Amiinid: määratlus, tüübid ja keemilised omadused

Amiinid: selgitus, primaar-, sekundar-, tertsiaar- ja kvaternaartüübid, reaktsioonid, nukleofiilsus ja roll biokeemias — kiire ülevaade amiinide keemilistest omadustest.

Amiin on molekul, millel on lämmastiku aatom, mis omab vaba elektronipaari ja võib seetõttu toimida alusena. Amiini võib mõelda lähtudes ammoniaagist (NH3): ammoniaagi kolm vesinikku on asendunud ühe või mitme orgaanilise rühmaga. Kui ainult üks vesinik on asendunud, on tegemist primaarseamiiniga (RNH2); kui kaks on asendunud, on see sekundaarneamiin (R2NH); kui kõik kolm, siis tertsiaarneamiin (R3N).

Mõnikord liidetakse lämmastikule neljas orgaaniline rühm ning tekib positiivne laenguga ühend, mida nimetatakse kvaternaarseks ammooniumkatsiooniks (R4N+). See ei ole amiin, vaid tavaliselt sool (näiteks tetrametülammoniumkloriid). Kui üks lämmastiku rühmadest on karbonüülrühm, nimetatakse ühendit amiidiks — amiidid erinevad amiinidest nii struktuuri kui keemiliste omaduste poolest.

Määratlus ja liigid

• Alifaatsed amiinid — lämmastik on seotud küllastunud süsinikuahelatega (näiteks metüülamiin, dimetüülamiin).
• Aroomaatilised amiinid — lämmastik on seotud aromaatse rõngaga (näiteks aniliin); siin võib lämmastiku lone-pair olla osaliselt delokaliseeritud, mis mõjutab basiilsust.
• Heterotsüklilised amiinid — lämmastik on osa rõngasüsteemist (püridiin, pürrool jne).

Keemilised omadused

Aminite märkimisväärne omadus on lämmastiku vaba elektronipaar, mis teeb neist:

• alused — amiinid seovad prootoneid (H+) ja moodustavad konjugeeritud happeid (amiinide aluselised soolad). Konjugaat-hapete pKa väärtused sõltuvad struktuurist: alifaatsete amiinide konjugeeritud hapud on tavaliselt pKa ≈ 9–11, aroomaatsete amiinide (näiteks aniliini) konjugeeritud happed on tunduvalt vähem happekindlad (anilinium pKa ≈ 4,6) tõttu elektronide delokaliseerumisest.
• nukleofiilid — amiinid osalevad nukleofiilsetes reaktsioonides, näiteks alküleerimisel, atsüülimisel ja nukleofiilses asenduses.
• hüdrogeen-sideme moodustamine — primaar- ja sekundaaramiinid saavad moodustada H-sidemeid, mis mõjutab lahustuvust ja keemispunkte.

Sagedased reaktsioonid ja sünteesimeetodid

• Prootonatsioon: amiin + H+ → amiinioon (RNH3+); oluline happelisuse ja aluselisuse mõistmiseks.
• Atsüülimine: amiin reageerib atsüülkloriidide või anhydriididega, moodustades amiide (see on amiinide tavaline tuunimisreaktsioon, mida kasutatakse ka kaitserühmana orgaanilises sünteesis).
• Alküleerimine: amiinid võivad reageerida alküülhalogeniididega, kuid liigne alküülimine võib anda sekundaar- ja tertsiaarseid amine või kvaternaarseid ammooniumsoolasid.
• Reduktiivne aminatsioon: süsinikülekandega (karbonaalühendilt) saadakse amiinid, oluline meetod nii laborites kui tööstuses.
• Schiff'i baaside (imiinide) moodustumine: primaarsete amiinidega reageerivad aldehüüdid/ketoonid, mille saab redutseerida amiinideks.
• Diazotatsioon (aroomeenidele): primaarsete aromaatsete amiinide reaktsioon lämmastikhappe derivaadiga annab diazoniumsooli, mis on edasiste modifikatsioonide (substitutsioon, süntees) võtmerakk.
• Gabriel'i süntees, reductive amination ja SN2-reaktsioonid on tavalised primaarsete amiinide ettevalmistusmeetodid orgaanilises keemias.

Füüsikalised omadused ja esinemine

Aminite füüsikalised omadused sõltuvad molmassiivore ja struktuurist:

• Primaar- ja sekundaaramiinid võivad vee ja teiste protogeensete lahustitega hästi seguneda tänu H-sidemetele; tertsiaarsed amiinid on sageli vähem vesilahustuvad.
• Keemispunktid: H-sidemevõime suurendab keemispunkte võrreldes sarnase molmassiivse mittetermineeruva üheühendiga.
• Paljud amiinid on iseloomuliku terava lõhnaga (eriti väiksemad alifaatsed amiinid, näiteks trimetüülamiin lõhnab kalamagina).
• Looduses esinevad amiinid: amiinirühmad on osa igast aminohappest, seega leidub neid valkudes, ensüümides ja neurotransmitterites (näiteks dopamiin, serotoniin, histamiin).

Kasutusvaldkonnad

Aminid on laialdaselt kasutatud keemia- ja tööstusvaldkondades:

• Farmaatooted ja bioaktiivsed molekulid (paljud ravimid sisaldavad amiinirühma).
• Värvained ja värvainetööstus — arüülamiinid on olulised prekursoreid.
• Pestitsiidid, plastid, vahtmaterjalid ja muud orgaanilised materjalid.
• Kvaternaarsed ammooniumsoolad on otsesed desinfitseerivad ained, pindaktiivsed ained ja faasisiirdajad (phase-transfer catalysts).

Ohutus ja keskkonnamõjud

Aminid võivad olla mürgised, söövitavad ja mõnel juhul kantserogeensed (eriti mõned aromaatsed amiinid). Näiteks mõned aniliinid ja para-substitueeritud aromaatsed amiinid on teadaolevalt tervisele kahjulikud. Töötlemisel tuleb järgida ohutusnõudeid: korralik ventilatsioon, kaitsevarustus ja nõuetekohane jäätmekäitlus. Aminite lekked võivad tekitada tugevat lõhna ja veekogude reostust, mistõttu tuleb nendega ümberkäimisel olla ettevaatlik.

Koondades: amiinid on orgaanilised ühendite hulgas mitmekülgsed ja keemiliselt aktiivsed rühmad, mille põhijõud on lämmastiku vaba elektronipaar. Need ühendid mängivad olulist rolli nii looduslikes bioloogilistes protsessides kui ka keemiatööstuse praktilistes rakendustes.

Küsimused ja vastused

K: Mis on ametiin?

K: Kuidas on amiin seotud ammoniaagiga?

K: Mis vahe on primaarsetel, sekundaarsetel ja tertsiaarsetel amiinidel?

K: Mis on kvaternaarne ammooniumkatsioon?

K: Mis on amiid?

K: Millised on amiinide kasutusalad keemias?

K: Kus leidub bioloogias amiine?

Otsing