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.

В зависимости от характера радикала амины могут быть предельными или ароматиче­скими, а также предельно-ароматическими (метиламин, анилин и метиланилин, соответ­ственно). С атомом азота может быть связан и разветвленный радикал (например, трет бутиламин), и поликонденсированный, что демонстрируется примером адамантиламина (аминоадамантана), обладающего биологическим действием и применяемого в медицине

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 (К_ь) (чаще используют величинурК_ь) илир/С_а(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 (рК_ь = 3,27) является более сильным основанием, чем аммиак (рК_ь = 4,75), а диметиламин (рК_ь = 3,02) — более сильное основание, чем метиламин. Однако при переходе к триметиламину, вопреки ожиданию, основность несколько падает (рК_ь = 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 (рК_а = 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