In essentie zijn aminen alifatische of aromatische ammoniumderivaten waarbij een of meer waterstofatomen zijn vervangen door een koolstofgroep (alkyl/arylgroep). Net als ammoniak zijn aminen zwakke basen en ioniseren ze dus niet volledig in een waterige oplossing.
In de natuur komen aminen voor in eiwitten, alkaloïden, vitamines en hormonen, waar ze van nature voorkomen. Zij worden echter ook aangetroffen in een aantal synthetische verbindingen, waaronder geneesmiddelen en kleurstoffen.
* Hoewel er verschillende soorten aminen zijn, worden ze allemaal gekenmerkt door de aanwezigheid van een stikstofatoom.
Identificatie van aminen
Zoals gezegd zijn er verschillende soorten aminen, die worden ingedeeld in vier verschillende groepen. Alvorens in te gaan op de verschillende soorten aminen en de bijbehorende kenmerken/eigenschappen, zal deze paragraaf zich richten op enkele kenmerken die alle of de meeste aminen gemeen hebben voor identificatiedoeleinden.
Our – In het algemeen hebben aminen een doordringende/schadelijke geur, waardoor ze kunnen worden geïdentificeerd. Net als ammoniak (dat vaak als het eenvoudigste amine wordt beschouwd) hebben aminen met een laag molecuulgewicht een sterke geur die de neiging heeft irriterend te zijn.
Goede voorbeelden van aminen met een ammoniakgeur zijn methylaminen en ethylaminen, die tot de eenvoudigste aminen in de natuur behoren. Hogere aminen (aminen met een hoger molecuulgewicht) daarentegen worden gekenmerkt door een visachtige geur. Als zodanig zijn zij verantwoordelijk voor de rottende, visachtige geur die wordt geassocieerd met rottend weefsel.
In rottende vis is trimethyamine verantwoordelijk voor de visachtige geur. De afbraak van bepaalde aminozuren (bijv. arginine en zure lysine) in rottend vlees leidt tot de productie van aminen als putrescine (1,4-diaminobutaan) en cadaverine (1,5-diaminopentaan), die verantwoordelijk zijn voor de slechte, visachtige geur.
Basiciteit – Over het algemeen worden aminen Lewisbasen genoemd, omdat ze een elektronenpaar kunnen afstaan. Het is de moeite waard op te merken dat de basiciteit varieert tussen verschillende soorten aminen, afhankelijk van de eigenschappen van de substituenten van het amine, de mate van solvatatie (reorganisatie van oplosmiddel en opgeloste moleculen) en sterische hindernissen.
Hoe dan ook, alle aminen zijn basisch en kunnen dus atomen delen. Omdat alle aminen een ongedeeld elektronenpaar hebben (zoals ammoniak), is aangetoond dat ze chemisch gedrag delen met ammoniak.
Oplosbaarheid – Over het algemeen zijn aminen beter oplosbaar in verdunde zuren dan in water. De oplosbaarheid van aminen in water varieert tussen de verschillende soorten aminen. In zuren reageren de meeste aminen tot zouten die vervolgens in water kunnen oplossen.
Hoewel octylamine onoplosbaar is in water, kan het met salpeterzuur reageren tot octylammoniumnitraat, dat wel oplosbaar is in water. Daarom kan een van de methoden die kunnen worden gebruikt om te testen of een bepaalde verbinding een amine is, erin bestaan deze te laten reageren met een zuur (bv. HCL), dat de verbinding omzet in een zout dat vervolgens in water kan oplossen.
ookpunt – Over het algemeen hebben aminen een hoger kookpunt in vergelijking met diverse koolwaterstoffen, maar een lager kookpunt in vergelijking met alcoholen. Daarom zijn sommige aminen bij kamertemperatuur gasvormig (bijv. methylamine en trimethylamine), terwijl vloeistoffen gemakkelijk verdampen.
Het is vermeldenswaard dat sommige aminen, vooral die met een hoger molecuulgewicht, bij kamertemperatuur een vaste stof zijn (bijv. tripropylamine).
Indeling
In het algemeen worden aminen onderverdeeld in 4 grote klassen/typen, te weten: primaire, secundaire en tertiaire aminen.
Primaire aminen
Primaire aminen kunnen worden omschreven als een derivaat van ammoniak waarbij een waterstofatoom is gesubstitueerd door een alkyl- of arylgroep. In dit geval is dus slechts één groep, alkyl of aryl die het waterstofatoom heeft vervangen, aan de stikstof gebonden.
Een goed voorbeeld van een primair amine is methylamine, dat de volgende chemische formule heeft: CH3-NH2 – In het algemeen wordt de chemische formule van primair weergegeven als RNH2, waarbij R de alkyl- of arylgroep voorstelt en de N (stikstof), een paar vrije elektronen heeft.
Een van de belangrijkste kenmerken van primaire aminen is dat zij minder vluchtig zijn dan koolwaterstoffen (die met een vergelijkbaar gewicht, grootte en vorm). Dit kenmerk wordt toegeschreven aan de zwakke waterstofbruggen in primaire aminen (N-H….:N). De primaire binding (tussen koolstof en stikstof) in primaire aminen is ook relatief kleiner dan die in alkanen zoals ethaan
Waar de koolstof-stikstof binding in methylamine 1,47 angstrom blijkt te zijn, is de koolstof-koolstof binding in ethaan 1,53 angstrom. Dit komt doordat in vergelijking met de koolstof-koolstof binding in ethaan (niet-polair), primaire aminen licht polair covalent zijn waarbij het stikstofatoom sterker elektronen aantrekt dan de koolstof in ethaan.
Ook de hoeken tussen de waterstof- en R-groepen zijn anders dan in ammoniak. Terwijl de hoeken tussen de waterstofatomen in ammoniak 107,5 graden zijn, is de hoek tussen de waterstofatomen in een primaire 106 graden, terwijl de hoek tussen een waterstofatoom en de R-groep 112 graden is.
Dit komt doordat de R-groep een grotere groep is die een grotere elektrostatische afstoting veroorzaakt die het waterstofatoom iets meer duwt dan het geval is in ammoniak.
Secundaire aminen
In een secundair amine zijn twee waterstofatomen vervangen door alkyl/arylgroepen. Dit betekent dat de verbinding bestaat uit twee alkyl/arylgroepen en een enkel waterstofatoom. Daarom wordt de volgende chemische formule gebruikt om secundaire aminen weer te geven: R2NH.
Hier kan de R-groep dezelfde zijn als bij dimethylamine, dat uit 2 CH3 bestaat, en bij diethylamine (dat uit 2 CH2CH3 bestaat).
Zoals primaire aminen zijn ook secundaire aminen zwakkere zuren en hebben zij de neiging sterk basische anionen te vormen in vergelijking met alcoholen. Bovendien is ook aangetoond dat zij minder vluchtig zijn dan overeenkomstige koolwaterstoffen (met hetzelfde gewicht, dezelfde grootte en dezelfde vorm).
Vergeleken met overeenkomstige primaire aminen die hetzelfde aantal koolstofatomen hebben, hebben secundaire aminen echter een relatief lager kookpunt, een van de kenmerken die worden gebruikt om onderscheid te maken tussen de twee. Het lagere kookpunt is een gevolg van de lagere dipool-dipool attracties in de verbindingen.
Tertiaire aminen
In tegenstelling tot primaire en secundaire aminen hebben tertiaire aminen geen waterstofatomen. Dat komt doordat alle waterstofatomen van de ammoniakmoleculen zijn vervangen door R-groepen.
De volgende formule wordt gebruikt om tertiaire aminen weer te geven: R3N (waarbij de stikstof een vrij elektronenpaar bevat). Een goed voorbeeld van een tertiair amine is trimethylamine, dat uit drie methylgroepen bestaat.
Door de aanwezigheid van waterstofatomen in primaire en secundaire aminen, worden deze gekenmerkt door intermoleculaire associaties die het gevolg zijn van de binding tussen de stikstof van een molecuul en waterstof of een ander molecuul. Aangezien tertiaire aminen geen waterstofatoom hebben, is dit type associatie in deze moleculen niet aanwezig.
In tegenstelling tot de andere twee aminen die waterstofatomen hebben, is ook aangetoond dat tertiaire aminen een lager kookpunt hebben. Anderzijds reageren ze langzamer dan secundaire aminen.
Omdat ze geen waterstofatomen hebben, zijn de hoeken tussen de groepen ook veel kleiner dan die in primaire en secundaire aminen (de hoek tussen waterstof en de R-groep (s)). Hier is aangetoond dat de hoeken tussen de groepen 108,4 graden bedragen.
Zoals gezegd, komt dit door de relatief sterkere elektrostatische afstoting tussen de R-groepen.
* Er is een vierde groep aminen die bekend staat als Quaternaire Aminen. Zoals de naam al zegt, hebben deze aminen vier R-groepen die gebonden zijn aan een stikstofatoom. Zij hebben geen waterstofatomen.
De stikstof van deze aminen heeft een netto positieve lading. Deze aminen, ook bekend als quaternaire ammoniumkationen, worden vaak geproduceerd door alkylering van tertiaire aminen
Chemische reacties om onderscheid te maken tussen primaire, secundaire en tertiaire aminen
Zoals gezegd delen de drie soorten aminen een aantal kenmerken die hen als aminen kwalificeren. Ze hebben ook een aantal verschillen (bijv. kookpunt en structurele kenmerken, enz.) die het mogelijk maken ze van elkaar te onderscheiden. Naast deze kenmerken/eigenschappen zijn er verschillende tests die kunnen worden gebruikt om ze te identificeren.
Dit zijn onder andere:
Hinsbergtest
De Hinsbergtest is een van de meest gebruikte tests om onderscheid te maken tussen de drie soorten aminen, primair, secundair en tertiair. Het amine van belang wordt gemengd met het Hinsberg-reagens en de resultaten worden geanalyseerd. Voor de verschillende soorten aminen zullen de resultaten verschillend zijn om de aanwezigheid van bepaalde aminen aan te geven.
Procedure:
Basis volgt de Hinsberg-test de volgende stappen:
– 8 tot 10 druppels van het te testen amine worden eerst in een reageerbuisje gedaan
– 10 druppels benzymsulfonylchloride worden dan in het buisje gedaan, gevolgd door 10 ml 10 procent natriumhydroxide
– De inhoud wordt geschud om te mengen
Resultaten:
– Als er een enkele laag in het mengsel ontstaat, geeft dit aan dat het amine een primair amine is
– Als er twee lagen in de oplossing ontstaan, geeft dit aan dat het amine een secundair amine was
– Een vast of olieachtig product dat in waterstofchloride oplost en een heldere oplossing vormt, geeft aan dat het amine een tertiair amine is
Ramini-test
In tegenstelling tot de Hinsberg-test, wordt de Ramini-test gewoonlijk gebruikt om onderscheid te maken tussen primaire en secundaire alifatische aminen (aminen waarbij de aromatische ringen niet rechtstreeks aan het stikstofatoom zijn verbonden).
Hierbij wordt een amine met aceton gereageerd en vervolgens wordt het product onderworpen aan natriumnitroprusside in een 50%-waterige methanoloplossing. Als het resultaat een rode kleuring is, duidt dit op primaire aminen.
Simontest
De Simontest wordt algemeen gebruikt om te bepalen of er secundaire aminen aanwezig zijn en ze zo te onderscheiden van primaire en tertiaire aminen. Deze test is vergelijkbaar met de Ramini-test, behalve dat aceton wordt vervangen door acetaldehyde-oplossing. Als na twee (2) minuten een blauwgroene kleuring ontstaat, zijn de aminen secundaire aminen.
Distikstofzuurtest
Deze test wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen de drie soorten aminen en tussen alifatische en aromatische aminen.
Resultaten van deze test zijn onder meer:
– Vorming van een diazoniumzout – De productie van een intermediair diazoniumzout is een aanwijzing voor de aanwezigheid van primaire aromatische en alifatische aminen
– Ontleding van diazoniumzouten – wijst op de aanwezigheid van alifatische aminen. Evenzo, blijven de diazoniumzouten van aromatische aminen stabiel bij 0 graden C
– Gele oliën/oplosbare stoffen – duidt op de aanwezigheid van secundaire aminen
– Oplosbare zouten – duidt op de aanwezigheid van tertiaire alifatische aminen
– Oranje kleuring – duidt op de aanwezigheid van tertiaire aromatische aminen
– Oranje kleuring – duidt op de aanwezigheid van tertiaire alifatische aminen
. wijst op de aanwezigheid van tertiaire aromatische aminen
Nomenclatuur
Het benoemen van aminen is een belangrijk proces dat het mogelijk maakt verschillende amineverbindingen te identificeren op basis van hun bestanddelen. Om een bepaalde amineverbinding een naam te geven, moeten verschillende stappen worden overwogen. Maar voordat een stap wordt genomen, is het belangrijk om eerst te bepalen of de functionele groep, NH, aanwezig is.
Het is de moeite waard om op te merken dat deze functionele groep aanwezig kan zijn in de vorm van NH, NH1, of NH2, waarbij “N” staat voor een stikstofatoom en “H” voor het waterstofatoom. De aanwezigheid van de functionele groep betekent dat het een amine is.
Stap 1: Identificeer de langste keten met een koolstof die de functionele groep (amine) bevat of eraan vastzit.
Het volgende is een goed voorbeeld van stap 1:
CH3CH2CH2-NH-CH3
Kijkend naar deze verbinding, is het duidelijk dat de langste keten met een koolstof die de functionele groep bevat CH3CH2CH2 (propan) is. Omdat dit de langste keten is, vormt deze groep de hoofdketen van de verbinding. Omdat deze keten de functionele groep bevat, wordt het propanamine.
Step 2: Aantal koolwaterstoffen
Bij de tweede stap wordt het aantal koolwaterstoffen geteld in de langste keten met de koolstof die de functionele groep bevat.
Het tellen van het aantal koolwaterstoffen moet altijd beginnen met de koolstof die het dichtst bij de koolstof ligt die de amine/functiegroep bevat. Dit is bijzonder belangrijk omdat op die manier een koolstof kan worden geïdentificeerd die mogelijk een bijkomend bestanddeel bevat. Indien geen ander bestanddeel aanwezig is, ga dan verder met stap 3.
Stap 3: Identificeer alle andere substituenten die aan de functionele groep zijn gehecht
In ons voorbeeld is het enige andere bestanddeel dat aan de functionele groep is gehecht een methyl (CH3). Als bevestigd is dat dit het enige andere bestanddeel is en dat het aan de functionele groep vastzit, kunnen we verder gaan met stap 4.
Step 4: Geef het amine een naam
Tegen de tijd dat we bij stap 4 zijn, zijn alle bestanddelen van de verbinding geïdentificeerd. Daarom kunnen we het amine nu een naam geven. Zoals vermeld in stap 3, hebben we vastgesteld dat de methyl het enige andere bestanddeel is dat aan de functionele groep is gebonden.
Zo noemen we het N-methyl, aangezien de koolstof op de methyl is gebonden aan de stikstof van de functionele groep. Nu alle componenten benoemd zijn, kunnen we de namen combineren om het amine een volledige naam te geven. Hier beginnen we met de N-methyl, zodat we uiteindelijk krijgen: N-methyl-1-propanamine.
* In stap 2 hebben we het aantal koolstoffen geteld vanaf de koolstof in de buurt van de koolstof die aan de functionele groep gebonden is. Aangezien koolstof 1, in dit geval, aan de functionele groep is gebonden, voegen we een “1” voor de propanamine toe om aan te geven dat onze functionele groep aan de eerste koolstof van de langste keten is gebonden.
In het geval dat de functionele groep aan een andere koolstof was gebonden, zou het juiste nummer (van de koolstof) moeten worden gebruikt.
Keer terug van Hoe identificeer en classificeer ik aminen naar MicroscopeMaster home
Kevin A. Boudreaux. Aminen en amiden.