Лекция № 13. Амины

Лекция № 13

АМИНЫ

План

1. Классификация.
2. Методы получения.
3. Химические свойства.
4. Биологически активные амины и их
   производные.

Лекция № 13

АМИНЫ

План

1. Классификация.
2. Методы получения.
3. Химические свойства.
4. Биологически активные амины и их
   производные.

Амины можно
рассматривать как производные аммиака, в котором атомы водорода замещаются на
углеводородные радикалы.

1. Классификация

В зависимости от числа углеводородных радикалов, связанных с атомом азота,
различают первичные, вторичные и третичные амины, а также четвертичные
аммониевые соли.
 

RNH2	RR/NH	RR/R//N	RR/R// R///N+X—
первичныеамины	вторичные амины	третичныеамины	четвертичные аммониевые соли

По природе углеводородного радикала, связанного
с атомом азота, различают алкиламины, алкилариламины, ариламины,
гетероциклические амины.

Алкиламины содержат только алифатические
углеводородные радикалы, например:

Ариламины содержат ароматические
радикалы с атомом азота в ароматическом кольце, например:

Алкилариламины содержат
алифатические и ароматические радикалы, например:

Гетероциклические амины содержат
атом азота в цикле, например:

 
 

2. Методы получения.

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.

   

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

   

2. Восстановление азотсодержащих
   органических соединений.

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

   ArNO₂ArNH₂

   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.

   RCN RCH₂NH₂

   [H]: H₂/Ni; LiAlH₄

   Амиды карбоновых кислот восстанавливаются до аминов комплексными гидридами металлов. Из
   соотвествующих амидов могут быть получены первичные, вторичные и третичные
   амины.

   
    
    

   3) Восстановительное аминирование
   альдегидов и кетонов (см. лек. №11).

   

3. Перегруппировка Гофмана.
   RCONH₂ + Br₂ + 2NaOH ® RNH₂ + 2NaBr + CO₂ + H₂O

   Используется для получения первичных
   аминов.

3. Химические
свойства.

Химические свойства аминов определяются в основном присутствием атома азота с
неподеленной парой электронов, наличие которой обуславливает их основные и
нуклеофильные свойства.

Основные и кислотные свойства
Алифатические амины являются
сильными основаниями (=10—11) и превосходят по основности аммиак. Их водные растворы имеют
щелочную реакцию.

RNH₂ + H₂O = RNH₃⁺ + OH ^—

Ароматические амины – слабые основания (=3—5), что связано с разрушением
при протонированиии стабильной сопряженной системы, в которой участвует
неподеленная пара электронов азота (см. лек. №4).

При взаимодействии с кислотами амины образуют
растворимые в воде аммониевые соли.

RNH₂ + HX ® RNH₃⁺ X ^—

Первичные и вторичные амины являются слабыми N-H
кислотами (рК_а=33-35) и образуют соли при взаимодействии с активными
металлами.

RNH₂ + Na ® RNH^— Na⁺ + 1/2 H₂

Нуклеофильные свойства

Алкилирование аминов

Амины обладают нуклеофильными свойствами и алкилируются алкилгалогенидами и
спиртами (см. методы получения).

Ацилирование аминов

Амины ацилируются карбоновыми кислотами и их производными с образованием
амидов карбоновых кислот (см. лек. №12).

2RNH₂ + R^/COX ® R^/CONHR + RNH₃X

2R₂NH + R^/COX ® R^/CONR₂ + R₂NH₂X

(X=Cl, OCOR^/)

Взаимодействие аминов с азотистой
кислотой

Первичные, вторичные и третичные амины по-разному взаимодействуют с азотистой
кислотой, что используется для установления типа амина. Неустойчивую азотистую
кислоту генерируют действием сильной кислоты на нитриты.

Третичные алифатические амины при обычной температуре с азотистой
кислотой не взаимодействуют.

Вторичные амины образуют с азотистой кислотой устойчивые нитрозамины – жидкие или твердые продукты желтого цвета.

R₂NH + NaNO₂ + HCl ® R₂N-N=O + NaCl + H₂O

нитрозаминНитрозамины
являются сильными канцерогенами. Показана возможность синтеза нитрозаминов в
желудке человека из содержащихся в пище и лекарственных препаратах вторичных
аминов и нитритов Канцерогенное действие нитрозаминов основано на их способности
алкилировать нуклеофильные центры ДНК, что приводит к онкогенным мутациям.

Первичные алифатические амины реагируют с азотистой кислотой с
выделением газообразного азота. Реакция идет через образование неустойчивого
первичного нитрозамина, который изомеризуется в диазогидроксид, превращающийся
далее в соль диазония.

нитрозамин    диазогидроксид      соль
диазонияДальнейший ход реакции зависит
от природы углеводородного радикала.

Если R – алифатический радикал, то соль диазония очень неустойчива и
немедленно разлагается с образованием молекулы азота и карбокатиона, который
затем взаимодействует с находящимися в реакционной среде нуклеофилами (например,
с растворителем) или отщепляет протон и дает продукт элиминирования. Например,
превращения катиона н-пропилдиазония могут быть представлены следующей схемой:

Реакция не имеет препаративного значения.
Процесс используется в аналитических целях для количественного определения
первичных алифатических аминов, в том числе природных a -аминокислот, по объему
выделяющегося азота.

Соли арилдиазония более устойчивы и могут
быть выделены из реакционной смеси. Они являются высокореакционноспособными
соединениями и широко используются в органическом синтезе.

Реакции солей арилдиазония

Процесс получения ароматических диазосоединений
называется диазотированием и выражается следующим суммарным
уравнением.

ArNH₂ + NaNO₂ + 2HCl ® ArN₂⁺Cl^— + NaCl + 2H₂O

Реакции солей арилдиазония можно разделить на
два типа: реакции с выделением азота и реакции без выделения азота.

Реакции, протекающие с выделением азота. Этот тип реакций представляет собой замещение в ароматическом кольце, уходящей
группой в котором является молекула азота N₂.

Реакции используются для введения различных
заместителей в ароматическое кольцо.

Реакции, протекающие без выделения азота. Наиболее важной реакцией этого типа является азосочетание. Катион
диазония обладает слабыми электрофильными свойствами и вступает в реакции
электрофильного замещения с аренами, содержащими сильные электронодонорные
заместители. При этом образуются азосоединения.

Азосоединения содержат длинную систему
сопряженных связей и поэтому окрашены. Они используются как красители.
Образование окрашенных соединений при взаимодействии солей арилдиазония с
ароматическими аминокислотами (тирозин, гистидин) используется для их
качественного и количественного определения.

Реакции ароматического кольца
ариламинов

Аминогруппа является сильным активирующим
заместителем и ориентантом II рода (см. лек. №8).

Анилин легко бромируется бромной водой с
образованием триброманилина.

В большинстве реакций электрофильного
реакционноспособная аминогруппа предварительно защищается путем ацилирования.
После проведения реакции ацильную защиту снимают кислотным или щелочным
гидролизом.

 
 

4. Биологически активные амины и их
производные.

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

Этаноламин и его производные.

Этаноламин (коламин)
HOCH₂CH₂NH₂ является структурным компонентом сложных липидов (см. лек. №18). В организме
образуется при декарбоксилировании аминокислоты серина (см. лек. № 16).

Холин HOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂ – структурный компонент фосфолипидов; витаминоподобное
вещество, регулирующее жировой обмен; предшественник в биосинтезе
ацетилхолина.

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.

Катехоламины выполняют роль гормонов и
нейромедиаторов. Адреналин является гормоном мозгового слоя надпочечников,
норадреналин и дофамин – его предшественниками. Адреналин участвует в регуляции
сердечной деятельности, обмена углеводов. Увеличение концентрации катехоламинов
– типичная реакция на стресс. Их роль заключается в мобилизации организма на
осуществление активной мозговой и мышечной деятельности.

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

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.

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

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.

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.