أهمية الأمينات وخصائصها
مفهوم الأمينات وتعريفها
الأمينات هي مركبات عضوية تحتوي عادة على ذرة أو أكثر من ذرات النيتروجين، وتشبه من الناحية الهيكلية الأمونيا، حيث يمكن للنيتروجين أن يرتبط بما يصل إلى ثلاثة ذرات هيدروجين، ولكن الأمينات تمتلك خصائص إضافية تعتمد على ارتباطها بالكربون.
في الأمين ، يتم استبدال واحدة أو أكثر من ذرات الهيدروجين في الأمونيا ببدائل عضوية مثل مجموعات الألكيل (سلاسل الألكان) والأريل (الحلقة العطرية).
الخصائص العامة للأمينات
- الرابطة الهيدروجينية تؤثر بشكل كبير على خصائص الأمينات الأولية والثانوية ومشتقات البروتونات لجميع الأمينات. وبالتالي، نقطة غليان الأمينات تكون أعلى من تلك المتعلقة بالفوسفينات المقابلة (المركبات التي تحتوي على الفوسفور). ومع ذلك، فإنها عموما أقل من الكحوليات المقابلة أو الكانولات. تشبه الأمينات الكحوليات، ولكنها تتميز بوجود مجموعة -OH بدلا من NR2. ونظرا لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية من النيتروجين، فإن RO-H عادة ما تكون أكثر حموضة من مركب R2N-H ذو الصلة.
- الميثيل ، ثنائي ميثيل ، ثلاثي ميثيل ، وإيثيل أمينات هي غازات تحت ظروف قياسية ، أمينات الألكيل الأكثر شيوعًا هي السوائل ، والأمينات عالية الوزن الجزيئي هي بطبيعة الحال مواد صلبة في درجات الحرارة القياسية ، بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك الأمينات الغازية رائحة الأمونيا المميزة ، في حين أن الأمينات السائلة لها رائحة “مريبة” مميزة.
- تظهر معظم الأمينات الأليفاتية بعض قدرة الذوبان في الماء، مما يدل على قدرتها على تشكيل روابط هيدروجينية. تقل قابلية الذوبان نسبيا مع زيادة عدد ذرات الكربون في الجزيء، خاصة عندما يكون عدد ذرات الكربون أكبر من ستة. كما تظهر الأمينات الأليفاتية قدرة ذوبان كبيرة في المذيبات العضوية، وخاصة في المذيبات العضوية القطبية. أيضا، نجد أن الأمينات الأولية تتفاعل بسهولة مع مركبات الكيتون مثل الأسيتون. ومع ذلك، فإن معظم الأمينات غير قابلة للذوبان في المواد المذيبة مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون.
- تتكون الأمينات العطرية من حلقة بنزين وإلكترونات زوجية وحيدة مشتركة، مما يقلل من ميلها للانخراط في الرابطة الهيدروجينية إلى حد ما، وبالتالي فإن نقاط غليان هذه الجزيئات تكون أعلى إلى حد ما من الأمينات الأصغر الأخرى، بسبب حجمها الأكبر، كما أنها غالبا ما تكون ذوبانية متناقصة نسبيا في الماء، على الرغم من أنها لا تزال قابلة للذوبان في المذيبات العضوية الأخرى، وعادة ما يكون لدى الأمينات العطرية الرافعة سمية شديدة والقدرة على امتصاصها بسهولة عبر الجلد، لذلك يجب دائما التعامل معها بحذر.
خصائص الأمينات كقواعد أساسية
- تعمل الأمينات كقواعد وتكون قوية بشكل منطقي، مثل الأمونيا، وتختلف أساسيات الأمينات باختلاف الجزيء، وتعتمد بشكل كبير على توفر زوج وحيد من الإلكترونات من النيتروجين.
- تتميز ذرة النيتروجين للأمين النموذجي بزوج إلكترون وحيد يمكنه ربط أيون الهيدروجين (H +) من أجل تكوين أيون أمونيوم – R3NH + ، وترجع قابلية الذوبان في الماء للأمينات البسيطة إلى حد كبير إلى القدرة على الترابط الهيدروجيني الذي يمكن أن يحدث بين البروتونات على جزيئات الماء وهذه الأزواج الوحيدة من الإلكترونات.
فوائد الأمينات
- تنتشر الأمينات في الغلاف الجوي من مصادر متعددة، ولكن القليل معروف عن سلوكها في الجو، وخاصة دورها في تفكيك الغازات. في الجزء الأول من الدراسة، تم تحديد 154 نوعًا من الأمينات و 32 نوعًا من الأحماض الأمينية واليوريا كمصادر لهذه المركبات في الغلاف الجوي.
- تقدر طرق التنبؤ بنقطة الغليان وضغط بخار السائل وثابت التفكك الحمضي وقابلية ذوبان الأمينات في الماء. تستخدم لتقدير قيم ثوابت التوازن في الحالات التي لا تتوافر فيها بيانات تجريبية. يتم تجزيء الأمينات إلى ضباب مائي بشكل كبير بناء على الرقم الهيدروجيني، وهذا ينطبق بشكل كبير على الأيروسولات الحمضية. أما بالنسبة للعديد من الأمينات الشائعة، فإن الميل إلى التجزيء إلى طور الجسيم مشابه أو أكبر من الأمونيا. يتم تقديم النتائج على شكل جداول لقيم ثوابت التوازن الديناميكي الحراري، وتم دمجها أيضا في نموذج الهباء الجوي غير العضوي الممتد لتمكين تجزيء الغاز/الهباء الجوي وغيرها من العمليات الحسابية.
- من بين استخدامات الأمينات، تتم جمع البيانات الديناميكية الحرارية للأمينات التي تتحكم في تقسيم الغاز / الجسيمات، وتشمل هذه البيانات HLC وضغط البخار ومعامل النشاط وقابلية الذوبان في الماء. يتوقف تقسيم الأمينات إلى رذاذ مائي بشدة على الرقم الهيدروجيني، ويمكن تقسيم الأمينات إلى الهباء الجوي، مثل الأمونيا .
أنواع الأمينات
يمكن أن تكون الأمينات إما أولية أو ثانوية أو ثالثية ، اعتمادًا على عدد المجموعات المحتوية على الكربون المرتبطة بها إذا كانت هناك مجموعة واحدة فقط تحتوي على الكربون في الجزيء (CH3NH2) ، فإن هذا الأمين يعتبر أساسيًا ، مجموعتان تحتويان على الكربون تجعل الأمين ثانويًا ، وثلاث مجموعات تجعله من الدرجة الثالثة ، باستخدام زوج الإلكترون الوحيد من النيتروجين ، يُفضل أحيانًا استخدام النيتروجين باعتباره محبًا للنيوكليوفيل وبالتالي ربط مجموعة رابعة تحتوي على الكربون بالأمين ، في هذه الحالة ، يمكن أن يطلق عليه أيون الأمونيوم الرباعي.
بنية الأمينات وترابط ذراتها
تحتوي الأمينات الأولية والثانوية على ذرات هيدروجين مرتبطة بذرة النيتروجين، مما يجعلها قادرة على ارتباط الهيدروجين، وعلى الرغم من أنها ليست بنفس قوة جزيئات الكحول التي تحتوي على ذرات هيدروجين مرتبطة بذرة الأكسجين، والذي يمتلك أكبر قدرة على الكهرسلبية من النيتروجين، إلا أن هذه الأمينات تغلي عند درجات حرارة أعلى من الألكانات ولكن عند درجات حرارة أقل من الكحوليات ذات الكتلة المولية المماثلة.
لا تحتوي الأمينات الثلاثية على ذرة هيدروجين مرتبطة بذرة النيتروجين، وبالتالي لا يمكنها المشاركة في الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات، ولديها نقاط غليان مماثلة لتلك الخاصة بالإيثرات.
توضح الجدول التالي الخصائص الفيزيائية لبعض الأمينات والمركبات المشابهة التي تحتوي على الأوكسجين
تسمية الأمينات
يتم الحصول على الأسماء بترتيب أبجدي ، أسماء بدائل الألكيل على النيتروجين وإضافة اللاحقة أمين (على سبيل المثال ، إيثيل ميثيل أمين).
أما الأمينات في نظام IUPAC: يتم استبدال اسم الألكان بأطول سلسلة تحتوي على أمين، وتسمى الأمينات الأولية الأكثر تعقيدا بـ -NH2 بديلا للأمينو.
بالنسبة للأمينات الأولية، عندما لا تعتبر مجموعة الأمين الخاصة هي الخاصية الرئيسية، يستخدم البادئة `amino-`، على سبيل المثال، حمض 4-أمينوبنزويك، حيث يعتبر حمض الكربوكسيل هو الخاصية الرئيسية. وعلاوة على ذلك، يستخدم اللاحقة `-amine` مع اسم هجين أصلي أو اسم بديل لمجموعة R، مثال على ذلك إيثانامين أو إيثيلامين. وبدلا من ذلك، يمكن إضافة اللاحقة `-azane` إلى الاسم البديل لمجموعة R، مثال على ذلك بروبيلازا.
بالنسبة للأمينات الثانوية والثالثية والرباعية، فإن اصطلاحات التسمية مختلفة إلى حد ما، ولكن اللواحق هي نفسها.
بالنسبة للأمينات المتماثلة، يتم استخدام البادئة `di` أو `tri` اعتمادًا على عدد البدائل الموجودة، فمثلاً ديبروبيل أمين هو أمين ثانوي، وثلاثي فينيل أمين هو أمين ثلاثي.
أما بالنسبة للأمينات غير المتماثلة ، تحصل السلسلة الأم على لاحقة “أمين”, ثم يبدأ هذا الاسم بـ “N-” للإشارة إلى رابطة النيتروجين واسم المجموعة البديلة ، لكل بديل ، باستخدام الترتيب الأبجدي للأميدات من الدرجة الثالثة ، على سبيل المثال ، N-ethyl-N-methyl-propylamine ، وليس N-methyl-N-ethyl-propylamine.
لنلخص:
- كبادئة: “amino-“
- كلاحقة: “-امين”
تُظهر البادئة “N-” استبدال ذرة النيتروجين في الأمينات الثانوية والثالثية والرباعية.
أسماء منهجية لبعض الأمينات الشائعة
- الأمينات الأولية: إيثانامين أو إيثيل أمين.
- الأمينات الثانوية: ثنائي ميثيل أمين
- الأمينات الثلاثية: ثلاثي ميثيل أمين