Aminai: sandara, klasifikacija ir cheminės savybės

Aminai: sužinokite jų sandarą, pirminius/antrinius/tretinius tipus, chemines savybes, reaktyvumą ir vaidmenį chemijoje bei biochemijoje.

Aminas yra molekulė, turinti azoto atomą, kuris gali būti bazė. Galima manyti, kad aminas yra kilęs iš amoniako. Skirtumas tas, kad trys vandeniliai amoniake keičiami į bet kokią grupę ar atomą. Jei pakeičiamas tik vienas iš vandenilių, aminas vadinamas pirminiu. Jei pakeičiami du, aminas vadinamas antriniu. Jei pakeičiami visi trys, jis vadinamas tretiniu.

Kartais azotą galima papildyti ketvirtąja grupe. Tai vadinama ketvirtiniu amonio katijonu. Tai ne aminas, o druska. Jei viena iš azoto grupių yra karbonilo grupė, molekulė vadinama amidu. Jis pasižymi visai kitokiomis savybėmis.

Aminai dažnai naudojami chemijoje. Kadangi azotas turi vienišą porą, jis gali atlikti daugybę reakcijų. Jis gali atimti protonus iš kai kurių rūgščių. Jis taip pat gali būti nukleofilas. Jis gali būti keičiamas į iminus ir kitas funkcines grupes.

Aminų taip pat yra daugelyje baltymų. Jie yra kiekvienos aminorūgšties dalis.

Sandara ir išsamiau apie klasifikaciją

• Pirminiai aminai (RNH2): azoto atomas prisijungęs prie vienos angliavandenilinės grupės ir dviejų vandenilių.
• Antriniai aminai (R2NH): azotas prijungtas prie dviejų organinių grupių ir vieno vandenilio.
• Tretiniai aminai (R3N): azotas susijungęs su trimis organinėmis grupėmis, be vandenilio.
• Ketvirtiniai amonio junginiai (R4N+): azotas turi keturias organines grupes ir teigiamą krūvį; jų druskos vadinamos amonio druskomis ir jos visiškai praranda aminų baziškumą.
• Aromatiniai aminai (pvz., anilinas): azoto lone pora dalyvauja rezonanso su benzolinio žiedo π-sistema, todėl jų savybės (ypač baziškumas) skiriasi nuo alifatininių aminų.

Cheminės savybės ir baziškumas

Aminų cheminės savybės dažniausiai priklauso nuo azoto lone poros. Svarbiausi aspektai:

• Bazinė prigimtis: aminai gali priimti protoną, sudarydami amonio katijonus. Alifatiniai aminai paprastai yra stipresnės bazės nei aromatiniai dėl elektroninio atitraukimo ir rezonanso poveikio aromatinėse sistemose.
• Elektroniniai efektai: elektroną atiduodančios grupės (alkilų) didina baziškumą (stiprina elektronų tankį azote), o elektroną atitraukiančios grupės (nitro, karbonilo) mažina baziškumą. Aromatiniuose aminuose rezonansas mažina azoto lone poros prieinamumą protonams.
• Steriniai efektai: didelis erdvinis užspaudimas aplink azotą mažina prieinamumą protonams ir nukleofiliniam atakos gebėjimą.
• Nukleofilinis aktyvumas: aminai yra geri nukleofilai ir dalyvauja alkilinimo, acilinimo, kondensacijos bei kitose reakcijose.
• Druskos formavimas: aminai reaguoja su rūgštimis ir sudaro amonio druskas, kurios dažnai yra tirpesnės vandenyje ir stabilios.

Fizinės savybės

• Maži alifatiniai aminai yra dujiniai arba lakiųjų skysčių; didesni – skysčiai arba kietosios medžiagos. Dėl vandenilinių ryšių pirminiai ir antriniai aminai turi aukštesnius virimo taškus nei atitinkami angliavandeniliai, tačiau žemesnius nei atitinkami alkoholiaiai.
• Aromatiniai aminai (pvz., anilinas) dažnai yra mažiau tirpūs vandenyje dėl žiedo hidrofobiškumo ir rezonanso poveikio.
• Bazinės savybės ir tirpumas priklauso nuo molekulės struktūros ir yra palankesni vandeniniam tirpumui, kai aminai gali sudaryti jonines druskas su rūgštimis.

Sintezės būdai

• Redukcija: nitrojunginių redukcija (pvz., katalizinis vandeniliavimas) į aminus – vienas dažniausių būdų gaminti aromatinius ir alifatinius aminus.
• Alkilinimas: tiesioginis alkilinimas su alkilo halogenidais arba iš anksto apsaugotais azoto šaltiniais (Gabriel sintezė suteikia pirminius aminus be daugkartinio alkilinimo problemos).
• Transaminacija ir fermentinės reakcijos: biologinė sintezė ir transformacijos aminorūgščių bei kitų junginių cheminėmis bei fermentinėmis priemonėmis.
• Gabriel sintezė: naudojama pirminių aminų sintezei—sumažina peralkilinimo riziką.

Pagrindinės reakcijos

• Alkilinimas: aminai gali būti alkilinti, tačiau pirminių aminų atveju dažnai gaunama mišinių (pirminiai → antriniai → tretiniai). Todėl naudojamos apsaugos (pvz., acilinimas) arba Gabriel sintezė.
• Acilinimas (amido susidarymas): aminai reaguoja su acilchloridais arba anhidridu, susidaro amidai—tai taip pat būdas laikinai apsaugoti aminą.
• Diazotizacija (aromatiniams aminams): pirminiai aromatiniai aminai reaguoja su nitritais rūgščioje terpėje ir sudaro diazonio jonus, kurie gali būti pakeisti įvairiomis grupėmis (Sandmeyer reakcija, halogeninimas, darinių formavimas).
• Hofmano eliminacija: ketvirtinių amonio hidroxidų šlyvimas veda prie eliminacijos ir alkenų susidarymo.

Biologinė reikšmė ir panaudojimas

Aminai yra esminiai gyvybei: jie yra aminorūgščių, baltymų, nukleotidų komponentai ir dalis daugelio biologinių junginių. Kai kurie svarbūs aspektai:

• Aminorūgštys: kiekviena aminorūgštis turi amininę grupę; tai leidžia baltymams formuotis per peptidines ryšius (amidai).
• Neurotransmiteriai: daug neurotransmiterių yra aminai arba jų dariniai (pvz., dopaminas, serotoninas—amino grupės turintys junginiai arba jų metabolitai).
• Pramoninis panaudojimas: aminai plačiai naudojami vaistų, dažų, pesticidų, polimerų (pvz., poliamidų) ir paviršinio aktyvumo medžiagų (kvaterniniai amonio junginiai) gamyboje.

Saugumas ir tvarkymas

Daugelis aminų yra cheminiai dirgikliai; kai kurie aromatiniai aminai yra toksiški arba kancerogeniški (pvz., kai kurie arilaminai). Aminų kvapas dažnai būna aštrus ir nemalonus. Darbe su aminų tirpalais svarbu užtikrinti tinkamą ventiliaciją, asmens apsaugos priemones ir laikytis medžiagų saugos duomenų lapų (MSDS).

Santrauka

Aminai – plačiai paplitusi ir svarbi organinė grupė, pasižyminti baziškumu ir nukleofiliniais gebėjimais dėl azoto lone poros. Jie klasifikuojami pagal azoto prisijungusių grupių skaičių (pirminiai, antriniai, tretiniai) ir gali būti modifikuojami į ketvirtinius amonio junginius arba į amidus. Aminų savybės labai priklauso nuo struktūros (alifatiniai vs aromatiniai), elektroninių ir sterinių efektų, todėl jų reakcijos ir panaudojimas chemijoje bei biologijoje yra labai įvairūs.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra aminas?

K: Kaip aminas susijęs su amoniaku?

K: Kuo skiriasi pirminiai, antriniai ir tretiniai aminai?

K: Kas yra ketvirtinis amonio katijonas?

K: Kas yra amidas?

K: Kaip chemijoje naudojami aminai?

K: Kur aminai aptinkami biologijoje?

Paieška pagal raidę