2.3. Методы получения аминов

2.3.1. Алкилирование аммиака и аминов

Аммиак взаимодействуют с алкилгалогенидами RX с образованием на первой стадии соли алкиламмония, которая с избытком аммиака дает алкиламин. Алкиламин, будучи более сильным нуклеофилом, чем аммиак, далее вступает в реакцию алкилгалогенидом с образованием продукта диалкилирования. Таким образом образуется смесь моно-, ди-, триалкиламинов и четвертичной аммониевой соли (Рис. 41):

Рис. 41. Реакции с алкилгалогенидом

Спирты алкилируют аммиак и амины в присутствии катализаторов дегидратации (Al₂O₃, SiO₂) при 300-500⁰C. В этом случае также образуется смесь продуктов алкилирования (Рис. 42) [10]:

Рис. 42. Алкилирование аммиака и аминов спиртами

2.3.2. Восстановление азотсодержащих органических соединений

Нитросоединения могут быть восстановлены до первичных аминов. Реакция используется в основном для получения первичных ароматических аминов из доступных нитроаренов:

ArNO₂ ArNH₂ (15)

В качестве восстановителей используют водород в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd), металл (Fe, Zn, Sn) и кислоту, соли металлов в низших степенях окисления (SnCl₂, TiCl₃).

Нитрилы при восстановлении также дают первичные амины (Рис. 43):

RCN  RCH₂NH₂

[H]: H₂/Ni; LiAlH₄

Рис. 43. Восстановление нитрилов

Амиды карбоновых кислот восстанавливаются до аминов комплексными гидридами металлов. Из соответствующих амидов могут быть получены первичные, вторичные и третичные амины (Рис. 44):

Рис. 44. Восстановление амидов карбоновых кислот

Восстановительное аминирование альдегидов и кетонов (Рис. 45) [3]:

Рис. 45. Восстановительное аминирование альдегидов и кетонов

2.3.3. Перегруппировка Гофмана

RCONH₂ + Br₂ + 2NaOH → RNH₂ + 2NaBr + CO₂ + H₂O (16)

Используется для получения первичных аминов [2].

2.4. Биологически активные амины и их производные

Биологическую активность проявляют гетерофункциональные соединения, содержащие аминогруппу – аминокарбоновые кислоты, аминоспирты, аминофенолы, аминосульфокислоты.

К ним можно отнести гормоны надпочечников (норадреналин, адреналин), щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин), а также медиаторы ЦНС (ацетилхолин, ГАМК и др.), медиатор воспаления (гистамин) и другие соединения.

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению карбоксильной группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и др. Продуктами реакции являются СО₂ и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины) (Рис. 46):

Рис. 46. Реакция получения биогенных аминов

Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных - пиридоксальфосфат. Некоторые декарбоксилазы микроорганизмов могут содержать вместо ПФ остаток пирувата - гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза Е. coli и др. Механизм реакции напоминает реакцию трансаминирования с участием пиридоксальфосфата и также осуществляется путём формирования Шиффова основания и аминокислоты на первой стадии.

Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными веществами. Они выполняют функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин и др.).

Этаноламин (коламин) HOCH₂CH₂NH₂ является структурным компонентом сложных липидов. В организме образуется при декарбоксилировании аминокислоты серина [9].

Холин HOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂ – гидроокись 2-оксиэтилтриметиламмония. Относят к витаминам группы В, хотя животные и микроорганизмы способны его синтезировать. Холин входит в состав фосфолипидов (например, лецитина, сфингомиелина), служит источником метильных групп в синтезе метионина. Из холина в организме животных синтезируется ацетилхолин — один из важнейших химических передатчиков нервных импульсов. Холин является т.н. липотропным веществом — предотвращает тяжёлые заболевания печени, возникающие при её жировом перерождении.

Холин - в медицине для лечения заболеваний печени применяют хлорид холина. Его вводят также в состав комбикормов сельскохозяйственным животных. Для аналитических целей используют способность холина давать плохо растворимые соли с фосфорновольфрамовой, платинохлористоводородной и некоторыми др. гетерополикислотами.

Ацетилхолин CH₃COOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂ - посредник при передаче нервных импульсов (нейромедиатор). Накопление ацетилхолина в организме приводит к непрерывной передаче нервных импульсов и сокращению мускульной ткани. На этом основано действие нервнопаралитических ядов (зарин,табун), которые ингибируют действие фермента ацетилхолинэстеразы, катализирующего расщепление ацетилхолина.

Катехоламины – дофамин, норадреналин, адреналин – биогенные амины, продукты метаболизма аминокислоты фенилаланина (Рис. 47):

Рис. 47. Формулы катехоламинов

Дофамин обладает рядом физиологических свойств, характерных для адренергических веществ.

Дофамин вызывает повышение сопротивления периферических сосудов (менее сильное, чем под влиянием норадреналина). Он повышает систолическое артериальное давление в результате стимуляции α-адренорецепторов. Также дофамин увеличивает силу сердечных сокращений в результате стимуляции β-адренорецепторов. Увеличивается сердечный выброс. Частота сердечных сокращений увеличивается, но не так сильно, как под влиянием адреналина.

Потребность миокарда в кислороде под влиянием дофамина повышается, однако в результате увеличения коронарного кровотока обеспечивается повышенная доставка кислорода.

В результате специфического связывания с дофаминовыми рецепторами почек дофамин уменьшает сопротивление почечных сосудов, увеличивает в них кровоток и почечную фильтрацию. Наряду с этим повышается натрийурез. Происходит также расширение мезентериальных сосудов. Этим действием на почечные и мезентериальные сосуды дофамин отличается от других катехоламинов (норадреналина, адреналина и др.). Однако в больших концентрациях дофамин может вызывать сужение почечных сосудов.

Дофамин ингибирует также синтез альдостерона в коре надпочечников, понижает секрецию ренина почками, повышает секрецию простагландинов тканью почек.

Основной физиологический эффект мелатонина заключается в торможении секреции гонадотропинов. Кроме того, снижается, но в меньшей степени, секреция других тропных гормонов передней доли гипофиза — кортикотропина, тиротропина, соматотропина.

Секреция мелатонина подчинена суточному ритму, определяющему, в свою очередь, ритмичность гонадотропных эффектов и половой функции. Синтез и секреция мелатонина зависят от освещённости — избыток света тормозит его образование, а снижение освещённости повышает синтез и секрецию гормона [3,5].

Серотонин — это вещество, являющееся химическим передатчиком импульсов между нервными клетками человеческого мозга и контролирующее аппетит, сон, настроение и эмоции человека.

Серотонин «руководит» очень многими функциями в организме. Например, очень интересны исследования его влияния на проявление боли. Доктором Виллисом доказано, что при снижении серотонина повышается чувствительность болевой системы организма, то есть даже самое слабое раздражение отзывается сильной болью.

Катехоламины — физиологически активные вещества, выполняющие роль химических посредников в межклеточных взаимодействиях.

Адреналин оказывает стимулирующее воздействие на ЦНС. Он повышает уровень бодрствования, психическую энергию и активность, вызывает психическую мобилизацию, реакцию ориентировки и ощущение тревоги, беспокойства или напряжения, гегенируется при пограничных ситуациях.

Структурно близки к катехоламинам некоторые природные и синтетические биологически активные вещества, также содержащие аминогруппу в b-положении к ароматическому кольцу (Рис. 48):

Рис. 48. Формулы фенамина и эфедрина

Фенамин является стимулятором центральной нервной системы, снимает чувство усталости. Эфедрин – алкалоид, обладающий сосудорасширяющим действием.

Производные п-аминофенола – парацетамол и фенацетин – лекарственные препараты, обладающие обезболивающим и жаропонижающим действием (Рис. 49):

Рис. 49. Формулы парацетамола и фенацетина

В настоящее время фенацетин рассматривается как вещество, возможно являющееся канцерогеном для человека.

п-Аминобензойная кислота и ее производные (Рис. 50):

Рис. 50. п-Аминобензойная кислота и ее производные

п-Аминобензойная кислота – витаминоподобное вещество, фактор роста микроорганизмов; участвует в синтезе фолиевой кислоты (витамина В_С). Сложные эфиры п-аминобензойной кислоты вызывают местную анестезию.

Анестезин и новокаин применяются в виде растворимых в воде гидрохлоридов.

Сульфаниловая кислота (п-аминобензолсульфокислота) и сульфаниламиды. Амид сульфаниловой кислоты (стрептоцид) и его N-замещенные производные – эффективные антибактериальные средства. Синтезировано более 5000 производных сульфаниламида. Наибольшую активность проявляют сульфониламиды, содержащие гетероциклические основания (Рис. 51):

Рис. 51. Формулы производных сульфаниловой кислоты

Антибактериальное действие сульфамидных препаратов основано на том, что они имеют структурное сходство с п-аминобензойной кислотой и являются ее атиметаболитами. Присутствующие в бактериальной среде сульфаниламиды включаются в процесс биосинтеза фолиевой кислоты, конкурируя с п-аминобензойной кислотой, и на определенной стадии блокируют его, что ведет к гибели бактерий. Сульфаниламиды не влияют на организм человека, в котором фолиевая кислота не синтезируется [8].