Најважније из лекције
Амини: Органски деривати амонијака (\( \text{RNH}_2 \), \( \text{R}_2\text{NH} \), \( \text{R}_3\text{N} \)) са пирамидалном геометријом око \( \text{sp}^3 \)-азота.
Номенклатура: Алканамини уз префикс \( N \)- за супституенте на азоту; најистакнутији ароматични представник је анилин.
Спектроскопија и доказивање: IR спектром разликује се \( 1^\circ \) (2 траке), \( 2^\circ \) (1 трака) и \( 3^\circ \) амин (без \( \text{N-H} \) трака). Натрон-креч ослобађа \( \text{NH}_3 \) (плави лакмус).
Синтеза: Редукција нитро-једињења (\( \text{ArNO}_2 \rightarrow \text{ArNH}_2 \)), нитрила (\( \text{RC}\equiv\text{N} \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 \)) и амида (\( \text{RCONH}_2 \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 \)); Алкиловање амонијака/амина са \( \text{R-X} \).
Кватернарне соли: \( [\text{R}_4\text{N}]^+\text{X}^- \) (јонске супстанце, нпр. ацетилхолин), настају потпуним алкиловањем терцијарних амина.
Номенклатура: Алканамини уз префикс \( N \)- за супституенте на азоту; најистакнутији ароматични представник је анилин.
Спектроскопија и доказивање: IR спектром разликује се \( 1^\circ \) (2 траке), \( 2^\circ \) (1 трака) и \( 3^\circ \) амин (без \( \text{N-H} \) трака). Натрон-креч ослобађа \( \text{NH}_3 \) (плави лакмус).
Синтеза: Редукција нитро-једињења (\( \text{ArNO}_2 \rightarrow \text{ArNH}_2 \)), нитрила (\( \text{RC}\equiv\text{N} \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 \)) и амида (\( \text{RCONH}_2 \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 \)); Алкиловање амонијака/амина са \( \text{R-X} \).
Кватернарне соли: \( [\text{R}_4\text{N}]^+\text{X}^- \) (јонске супстанце, нпр. ацетилхолин), настају потпуним алкиловањем терцијарних амина.
Амини су органска једињења са азотом чије се формуле изводе из амонијака (\( \text{NH}_3 \)) заменом једног или више атома водоника алкил- или арил-групама.
Просторна структура: Атом азота у молекулима амина је \( \text{sp}^3 \)-хибридизован и поседује један слободан електронски пар, због чега молекули амина имају тригонално-пирамидалну структуру (за разлику од амида, чије су везе у истој равни).
Подела амина:
- Према врсти угљоводоничног низа:
- Алифатични амини (азот је везан за алкил-групе)
- Ароматични амини (азот је директно везан за бензенов прстен)
- Према броју везаних органских група за атом азота:
- Примарни (\( 1^\circ \)): \( \text{R}-\text{NH}_2 \) (једна група)
- Секундарни (\( 2^\circ \)): \( \text{R}-\text{NH}-\text{R}' \) (две групе)
- Терцијарни (\( 3^\circ \)): \( \text{R}-\text{N}(\text{R}')-\text{R}'' \) (три групе)
Одредити да ли је једињење \( (\text{CH}_3)_3\text{C}-\text{NH}_2 \) примарни или терцијарни амин.
Једињење је примарни амин. Иако је амино-група везана за терцијарни угљеников атом (терц-бутил група), сам атом азота је везан за само један угљеников атом и има два атома водоника (\( \text{-NH}_2 \)).
Према IUPAC номенклатури, амини се именују као алканамини (на назив основног угљоводоника додаје се наставак -амин уз положајни број).
- Примарни амини: Одређује се најдужи низ који садржи амино-групу (нпр. \( \text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2 \) је етанамин; \( \text{CH}_3\text{CH}(\text{NH}_2)\text{CH}_3 \) је 2-пропанамин).
- Секундарни и терцијарни амини: Најдужи угљоводонични низ представља основу, док се додатне алкил-групе на атому азота означавају префиксом N- (нпр. \( \text{CH}_3-\text{NH}-\text{CH}_2\text{CH}_3 \) је \( N \)-метилетанамин; \( (\text{CH}_3)_2\text{N}-\text{CH}_2\text{CH}_3 \) је \( N,N \)-диметилетанамин).
- Радикалско-функционална имена: Користе се код једноставнијих или симетричних амина навођењем назива алкил-група и речи амин (нпр. диметиламин, триметиламин).
- Ароматични и циклични амини: Најједноставнији ароматични амин је бензенамин, познатији под тривијалним IUPAC-прихваћеним именом анилин (\( \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 \)). Циклични алифатични амин је нпр. циклохексанамин.
- Вишефункционална једињења: Када молекул садржи групу вишег приоритета (нпр. карбоксилну), амино-група се наводи као супституент (нпр. \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH} \) је 2-аминопропанска киселина или аланин).
- \( \text{CH}_3-\text{NH}_2 \) : метанамин (метиламин)
- \( \text{H}_2\text{N}-(\text{CH}_2)_4-\text{NH}_2 \) : 1,4-бутандиамин (1,4-диаминобутан или путресцин)
- \( \text{C}_6\text{H}_5-\text{NH}-\text{CH}_3 \) : \( N \)-метиланилин
Инфрацрвена (IR) спектроскопија: Разликовање класа амина врши се према карактеристичним тракама апсорпције \( \text{N}-\text{H} \) везе у опсегу од \( 3300-3500\text{ cm}^{-1} \):
- Примарни амини (\( \text{-NH}_2 \)): показују две карактеристичне траке (симетрично и антисиметрично истезање).
- Секундарни амини (\( \text{-NH-} \)): показују једну траку.
- Терцијарни амини (\( \text{-N=} \)): не апсорбују у овом делу спектра јер немају \( \text{N}-\text{H} \) везу.
Квалитативно доказивање азота (проба са натрон-кречом): Загревањем органског једињења са натрон-кречом (\( \text{NaOH} + \text{CaO} \)) долази до разлагања и ослобађања гасовитог амонијака (\( \text{NH}_3 \)), који базном реакцијом боји навлажену црвену лакмус хартију у плаво.
Амини настају редукцијом различитих азотних органских једињења помоћу редукционих средстава као што су литијум-алуминијум-хидрид (\( \text{LiAlH}_4 \)) или водоник у присуству катализатора (\( \text{H}_2/\text{Pt} \)):
Примарни, секундарни и терцијарни амиди дају одговарајуће примарне, секундарне или терцијарне амине:
\[ \text{R}-\text{CO}-\text{NH}_2 \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{R}-\text{CH}_2-\text{NH}_2 \quad (1^\circ\text{ амин}) \]
\[ \text{R}-\text{CO}-\text{NHR}' \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{R}-\text{CH}_2-\text{NHR}' \quad (2^\circ\text{ амин}) \]
Главни је метод за индустријско и лабораторијско добијање анилина и других ароматичних примарних амина:
\[ \text{Ar}-\text{NO}_2 \xrightarrow{[\text{H}]} \text{Ar}-\text{NH}_2 \]
Пример: Нитробензен \( \xrightarrow{[\text{H}]} \) Анилин (бензенамин)
Нитрили се постепено редукују преко имина до примарних амина:
\[ \text{R}-\text{C}\equiv\text{N} \xrightarrow{[\text{H}]} \text{R}-\text{CH}=\text{NH} \xrightarrow{[\text{H}]} \text{R}-\text{CH}_2-\text{NH}_2 \]
Реакцијом нуклеофилне супституције између амонијака (или амина) и халогеналкана (\( \text{R}-\text{X} \)) врши се увођење алкил-групе на атом азота.
- Добијање примарних амина:
\[ \text{R}-\text{X} + \text{NH}_3 \longrightarrow [\text{R}-\text{NH}_3]^+\text{X}^- \xrightarrow{\text{NH}_3} \text{R}-\text{NH}_2 + \text{NH}_4\text{X} \]
- Добијање секундарних амина:
\[ \text{R}-\text{NH}_2 + \text{R}'-\text{X} \longrightarrow [\text{R}-\text{NH}_2-\text{R}']^+\text{X}^- \xrightarrow{\text{R}-\text{NH}_2} \text{R}-\text{NH}-\text{R}' + [\text{R}-\text{NH}_3]^+\text{X}^- \]
- Добијање терцијарних амина:
\[ \text{R}_2\text{NH} + \text{R}''-\text{X} \longrightarrow [\text{R}_2\text{NH}-\text{R}'']^+\text{X}^- \xrightarrow{\text{R}_2\text{NH}} \text{R}_2\text{N}-\text{R}'' + [\text{R}_2\text{NH}_2]^+\text{X}^- \]
Да би се спречило даље алкиловање и као главни производ добио примарни амин, амонијак се користи у великом вишку.
Кватернарне амонијум-соли настају када терцијарни амин реагује са халогеналканом:
\[ \text{R}_3\text{N} + \text{R}'-\text{X} \longrightarrow [\text{R}_3\text{N}-\text{R}']^+\text{X}^- \quad (\text{тетраалкиламонијум-халогенид}) \]
Кватернарне амонијум-соли не садрже водоник на азоту, немају базна својства попут амина, не реагују даље са аминима и не припадају класи амина, већ представљају посебну групу органских јонских соли.
Физичка својства и значај:
- Јонске су структуре, на собној температури су чврсте кристалне супстанце, високих тачака топљења и добро се растварају у води.
- Биолошки значај: Саставни су део важних биомолекула као што су холин (компонента фосфолипида ћелијских мембрана) и ацетилхолин (неуротрансмитер одговоран за пренос нервних импулса, рад мишића и срца).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Разврстај следећа једињења на примарне, секундарне и терцијарне амине:
а) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{NH}_2 \)
б) \( (\text{CH}_3)_3\text{N} \)
в) \( \text{CH}_3-\text{NH}-\text{CH}_2\text{CH}_3 \)
а) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{NH}_2 \)
б) \( (\text{CH}_3)_3\text{N} \)
в) \( \text{CH}_3-\text{NH}-\text{CH}_2\text{CH}_3 \)
а) Примарни амин (\( 1^\circ \)) – атом азота је везан за једну етил групу (\( \text{-NH}_2 \)).
б) Терцијарни амин (\( 3^\circ \)) – сва три водоникова атома амонијака замењена су метил-групама.
в) Секундарни амин (\( 2^\circ \)) – азот је везан за две алкил-групе (метил и етил).
б) Терцијарни амин (\( 3^\circ \)) – сва три водоникова атома амонијака замењена су метил-групама.
в) Секундарни амин (\( 2^\circ \)) – азот је везан за две алкил-групе (метил и етил).
Задатак 2 (средњи): Напиши рационалне структурне формуле и IUPAC називе свих секундарних амина чија је молекулска формула \( \text{C}_4\text{H}_{11}\text{N} \).
Секундарни амини имају општу структуру \( \text{R}-\text{NH}-\text{R}' \) где збир угљеника у \( \text{R} \) и \( \text{R}' \) износи 4:
- \( \text{CH}_3-\text{NH}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) — \( N \)-метил-1-пропанамин
- \( \text{CH}_3-\text{NH}-\text{CH}(\text{CH}_3)_2 \) — \( N \)-метил-2-пропанамин
- \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{NH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) — \( N \)-етилетанамин (диетиламин)
Задатак 3 (средњи): Напиши једначину хемијске реакције добијања 1-пропанамина редукцијом одговарајућег нитрила.
Полазни нитрил мора имати исти број угљеникових атома као и жељени амин (3 угљеникова атома), а то је пропаннитрил:
\[ \text{CH}_3\text{CH}_2\text{C}\equiv\text{N} + 4[\text{H}] \xrightarrow{\text{LiAlH}_4} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2 \]
Задатак 4 (тежак): Како се из триетиламина и хлорометана може добити одговарајућа кватернарна амонијум-со? Напиши једначину реакције и назив добијеног производа, и наведи по чему се добијени производ разликује од амина.
Реакција кватернизације терцијарног амина:
\[ (\text{CH}_3\text{CH}_2)_3\text{N} + \text{CH}_3\text{Cl} \longrightarrow [(\text{CH}_3\text{CH}_2)_3\text{N}-\text{CH}_3]^+\text{Cl}^- \]
Назив производа: триетилметиламонијум-хлорид.
Разлике у односу на амине: То је јонско једињење (со), нема слободан електронски пар на азоту, нема базна својства као амини, чврстог је агрегатног стања на собној температури и добро се раствара у води.
Разлике у односу на амине: То је јонско једињење (со), нема слободан електронски пар на азоту, нема базна својства као амини, чврстог је агрегатног стања на собној температури и добро се раствара у води.
