
Амины
Классификация и номенклатура
Аминами являются органические производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода заменены радикалами. По этому признаку различают первичные (RNH2), вторичные (R2NH) и третичные (R3N) амины.
По принципам рациональной номенклатуры название этого класса веществ складывается из названия радикалов при атоме азота, именуемого амином. В названии первичных аминов по международной номенклатуре аминному атому азота присваивается название ами-но, употребляемое с указанием его местоположения перед названием углеводородной цепи. Впрочем, многие амины сохранили.свои тривиальные названия, например, анилин'.
Кроме аминогруппы в молекулах органических веществ могут находиться и иные заместители, как это, к примеру, имеет место в случае сульфаниловой кислоты. Аминный атом азота может быть включен и в насыщенный цикл. К числу насыщенных гетероциклических аминов относится построенный с напряжением трехчленный этиленимин, обладающий сильным мутагенным действием. Этилениминовый цикл входит в состав молекул некоторых лекарств. Без напряжения построены тетрагидропиррольный и пиперидиновый циклы, присутствующие в молекулах ряда алкалоидов (в том числе никотина и анабазина, см. разд. 20.4). С их участием, как и с помощью морфолинового кольца, построены молекулы многих лекарственных средств.
Гетероциклическими ароматическими аминами являются, к примеру, пиррол и пиридин. Наконец, аминогруппа может быть связана и с гетероциклом, что иллюстрируется примером аденина (6-аминопурина) — незаменимого фрагмента нуклеиновых кислот.
К числу производных аммиака относятся и органические вещества, которые можно построить из солей аммония или его гидроксида замещением всех четырех атомов водорода различными углеводородными радикалами, как это видно на примере тетраметиламмоний гидроксида:
Другим примером тетразамещенных аммонийных производных — четвертичных аммониевых оснований или их солей — служит нейрин, токсичное вещество, образующееся в процессе гниения тканей животного происхождения.
Четвертичный атом азота может входить в состав гетероциклов, например, соответствующей соли из ряда пиридина — N-алкилпиридиниевой соли. К таким четвертичным солям относятся некоторые алкалоиды. Кроме того, четвертичный атом азота входит в состав многих лекарственных веществ и некоторых биомолекул.
Выше приведенные примеры демонстрируют многообразие аминосоединений и их большое медико-биологическое значение. К этому необходимо добавить, что аминогруппа входит в состав таких классов биомолекул, как аминокислоты и белки, нуклеиновые кислоты, присутствует в ряде природных производных углеводов, именуемых аминосахарами. Аминогруппа является важнейшей функциональной группой алкалоидов и многочисленных лекарственных препаратов самого различного назначения. Отдельные примеры таких веществ будут приведены ниже.
24.3.2. Амины как органические основания
Наличие
свободной электронной пары азота
сообщает аминам свойства оснований.
Поэтому
характерной особенностью аминов
является реакция с кислотами с
образованием соответствующих
аммониевых солей, что видно из реакции
для первичного предельного амина:
Аналогично из анилина образуется анилиниевая соль, из пиридина — пиридиниевая и т.д. Подобно аммиаку, амины в водных растворах создают щелочную среду, согласно уравнению:
Количественно основность азотсодержащих оснований в водной среде отражается величиной константы равновесия (Кь) (чаще используют величинурКь) илир/Са(ВН+), характеризующей кислотность сопряженной кислоты данного основания.
Наиболее сильными основаниями будут соединения, содержащие атом азота, у которого неподеленная пара азота находится на неподеленной 5р3-гибридной орбитали (алифатические амины, аммиак, аминокислоты), а наиболее слабыми — те, у которых эта пара участвует в р,п-сопряжении (амиды, пиррол, пиридин).
Электронодонорные заместители, к которым относятся алкильные группы, должны увеличивать основность аминов, поскольку увеличивают электронную плотность у атома азота. Так, метиламин (рКь = 3,27) является более сильным основанием, чем аммиак (рКь = 4,75), а диметиламин (рКь = 3,02) — более сильное основание, чем метиламин. Однако при переходе к триметиламину, вопреки ожиданию, основность несколько падает (рКь = 4,10). Причина этого состоит в том, что с увеличением числа заместителей у атома азота подход протона все более затрудняется. Таким образом, здесь речь идет не об электронном, а пространственном влиянии заместителей. Это воздействие заместителей называют стерическим фактором.
Ароматические амины — более слабые основания, чем предельные, из-за электроноак-цепторного эффекта ароматического кольца. Поэтому невысока основность и пиридина. Накопление фенильных заместителей заметно подавляет активность электронной пары атома азота. Так, рК,, дифениламина составляет 13,12, а трифениламин совсем не проявляет свойств основания.
Чрезвычайно низкая основность пиррола вызвана тем, что в его молекуле электронная пара атома азота вовлечена в образование бл-электронной ароматической связи. На ее связывание с протоном требуется значительная дополнительная затрата энергии. В результате образования пирролиевых солей ароматическая связь, а, следовательно, и стабильность молекулы исчезают. Этим объясняется то, что пиррол в кислой среде быстро осмоляется.
Интересно отметить, что сильный электроноакцепторный эффект, оказываемый пир-рольным циклом на атом азота, приводит к ослаблению связи N-H, в силу чего пиррол способен проявлять свойства слабой кислоты (рКа = 17,5).
Под действием такого активного металла, как калий, может быть приготовлена его калиевая соль — пиррол-калий.
Кислотные свойства связи N-H пиррольного цикла объясняют, в частности, способность порфина и его природных производных к образованию солей с катионами металлов. Два пиррольных кольца молекулы порфирина координируются с катионом за счет электронных пар своих атомов азота, а два других — заменяя атомы водорода, как и молекула самого пиррола при образовании пиррол-калия. Именно такими солями и являются хлорофилл и гемоглобин