تحقیق درباره آمین ها
تحقیق درباره آمین ها
آمین (شیمی)
ترکیبهای نیتروژندار برای زندگی ضروری هستند و منبع اولیه برای تهیه آنها، نیتروژن موجود در جو میباشد که توسط یک فرایند بنام تثبیت نیتروژن، مولکول نیتروژن (](N2، به آمونیاک کاهیده میشود. آمونیاک حاصل سپس به ترکیبهای نیتروژندار آلی تبدیل میگردد. آمینها، مشتقهای آمونیاک هستند و دسته وسیعی از مواد آلی نیتروژندار را تشکیل میدهند که در آنها، اتم نیتروژن به یک یا دو یا سه گروه آلکیل یا آریل متصل میباشد (هیدروژن به وسیلهٔ گروههای آلکیل یا آریل جانشین شدهاست) که به ترتیب آمین نوع اول، آمین نوع دوم یا آمین نوع سوم ایجاد میگردد. از اینرو به همان طریقی که اترها و الکلها با آب رابطه دارند، آمینها به آمونیاک وابسته میباشند. در آلکیل آمینها نیتروژن به اتم کربن با هیبریداسیون sp3 متصل است، آریل آمینها دارای نیتروژنی هستند که به یک کربن sp2 بنزن یا حلقه شبیه بنزن متصل است.
آمینها معمولاً از آمونیاک استخراج میشوند که جای هیدروژنها گروه آلکیلی قرار میگیرند. خاصیت بازی آمین نوع دوم از بقیه بیشتر بوده و این گروه با تأثیر روی سیستم عصبی انسان کاربردهای گستردهای پیدا کردهاند. بعضی از پیکهای عصبی انسان مانند آدرنالین آمیناند، بعضی از جلوگیری کنندهها مانند مرفین نیز در گروه آمینها قرار میگیرند. از دیگر ترکیبهای آمین میتوان به کُدیین و آمینو اسیدها اشاره کرد. آمینها به عنوان اجزاء آمینواسیدها، پپتیدها و آلکالوئیدها، در بیوشیمی حائز اهمیت هستند. بسیاری از ترکیبهای فعال بیولوژیکی حاوی نیتروژن هستند. همچنین ترکیبهای دیگری از آنها به عنوان ضدتورم، بیهوشکننده، آرامبخش و محرک، کاربرد دارویی دارند.
برای مثال آدرنالین (محرک)، پروپیلهگزدرین (ضدتورم بینی)، هگزامتیلنتترآمین (ماده ضدباکتری) اَمفتامین (ضد افسردگی) از جمله آنها هستند. همه آمینها خصلت بازی دارند (آمینهای نوع اول و دوم میتوانند به عنوان اسید هم عمل کنند)، پیوند هیدروژنی تشکیل میدهند، و در واکنشهای جانشینی به عنوان هسته دوست عمل کنند. پس در بسیاری از جنبهها شیمی آمینها با شیمی الکلها و اترها شباهت دارد؛ ولی تفاوتهایی هم در فعالیت دارند، زیرا الکترونگاتیوتیه نیتروژن کمتر از اکسیژن است. از این رو آمینهای نوع اول ودوم کمتر اسیدی میباشند و پیوندهای هیدروژنی ضعیفتر از الکلها و تشکیل میدهند اما بازیترو نوکلئوفیلتر میباشند
آمینها(به انگلیسی: Amines) ترکیبات آلی هستند که جزو بازها بهشمار رفته و یک اتم نیتروژن مرکزی و یک یا دو یا سه گروه آلکیل متصل به آن هستند که به ترتیب آمین نوع یک، آمین نوع دو و آمین نوع سه نامگذاری میشوند آمینها معمولاً از آمونیاک استخراج میشوند که جای هیدروژنها گروه آلکیلی قرار میگیرند. خاصیت بازی آمین نوع دوم از بقیه بیشتر بوده و این گروه با تأثیر روی سیستم عصبی انسان کاربردهای گستردهای پیدا کردهاند و بعضی از پیکهای عصبی انسان مانند آدرنالین آمین اند و بعضی از جلوگیری کنندهها مانند مرفین نیز در گروه آمینها قرار میگیرند. از دیگر ترکیبات آمین میتوان به کدیین، افندرین، اشاره کرد. از دیگر آمینهای مهم آمینواسیدها نیز هستند.
تهیه آمینها:
دو خاصیت ویژه آمینها، خاصیت بازی و خاصیت هستهدوستی آنهاست. خاصیت بازی و خاصیت هسته دوستی آمینها هر دو از جفت الکترون غیرپیوندی ازت ناشی میشود. گاهی آمین به عنوان یک باز عمل کرده و این جفت الکترون یک پروتون از اسید برونستد جذب میکنند. گاهی نیز این جفت الکترون غیرپیوندی به کربن قطبیشده بر روی یک مولکول (مولکول الکتروندوست) حمله کرده و آمین به عنوان هستهدوست وارد واکنش میشود.
آلکیلدار کردن آمینها:
از واکنش آمونیاک و آلکیل هالیدها، طی یک واکنش SN2، میتوان آمینهای مختلفی را تهیه نمود. در این واکنش ابتدا منوآلکیلآمین تولید میشود. برای جلوگیری از ادامه واکنش، لازم است که غلظت آلکیل هالید کم انتخاب شود. معمولاً نوع محصول واکنش به مدت زمان انجان واکنش، طبیعت، غلظتآلکیل هالید، نوع هالوژن و نوع کربنی که هالوژن روی آن قرار گرفتهاست، بستگی دارد. با کلریدها، واکنش قابل کنترلتر میباشد و در صورت استفاده از یدیدآلکیل، آمونیوم چهارتایی تشکیل میشود. اگر غلظت CH3I کم باشد، میتوان آمینهای نوع دوم یا سوم را سنتز نمود. همانطور که اشاره شد، با توجه به خاصیت هستهدوستی آمینها، واکنش 2 SNاین ترکیبها با آلکید هالیدهای نوع اول منجر به تشکیل آمینهای آلکیله شده میگردد که معمولاً در مرحله اول متوقف نمیشود و واکنش تا تشکیل نمک چهارتایی آمونیوم پیش میرود. ایم روش برای آمینهای نوع اول، دوم و سوم عمومیت دارد اما آمینهای نوع اول بهتر واکنش میدهند
کاهش آمیدها:
آمیدها یکی از انواع مشتقهای کربوکسیلیکاسیدها هستند که یک نیتروژن به گروه کربونیل متصل است. برای به دست آوردن محصول با راندمان بیشتر از واکنش آسیلهالیدها و آمونیاک یا آمینها استفاده میشود. با استفاده از کاهندههای قوی مانند لیتیمآلومینیمهیدرید، میتوان آمیدها را به آمینهای نوع اول کاهش داد.
کاهش ایمینها:
مانند پیوند دوگانه کربن – اکسیژن در آلدئیدها و کتونها، پیونددوگانه کربن-نیتروژن در ایمینها را نیز میتوان به وسیله هیدروژناسیون کاتالیزوری با واکنشگرهای هیدریدی، کاهش داد. از واکنش آمونیاک یا آمینها با کتونها ایمین تولید میشود که با کاهش آن میتوان آمین تولید کرد. از آنجائیکه آمیدها به راحتی تهیه میشوند، این روش برای تهیه آمینها فراگیر و عمومی میباشد. واکنش کاهش را میتوان توسط کاهنده اختصاصیتری هیدروژن فعال شده کاتالیزوری یاسدیم سیانوبروهیدریدNa+ -BH3CN نیز با موفقیت انجام داد. سدیم سیانوبوروهیدرید از واکنش سدیم بوروهیدرید NaBH4 با هیدروژن سیانید بدست میآید. گروه الکترونکشنده سیانید توانایی یون بوروهیدرید رابرای انتقالH- به گروه عاملی کاهش داده شده، تقلیل میدهد. در نتیجه قدرت کاهش دهندگی سیانوبوروهیدرید متمایزتر است.
سنتز گابریل:
روش گابریل یک روش مناسب و کارآمد برای سنتز آمینهای نوع اول است. این روش نیاز به کاهش ندارد. در این روش از فتالایمید استفاده میشود و به دلیل این که در این سیستم نیتروژن مجاور دو عامل کربونیل است قدرت اسیدی گروه NH بسیار بیشتراز آمیدهای معمولی است؛ بنابراین، حذف پروتون با باز ملایم مانند یونکربنات صورت میگیرد. از واکنش آنیون حاصل با آلکیل هالید نوعاول و سپس هیدرولیز اسیدی، آمین به صورت نمکآمین حاصل میشود. با استفاده از یک باز نمکآمین را میتوان به آمین آزاد تبدیل کرد.
واکنش آمینها:
خاصیت بازی:
آمینها نیز مانند الکلها میتواند خاصیت اسیدی یا بازی داشته باشند. اما چون الکتیرونگاتیویته نیتروژن از اکسیژن کمتر است، قابلیت کندهشده پروتون نیز کاهش مییابد و عموماً آمینها را به عنوان باز میشناسیم (قدرت اسیدی آمینها ۱۰ به توان ۲۰ مرتبه کمتر از الکلهای قابل مقایسه میباشد). برای جدا کردن پروتون از آمینها نیاز به بازهای بسیار قوی مانند آلکیل لیتیم میباشد. روش دیگر برای تهیه یون آمید، واکنش آمین با فلزهای قلیایی است. فلزهای قلیایی در آمینها حل شده و گاز هیدروژن آزاد میکنند (گرچه با سرعت نسبتاًکم). در این واکنش نمک آمین ایجاد میگردد. برای مثال، سدیم آمید را میتوان از واکنش فلز سدیم با آمونیاک مایع و در حضور مقدار کاتالیستی (باعث سهولت انتقال الکترون به آمین میشود)، تهیه کرد. در غیاب این کاتالیست، سدیم به آسانی در آمونیاک حل شده و محلول کاهش دهنده قوی حاصل میگردد. از طرف دیگر، جفت الکترون آزاد برای پروتوندار شدن مناسبتر است و لذا آمینها بازهای بهتری هستند. آمینها بازهای ضعیفی هستند، اما به عنوان یک طبقه، آمینهادر بین مولکولهای خنثی قویترین بازها هستند و در محلول آبی، به میزان کمی از آب پروتون میگیرند و یونهای آمونیوم و هیدروکسید ایجاد میکنند. از اینرو آمینها، بازهای قویتری نسبت به الکلها هستند ولی قدرت بازی آنها از آلکوکسیدها کمتر است. ثابت تعادل برای یک آمین نوع اول به شکل زیر خواهد بود. باید توجه کرد که قرار گرفتن گروههای الکترونکشنده بر روی آمینها با عث کاهش قدر ت بازی آنها میشود. بهطور مثال نیتروآنیلین از آنیلین باز به مراتب ضعیفتری است.
واکنش با اسیدها:
از واکنش اسیدها با ترکیبهای آمینی یا آمونیاک، نمکهای آمونیوم ایجاد خواهد شد. نمکهای آمونیوم در آب محلولند.
انواع مختلف آمین :
آمینها بسته به اینکه چه تعداد اتم هیدروژن با گروههای هیدروکربنی جایگزین شده باشد، در دستهبندیهای مختلفی قرار میگیرند.
آمین نوع اول :
در «آمین نوع اول» (Primary Amine)، تنها یک هیدروژن در مولکول آمونیاک، جایگزین شده است. در نتیجه فرمول آمین نوع اول به صورت RNH2
خواهد بود که در آن R
، یک گروه آلکیل را نشان میدهد. نمونهای از آمینها را در تصویر زیر مشاهده میکنید:
نامگذاری آمینها قدری پیچیده است چراکه روشهای متفاوتی برای آن وجود دارد، به طور مثال، سادهترین آمین با فرمول CH3NH2
نامهای متفاوتی از قبیل متیل آمین، متان آمین و آمینو متان دارد. معمولترین نامی که برای ترکیب بالا ذکر میشود، متیل آمین است. برای اینکه شماره گروه −NH2
متصل به زنجیر کربنی را پیدا کنیم بهتر است به هنگام نامگذاری از عبارت آمینو استفاده کنیم. در تصویر زیر، مولکول های ۱-آمینو پروپان و ۲ـآمینو پروپان را مشاهده میکنید.
به ترتیب از چپ به راست: ۱-آمینوپروپان و ۲-آمینوپروپان
آمین نوع دوم
در «آمین نوع دوم» (Secondary Amine)، دو اتم هیدروژن در آمونیاک با گروههای هیدروکربنی جایگزین شدهاند. از جمله آمینهای معروف نوع دوم میتوان دیمتیل آمین و دیاتیل را نام برد.
به ترتیب از چپ به راست: دیمتیل آمین و دیاتیل آمین
آمین نوع سوم
در «آمین نوع سوم» (Tertiary Amine)، تمامی هیدروژنهای متصل به نیتروژن با گروههای هیدروکربنی جایگزین شدهاند. از نمونههای این آمین میتوان به تریمتیل آمین اشاره کرد که بویی همچون بوی ماهی دارد.
آمینهای حلقوی
آمینهای حلقوی از نوع آمینهای نوع دوم یا سوم هستند. نمونههایی از آمینهای حلقوی موسوم به «آزیریدین» (Aziridine) و «پیپریدین» (Piperidine) در تصویر زیر آورده شدهاند:
به ترتیب از چپ به راست: ساختار آزیدرین و پیپریدین
لازم به ذکر است که میتوان چهار گروه متصل به نیتروژن را هم مشاهده کرد. این مواد در دستهبندی آمینها قرار نمیگیرند و موسوم به «کاتیون آمونیوم نوع چهارم» (Quaternary Ammonium Cations) هستند.
ساختار کاتیون آمونیوم نوع چهارم
خواص فیزیکی آمینها
پیوندهای هیدروژنی به طور قابل توجهی بر خواص آمینهای نوع اول و دوم تاثیرگذار است. به طور مثال، متیلآمین و اتیلآمین در شرایط استاندارد به شکل گاز وجود دارند اما متانول و اتانول در این شرایط مایع هستند. در نتیجه، نقطه جوش آمینها از فسفینهای متناظر با خود بیشتر و از الکلها کمتر است. آمینها بویی شبیه به آمونیاک و آمینهای مایع بویی همانند بوی ماهی دارند. اتم نیتروژن دارای یک جفتالکترون ناپیوندی است که میتواند با H+
پیوند و یون آمونیوم به شکل R3NH+
تشکیل دهد.
آمینها همچنین در آب حلالپذیراند. این حلالپذیری با افزایش تعداد اتم کربن کاهش پیدا میکند چراکه خاصیت آبگریزی آن با افزایش تعداد اتم کربن افزایش مییابد. آمینهایی که به یک زنجیر آلکیلی متصل و موسوم به آمینهای آلیفاتیکی هستند، در حلالهای آلیِ قطبی حل میشوند. در آمینهای آروماتیک، جفتالکترونهای ناپیوندی به حلقه بنزنی داده میشوند و قابلیت آنها برای شرکت در پیوندهای هیدروژنی کاهش مییابد. در نتیجه این امر، حلالپذیری آن در آب کاهش پیدا میکند و نقطه جوش بالایی نیز دارند.
خواص اسیدی و بازی آمینها
آمینهایی که به شکل NHRR′
و NR′R′′R′′′
هستند مولکولهایی «کایرال» (Chiral) هستند که میتوانند شرایط وارونگی را نیز تجربه کنند. آمینها خاصیتی بازی دارند و این خاصیت با گروههایی که جایگزین هیدروژن میشوند متناسب هستند به طوریکه گروههای آلکیلی موجب تقویت خاصیت بازی و گروههای آریل، سبب تضعیف این خاصیت میشوند.
علاوه بر این، اثر گروههایی آلکیلی، افزایش انرژی جفتالکترون ناپیوندی و به تبع آن افزایش خاصیت بازی را به همراه دارد. در نتیجه، انتظار میرود که خاصیت بازی یک آمین با افزایش تعداد گروههای آلکیلی افزایش پیدا کند. در مقابل، همانطور که در بالا اشاره شد، حلقههای آروماتیک، جفتالکترونهای ناپیوندی را از نیتروژن به سمت حلقه بنزنی انتقال میدهند که موجب کاهش خاصیت بازی خواهد بود. به طور کلی، آمینها در مقایسه با هیدروکسید فلزات قلیایی، بازهای ضعیفتری هستند.
سنتز آمینها :
آمینها با روشهای متعددی اعم از «آلکیلدار کردن» (Alkyaltion) و فرآیندهای کاهشی تولید میشوند.
آلکیلدار کردن :
بسیاری از آمینها با روش صنعتی آلکیلدار کردن (آلکیلاسیون) الکلها به تولید میرسند:
ROH+NH3→RNH2+H2O
بر خلاف واکنش آمینها با آلکیل هالیدها، روش صنعتی بالا خطرات زیستمحیطی ندارد چراکه فرآورده جانبی این واکنش آب است. واکنش آمین و آمونیاک با آلکیل هالیدها به منظور سنتز در آزمایشگاه بکار میرود:
RX+2R′NH2→RR′NH+[RR′NH2]X
این نوع از واکنشها که برای آلکیل یدیدها و برمیدها مناسب هستند، به دلیل کنترل دشوار درجه آلکیلدار شدن، کمتر بکار گرفته میشوند.
واکنشهای کاهشی :
در حضور کاتالیزور نیکل، نیتریلها طی فرآیند هیدروژناسیون به آمین کاهش پیدا میکنند. این نوع از واکنشها به نوع اسیدی یا بازی بودن شرایط، حساس هستند. به طور معمول از «لیتیوم آلومینیوم هیدرید» (LiALH4)
برای کاهش نیتریلها در مقیاس آزمایشگاهی استفاده میشود.
به طور مشابه میتوان با استفاده از (LiALH4)
، آمیدها را به آمین کاهش داد. بسیاری از آمینها توسط «آمیناسیون کاهشی» (Reductive Amination) آلدهیدها و کتونها به تولید میرسند. لازم به ذکر است که آنیلین با فرمول C6H5NH2
و همینطور مشتقات آن توسط کاهش «نیتروآروماتیکها» (Nitroaromatics) تولید میشوند. در صنعت از هیدروژن به عنوان کاهنده قوی استفاده میشود اما برای این دسته از واکنشها در آزمایشگاه از قلع و آهن استفاده میکنند.
واکنشها :
در ادامه به توضیح واکنشهایی که آمینها در آن شرکت میکنند خواهیم پرداخت:
آلکیلدار کردن، آسیلاسیون و سولفوندار کردن :
جدای خاصیت بازی، علت اصلی واکنشپذیری آمینها، هستهدوست بودن آنها است. بیشتر آمینهای نوع اول، لیگاندهای خوبی برای یونهای فلزی و تشکیل کمپلکسهای کوئوردینانسی هستند. همانطور که گفته شد، آمینها توسط آلکیلهالیدها در واکنشهای آلکیلدارشدن شرکت میکنند. اسید کلرید و اسیدانیدریدها در واکنشی با نام «شاتن-بومان» (Schotten–Baumann Reaction) با آمینهای نوع اول و دوم واکنش میدهند:
از آنجایی که آمینها خاصیتی بازی دارند، اسیدها را در واکنشهای خنثیسازی دخیل میکنند و آنها را به نمکهای آمونیوم متناظرشان تبدیل میکنند. نمکهایی که از کربوکسیلیک اسید و آمین نوع اول و دوم بدست میآیند، با استفاده از حرارت دادن و آبگیری، به آمید متناظر با خود تبدیل میشوند:
دیآزو شدن :
آمینها در واکنش با نیترو اسید، «نمکهای دیآزونیوم» (Diazonium Salt) تولید میکنند، این نمکها اهمیت کمی دارند چراکه بسیار ناپایداراند. مهمترین آنها، مشتقات آمینهای آروماتیک همچون آنیلین هستند. در رابطه زیر، حرف A
بیانگر یک آریل یا نفتیل است:
ANH2+HNO2+HX⟶AN+2+X–+2H2O
آنیلینها و «نفتیلآمینها» (Naphthylamines) نمکهای دیآزونیوم پایدارتری تولید میکنند. این نمکها در واکنشهای جانشینی (تبادلی) متنوعی شرکت میکنند که شامل جایگزینی گروه نیتروژن (N2)
با آنیونها هستند. به طور مثال، «مس (I) سیانید» (Cuprous Cyanide) طی واکنش زیر موجب تولید نیتریل میشود:
AN+2+Y–⟶AY+N2
تبدیل شدن به ایمین :
تشکیل ایمین واکنش حائز اهمیتی است. آمینهای نوع اول با کتونها و آلدهیدها برای تشکیل ایمین وارد واکنش میشوند:
RNH2+R′2C=O→R′2C=NR+H2O
کاهش این ایمینها موجب تولید آمینهای نوع دوم خواهد بود:
R′2C=NR+H2→R′2CH–NHR
به طور مشابه، آمینهای نوع دوم با کتونها و آلدهیدها وارد واکنش میشوند و «انامین» (Enamin) تولید میکنند:
R2NH+R′(R′′CH2)C=O→R′′CH=C(NR2)R′+H2O
فعالیت بیولوژیکی آمین :
آمینها حضوری پر رنگ در بیولوژی دارند. شکسته شدن آمینو اسیدها موجب آزادسازی آمین میشود. نمونهای از آن را میتوان در فرآیند فاسد شدن ماهی مشاهده کرد که بوی متساعد از آن، بوی تریمتیلآمین است. بسیاری از پیامرسانهای عصبی همچون آدرنالین، نوراپینفرین، دوپامین، سروتونین و هیستامین، همگی آمین هستند. گروههای آمینی «پروتوندهی شده» (Protonated) که به صورت −NH+3
نمایش داده میشوند، از مهمترین بخشهای با بار مثبت در پروتئینها هستند. پلیمر یونی DNA به طور معمول با پروتئینهای آمینه تشکیل پیوند میدهد.
کاربردهای آمینها :
از آمینها در رنگها، داروها و فرآوری گاز استفاده میشود که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت:
رنگ :
آمینهای آروماتیک نوع اول جهت تولید «رنگهای آزو» (Azo Dyes) بکار گرفته میشوند. این مواد با نیترو اسید واکنش و نمکهای دیآزونیوم را تشکیل میدهند. این نمکها در نهایت در واکنشهای جفتشدن شرکت میکنند و «ترکیبات آزو» (Azo Compounds) را بوجود میآورند. از آنجایی که ترکیبات آزو رنگی هستند، به طور گسترده در صنایع رنگرزی مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از این ترکیبات عبارتند از:
- متیل اورانژ
- رنگ قهوهای 138
- «سانست یلو اف سی اف» (Sunset yellow FCF)
- «پونسو» (Ponceau)
متیلاورانژ و ساختار آن
داروها :
بسیاری از داروها به منظور مداخله در عملکرد پیامرسانهای عصبی یا تقلید از آنها طراحی میشوند که برخی از آنها در زیر آورده شدهاند:
- کلرفنامین، نوعی آنتی هیستامین است که در صورت بروز اختلالات آلرژیک ناشی از سرماخوردگی، تب، حساسیت پوستی و نیش حشرات تجویز میشود.
- افدرین و «فنیل افرین» (Phenylephrine) به عنوان ضد احتقان بکار میروند.
- برخی از مسکنها همچون مورفین و کدئین از جمله آمینهای نوع سوم هستند.
فرآوری گاز :
از مواد زیر به طور صنعتی برای حذف دیاکسید کربن و «سولفید هیدروژن» (H2S)
از گاز طبیعی استفاده میکنند:
- اتانولآمین MEA
- دیگلایگولآمین (DGA)
- دیاتانول آمین (DEA)
- دیایزوپروپانول آمین (DIPA)
- متیل دیاتانول آمین (MDEA)
تحقیق درباره آمین ها
منبع: سایت انشاء باز