Imparare Obiettivo
- Identificare le proprietà generali delle ammine
Punti chiave
- A causa della coppia solitaria di elettroni, le ammine sono composti basici. La basicità del composto può essere influenzata dagli atomi vicini, dall’ingombro sterico e dalla solubilità del catione corrispondente da formare.
- I composti amminici possono legarsi a idrogeno, il che permette loro solubilità in acqua ed elevati punti di ebollizione.
- La struttura generale di un’ammina è un atomo di azoto con una coppia solitaria di elettroni e tre sostituenti. Tuttavia, l’azoto può legarsi a quattro sostituenti, lasciando una carica positiva sull’atomo di azoto. Queste specie cariche possono servire come intermedi per importanti reazioni.
Termini
- aminaComposti organici o il gruppo funzionale che contiene un atomo di azoto basico con una coppia solitaria.
- chiraleLetteralmente, “handedness;” si riferisce a un composto in cui gli atomi centrali sono legati a più sostituti diversi, in modo che l’immagine speculare del composto non è identica all’originale.
- alifaticoDi una classe di composti organici in cui gli atomi di carbonio sono disposti in una catena aperta.
- inversionePer un’ammina secondaria o terziaria legata a tre diversi sostituenti, il capovolgimento dei tre legami intorno all’atomo N centrale, con conseguente stereoisomero opposto.
Il gruppo funzionale dell’ammina contiene un atomo di azoto basico con una coppia solitaria di elettroni. Come tale, il gruppo è un derivato dell’ammoniaca, in cui uno o più atomi di idrogeno sono stati sostituiti da un sostituente contenente carbonio. I composti con il gruppo azoto attaccato a un carbonile all’interno della struttura sono indicati come ammidi, e hanno la struttura R-CO-NR’R”. I gruppi amminici legati a una struttura aromatica (ciclica coniugata) sono noti come ammine aromatiche. La struttura aromatica diminuisce effettivamente l’alcalinità dell’ammina, mentre la presenza del gruppo amminico diminuisce significativamente la reattività dell’anello a causa di un effetto di donazione di elettroni. Il prefisso “amino-” o il suffisso “-amina” è usato quando si nomina un composto amminico. Un composto organico con più gruppi amminici è chiamato diammina, triammina, tetramina, ecc.
Struttura dell’ammina
Le ammine sono generalmente organizzate in categorie basate sui loro ambienti di legame. Le ammine che hanno uno dei loro tre atomi di idrogeno sostituito da un sostituente alchilico o aromatico sono chiamate ammine primarie. Le ammine secondarie sono quelle che hanno due sostituenti e un idrogeno legato a un azoto. Le ammine terziarie sono ammine i cui idrogeni sono stati completamente sostituiti da sostituenti organici. Infine, le ammine cicliche sono quelle in cui l’azoto è stato incorporato in una struttura ad anello, rendendola effettivamente un’ammina secondaria o terziaria. La struttura generale di un’ammina contiene un atomo di azoto, una coppia solitaria di elettroni e tre sostituenti. Tuttavia, è possibile avere quattro sostituenti organici sull’azoto, rendendolo un catione di ammonio con un centro azotato carico.
Proprietà fisiche delle ammine
Le ammine sono capaci di legarsi a idrogeno. Di conseguenza, i punti di ebollizione di questi composti sono più alti di quelli delle fosfine corrispondenti, ma più bassi di quelli degli alcoli corrispondenti, che si legano a idrogeno in misura maggiore. Le ammine mostrano anche una certa solubilità in acqua. Tuttavia, la solubilità diminuisce con l’aumento degli atomi di carbonio, a causa della maggiore idrofobicità del composto all’aumentare della lunghezza della catena. Le ammine alifatiche, che sono ammine collegate a una catena alchilica, mostrano solubilità in solventi organici polari. Le ammine aromatiche, che sono ammine che partecipano a un anello coniugato, donano la loro coppia solitaria di elettroni nell’anello benzenico, e quindi la loro capacità di impegnarsi nel legame a idrogeno diminuisce. Questo si traduce in una diminuzione della loro solubilità in acqua e in alti punti di ebollizione.
Acidità e alcalinità delle ammine
Le ammine del tipo NHRR’ e NR’R “R”‘ sono molecole chirali e possono subire l’inversione. Poiché la barriera per l’inversione è abbastanza bassa (~7 kcal/mol), questi composti non possono essere risolti otticamente. Le ammine sono basi, e la loro basicità dipende dalle proprietà elettroniche dei sostituenti (i gruppi alchilici aumentano la basicità; i gruppi arilici la diminuiscono), dall’ostacolo sterico e dal grado di solvatazione dell’ammina protonata. In generale, l’effetto dei gruppi alchilici aumenta l’energia della coppia solitaria di elettroni, aumentando così la basicità. Quindi, ci si può aspettare che la basicità di un’ammina aumenti con il numero di gruppi alchilici sull’ammina. Inoltre, l’effetto dell’anello aromatico delocalizza la coppia solitaria di elettroni sull’azoto nell’anello, con conseguente diminuzione della basicità. La solvatazione delle ammine protonate cambia dopo la loro conversione in composti di ammonio. Tipicamente, i sali dei composti di ammonio mostrano il seguente ordine di solubilità in acqua: ammonio primario (RNH3+) > ammonio secondario (R2NH2+) > ammonio terziario (R3NH+). I sali di ammonio quaternario di solito mostrano la più bassa solubilità della serie.
Preparazione e reattività dell’ammina
Industrialmente, le ammine sono preparate dall’ammoniaca per alchilazione con alcoli. Possono anche essere preparate attraverso la riduzione dei nitrili alle ammine usando l’idrogeno in presenza di un catalizzatore di nichel. Le ammine sono abbastanza reattive a causa della loro basicità e della loro nucleofilia. La maggior parte delle ammine primarie sono buoni ligandi e reagiscono con gli ioni metallici per produrre complessi di coordinazione. Una delle reazioni più importanti per le ammine è la loro formazione di immine, o composti organici in cui l’azoto partecipa a un doppio legame, dopo aver reagito con chetoni o aldeidi.
Applicazioni delle ammine
Le ammine sono onnipresenti in biologia. Molte molecole importanti sono a base di ammine, come i neurotrasmettitori e gli aminoacidi. Le loro applicazioni nel mondo includono essere materiale di partenza per coloranti e modelli per la progettazione di farmaci. Sono anche usate per il trattamento dei gas, come la rimozione di CO2 dai gas di combustione.