AMMINE: STRUTTURA, PROPRIETÀ, TIPI, USI, ESEMPI - CHIMICA - 2026

Le ammine sono composti organici derivati ​​dall'ammoniaca. In essi si verificano legami covalenti tra carbonio e azoto. Naturalmente la molecola di azoto è cineticamente inerte; ma grazie alla fissazione biologica si trasforma in ammoniaca, che a sua volta subisce successive reazioni di alchilazione.

Quando l'ammoniaca è "alchilata", sostituisce uno, due o tre dei suoi tre idrogeni con atomi di carbonio. Questi atomi di carbonio possono provenire da un gruppo alchile (R) o arile (Ar). Quindi, ci sono ammine alifatiche (lineari o ramificate) e aromatiche.

Formula generale per un'ammina. Fonte: MaChe, da Wikimedia Commons.

La formula generale per le ammine alifatiche è mostrata sopra. Questa formula può essere utilizzata per le ammine aromatiche, considerando che R può anche essere un gruppo arilico Ar. Notare la somiglianza tra ammina e ammoniaca, NH ₃ . In pratica, una H è stata sostituita da una catena laterale R.

Se R è costituito da catene alifatiche, hai ciò che è noto come alchilammina; mentre se R è di natura aromatica, un'arilammina. Delle arilamine, la più importante di tutte è l'alanina: un gruppo amminico, -NH ₂ , attaccato all'anello benzenico.

Quando ci sono gruppi ossigenati in una struttura molecolare, come OH e COOH, il composto non è più chiamato ammina. In tal caso, l'ammina è considerata un sostituente: il gruppo amminico. Ad esempio, questo accade negli amminoacidi, così come in altre biomolecole di enorme importanza per la vita.

Poiché l'azoto si trova in molti dei composti essenziali per la vita, questi erano considerati ammine vitali; cioè "vitamine". Tuttavia, molte delle vitamine non sono nemmeno ammine e, ancora di più, non tutte sono vitali per la vita. Tuttavia, ciò non nega la sua grande importanza negli organismi viventi.

Le ammine sono basi organiche più forti dell'ammoniaca stessa. Sono facilmente estraibili dalla materia vegetale e generalmente hanno forti interazioni con la matrice neuronale degli organismi; quindi molti farmaci e farmaci sono costituiti da ammine con strutture e sostituenti complessi.

Struttura

Qual è la sua struttura? Sebbene vari a seconda della natura di R, l'ambiente elettronico dell'atomo di azoto è lo stesso per tutti: tetraedrico. Ma, poiché c'è una coppia di elettroni non condivisi sull'atomo di azoto (··), la geometria molecolare diventa piramidale. È così con l'ammoniaca e le ammine.

Le ammine possono essere rappresentate con un tetraedro, proprio come con i composti di carbonio. Pertanto, NH ₃ e CH ₄ sono disegnati come tetraedri, dove la coppia (··) si trova in uno dei vertici sopra l'azoto.

Entrambe le molecole sono achirali; tuttavia, iniziano a mostrare chiralità poiché le loro H sono sostituite da R. L'ammina R ₂ NH è achirale se le due R sono diverse. Tuttavia, manca qualsiasi configurazione per differenziare un enantiomero da un altro (come nel caso dei centri di carbonio chirali).

Questo perché gli enantiomeri:

R ₂ N-H - H-NR ₂

vengono scambiati a un ritmo tale che nessuno dei due può isolarsi; e quindi le strutture delle ammine sono considerate achirali anche se tutti i sostituenti sull'atomo di azoto sono differenti.

Proprietà delle ammine

Polarità

Le ammine sono composti polari, poiché il gruppo amminico NH ₂ , avendo un atomo di azoto elettronegativo, contribuisce al momento di dipolo della molecola. Si noti che l'azoto ha la capacità di donare legami idrogeno, il che fa sì che le ammine abbiano generalmente punti di fusione e ebollizione elevati.

Tuttavia, quando questa proprietà viene confrontata con quella dei composti ossigenati, come gli alcoli e gli acidi carbossilici, si ottengono magnitudini inferiori.

Ad esempio, il punto di ebollizione dell'etilammina, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) è inferiore a quello dell'etanolo, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Quindi, è dimostrato che i legami idrogeno OH sono più forti di quelli di NH, anche se un'ammina può formare più di un ponte. Questo confronto è valido solo se R ha lo stesso peso molecolare per i due composti (CH ₃ CH ₂ -). D'altra parte, l'etano bolle a -89ºC, CH ₃ CH ₃ , essendo un gas a temperatura ambiente.

Poiché un'ammina ha meno idrogeno, forma meno legami idrogeno e il suo punto di ebollizione viene abbassato. Ciò si osserva confrontando il punto di ebollizione della dimetilammina, (CH ₃ ) ₂ NH (7 ° C), con quello dell'etilammina (16,6 ° C).

Caratteristiche fisiche

Nel mondo della chimica, quando si parla di un'ammina, si verifica l'atto involontario di tapparsi il naso. Questo perché in generale tendono ad avere odori sgradevoli, alcuni dei quali assomigliano a quelli del pesce marcio.

Inoltre, le ammine liquide tendono ad avere toni giallastri, che aumentano la sfiducia visiva che generano.

Solubilità dell'acqua

Le ammine tendono ad essere insolubili in acqua perché, nonostante siano in grado di formare legami idrogeno con H ₂ O, la loro componente organica maggioritaria è idrofoba. Più grandi o lunghi sono i gruppi R, minore è la loro solubilità in acqua.

Quando c'è un acido nel mezzo, tuttavia, la solubilità è aumentata dalla formazione di quelli che sono noti come sali di ammina. In essi, l'azoto ha una carica parziale positiva, che attrae elettrostaticamente l'anione o la base coniugata dell'acido.

Ad esempio, in una soluzione diluita di HCl, l'ammina RNH ₂ reagisce come segue:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (sale amminico primario)

RNH ₂ era insolubile (o leggermente solubile) in acqua, e in presenza dell'acido forma un sale, la cui solvatazione dei suoi ioni ne favorisce la solubilità.

Perché succede questo? La risposta sta in una delle principali proprietà delle ammine: sono polari e basiche. Essendo basici, reagiranno con acidi abbastanza forti da protonarli, secondo la definizione di Brönsted-Lowry.

basicità

Le ammine sono basi organiche più forti dell'ammoniaca. Maggiore è la densità elettronica attorno all'atomo di azoto, più sarà fondamentale; cioè deprotonerà gli acidi nell'ambiente più rapidamente. Se l'ammina è molto basica, può anche eliminare il protone dagli alcoli.

I gruppi R contribuiscono alla densità elettronica dell'azoto per effetto induttivo; poiché, non dobbiamo dimenticare che è uno degli atomi più elettronegativi esistenti. Se questi gruppi sono molto lunghi o voluminosi, l'effetto induttivo sarà maggiore, il che aumenterà anche la regione negativa attorno alla coppia di elettroni (··).

Ciò fa sì che (··) accetti lo ione H ⁺ più rapidamente . Tuttavia, se R sono molto voluminosi, la basicità diminuisce per effetto sterico. Perché? Per il semplice motivo che H ⁺ deve attraversare una configurazione di atomi prima di raggiungere l'azoto.

Un altro modo per ragionare sulla basicità di un'ammina è stabilizzare il suo sale di ammina. Ora, quella che diminuisce per effetto induttivo può diminuire la carica positiva N ⁺ , sarà un'ammina più basica. I motivi sono gli stessi appena spiegati.

Alchilammine vs arilammine

Le alchilammine sono molto più basilari delle arilammine. Perché? Per capirlo semplicemente, viene mostrata la struttura dell'anilina:

Molecola di anilina. Fonte: Calvero. , tramite Wikimedia Commons

Sopra, nel gruppo amminico, c'è la coppia di elettroni (··). Questa coppia "viaggia" all'interno dell'anello nelle posizioni orto e para rispetto a NH ₂ . Ciò significa che i due vertici superiori e quello opposto NH ₂ sono caricati negativamente, mentre l'atomo di azoto è caricato positivamente.

Poiché l'azoto è caricato positivamente, ⁺ N, respingerà lo ione H ⁺ . E se ciò non bastasse, la coppia di elettroni viene delocalizzata all'interno dell'anello aromatico, rendendola meno accessibile agli acidi deprotonati.

La basicità dell'anilina può aumentare se i gruppi o gli atomi che le conferiscono densità elettronica sono collegati all'anello, competendo con la coppia (··) e costringendola a trovarsi più probabilmente sull'atomo di azoto, pronta a fungere da base.

Tipi (primario, secondario, terziario)

Tipi di ammine. Fonte: Jü tramite Wikipedia.

Sebbene non sia stato presentato formalmente, è stato fatto riferimento implicitamente alle ammine primarie, secondarie e terziarie (immagine in alto, da sinistra a destra).

Le ammine primarie (RNH ₂ ) sono monosostituite; i secondari (R ₂ NH) sono disostituiti, con due gruppi R alchilici o arilici; e quelle terziarie (R ₃ N), sono trisostituite e mancano di idrogeno.

Tutte le ammine esistenti derivano da questi tre tipi, quindi la loro diversità e interazioni con la matrice biologica e neuronale sono enormi.

In generale, ci si può aspettare che le ammine terziarie siano le più basiche; tuttavia, tale affermazione non può essere avanzata senza conoscere le strutture di R.

Formazione

Alchilazione dell'ammoniaca

All'inizio è stato detto che le ammine derivano dall'ammoniaca; pertanto, il modo più semplice per formarli è mediante alchilazione. Per fare ciò, un eccesso di ammoniaca viene fatto reagire con un alogenuro alchilico, seguito dall'aggiunta di una base per neutralizzare il sale amminico:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Notare che questi passaggi portano a un'ammina primaria. Possono anche essere formate ammine secondarie e persino terziarie, per cui la resa per un singolo prodotto diminuisce.

Alcuni metodi di addestramento, come la sintesi di Gabriel, consentono di ottenere ammine primarie in modo che non si formino altri prodotti indesiderati.

Inoltre, chetoni e aldeidi possono essere ridotti in presenza di ammoniaca e ammine primarie, per dare origine ad ammine secondarie e terziarie.

Idrogenazione catalitica

I composti nitro possono essere ridotti in presenza di idrogeno e di un catalizzatore alle ammine corrispondenti.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Anche i nitrili, RC≡N e le ammidi, RCONR ₂ , vengono ridotti per fornire rispettivamente ammine primarie e terziarie.

Nomenclatura

Come si chiamano le ammine? Il più delle volte sono denominati in base a R, il gruppo alchile o arile. Al nome di R, derivato dal suo alcano, viene aggiunta alla fine la parola "ammina".

Pertanto, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ è propilammina. D'altra parte, può essere nominato considerando solo l'alcano e non come un gruppo R: propanammina.

Il primo modo per nominarli è di gran lunga il più conosciuto e il più utilizzato.

Quando sono presenti due gruppi NH ₂ , viene nominato l'alcano e vengono elencate le posizioni dei gruppi amminici. Pertanto, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ è chiamato: 1,4-butandiammina.

Se ci sono gruppi ossigenati, come OH, deve essere data priorità su NH ₂ , che sembra essere chiamato come sostituente. Ad esempio, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ è chiamato: 3-Aminopropanolo.

E per quanto riguarda le ammine secondarie e terziarie, le lettere N sono usate per indicare i gruppi R. La catena più lunga rimarrà con il nome del composto. Pertanto, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ è chiamato: N-metiletilammina.

applicazioni

coloranti

Le ammine aromatiche primarie possono servire come materiale di partenza per la sintesi di coloranti azoici. Inizialmente, le ammine reagiscono per formare sali di diazonio, che formano i composti azoici mediante accoppiamento azoico (o accoppiamento diazo).

Questi, per la loro intensa colorazione, sono utilizzati nell'industria tessile come materiale da tintura; ad esempio: arancio metile, marrone diretto 138, giallo tramonto FCF e ponceau.

Droghe e droghe

Molti farmaci lavorano con agonisti e antagonisti dei neurotrasmettitori di ammine naturali. Esempi:

-La clorofeniramina è un antistaminico utilizzato nel controllo dei processi allergici dovuti all'ingestione di alcuni alimenti, raffreddore da fieno, punture di insetti, ecc.

-La clorpromazina è un agente sedativo, non un induttore del sonno. Allevia l'ansia ed è anche utilizzato nel trattamento di alcuni disturbi mentali.

-Efedrina e fenilefedrina sono usate come decongestionanti respiratori.

-Amitriptilina e imipramina sono ammine terziarie utilizzate nel trattamento della depressione. A causa della loro struttura, sono classificati come antidepressivi triciclici.

-Gli analgesici oppioidi come la morfina, il codeline e l'eroina sono ammine terziarie.

Trattamento del gas

Diverse ammine, tra cui diglicolamina (DGA) e dietanolammina (DEA), sono utilizzate nella rimozione dei gas di anidride carbonica (CO ₂ ) e idrogeno solforato (H ₂ S) presenti nel gas naturale e in raffinerie.

Chimica agraria

Le metilammine sono composti intermedi nella sintesi di sostanze chimiche utilizzate in agricoltura come erbicidi, fungicidi, insetticidi e biocidi.

Produzione di resina

Le metilammine sono utilizzate durante la produzione di resine a scambio ionico, utilizzabili nella deionizzazione dell'acqua.

Nutrienti animali

La trimetilammina (TMA) viene utilizzata principalmente nella produzione di cloruro di colina, un integratore di vitamina B utilizzato nell'alimentazione di polli, tacchini e maiali.

Industria della gomma

La dimetilammina oleato (DMA) è un emulsionante per l'uso nella produzione di gomma sintetica. Il DMA viene utilizzato direttamente come modificatore di polimerizzazione nella fase vapore del butadiene e come stabilizzante per il lattice di gomma naturale al posto dell'ammoniaca

solventi

La dimetilammina (DMA) e la monometilammina (MMA) vengono utilizzate per sintetizzare i solventi aprotici polari dimetilformammide (DMF), dimetilacetammide (DMAc) e n-metilpirrolidone (NMP).

Le applicazioni per DMF includono: rivestimento in uretano, solvente per filati acrilici, solventi di reazione e solventi di estrazione.

DMAc è utilizzato nella produzione di coloranti per filati e solventi. Infine, l'NMP viene utilizzato nella raffinazione di oli lubrificanti, sverniciatori e rivestimenti a smalto.

Esempi

Cocaina

Molecola di cocaina. Fonte: NEUROtiker, tramite Wikimedia Commons

La cocaina viene utilizzata come anestetico locale in alcuni tipi di interventi chirurgici agli occhi, alle orecchie e alla gola. Come visto, è un'ammina terziaria.

Nicotina

Molecola di nicotina. Fonte: Jü, da Wikimedia Commons

La nicotina è l'agente principale della dipendenza dal tabacco e chimicamente è un'ammina terziaria. La nicotina nel fumo di tabacco viene assorbita rapidamente ed è altamente tossica.

Morfina

Molecola di morfina. Fonte: NEUROtiker, da Wikimedia Commons

È uno degli antidolorifici più efficaci per alleviare il dolore, in particolare il cancro. È, ancora una volta, un'ammina terziaria.

serotonina

Molecola di serotonina. Fonte: Harbin, da Wikimedia Commons

La serotonina è un neurotrasmettitore amminico. Nei pazienti depressi la concentrazione del principale metabolita della serotonina è ridotta. A differenza delle altre ammine, questa è primaria.

Riferimenti

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimica organica. Le ammine. ( ^10a edizione.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Chimica organica. (Sesta edizione). Mc Graw Hill.
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6. Wikipedia. (2019). Amine. Estratto da: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Fisiologia medica. 19a edizione. Editoriale El Manual Moderno.