アミン：構造、プロパティ、タイプ、用途、例 - 化学 - 2024

アミンは、アンモニアから誘導される有機化合物です。それらでは、炭素と窒素の間に共有結合が発生します。当然、窒素分子は動力学的に不活性です。しかし、生物学的固定のおかげで、アンモニアに変換され、次にアンモニアがアルキル化反応を起こします。

アンモニアが「アルキル化」されると、3つの水素の1つ、2つ、または3つが炭素原子に置き換わります。これらの炭素は、アルキル（R）またはアリール（Ar）基に由来する場合があります。したがって、脂肪族アミン（直鎖または分岐）と芳香族があります。

アミンの一般式。出典：MaChe、ウィキメディア・コモンズより。

脂肪族アミンの一般式を上に示します。この式は、Rがアリール基Arにもなり得ることを考慮して、芳香族アミンに使用できます。アミンとアンモニアNH ₃の類似性に注意してください。実際には、HはR側鎖に置き換えられています。

Rが脂肪族鎖で構成されている場合、アルキルアミンとして知られているものがあります。一方、Rが芳香族の場合、アリールアミン。アリールアミンの中で最も重要なのはアラニンです。ベンゼン環に結合したアミノ基-NH ₂です。

OHやCOOHなどの分子構造に酸素化された基がある場合、その化合物はアミンと呼ばれなくなります。その場合、アミンは置換基、つまりアミノ基と見なされます。たとえば、これはアミノ酸だけでなく、生命にとって非常に重要な他の生体分子でも起こります。

窒素は生命に欠かせない多くの必須成分に含まれているため、これらは重要なアミンと見なされていました。すなわち「ビタミン」。しかし、ビタミンの多くはアミンでさえありません。それどころか、すべてのビタミンが生命にとって不可欠なわけではありません。しかし、これは生物におけるその重要性を否定するものではありません。

アミンは、アンモニア自体よりも強い有機塩基です。それらは植物物質から容易に抽出可能であり、一般に生物の神経基質と強い相互作用を持っています。したがって、多くの薬物や薬物は、複雑な構造と置換基を持つアミンで構成されています。

構造

その構造は何ですか？Rの性質によって異なりますが、窒素原子の電子環境はすべて同じです（四面体）。しかし、窒素原子上に非共有電子のペア（··）があるため、分子の形状はピラミッド型になります。これは、アンモニアとアミンについても同様です。

アミンは、炭素化合物と同様に、四面体で表すことができます。したがって、NH ₃とCH ₄は四面体として描かれ、ペア（··）は窒素の上の頂点の1つに配置されます。

どちらの分子もアキラルです。ただし、HがRに置き換わると、キラリティーが現れ始めます。2つのRが異なる場合、アミンR ₂ NHはアキラルです。ただし、1つのエナンチオマーを別のエナンチオマーと区別する構成はありません（キラル炭素中心の場合と同様）。

これは、鏡像異性体が次の理由によります。

R ₂ N-H-H-NR ₂

それらはどちらも自分自身を隔離できないような速度で交換されます。したがって、窒素原子上のすべての置換基が異なっていても、アミンの構造はアキラルであると見なされます。

アミンの性質

極性

電気陰性窒素原子を有するNH ₂アミノ基が分子の双極子モーメントに寄与するため、アミンは極性化合物です。窒素には水素結合を提供する能力があるため、アミンの融点と沸点が一般に高くなることに注意してください。

ただし、この特性をアルコールやカルボン酸などの含酸素化合物の特性と比較すると、マグニチュードは低くなります。

たとえば、エチルアミンの沸点CH ₃ CH ₂ NH ₂（16.6°C）は、エタノールの沸点CH ₃ CH ₂ OH（78°C）よりも低くなっています。

したがって、アミンが複数のブリッジを形成できる場合でも、OH水素結合はNHの水素結合よりも強いことが示されています。この比較は、Rが2つの化合物（CH ₃ CH _2-）の分子量が同じ場合にのみ有効です。一方、エタンは-89ºCで沸騰し、CH ₃ CH ₃は室温で気体です。

アミンは水素が少ないため、水素結合が少なくなり、沸点が下がります。これは、ジメチルアミン（CH ₃）₂ NH（7°C）の沸点とエチルアミン（16.6°C）の沸点を比較することによって観察されます。

体格的特徴

化学の世界では、アミンの話をすると、鼻をつまむという不本意な行為が発生します。これは、一般的に不快な臭いがする傾向があり、腐った魚に似た臭いがするためです。

さらに、液体アミンは黄色味がかった傾向があるため、視覚的な不信感が高まります。

水溶性

アミンは、H ₂ O と水素結合を形成できるにもかかわらず、その大部分の有機成分は疎水性であるため、水に不溶性になる傾向があります。R基が大きいほど、または長いほど、水への溶解度は低くなります。

しかしながら、媒体中に酸が存在する場合、アミン塩として知られるものの形成により溶解度が増加する。それらの中で、窒素は正の部分電荷を持ち、それが酸のアニオンまたは共役塩基を静電的に引き付けます。

たとえば、HClの希釈溶液では、アミンRNH ₂は次のように反応します。

RNH ₂ + HClの=> RNH ₃ ⁺のCl ^- （一級アミン塩）

RNH ₂は水に不溶性（またはわずかに可溶）であり、酸の存在下では塩を形成し、そのイオンの溶媒和はその溶解性に有利です。

なぜこれが起こるのですか？答えはアミンの主要な特性の1つにあります：それらは極性および基本的です。ブレンステッド・ローリーの定義によれば、塩基性であるため、プロトン化するのに十分強い酸と反応します。

塩基性

アミンはアンモニアよりも強い有機塩基です。窒素原子の周りの電子密度が高いほど、より塩基性になります。つまり、環境内の酸をより迅速に脱プロトン化します。アミンが非常に塩基性である場合、アルコールからプロトンを奪うことさえできます。

R基は誘導効果によって窒素に電子密度をもたらします。それは、それが存在する中で最も電気陰性の原子の一つであることを忘れてはならないからです。これらのグループが非常に長く、かさばると、誘導効果が大きくなり、電子ペアの周囲の負の領域も増加します（··）。

これにより（··）H ⁺イオンをより速く受け入れるようになります。ただし、Rが非常に大きくなると、立体効果によって塩基度が低下します。どうして？H ⁺が窒素に到達する前に原子の配置を横切らなければならないという単純な理由から。

アミンの塩基性を推論する別の方法は、そのアミン塩を安定化させることです。ここで、誘導効果によって減少するものは正電荷N ⁺を減少させることができ、それはより塩基性のアミンになります。理由は説明したばかりと同じです。

アルキルアミンvsアリールアミン

アルキルアミンはアリールアミンよりもはるかに塩基性です。どうして？簡単に理解するために、アニリンの構造を示します。

アニリン分子。出典：Calvero。、ウィキメディア・コモンズ経由

上のアミノ基は、電子のペア（··）です。このペアは、NH ₂に対してオルトとパラの位置でリング内を「移動」します。これは、窒素原子が正に帯電している間、2つの上部頂点と反対側のNH ₂は負に帯電していることを意味します。

窒素は正に帯電しているため、⁺ NはH ⁺イオンを反発します。そして、これが十分ではなかった場合、電子対は芳香環内に非局在化され、酸を脱プロトン化しにくくなります。

アニリンの塩基性は、電子密度を与えるグループまたは原子が環にリンクされ、ペア（··）と競合し、窒素原子上でより高い確率で配置され、塩基として機能する準備ができている場合に増加します。

タイプ（一次、二次、三次）

アミンの種類。出典：Wiki経由のJü。

正式には提示されていませんが、第1級、第2級、および第3級アミンが暗黙的に参照されています（上図、左から右）。

第一級アミン（RNH ₂）は一置換されています。二次基（R ₂ NH）は、2つのRアルキルまたはアリール基で二置換されています。第三級（R ₃ N）は三置換されており、水素が不足しています。

既存のアミンはすべてこれらの3つのタイプに由来するため、それらの多様性と、生体および神経細胞マトリックスとの相互作用は非常に大きくなります。

一般に、3級アミンが最も塩基性であると予想できます。ただし、そのような主張は、Rの構造を知らずに行うことはできません。

トレーニング

アンモニアのアルキル化

最初に、アミンはアンモニアに由来することが言及されました。したがって、それらを形成する最も簡単な方法は、アルキル化によるものです。これを行うには、過剰のアンモニアをハロゲン化アルキルと反応させた後、塩基を添加してアミン塩を中和します。

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

これらのステップは第一級アミンにつながることに注意してください。二級アミン、さらには三級アミンを形成することもでき、それにより単一の生成物の収率が低下する。

ガブリエル合成などのいくつかのトレーニング方法では、他の望ましくない生成物が形成されないように、一級アミンを取得することができます。

また、アンモニアと一級アミンの存在下でケトンとアルデヒドを還元して、二級アミンと三級アミンを生成できます。

接触水素化

ニトロ化合物は、水素と触媒の存在下で、対応するアミンに還元できます。

ArNO ₂ => ArNH ₂

ニトリル、RC≡N、およびアミド、RCONR ₂も還元されて、それぞれ第1級および第3級アミンになります。

命名法

アミンはどのように命名されますか？ほとんどの場合、それらはR、アルキルまたはアリール基に基づいて命名されます。アルカンに由来するRの名前には、末尾に「アミン」という語が追加されています。

したがって、CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂はプロピルアミンです。一方、R基ではなくアルカンのみを考慮して名前を付けることができます：プロパンアミン。

それらに名前を付ける最初の方法は、断然最もよく知られており、最も使用されています。

NH ₂基が2つある場合、アルカンに名前が付けられ、アミノ基の位置がリストされます。したがって、H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂は、1,4-ブタンジアミンと呼ばれます。

OHなどの酸素化された基がある場合、それはNH ₂よりも優先される必要があり、それはたまたま置換基と呼ばれます。例えば、HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂は、3-アミノプロパノールと呼ばれます。

また、第2級および第3級アミンについては、Nの文字を使用してR基を示し、最も長い鎖は化合物の名前とともに残ります。したがって、CH ₃ NHCH ₂ CH ₃は、N-メチルエチルアミンと呼ばれます。

用途

着色剤

第一級芳香族アミンは、アゾ染料合成の出発物質として役立ちます。最初に、アミンは反応してジアゾニウム塩を形成し、これはアゾカップリング（またはジアゾカップリング）によりアゾ化合物を形成する。

これらは、その強い着色により、繊維産業で染色材料として使用されています。たとえば、メチルオレンジ、ダイレクトブラウン138、サンセットイエローFCF、ポンソーなどです。

薬物と薬物

多くの薬物は、天然アミン神経伝達物質のアゴニストおよびアンタゴニストと連動します。例：

-クロロフェニラミンは、一部の食品、花粉症、虫刺されなどの摂取によるアレルギープロセスの制御に使用される抗ヒスタミン剤です。

-クロルプロマジンは鎮静剤であり、睡眠誘発剤ではありません。不安を和らげ、一部の精神障害の治療にも使用されます。

-エフェドリンとフェニレフェドリンは呼吸充血除去剤として使用されます。

-アミトリプチリンとイミプラミンは、うつ病の治療に使用される三級アミンです。それらの構造のために、それらは三環系抗うつ薬として分類されます。

-モルヒネ、コードライン、ヘロインなどのオピオイド鎮痛剤は、3級アミンです。

ガス処理

ジグリコールアミン（DGA）、ジエタノールアミン（DEA）を含むいくつかのアミンは、二酸化炭素（COの除去に使用されている₂）及び硫化水素（H ₂天然ガス及び中に存在するS）ガス製油所。

農業化学

メチルアミンは、除草剤、殺菌剤、殺虫剤、殺生物剤として農業で使用される化学物質の合成における中間化合物です。

樹脂製造

メチルアミンは、イオン交換樹脂の製造時に使用され、水の脱イオン化に使用できます。

動物の栄養素

トリメチルアミン（TMA）は、主に鶏、七面鳥、豚の飼料に使用されるビタミンBサプリメントである塩化コリンの製造に使用されます。

ゴム産業

オレイン酸ジメチルアミン（DMA）は、合成ゴムの製造に使用する乳化剤です。DMAはブタジエンの蒸気相の重合調整剤として、およびアンモニアの代わりに天然ゴムラテックスの安定剤として直接使用されます。

溶剤

ジメチルアミン（DMA）とモノメチルアミン（MMA）は、極性非プロトン性溶媒であるジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルアセトアミド（DMAc）、およびn-メチルピロリドン（NMP）の合成に使用されます。

DMFの用途には、ウレタンコーティング、アクリルヤーン溶剤、反応溶剤、および抽出溶剤があります。

DMAcは、糸の染料と溶剤の製造に使用されます。最後に、NMPは、潤滑油、ペイントストリッパー、エナメルコーティングの精製に使用されます。

例

コカイン

コカイン分子。出典：NEUROtiker、Wikimedia Commons経由

コカインは、特定の種類の目、耳、喉の手術で局所麻酔薬として使用されます。見てわかるように、それは第三級アミンです。

ニコチン

ニコチン分子。出典：Jü、ウィキメディア・コモンズより

ニコチンはタバコ中毒の主な原因であり、化学的には第3アミンです。タバコの煙の中のニコチンは急速に吸収され、非常に有毒です。

モルヒネ

モルヒネ分子。出典：NEUROtiker、Wikimedia Commons

それは痛み、特に癌を和らげるのに最も効果的な鎮痛剤の一つです。これもまた、第三級アミンです。

セロトニン

セロトニン分子。出典：ハルビン、ウィキメディア・コモンズより

セロトニンはアミン神経伝達物質です。うつ病の患者では、セロトニンの主な代謝産物の濃度が低下します。他のアミンとは異なり、これは第一級です。

参考文献

1. Graham Solomons TW、Craig B. Fryhle。（2011）。有機化学。アミン。（^第 10 版。）Wiley Plus。
2. キャリーF.（2008）。有機化学。（第6版）。Mc Graw Hill。
3. モリソンとボイド。（1987）。有機化学。（第5版）。Addison-Wesley Iberoamericana。
4. Chemours Company。（2018）。メチルアミン：用途と用途。回収元​​：chemours.com
5. 透明性の市場調査。（sf）。アミン：重要な事実と用途。回収元​​：transparentmarketresearch.com
6. ウィキペディア。（2019）。アミン。から回復：en.wikipedia.org
7. ガノン、WF（2003）。医学生理学。第19版。エディトリアル・エル・モデルノ編集。