Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық қосылыстар мен азоттан тұратын топтар, бос электрон жұбымен (:N)
Chemical compounds and groups containing nitrogen with a lone pair (:N)
Химияда аминдер (/ə/'/m//i://n//, /'/æ//m//i://n/, '/eɪ//m//iː//n/) – бос электрон жұбы бар негізгі азот атомын қамтитын қосылыстар мен функционалдық топтар. Аминдер формальды түрде аммиактың (NH3) туындылары болып табылады, онда бір немесе бірнеше сутек атомы алкил немесе арил тобы сияқты алмастырғышпен ауыстырылған (олар тиісінше алкиламин және ариламин деп аталады; екі түрлі алмастырғыш бір азот атомына бекітілген аминдер алкилариламин деп аталуы мүмкін). Маңызды аминдерге аминқышқылы, биогенді аминдер, триметиламин және анилин жатады. Аммиактың минералдық емес туындылары да амин деп аталады, мысалы, монохлорамин (NClH2). Азот атомы карбонил тобына тіркелген және R\sC(\dO)\sNR′R″ құрылымына ие қосылыстар амидтер деп аталады және аминдерден химиялық қасиеттерімен өзгешеленеді.
In chemistry, amines (/ə/'/m//i://n//, /'/æ//m//i://n/, '/eɪ//m//iː//n/) are compounds and functional groups that contain a basic nitrogen atom with a lone pair. Amines are formally derivatives of ammonia (|NH3), wherein one or more hydrogen atoms have been replaced by a substituent such as an alkyl or aryl group (these may respectively be called alkylamines and arylamines; amines in which both types of substituent are attached to one nitrogen atom may be called alkylarylamines). Important amines include amino acids, biogenic amines, trimethylamine, and aniline. Inorganic derivatives of ammonia are also called amines, such as monochloramine (|NClH2). Compounds with a nitrogen atom attached to a carbonyl group, thus having the structure |R\sC(\dO)\sNR′R″, are called amides and have different chemical properties from amines.
Атау беру ережесі
Аминдер бірнеше тәсілмен аталады. Әдетте, қосылысқа "амино-" префиксі немесе "-амин" жұрнағы беріледі. "N-" префиксі азот атомындағы алмасуды көрсетеді. Көптеген амино топтары бар органикалық қосылыс диамин, триамин, тетрамин және т.б. деп аталады. Төменгі аминдер "-амин" жұрнағымен, ал жоғары аминдер "амино-" префиксі функционалдық топ ретінде қолданып аталады. Алайда, IUPAC мұндай атау жүйесін ұсынбайды, керісінше алканамин түрін, мысалы, бутан-2-амин деп атауды ұсынады.
Amines are named in several ways. Typically, the compound is given the prefix "amino " or the suffix " amine". The prefix "N " shows substitution on the nitrogen atom. An organic compound with multiple amino groups is called a diamine, triamine, tetraamine and so forth. Lower amines are named with the suffix amine. Higher amines have the prefix amino as a functional group. IUPAC however does not recommend this convention, but prefers the alkanamine form, e. g. butan 2 amine.
Физикалық қасиеттері
Сутекті байланыстар бастапқы және екіншілік аминдердің қасиеттеріне елеулі әсер етеді. Мысалы, метил және этил аминдер стандартты жағдайларда газ күйінде болады, ал тиісті метил және этил спирттері сұйық күйінде. Аминдерге тән аммиактың иісі бар, ал сұйық аминдердің иісі ерекше "балықтың" және жағымсыз иісімен сипатталады. Азот атомында H+ ионымен байланысып, R3NH+ аммоний ионын құрайтын бос электрон жұбы болады. Осы мақалада бос электрон жұбы N-нің үстінде немесе жанында екі нүктемен көрсетілген. Бос электрон жұптарының қатысуымен сутекті байланыс пайда болғандықтан, қарапайым аминдердің суда ерігіштігі артады. Аммоний қосылыстарының тұздары суда ерігіштігі бойынша әдетте мынадай ретпен орналасады: біріншілік аммоний (RNH3+) > екіншілік аммоний > үшіншілік аммоний (R3NH+). Кішкентай алифалық аминдер көптеген еріткіштерде жақсы ерігіштік көрсетеді, ал үлкен топтары бар аминдер липофильді болады. Ароматты аминдер, мысалы, анилин, олардың бос электрон жұптары бензол сақинасына конъюгацияланғандықтан, сутекті байланысқа түсуге бейімділігі төмендейді. Олардың қайнау температурасы жоғары, ал суда ерігіштігі төмен.
Hydrogen bonding significantly influences the properties of primary and secondary amines. For example, methyl and ethyl amines are gases under standard conditions, whereas the corresponding methyl and ethyl alcohols are liquids. Amines possess a characteristic ammonia smell, liquid amines have a distinctive "fishy" and foul smell. The nitrogen atom features a lone electron pair that can bind H+ to form an ammonium ion R3NH+. The lone electron pair is represented in this article by two dots above or next to the N. The water solubility of simple amines is enhanced by hydrogen bonding involving these lone electron pairs. Typically salts of ammonium compounds exhibit the following order of solubility in water: primary ammonium (RNH3+) > secondary ammonium > tertiary ammonium (R3NH+). Small aliphatic amines display significant solubility in many solvents, whereas those with large substituents are lipophilic. Aromatic amines, such as aniline, have their lone pair electrons conjugated into the benzene ring, thus their tendency to engage in hydrogen bonding is diminished. Their boiling points are high and their solubility in water is low.
Спектроскопиялық идентификациялау
Әдетте амин функционалдық тобының болуы массалық спектрометрия, сондай-ақ ЯМР және ИК спектроскопиясы сияқты әдістердің жиынтығы арқылы анықталады. 1H ЯМР сигналдары үлгіні D2O-мен өңдеген кезде аминдерде жоғалады. Инфрақызыл спектрінде біріншілік аминдер екі N-H жолағын, ал екіншілік аминдер бір жолақты көрсетеді.
Typically the presence of an amine functional group is deduced by a combination of techniques, including mass spectrometry as well as NMR and IR spectroscopies. 1H NMR signals for amines disappear upon treatment of the sample with D2O. In their infrared spectrum primary amines exhibit two N H bands, whereas secondary amines exhibit only one.
Алкил аминдер
Алкил аминдерде тетраэдрлі азот орталықтары қалыпты жағдай. C N C және C N H бұрыштары 109° идеал бұрышқа жуықтап келеді. C N арақашықтығы C C арақашықтығынан сәл қысқа. Триалкиламин үшін стереоорталықтың азотының инверсия энергиясының кедергісі шамамен 7 ккал/моль құрайды. Бұл өзара ауысу, күшті желге бұрылған ашық қолшатырға теңеуге болады. NHRR' және NRR′R″ типіндегі аминдер хиральды болып табылады: азот орталығы жалғыз электрон жұбын есепке алғанда төрт топқа ие. Инверсия кедергісі төмен болғандықтан, NHRR' типіндегі аминдерді оптикалық таза күйде алу мүмкін емес. Хиральды үшінші аминдер үшін NRR′R″ тек R, R', және R″ топтары циклді құрылымдарда, мысалы, N-субституцияланған азиридиндерде (квартерлі аммоний тұздары ажыратылуға жатады) шектелген кезде ғана ажыратылады.
Alkyl amines characteristically feature tetrahedral nitrogen centers. C N C and C N H angles approach the idealized angle of 109°. C N distances are slightly shorter than C C distances. The energy barrier for the nitrogen inversion of the stereocenter is about 7 kcal/mol for a trialkylamine. The interconversion has been compared to the inversion of an open umbrella into a strong wind. Amines of the type NHRR' and NRR′R″ are chiral: the nitrogen center bears four substituents counting the lone pair. Because of the low barrier to inversion, amines of the type NHRR' cannot be obtained in optical purity. For chiral tertiary amines, NRR′R″ can only be resolved when the R, R', and R″ groups are constrained in cyclic structures such as N substituted aziridines (quaternary ammonium salts are resolvable).
Ароматты аминдер
Ароматты аминдерде ("анилиндер") азот, көбінесе, арил тобымен жалғыз электрон жұбының конъюгациялануына байланысты дерлік жазық болады. С–N қашықтығы сәйкесінше қысқарады. Анилинде С–N қашықтығы С–С қашықтығымен тең.
In aromatic amines ("anilines"), nitrogen is often nearly planar owing to conjugation of the lone pair with the aryl substituent. The C N distance is correspondingly shorter. In aniline, the C N distance is the same as the C C distances.
Электрондық әсерлер
Индукциялық әсерлерге байланысты, аминнің негізділігі аминдегі алкил топтарының саны артуымен бірге күшейеді деп болжануы мүмкін. Бірақ, сольватация әсерлері индукциялық әсерлерге кері бағытталғандықтан, бұл корреляциялар күрделі. Сольватация әсерлері ароматты аминдердің (анилиндердің) негізділігін анықтауда басым рөл атқарады. Анилиндерде азоттың бос электрон жұбы сақинаға таралып, негізділіктің төмендеуіне әкеледі. Ароматтық сақинадағы қосымша топтар мен олардың амино топқа шағылысқан орналасуы да негізділікке әсер етеді, бұл кестеде көрсетілген.
Owing to inductive effects, the basicity of an amine might be expected to increase with the number of alkyl groups on the amine. Correlations are complicated owing to the effects of solvation which are opposite the trends for inductive effects. Solvation effects also dominate the basicity of aromatic amines (anilines). For anilines, the lone pair of electrons on nitrogen delocalizes into the ring, resulting in decreased basicity. Substituents on the aromatic ring, and their positions relative to the amino group, also affect basicity as seen in the table.
Сұлтану әсерлері
Еріту аминдердің негізділігіне маңызды әсер етеді. N-H топтары сумен, әсіресе аммоний иондарында күшті өзара әрекеттеседі. Осының салдарынан, аммиактың негізділігі еріту арқылы 1011 есеге артады. Аминдердің ішкі негізділігі, яғни ерітудің маңызды емес болған жағдайы, газ фазасында бағаланды. Газ фазасында аминдер органикалық топтардың электрон беретін әсерінен күтілетіндей негіздік қасиеттерді көрсетеді. Осылайша, үшіншілік аминдер екіншілік аминдерге қарағанда негіздірек, ал екіншілік аминдер біріншілік аминдерге қарағанда негіздірек, ал аммиак ең аз негізді болып табылады. pKb (судағы негізділік) реті осы реттілікке сәйкес келмейді. Анилин газ фазасында аммиактан негіздірек, бірақ сулы ерітіндіде он мың есе аз негізді. Апротикалық полярлы еріткіштерде, мысалы DMSO, DMF және ацетонитрилде еріту энергиясы су және метанол сияқты протикалық полярлы еріткіштердегідей жоғары емес. Осы себепті, бұл апротикалық еріткіштерде аминдердің негізділігі негізінен электрондық әсерлермен анықталады.
Solvation significantly affects the basicity of amines. N H groups strongly interact with water, especially in ammonium ions. Consequently, the basicity of ammonia is enhanced by 1011 by solvation. The intrinsic basicity of amines, i. e. the situation where solvation is unimportant, has been evaluated in the gas phase. In the gas phase, amines exhibit the basicities predicted from the electron releasing effects of the organic substituents. Thus tertiary amines are more basic than secondary amines, which are more basic than primary amines, and finally ammonia is least basic. The order of pKb's (basicities in water) does not follow this order. Similarly aniline is more basic than ammonia in the gas phase, but ten thousand times less so in aqueous solution. In aprotic polar solvents such as DMSO, DMF, and acetonitrile the energy of solvation is not as high as in protic polar solvents like water and methanol. For this reason, the basicity of amines in these aprotic solvents is almost solely governed by the electronic effects.
Биологиялық белсенділік
Аминдер биологияда кең таралған. Аминқышқылдарының ыдырауы аминдерді босатады, бұл шіріген балықтың триметиламин иісімен ең жақсы танылады. Эпинефрин, норадреналин, допамин, серотонин және гистамин сияқты көптеген нейротрансмиттерлер аминдер болып табылады. Протонталған аминотоптар (–NH3+) – ақуыздарда, әсіресе лизин аминқышқылында ең көп кездесетін оң зарядталған топтар. Аниондық полимер ДНҚ әдетте түрлі аминге бай ақуыздармен байланысады. Бұдан өзге, лизиннің терминалды первикалық аммоний тобы полипептидтердегі басқа аминқышқылдарының карбоксилдік топтарымен тұздық байланыстарды құрайды, бұл ақуыздардың үш өлшемді құрылымын анықтайтын маңызды факторлардың бірі.
Amines are ubiquitous in biology. The breakdown of amino acids releases amines, famously in the case of decaying fish which smell of trimethylamine. Many neurotransmitters are amines, including epinephrine, norepinephrine, dopamine, serotonin, and histamine. Protonated amino groups (–NH3+) are the most common positively charged moieties in proteins, specifically in the amino acid lysine. The anionic polymer DNA is typically bound to various amine rich proteins. Additionally, the terminal charged primary ammonium on lysine forms salt bridges with carboxylate groups of other amino acids in polypeptides, which is one of the primary influences on the three dimensional structures of proteins.
Амин гормондары
Амин қышқылдарының өзгеруінен туындаған гормондар амин гормондары деп аталады. Әдетте, амин қышқылының бастапқы құрылымы өзгертіліп, –COOH немесе карбоксил тобы алынып тасталады, ал –NH3+ немесе амин тобы сақталады. Амин гормондары триптофан немесе тирозин амин қышқылдарынан синтезделеді.
Hormones derived from the modification of amino acids are referred to as amine hormones. Typically, the original structure of the amino acid is modified such that a –COOH, or carboxyl, group is removed, whereas the –NH3+, or amine, group remains. Amine hormones are synthesized from the amino acids tryptophan or tyrosine.
Газды өңдеу
Сулы моноэтаноламин (MEA), дигликоламин (DGA), диэтаноламин (DEA), диизопропаноламин (DIPA) және метилдиетаноламин (MDEA) табиғи газ және мұнай өңдеу процестері ағынынан көмірқышқыл газын (CO2) және күкірттекті сутекті (H2S) жою үшін өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Олар сондай-ақ, жану газдары мен түтін газдарынан CO2-ні кетіру үшін де қолданылуы мүмкін, сондай-ақ парниктік газдардың таралуын азайтуға да қабілетті. Бұл процестер "тәттілендіру" деп аталады.
Aqueous monoethanolamine (MEA), diglycolamine (DGA), diethanolamine (DEA), diisopropanolamine (DIPA) and methyldiethanolamine (MDEA) are widely used industrially for removing carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) from natural gas and refinery process streams. They may also be used to remove CO2 from combustion gases and flue gases and may have potential for abatement of greenhouse gases. Related processes are known as sweetening.
Эпоксидті смолаларды қатайтатын заттар
Аминдер жиі эпоксидті шайырларды қатайтуға пайдаланылады. Оларға диметилэтиламин, циклохексиламин және 4,4-диаминодициклохексилметан сияқты түрлі диаминдер жатады. Реакция амин азотындағы жұптасқан электронның эпоксидті шайырдың оксиран сақинасындағы ең сыртқы көміртек атомын шабуы арқылы жүзеге асады. Бұл эпоксид сақинасының кернеуін азайтады және реакцияның негізгі күші болып табылады.
Amines are often used as epoxy resin curing agents. These include dimethylethylamine, cyclohexylamine, and a variety of diamines such as 4,4 diaminodicyclohexylmethane. The reaction proceeds by the lone pair of electrons on the amine nitrogen attacking the outermost carbon on the oxirane ring of the epoxy resin. This relieves ring strain on the epoxide and is the driving force of the reaction.
Қауіпсіздік
Аз молекулалық салмақты қарапайым аминдер, мысалы этиламин, 100-1000 мг/кг аралығында ғана әлсіз уытты болады. Олар теріні тітіркендіреді, әсіресе олардың кейбіреулері тері арқылы оңай сіңіп кететіндіктен. Аминдер – қосылыстардың кең класы, және осы кластың күрделі өкілдері өте күшті биологиялық белсенділікке ие болуы мүмкін, мысалы, стрихнин.
Low molecular weight simple amines, such as ethylamine, are only weakly toxic with between 100 and 1000 mg/kg. They are skin irritants, especially as some are easily absorbed through the skin. Amines are a broad class of compounds, and more complex members of the class can be extremely bioactive, for example strychnine.