Podstawowo, aminy są alifatycznymi lub aromatycznymi pochodnymi amoniaku, w których jeden lub kilka atomów wodoru jest zastąpionych grupą węglową (grupa alkilowa/arylowa). Podobnie jak amoniak, aminy są słabymi zasadami i dlatego nie jonizują się w pełni w roztworze wodnym.
W przyrodzie aminy można znaleźć w białkach, alkaloidach, witaminach i hormonach, gdzie występują naturalnie. Jednak można je również znaleźć w wielu związkach syntetycznych, w tym między innymi w lekach i barwnikach.
* Chociaż istnieją różne rodzaje amin, wszystkie one charakteryzują się obecnością atomu azotu.
identyfikacja amin
Jak wspomniano, istnieją różne rodzaje amin, które są sklasyfikowane w czterech odrębnych grupach. Zanim przyjrzymy się różnym typom amin i związanym z nimi cechom/właściwościom, w tej sekcji skupimy się na niektórych cechach wspólnych dla wszystkich lub większości amin w celu ich identyfikacji.
Odór – Ogólnie rzecz biorąc, aminy mają ostry/nieprzyjemny zapach, który umożliwia ich identyfikację. Podobnie jak amoniak (który jest często uważany za najprostszą aminę), aminy o małej masie cząsteczkowej mają silny zapach, który ma tendencję do bycia drażniącym.
Dobrymi przykładami amin o zapachu amoniaku są metyloaminy i etyloaminy, które są jednymi z najprostszych amin w przyrodzie. Z kolei aminy wyższe (aminy o większej masie cząsteczkowej) charakteryzują się zapachem przypominającym zapach ryby. Jako takie, są one odpowiedzialne za gnilny, rybi zapach związany z rozkładającą się tkanką.
W gnijących rybach, trimetamina jest odpowiedzialna za rybi zapach. W wyniku rozkładu danych aminokwasów (np. argininy i kwaśnej lizyny) w gnijącym mięsie powstają takie aminy, jak putrescyna (1,4-diaminobutan) i kadaweryna (1,5-diaminopentan), które są odpowiedzialne za przykry, podobny do rybiego zapach.
Zasadowość – Ogólnie, aminy są określane jako zasady Lewisa ze względu na fakt, że mogą one oddać parę elektronową. Warto zauważyć, że zasadowość różni się pomiędzy różnymi typami amin w zależności od właściwości podstawników aminy, poziomu solwatacji (reorganizacji cząsteczek rozpuszczalnika i solutu), jak również przeszkód sterycznych.
Niezależnie od tego, wszystkie aminy są zasadowe i dlatego są zdolne do dzielenia się atomami. Ponieważ wszystkie aminy mają niepodzieloną parę elektronów (jak amoniak), wykazano, że zachowują się tak samo jak amoniak.
Rozpuszczalność – Ogólnie rzecz biorąc, aminy są bardziej rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach niż w wodzie. Rozpuszczalność amin w wodzie jest różna dla różnych typów amin. W kwasach większość amin reaguje tworząc sole, które następnie mogą rozpuścić się w wodzie.
Oktyloamina jest nierozpuszczalna w wodzie, ale może reagować z kwasem azotowym tworząc azotan oktyloamonowy, który jest rozpuszczalny w wodzie. Dlatego jedną z metod, które mogą być stosowane do badania, czy dany związek jest aminą, może być reakcja z kwasem (np. HCL), który przekształca go w sól, która może następnie rozpuścić się w wodzie.
Punkt wrzenia – Ogólnie rzecz biorąc, aminy mają wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu do różnych węglowodorów, ale niższą w porównaniu do alkoholi. W związku z tym, niektóre z nich mają tendencję do bycia gazem w temperaturze pokojowej (np. metyloamina i trimetyloamina), podczas gdy ciecze są łatwo odparowywane.
Warto zauważyć, że niektóre aminy, szczególnie te o większej masie cząsteczkowej, są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej (np. tripropyloamina).
Klasyfikacja
Ogólnie aminy dzieli się na 4 główne klasy/rodzaje, do których należą: aminy pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe.
Aminy pierwszorzędowe
Aminy pierwszorzędowe można opisać jako pochodne amoniaku, w których atom wodoru jest zastąpiony grupą alkilową lub arylową. W tym przypadku do azotu przyłączona jest tylko jedna grupa, alkilowa lub arylowa, która zastąpiła atom wodoru.
Dobrym przykładem aminy pierwszorzędowej jest metyloamina, która ma następujący wzór chemiczny: CH3-NH2 – Ogólnie, wzór chemiczny pierwszorzędowej jest przedstawiany jako RNH2, gdzie R reprezentuje grupę alkilową lub arylową, a N (azot), posiada parę wolnych elektronów.
Jedną z głównych cech amin pierwszorzędowych jest to, że mają one tendencję do bycia mniej lotnymi w porównaniu do węglowodorów (tych o podobnej masie, wielkości i kształcie). Cecha ta jest przypisana słabemu wiązaniu wodorowemu obecnemu w aminach pierwszorzędowych (N-H….:N). Wiązanie pierwszorzędowe (między węglem a azotem) w aminach pierwszorzędowych jest również stosunkowo mniejsze w porównaniu z takimi alkanami jak etan.
Gdy wiązanie węgiel-azot w metyloaminie ma rozmiar 1,47 angstremów, wiązanie węgiel-węgiel w etanie ma rozmiar 1,53 angstremów. Wynika to z faktu, że w porównaniu do wiązania węgiel-węgiel w etanie (niepolarne), pierwszorzędowe aminy są lekko polarne kowalencyjne, gdzie atom azotu przyciąga elektrony silniej w porównaniu do węgla w etanie.
Jak również, kąty pomiędzy wodorem i grupami R są również różne w porównaniu z kątami znalezionymi w amoniaku. Podczas gdy kąty między atomami wodoru w amoniaku wynoszą 107,5 stopnia, kąt między atomami wodoru w pierwszorzędzie wynosi 106 stopni, podczas gdy kąt między atomem wodoru a grupą R wynosi 112 stopni.
Jest to spowodowane faktem, że grupa R jest większą grupą, która powoduje większe odpychanie elektrostatyczne, które popycha atom wodoru nieco bardziej niż ma to miejsce w amoniaku.
Aminy drugorzędowe
W aminie drugorzędowej dwa atomy wodoru są zastąpione przez grupy alkilowe/arylowe. Oznacza to, że związek składa się z dwóch grup alkilowych/arylowych i jednego atomu wodoru. Dlatego do reprezentacji amin drugorzędowych stosuje się następujący wzór chemiczny: R2NH.
Tutaj grupa R może być taka sama, jak w przypadku dimetyloaminy, która składa się z 2 CH3, i dietyloaminy (która składa się z 2 CH2CH3).
Podobnie jak aminy pierwszorzędowe, aminy drugorzędowe są również słabszymi kwasami i mają tendencję do tworzenia silnie zasadowych anionów w porównaniu z alkoholami. Ponadto wykazano, że są one również mniej lotne w porównaniu z odpowiadającymi im węglowodorami (o tej samej masie, wielkości i kształcie).
W porównaniu z odpowiadającymi im aminami pierwszorzędowymi, które mają tę samą liczbę atomów węgla, aminy drugorzędowe mają jednak stosunkowo niższą temperaturę wrzenia, co jest jedną z cech wykorzystywanych do rozróżniania tych dwóch związków. Niższa temperatura wrzenia jest wynikiem mniejszego przyciągania dipol-dipol w tych związkach.
Aminy trzeciorzędowe
W przeciwieństwie do amin pierwszo- i drugorzędowych, aminy trzeciorzędowe nie posiadają żadnych atomów wodoru. Dzieje się tak dlatego, że wszystkie atomy wodoru w cząsteczkach amoniaku są zastąpione grupami R.
Do reprezentowania amin trzeciorzędowych używa się następującego wzoru: R3N (gdzie azot zawiera wolną parę elektronów). Dobrym przykładem aminy trzeciorzędowej jest trimetyloamina, która składa się z trzech grup metylowych.
Z uwagi na obecność atomów wodoru w aminach pierwszo- i drugorzędowych, charakteryzują się one związkami międzycząsteczkowymi wynikającymi z wiązania pomiędzy azotem jednej cząsteczki a wodorem lub inną cząsteczką. Ze względu na to, że aminy trzeciorzędowe nie posiadają atomu wodoru, ten typ asocjacji nie występuje w tych cząsteczkach.
W przeciwieństwie do pozostałych dwóch amin, które posiadają atomy wodoru, aminy trzeciorzędowe mają również niższą temperaturę wrzenia. Z drugiej strony, mają one tendencję do wolniejszej reakcji w porównaniu z aminami drugorzędowymi.
Ponieważ brakuje im atomów wodoru, kąty pomiędzy grupami są również znacznie mniejsze w porównaniu z tymi w aminach pierwszo- i drugorzędowych (kąt pomiędzy wodorem a grupą R (s)). Tutaj wykazano, że kąty między grupami wynoszą 108,4 stopni.
Jak wspomniano, wynika to z relatywnie silniejszego odpychania elektrostatycznego między grupami R.
* Istnieje czwarta grupa amin znana jako aminy czwartorzędowe. Jak sama nazwa wskazuje, aminy te mają cztery grupy R związane z atomem azotu. Nie posiadają one żadnych atomów wodoru.
Aminy te mają dodatni ładunek netto. Znane również jako czwartorzędowe kationy amonowe, aminy te są często wytwarzane poprzez alkilację amin trzeciorzędowych
Reakcje chemiczne pozwalające odróżnić aminy pierwszo-, drugorzędowe i trzeciorzędowe
Jak wspomniano, te trzy typy amin mają wiele wspólnych cech, które kwalifikują je jako aminy. Mają one również kilka różnic (np. temperatura wrzenia, właściwości strukturalne itp.), które pozwalają na ich rozróżnienie. Oprócz tych cech/właściwości, istnieje kilka testów, które mogą być użyte do ich identyfikacji.
Należą do nich:
Test Hinsberga
Test Hinsberga jest jednym z najczęściej używanych testów do rozróżniania trzech typów amin, pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowych. Badana amina jest mieszana z odczynnikiem Hinsberga, a wyniki są analizowane. Dla różnych typów amin wyniki będą się różnić wskazując na obecność danych amin.
Procedura:
Podstawowo, test Hinsberga przebiega w następujący sposób:
– 8 do 10 kropli badanej aminy dodaje się najpierw do probówki
– 10 kropli chlorku sulfonylowego benzymu wprowadza się do probówki, a następnie 10 ml 10-procentowego wodorotlenku sodu
– Zawartość wstrząsa się w celu wymieszania
Wyniki:
– Jeżeli w roztworze powstaje pojedyncza warstwa mieszaniny, wskazuje to, że amina jest aminą pierwszorzędową
– Jeżeli w roztworze powstają dwie warstwy, wskazuje to, że amina była aminą drugorzędową
– Produkt stały lub olejowy, który rozpuszcza się w chlorowodorze tworząc klarowny roztwór wskazuje, że amina jest aminą trzeciorzędową
Test Raminiego
W przeciwieństwie do testu Hinsberga, test Raminiego jest powszechnie stosowany do rozróżniania pierwszo- i drugorzędowych amin alifatycznych (amin, w których pierścienie aromatyczne nie są bezpośrednio przyłączone do atomu azotu).
Test polega na reakcji aminy z acetonem przed wprowadzeniem produktu do nitroprusydku sodu w 50-procentowym wodnym roztworze metanolowym. W przypadku, gdy wynikiem jest czerwone zabarwienie, wskazuje to na obecność amin pierwszorzędowych.
Test Simona
Test Simona jest powszechnie stosowany do określenia, czy obecne są aminy drugorzędowe, a tym samym odróżnienia ich od amin pierwszo- i trzeciorzędowych. Test ten jest podobny do testu Raminiego, z tą różnicą, że aceton zastępuje się roztworem aldehydu octowego. Jeżeli po dwóch (2) minutach pojawi się niebiesko-zielone zabarwienie, wówczas aminy są aminami drugorzędowymi.
Test na obecność kwasu azotowego
Test ten jest stosowany do rozróżniania trzech typów amin, jak również amin alifatycznych i aromatycznych.
Wyniki tego testu obejmują:
– Tworzenie soli diazoniowej – wytwarzanie pośredniej soli diazoniowej wskazuje na obecność pierwszorzędowych amin aromatycznych i alifatycznych
– Rozkład soli diazoniowej – wskazuje na obecność amin alifatycznych. Jak również, sole diazoniowe amin aromatycznych zachowują stabilność w temperaturze 0 stopni C
– Żółte oleje/stolice – wskazuje na obecność amin drugorzędowych
– Sole rozpuszczalne – wskazuje na obecność trzeciorzędowych amin alifatycznych
– Zabarwienie pomarańczowe -. wskazuje na obecność trzeciorzędowych amin aromatycznych
Nomenklatura
Nazewnictwo amin jest ważnym procesem, który pozwala na identyfikację różnych związków aminowych na podstawie ich składników. Aby nadać nazwę danemu związkowi aminowemu, należy wziąć pod uwagę kilka kroków. Jednakże, przed podjęciem jakiegokolwiek kroku, ważne jest, aby najpierw określić, czy grupa funkcyjna, NH, jest obecna.
Warto zauważyć, że ta grupa funkcyjna może być obecna w postaci NH, NH1, lub NH2, gdzie „N” reprezentuje atom azotu, a „H” reprezentuje atom wodoru. Obecność grupy funkcyjnej oznacza, że jest to amina.
Krok 1: Zidentyfikuj najdłuższy łańcuch z węglem, który jest przyłączony lub zawiera grupę funkcyjną (aminę).
Następujący przykład jest dobrym przykładem kroku 1:
CH3CH2CH2-NH-CH3
Patrząc na ten związek, widać, że najdłuższym łańcuchem z węglem zawierającym grupę funkcyjną jest CH3CH2CH2 (propan). Będąc najdłuższym łańcuchem, grupa ta tworzy łańcuch macierzysty związku. Ponieważ łańcuch ten zawiera grupę funkcyjną, staje się on propanaminą.
Krok 2: Liczba węgli
Drugi krok polega na policzeniu liczby węgli w najdłuższym łańcuchu z węglem, który zawiera grupę funkcyjną.
Obliczanie liczby węgli należy zawsze rozpoczynać od węgla znajdującego się w pobliżu tego, który zawiera aminę/grupę funkcyjną. Jest to szczególnie ważne, ponieważ pozwala na identyfikację węgla, który może zawierać dodatkowy składnik. Jeżeli inny składnik nie jest obecny, należy przejść do kroku 3.
Krok 3: Zidentyfikować każdy inny podstawnik dołączony do grupy funkcyjnej
W naszym przykładzie jedynym innym składnikiem, który jest dołączony do grupy funkcyjnej jest metyl (CH3). Po potwierdzeniu, że jest to jedyny inny składnik i że jest on przyłączony do grupy funkcyjnej, możemy przejść do kroku 4.
KROK 4: Nadanie nazwy aminie
Do czasu, gdy dojdziemy do kroku 4, wszystkie składniki związku zostały zidentyfikowane. Dlatego możemy teraz nadać nazwę aminie. Jak wspomniano w kroku 3, zidentyfikowaliśmy, że metyl jest jedynym innym składnikiem, który jest przyłączony do grupy funkcyjnej.
Jako taki, nazywamy go N-metyl, biorąc pod uwagę, że węgiel na metylu jest związany z azotem grupy funkcyjnej. Teraz, gdy wszystkie składniki są nazwane, możemy połączyć te nazwy, aby w pełni nazwać aminę. Tutaj zaczynamy od N-metylu, więc ostatecznie mamy: N-metylo-1-propanaminę.
* W kroku 2 policzyliśmy liczbę węgli od węgla w pobliżu węgla związanego z grupą funkcyjną. Biorąc pod uwagę, że węgiel 1, w tym przypadku, jest związany z grupą funkcyjną, dodajemy „1” przed propanaminą, aby wskazać, że nasza grupa funkcyjna jest związana z pierwszym węglem najdłuższego łańcucha.
W przypadku, gdyby grupa funkcyjna była związana z innym węglem, należałoby użyć odpowiedniej liczby (węgla).
Powrót od Jak zidentyfikować i sklasyfikować aminy do domu MicroscopeMaster
Kevin A. Boudreaux. Aminy i amidy.