Aminas: estrutura, propriedades, tipos, usos, exemplos

As aminas são compostos orgânicos derivados a partir de amoníaco. Eles produzem ligações covalentes entre carbono e nitrogênio. Naturalmente, a molécula de nitrogênio é cineticamente inerte; mas, graças à fixação biológica, é transformada em amônia, que por sua vez sofre reações de alquilação subsequentes.

Quando a amônia é “alquilada”, ela substitui um, dois ou três de seus três hidrogênios por átomos de carbono. Estes carbonos podem muito bem provir de um grupo alquil (R) ou aril (Ar). Assim, existem aminas alifáticas (lineares ou ramificadas) e aromáticas.

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Fórmula geral para uma amina. Fonte: MaChe [domínio público], do Wikimedia Commons.

Acima está a fórmula geral para aminas alifáticas. Esta fórmula pode ser usada para aminas aromáticas, considerando que R também pode ser um grupo aril Ar. Observe a semelhança entre amina e amônia, NH 3 . Praticamente, um H foi substituído por uma corrente lateral R.

Se R consiste em cadeias alifáticas, existe o que é conhecido como alquilamina; enquanto que se R é de natureza aromática, uma arilamina. As arilaminas, o mais importante de tudo é alanina: um grupo amino, -NH 2 , ligado ao o anel de benzeno.

Quando existem grupos oxigenados em uma estrutura molecular, como OH e COOH, o composto deixa de ser chamado de amina. Nesse caso, a amina é considerada um substituinte: o grupo amino. Por exemplo, isso ocorre em aminoácidos, como em outras biomoléculas de enorme importância para a vida.

Como o nitrogênio foi encontrado em muitos dos compostos essenciais para a vida, eles foram considerados aminas vitais; isto é, ‘vitaminas’. No entanto, muitas das vitaminas nem são aminas e, além disso, nem todas são vitais para a vida. No entanto, isso não nega sua grande importância nos organismos vivos.

Aminas são bases orgânicas mais fortes que a própria amônia. Eles são facilmente removíveis da matéria vegetal e geralmente têm fortes interações com a matriz neuronal dos organismos; portanto, muitas drogas e drogas consistem em aminas com estruturas e substituintes complexos.

Estrutura

Qual é a sua estrutura? Embora varie de acordo com a natureza de R, o ambiente eletrônico do átomo de nitrogênio é o mesmo para todos eles: tetraédrico. Mas, tendo um par de elétrons não compartilhados no átomo de nitrogênio (··), a geometria molecular se torna piramidal. O mesmo ocorre com amônia e aminas.

As aminas podem ser representadas com um tetraedro, como é o caso dos compostos de carbono. Assim, NH 3 e CH 4 são desenhados como tetraedros, onde o par (··) situa-se num vértice acima do azoto.

Ambas as moléculas são aquirales; no entanto, começa a exibir quiralidade como sua H são substituídas por R. A amina R 2 NH é aquiral, se ambos os R são diferentes. No entanto, falta uma configuração para diferenciar um enantiômero de outro (como é o caso dos centros de carbono quiral).

Isso ocorre porque os enantiômeros:

R 2 N-H | H-NR 2

são trocados a uma velocidade tal que nenhum dos dois pode ser isolado; e, portanto, as estruturas das aminas são consideradas aquirais, mesmo que todos os substituintes no átomo de nitrogênio sejam diferentes.

Propriedades das aminas

Polaridade

Aminas são compostos polares, como o grupo amino NH 2 , tendo um átomo de azoto electronegativo contribui para o momento dipolar da molécula. Observe que o nitrogênio tem a capacidade de doar pontes de hidrogênio , o que faz com que as aminas geralmente tenham altos pontos de ebulição e fusão.

No entanto, quando essa propriedade é comparada com a de compostos oxigenados, como álcoois e ácidos carboxílicos, eles têm magnitudes menores.

Por exemplo, o ponto de ebulição etilamina, CH 3 CH 2 NH 2 (16,6 ° C) menor do que o etanol, CH 3 CH 2 OH (78 ° C).

Assim, é mostrado que as pontes de hidrogênio OH são mais fortes que as do NH, mesmo quando uma amina pode formar mais de uma ponte. Essa comparação é válida apenas se R tiver o mesmo peso molecular para os dois compostos (CH 3 CH 2 -). Por outro lado, o etano ferve a -89 ° C, CH 3 CH 3 , sendo um gás à temperatura ambiente.

Como uma amina tem menos hidrogênio, forma menos ligações de hidrogênio e seu ponto de ebulição é reduzido. Isto é observado se o ponto de ebulição em comparação dimetilamina, (CH 3 ) 2 NH (7 ° C) com etilamina (16,6 ° C).

Características físicas

No mundo da química, quando se fala de uma amina, surge o ato involuntário de cobrir o nariz. Isso ocorre porque, em geral, eles geralmente têm odores desagradáveis, alguns dos quais se assemelham a peixes podres.

Além disso, as aminas líquidas geralmente têm tons amarelados, o que aumenta a desconfiança visual que geram.

Solubilidade em água

Aminas tendem a ser insolúveis em água porque, apesar de ser capaz de formar ligações de hidrogénio com H 2 O, a sua componente principal é orgânico hidrofóbico. Quanto mais volumosos ou mais longos os grupos R, menor a solubilidade em água.

Quando existe um ácido no meio, no entanto, a solubilidade é aumentada pela formação do que é conhecido como sais de amina. Neles, o nitrogênio tem uma carga parcial positiva, que atrai eletrostaticamente o ânion ou a base conjugada do ácido.

Por exemplo, em uma solução diluída de HCl, a amina RNH 2 reage da seguinte maneira:

RNH 2 + HCl => RNH 3 + Cl (sal de amina primária)

O RNH 2 era insolúvel (ou pouco solúvel) em água e, na presença do ácido, forma um sal, cuja solvatação de seus íons favorece sua solubilidade.

Por que isso acontece? A resposta está em uma das principais propriedades das aminas: elas são polares e básicas. Sendo básicos, eles reagirão com ácidos fortes o suficiente para protoná-los, de acordo com a definição de Brönsted-Lowry.

Basicity

Aminas são bases orgânicas mais fortes que a amônia. Quanto maior a densidade eletrônica ao redor do átomo de nitrogênio, mais básico ele será; isto é, desprotinará mais rapidamente os ácidos do meio. Se a amina é muito básica, pode até arrancar o próton dos álcoois.

Os grupos R fornecem densidade eletrônica ao nitrogênio por efeito indutivo; desde então, não devemos esquecer que é um dos átomos mais eletronegativos existentes. Se esses grupos forem muito longos ou volumosos, o efeito indutivo será maior, o que também aumentará a região negativa ao redor do par de elétrons (··).

Isso faz com que (··) aceite o íon H + mais rapidamente . No entanto, se R for muito volumoso, a basicidade diminui pelo efeito estérico. Porque Pela simples razão de que o H + deve atravessar uma configuração de átomos antes de atingir o nitrogênio.

Outra maneira de raciocinar sobre a basicidade de uma amina é estabilizando seu sal de amina. Agora, aquele que diminui por efeito indutivo pode diminuir a carga positiva N + , será uma amina mais básica. As razões são as mesmas que acabamos de explicar.

Alquilaminas vs arilaminas

As alquilaminas são muito mais básicas que as arilaminas. Porque Para entender de maneira simples, é mostrada a estrutura da anilina:

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Molécula de anilina. Fonte: Calvero [Domínio público], via Wikimedia Commons

Acima, no grupo amino, está o par de elétrons (··). Este par “viaja” dentro do anel nas posições orto e para o NH 2 . Isso significa que os dois cantos superiores e o oposto NH 2 são carregados negativamente, enquanto que o átomo de azoto, positivamente.

Quando o nitrogênio é carregado positivamente, + N, ele repele o íon H + . E se isso não bastasse, o par de elétrons é deslocalizado dentro do anel aromático, tornando-o menos acessível para desprotonar os ácidos.

A basicidade da anilina pode aumentar se grupos ou átomos que doam densidade eletrônica estiverem ligados ao anel, competindo com o par (··) e forçando-o a ter mais probabilidade de estar localizado no átomo de nitrogênio, pronto para agir como base.

Tipos (primário, secundário, terciário)

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Tipos de aminas Fonte: Jü via Wikipedia.

Embora não tenham sido formalmente submetidas, foi feita referência implícita a aminas primárias, secundárias e terciárias (imagem superior, da esquerda para a direita).

As aminas primárias (RNH 2 ) são monossubstituído; secundário (R 2 NH), está dissubstituído com dois grupos alquilo ou arilo, R; e terciária (R 3 N), que são tri-substituído, e não hidrogénio.

Todas as aminas existentes são derivadas desses três tipos, portanto sua diversidade e interações com a matriz biológica e neuronal são enormes.

Em geral, pode-se esperar que as aminas terciárias sejam as mais básicas; no entanto, tal afirmação não pode ser feita sem conhecer as estruturas de R.

Treinamento

Alquilação de amônia

A princípio, foi mencionado que as aminas são derivadas da amônia; portanto, a maneira mais simples de forma-los é através de sua alquilação. Para isso, um excesso de amônia é reagido com um halogeneto de alquila , seguido pela adição de uma base para neutralizar o sal de amina:

NH 3 + RX => RNH 3 + X => RNH 2

Observe que essas etapas levam a uma amina primária. Também podem ser formadas aminas secundárias e até terciárias, para que o rendimento de um único produto diminua.

Alguns métodos de treinamento, como a síntese de Gabriel, permitem a obtenção de aminas primárias para que outros produtos indesejáveis ​​não sejam formados.

Além disso, cetonas e aldeídos podem ser reduzidos na presença de amônia e aminas primárias, dando origem a aminas secundárias e terciárias.

Hidrogenação catalítica

Os compostos nitro podem ser reduzidos na presença de hidrogênio e um catalisador a ser transformado em suas aminas correspondentes.

ArNO 2 => ArNH 2

Nitrilos, RC≡N, e amidas, RCONR 2 , também são reduzidos para dar as aminas primárias e terciárias, respectivamente.

Nomenclatura

Como as aminas são nomeadas? Na maioria das vezes, eles são nomeados de acordo com R, o grupo aquil ou aril. Ao nome de R, derivado de seu alcano, a palavra ‘amina’ é adicionada no final.

Assim, CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 é propilamina. Por outro lado, pode ser nomeado considerando apenas o alcano e não como um grupo R: propanamina.

A primeira maneira de nomeá-los é de longe o mais conhecido e usado.

Quando dois grupos NH 2 , o alcano é nomeado e as posições dos grupos amino estão listados. Assim, H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 chamado 1,4-butanodiamina.

Se houver grupos oxigenados, como OH, deve-se dar prioridade ao NH 2 , que se torna um substituinte. Por exemplo, HOCH 2 CH 2 CH 2 NH 2 é chamado: 3-Aminopropanol.

E com relação às aminas secundárias e terciárias, as letras N são usadas para indicar os grupos R. A cadeia mais longa permanecerá com o nome do composto. Assim, CH 3 NHCH 2 CH 3 chama-se: N-metiletilamina.

Usos

Corantes

As aminas aromáticas primárias podem servir como material de partida para a síntese de corantes azo. Inicialmente, as aminas reagem para formar sais de diazônio, que formam os compostos azo por acoplamento azóico (ou acoplamento diazóico).

Estes, devido à intensidade de sua coloração, são utilizados na indústria têxtil como material de tingimento; por exemplo: laranja metil, marrom direto 138, amarelo-sol FCF e ponceau.

Drogas e drogas

Muitos medicamentos agem com agonistas e antagonistas de amino neurotransmissores naturais. Exemplos:

– A clorofeniramina é um anti-histamínico usado no controle de processos alérgicos devido à ingestão de alguns alimentos, febre do feno, picadas de insetos, etc.

– A clorpromazina é um agente sedativo, não um indutor do sono. Alivia a ansiedade e é usado até no tratamento de alguns transtornos mentais.

-Efedrina e fenilefedrina são usadas como descongestionantes das vias aéreas.

-Amitriptalina e imipramina são aminas terciárias que são usadas no tratamento da depressão . Pela sua estrutura, os antidepressivos tricíclicos são classificados .

– Analgésicos opiáceos como morfina, codelina e heroína são aminas terciárias.

Tratamento de Gás

Várias aminas, incluindo diglicolamina (DGA) e dietanolamina (DEA), são usadas na eliminação de gases de dióxido de carbono (CO 2 ) e sulfeto de hidrogênio (H 2 S) presentes no gás natural e em refinarias

Química agrícola

As metilaminas são intermediárias na síntese de produtos químicos utilizados na agricultura como herbicidas, fungicidas, inseticidas e biocidas.

Fabricação de Resinas

Metilaminas são usadas durante a elaboração de resinas de troca iônica, utilizáveis ​​na desionização da água.

Nutrientes animais

A trimetilamina (TMA) é usada principalmente na produção de cloreto de colina, um suplemento de vitamina B usado na alimentação de galinhas, perus e porcos.

Indústria de borracha

O oleato de dimetilamina (DMA) é um emulsificante para uso na produção de borracha sintética. O DMA é usado diretamente como um modificador de polimerização na fase de vapor do butadieno e como estabilizador do látex de borracha natural em vez de amônia

Solventes

Dimetilamina (DMA) e monometilamina (MMA) são usadas para sintetizar solventes polares apróticos dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMAc) e n-metilpirrolidona (NMP).

As aplicações DMF incluem: revestimento de uretano, solvente de fio acrílico, solventes de reação e solventes de extração.

O DMAc é usado na fabricação de corantes e solventes de fios. Finalmente, o NMP é usado no refino de óleos lubrificantes, decapantes e revestimento de esmalte.

Exemplos

Cocaína

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Molécula de cocaína Fonte: NEUROtiker [Domínio público], via Wikimedia Commons

A cocaína é usado como um anestésico local, em certos tipos de cirurgia ocular, ouvido e garganta. Como você pode ver, é uma amina terciária.

Nicotina

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Molécula de nicotina Fonte: Jü [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

A nicotina é o principal agente da dependência do tabaco e é quimicamente uma amina terciária. A nicotina presente na fumaça do tabaco é absorvida rapidamente e é altamente tóxica.

Morfina

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Molécula de morfina Fonte: NEUROtiker [domínio público], do Wikimedia Commons

É um dos analgésicos mais eficazes, especialmente o câncer. É, novamente, uma amina terciária.

Serotonina

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Molécula de serotonina. Fonte: Harbin [domínio público], do Wikimedia Commons

A serotonina é um neurotransmissor amina. Em pacientes deprimidos, a concentração do principal metabólito da serotonina é diminuída. Ao contrário das outras aminas, isso é primário.

Referências

  1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Química Orgânica Aminas (10 ª edição). Wiley Plus
  2. Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill
  3. Morrison e Boyd. (1987). Quimica Organica. (Quinta edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
  4. A empresa Chemours. (2018). Metilaminas: usos e aplicações. Recuperado de: chemours.com
  5. Pesquisa de mercado sobre transparência. (sf). Aminas: fatos e usos importantes. Recuperado de: transparentmarketresearch.com
  6. Wikipedia (2019). Amina Recuperado de: en.wikipedia.org
  7. Ganong, WF (2003). Fisiologia Médica 19ª edição. Editorial O Manual Moderno.

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