VIII. Амины.

Аминами называют органические соединения, содержащие в своей структуре аминогруппу.

Амины можно рассматривать как производные аммиака, у которого один, два или все атомы водорода замещены на органические радикалы.

В зависимости от числа замещенных атомов водорода различают первичные, вторичные и третичные амины.

Радикалы могут быть алифатическими или ароматическими, поэтому амины подразделяют на алифатические, ароматические и смешанные.

В некоторых вторичных или третичных аминах атом азота может быть частью кольца (гетероцикла):

Неподеленная электронная пара на атоме азота определяет химические свойства аминов. Они обладают основными свойствами и являются нуклеофильными соединениями.

Неподеленная электронная пара придает аминам характер оснований Льюиса и обусловливает протонирование 1⁰, 2⁰, 3⁰ аминов до ионов аммония:

Вследствие положительного индуктивного эффекта алкильных групп основность алифатических аминов выше, чем у аммиака. Вторичные амины являются более сильными основаниями, чем первичные, однако, третичные алифатические амины обладают меньшей основностью по сравнению с первичными или вторичными алифатическими аминами.

Это объясняется тем, что возможность сольватации и протонирования третичных алифатических аминов затрудняется стерическими препятствиями, создаваемыми тремя заместителями.

Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем алифатические амины и аммиак из-за отрицательного мезомерного эффекта фенильного радикала.

Основность в ряду 1⁰, 2⁰, 3⁰ ароматических аминов уменьшается, и третичный ароматический амин практически не обладает основными свойствами.

Замещение электронодонорными группами (-OH, -OCH₃, -NR₂, -CH₃ ) в орто- и параположениях увеличивает основность ароматических аминов и, наоборот, замещение электроноакцепторными группами (-NO₂, -COOH, -CN, -CHO, -COR, -F, -Cl, -Br, -I) снижает основность, так как они уменьшают электронную плотность в ядре и на атоме азота.

1. Водные растворы аминов являются основными, что может быть подтверждено с помощью индикаторов или потенциометрически.

Если амины не растворимы в воде, то прибавляют этанол или метанол для улучшения растворимости. Водные растворы третичных алифатических аминов менее основны, чем растворы первичных или вторичных алкиламинов, однако, в других растворителях, таких как хлорбензол, где образование водородных связей невозможно, основные свойства алифатических аминов согласуются со степенью алкилирования.

2. Амины взаимодействуют с разбавленными минеральными кислотами с образованием солей замещенного аммония. Практически все первичные, вторичные и третичные амины растворяются в растворе хлороводородной кислоты, образуя водорастворимые гидрохлориды.

Диарил- и триариламины не растворяются в кислоте хлороводородной. Диариламины вступают в реакцию, но образующиеся гидрохлориды не растворяются в воде из-за больших размеров молекул. Триариламины вообще не взаимодействуют с кислотой хлороводородной, так как неподеленная электронная пара атома азота очень сильно делокализована в ароматическом ядре и недоступна для протонирования.

3. Органические кислоты, такие как пикриновая, пикролоновая, 3,5-динитробензойная, также образуют соли со многими первичными, вторичными и третичными аминами, которые характеризуются определенной температурой плавления.

4. Амины способны к реакциям комплексообразования. Они образуют комплексные соединения с так называемыми общеалкалоидными реактивами (Драгендорфа, Бушарда, Вагнера, Майера и т.д.), что используется для анализа многих лекарственных средств, являющихся органическими основаниями.

5. Первичные и вторичные амины могут быть идентифицированы по реакциям ацилирования, арилирования и алкилирования.

А. При взаимодействии с хлорангидридами или ангидридами кислот образуются амиды, обычно имеющие определенную температуру плавления.

Для этих целей наиболее часто применяют уксусный ангидрид, ацетилхлорид, бензоилхлорид, 4-нитробензоилхлорид, 3,5-динитробензоилхлорид.

Б. Для арилирования аминов наиболее часто применяются 1-хлоро-2,4-динитробензол или 1-фторо-2,4-динитробензол ( реактив Сенгера). Например, альфа-аминокислоты образуют с 2,4-динитрофторбензолом окрашенные в желтый цвет динитрофенильные производные.

В. Реакции алкилирования осуществляются посредством взаимодействия с бензилхлоридом или 4-нитробензилхлоридом.

Образующиеся производные обычно имеют характерную температуру плавления.

6. Первичные и вторичные амины конденсируются с альдегидами и кетонами, а также с гетероаналогами карбонильных соединений.

А. Первичные амины образуют основания Шиффа с альдегидами и кетонами. Наиболее часто применяется реакция конденсации первичных ароматических аминов с пара-диметиламинобензальдегидом в кислой среде.

Б. Первичные амины с общей формулой R-CH₂-NH₂ и RR'CH-NH₂ взаимодействуют с нингидрином с образованием окрашенного продукта, называемого в литературе пурпурный Руэманна (Ruhemann's рurрle). Эта реакция имеет особенно важное значение для определения аминокислот.

Образуется синее или сине-фиолетовое окрашивание.

В. Первичные амины и аминокислоты могут быть идентифицированы по образованию флюоресцирующих пирролидонов при взаимодействии с флюоресцамином (флюрам).

Г. Первичные алифатические амины взаимодействуют с 2,5-диметокситетрагидрофураном (или 2,5-диэтокситетрагидрофураном) и п - диметиламинобензальдегидом с образованием окрашенных цианинов.

2,5-диметокситетрагидрофуран как двойной ацеталь легко гидролизуется в кислой среде до сукцинилдиальдегида , который конденсируется с первичными аминами с образованием производного пиррола. Данный продукт реагирует с п-диметиламинобензальдегидом , образуя окрашенный катион.

Д. Проба Фолина. Реактив Фолина (1,2-нафтохинон-4-сульфонат натрий и натрия карбонат) используется для обнаружения первичных и вторичных аминов. Первичные алифатические амины, у которых аминогруппа присоединена к третичному атому углерода, вторичные алифатические и ароматические амины присоединяются к реактиву Фолина с отщеплением гидросульфит-иона. При этом образуются окрашенные в желтый цвет хинонимины.

Для первичных алифатических аминов, содержащих, по крайней мере, один атом водорода на альфа-углеродном атоме, такой продукт является вторичным. Сначала они конденсируются с карбонильной группой в положении 2 с образованием основания Шиффа (I), которое путем таутомерных превращений переходит в новое основание Шиффа (II).

Последнее гидролизуется до первичного амина, который спонтанно реагирует с избытком основания Шиффа I по обычному пути с выделением гидросульфит-иона. Образуется краситель фиолетового цвета.

7. Для отличия первичных, вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов используют тест с азотистой кислотой.

Первичные алифатические амины реагируют с азотистой кислотой с выделением свободного азота.

Реакция более сложная, чем представлено схемой, так как в зависимости от радикала может образоваться смесь изомерных спиртов, алкенов и алкилхлоридов.

Первичные ароматические амины образуют с азотистой кислотой относительно стабильные ионы диазония. Этот процесс называется диазотированием.

Реакцию проводят при охлаждении.

Соли диазония сочетаются с высокоактивированными ароматическими соединениями (фенолами в щелочной среде, аминами в нейтральной или кислой среде) с образованием азокрасителей оранжевого, красного или вишневого цветов.

Вторичные алифатические и ароматические амины при взаимодействии с азотистой кислотой образуют N-нитрозоамины, которые обычно являются окрашенными в желтый или оранжевый цвет жидкостями и осадками.

Третичные алифатические и ароматические амины реагируют с азотистой кислотой с образованием нитрозоаминов. В случае алифатических аминов нитрозо-группа вытесняет один из алкильных заместителей, который превращается в соответствующий альдегид или кетон. Для ароматических аминов характерно электрофильное замещение ароматического кольца по пара-положению. Если оно занято, замещается стерически менее выгодное орто-положение.

8. Тест Гинзберга (Hinsberg) также позволяет различать первичные, вторичные и третичные амины. Он основан на взаимодействии аминов с бензолсульфонил хлоридом и на определении растворимости или нерастворимости образующегося продукта в растворе натрия гидроксида и кислоте хлороводородной.

Первичные амины реагируют с бензолсульфонил хлоридом с образованием бензолсульфонамида, который растворим в растворе натрия гидроксида, но не растворим в кислоте.

Вторичные амины образуют бензолсульфонамиды вторичных аминов. Они нерастворимы в щелочи, так как не имеют слабо кислотного атома водорода на азоте, а также нерастворимы в кислоте.

Третичные амины не взаимодействуют с бензолсульфонил хлоридом.

9. Ароматические амины вступают в реакции электрофильного замещения при наличии свободных пара- или (и) орто-положений.

10. Ароматические амины легко окисляются. При действии различных окислителей (калия дихромат, калия перманганат, хлорамин, перекись водорода и др. ) в зависимости от условий получаются различные продукты, из которых наиболее известны хиноны и их производные.

Например, при окислении п-аминофенола калия дихроматом в кислой среде образуется индофеноловый краситель:

11. Третичные алифатические амины взаимодействуют с лимонной кислотой и уксусным ангидридом, образуя красители от красного до синего цвета. Предполагают, что лимонная кислота реагирует с уксусным ангидридом с образованием гамма-ангидрида ацетиллимонной кислоты, который дает окрашенное соединение с амином.