dipolo-dipolo en los compuestos.
Aminas terciarias
A diferencia de las aminas primarias y secundarias, las terciarias no tienen ningún átomo de hidrógeno. Esto se debe a que todos los átomos de hidrógeno de las moléculas de amoníaco son sustituidos por grupos R.
La siguiente fórmula se utiliza para representar a las aminas terciarias: R3N (donde el nitrógeno contiene un par de electrones libres). Un buen ejemplo de amina terciaria es la trimetilamina, que consta de tres grupos metilo.
Debido a la presencia de átomos de hidrógeno en las aminas primarias y secundarias, éstas se caracterizan por las asociaciones intermoleculares que resultan de la unión entre el nitrógeno de una molécula y el hidrógeno u otra molécula. Dado que las aminas terciarias no tienen ningún átomo de hidrógeno, este tipo de asociación no está presente en estas moléculas.
A diferencia de las otras dos aminas que tienen átomos de hidrógeno, las aminas terciarias también han demostrado tener un punto de ebullición más bajo. Por otro lado, tienden a reaccionar más lentamente en comparación con las aminas secundarias.
Debido a que carecen de átomos de hidrógeno, los ángulos entre los grupos son también mucho más pequeños en comparación con los de las aminas primarias y secundarias (el ángulo entre el hidrógeno y el grupo R (s)). Aquí, los ángulos entre los grupos han demostrado ser de 108,4 grados.
Como se ha mencionado, esto se debe a la repulsión electrostática relativamente más fuerte entre los grupos R.
* Hay un cuarto grupo de aminas conocido como amina cuaternaria. Como su nombre indica, estas aminas tienen cuatro grupos R unidos a un átomo de nitrógeno. No tienen ningún átomo de hidrógeno.
El nitrógeno de estas aminas tiene una carga neta positiva. También conocidas como catión de amonio cuaternario, estas aminas suelen producirse a través de la alquilación de aminas terciarias
Reacciones químicas para distinguir entre aminas primarias, secundarias y terciarias
Como se ha mencionado, los tres tipos de aminas comparten una serie de características que las califican como aminas. También tienen varias diferencias (por ejemplo, el punto de ebullición y las características estructurales, etc) que permiten diferenciarlas. Además de estas características/propiedades, hay varias pruebas que se pueden utilizar para identificarlas.
Entre ellas se encuentran:
Prueba de Hinsberg
La prueba de Hinsberg es una de las más utilizadas para diferenciar entre los tres tipos de aminas, primarias, secundarias y terciarias. La amina de interés se mezcla con el reactivo de Hinsberg y se analizan los resultados. Para los diferentes tipos de aminas, los resultados serán diferentes indicando la presencia de determinadas aminas.
Procedimiento:
Básicamente, la prueba de Hinsberg sigue los siguientes pasos:
– Se añaden primero de 8 a 10 gotas de la amina a analizar en un tubo de ensayo
– Se introducen entonces 10 gotas de cloruro de bencimina sulfonilo en el tubo, seguidas de 10 ml de hidróxido de sodio al 10 por ciento
– Se agita el contenido para mezclarlo
Resultados:
– Si se produce una sola capa de la mezcla, esto indica que la amina es una amina primaria
– Si se producen dos capas en la solución, esto indica que la amina era una amina secundaria
– Un producto sólido o aceitoso que se disuelve en cloruro de hidrógeno para formar una solución clara indica que la amina es una amina terciaria
Prueba de Ramini
A diferencia de la prueba de Hinsberg, la prueba de Ramini se utiliza habitualmente para diferenciar entre aminas alifáticas primarias y secundarias (aminas en las que los anillos aromáticos no están directamente unidos al átomo de nitrógeno).
Aquí, la prueba consiste en hacer reaccionar una amina con acetona antes de introducir el producto en nitroprusiato de sodio en una solución metanólica acuosa al 50 por ciento. En el caso de que el resultado sea una coloración roja, esto es indicativo de aminas primarias.
Prueba de Simon
La prueba de Simon se utiliza habitualmente para determinar si hay aminas secundarias y así distinguirlas de las aminas primarias y terciarias. Esta prueba es similar a la prueba de Ramini, excepto por el hecho de que la acetona se sustituye por una solución de acetaldehído. Si se produce una coloración azul-verde después de dos (2) minutos, entonces las aminas son aminas secundarias.
Prueba del ácido nitroso
Esta prueba se utiliza para distinguir entre los tres tipos de aminas, así como entre las aminas alifáticas y aromáticas.
Los resultados de esta prueba incluyen:
– Formación de una sal de diazonio – La producción de una sal de diazonio intermedia es indicativa de aminas aromáticas y alifáticas primarias
– Descomposición de las sales de diazonio – indica la presencia de aminas alifáticas. Además, las sales de diazonio de las aminas aromáticas permanecen estables a 0 grados C
– Aceites/sólidos amarillos – indica la presencia de aminas secundarias
– Sales solubles – indica la presencia de aminas alifáticas terciarias
– Coloración naranja – indica la presencia de aminas aromáticas terciarias
Nomenclatura
La denominación de las aminas es un proceso importante que permite identificar los diferentes compuestos amínicos en función de sus componentes. Para nombrar un determinado compuesto amínico, hay que tener en cuenta varios pasos. Sin embargo, antes de dar cualquier paso, es importante determinar primero si el grupo funcional, NH, está presente.
Cabe destacar que este grupo funcional puede estar presente en forma de NH, NH1, o NH2 donde «N» representa un átomo de nitrógeno y «H» representa el átomo de hidrógeno. La presencia del grupo funcional significa que se trata de una amina.
Paso 1: Identificar la cadena más larga con un carbono unido o que contiene el grupo funcional (amina).
El siguiente es un buen ejemplo del paso 1:
Mirando este compuesto, es evidente que la cadena más larga con un carbono que contiene el grupo funcional es CH3CH2CH2 (propano). Al ser la cadena más larga, este grupo constituye la cadena madre del compuesto. Como esta cadena contiene el grupo funcional, se convierte en propanamina.
Paso 2: Número de carbonos
El segundo paso consiste en contar el número de carbonos de la cadena más larga con el carbono que contiene el grupo funcional.
El recuento del número de carbonos debe empezar siempre por el carbono cercano al que contiene el grupo amino/funcional. Esto es especialmente importante porque permite identificar un carbono que puede contener un constituyente adicional. Si no está presente otro constituyente, entonces proceda al paso 3.
Paso 3: Identificar cualquier otro sustituyente unido al grupo funcional
En nuestro ejemplo, el único otro constituyente que está unido al grupo funcional es un metilo (CH3). Una vez confirmado que este es el único otro constituyente y que está unido al grupo funcional, entonces podemos proceder al paso 4.
Al llegar al paso 4, todos los constituyentes del compuesto han sido identificados. Por lo tanto, ahora podemos nombrar la amina. Como mencionamos en el paso 3, identificamos que el metilo es el único otro constituyente que está unido al grupo funcional.
Como tal, lo nombramos N-metilo dado que el carbono del metilo está unido al nitrógeno del grupo funcional. Ahora que todos los componentes están nombrados, podemos combinar los nombres para nombrar completamente la amina. En este caso, empezamos con el N-metilo para tener finalmente N-metil-1-propanamina.
* En el paso 2, contamos el número de carbonos desde el carbono cercano al carbono unido al grupo funcional. Dado que el carbono 1, en este caso, está unido al grupo funcional, entonces añadimos un «1» delante de la propanamina para indicar que nuestro grupo funcional está unido al primer carbono de la cadena más larga.
En el caso de que el grupo funcional estuviera unido a otro carbono, entonces habría que utilizar el número apropiado (del carbono).
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Kevin A. Boudreaux. Aminas y amidas.