Aminas: estrutura, propriedades, tipos, usos, exemplos - Ciência - 2023

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As aminas são compostos orgânicos derivados da amônia. Neles ocorrem ligações covalentes entre carbono e nitrogênio. Naturalmente, a molécula de nitrogênio é cineticamente inerte; mas, graças à fixação biológica, é transformado em amônia, que por sua vez sofre reações de alquilação subsequentes.

Quando a amônia é "alquilada", ela substitui um, dois ou três de seus três hidrogênios por átomos de carbono. Estes carbonos podem muito bem provir de um grupo alquil (R) ou aril (Ar). Assim, existem aminas alifáticas (lineares ou ramificadas) e aromáticas.

A fórmula geral para aminas alifáticas é mostrada acima. Esta fórmula pode ser utilizada para aminas aromáticas, considerando que R também pode ser um grupo arila Ar. Observe a semelhança entre amina e amônia, NH₃. Praticamente, um H foi substituído por uma cadeia lateral R.

Se R consiste em cadeias alifáticas, você tem o que é conhecido como alquilamina; ao passo que se R for aromático por natureza, uma arilamina. Das arilaminas, a mais importante de todas é a alanina: um grupo amino, –NH₂, ligado ao anel de benzeno.

Quando há grupos oxigenados em uma estrutura molecular, como OH e COOH, o composto não é mais chamado de amina. Nesse caso, a amina é considerada um substituinte: o grupo amino. Por exemplo, isso acontece em aminoácidos, bem como em outras biomoléculas de enorme importância para a vida.

Como o nitrogênio é encontrado em muitos dos compostos essenciais para a vida, eles eram considerados aminas vitais; isto é, 'vitaminas'. No entanto, muitas das vitaminas nem mesmo são aminas e, mais ainda, nem todas são vitais para a vida. No entanto, isso não nega sua grande importância nos organismos vivos.

As aminas são bases orgânicas mais fortes do que a própria amônia. Eles são facilmente extraídos da matéria vegetal e geralmente têm fortes interações com a matriz neuronal dos organismos; portanto, muitos medicamentos consistem em aminas com substituintes e estruturas complexas.

Estrutura

Qual é a sua estrutura? Embora varie dependendo da natureza de R, o ambiente eletrônico do átomo de nitrogênio é o mesmo para todos eles: tetraédrico. Mas, como há um par de elétrons não compartilhados no átomo de nitrogênio (··), a geometria molecular torna-se piramidal. Isso ocorre com a amônia e as aminas.

As aminas podem ser representadas por um tetraedro, assim como os compostos de carbono. Assim, NH₃ e CH₄ eles são desenhados como tetraedros, onde o par (··) está localizado em um dos vértices acima do nitrogênio.

Ambas as moléculas são aquirais; no entanto, eles começam a mostrar quiralidade à medida que seus H são substituídos por R. A amina R₂NH é aquiral se os dois Rs forem diferentes. No entanto, carece de qualquer configuração para diferenciar um enantiômero de outro (como é o caso com centros de carbono quirais).

Isso ocorre porque os enantiômeros:

R₂N-H | H-NR₂

eles são trocados a uma taxa tal que nenhum deles consegue se isolar; e, portanto, as estruturas das aminas são consideradas aquirais, embora todos os substituintes no átomo de nitrogênio sejam diferentes.

Propriedades das aminas

Polaridade

As aminas são compostos polares, uma vez que o grupo amino NH₂, por ter um átomo de nitrogênio eletronegativo, contribui para o momento de dipolo da molécula. Observe que o nitrogênio tem a capacidade de doar ligações de hidrogênio, o que faz com que as aminas geralmente tenham altos pontos de fusão e ebulição.

No entanto, quando essa propriedade é comparada com a de compostos oxigenados, como álcoois e ácidos carboxílicos, elas resultam em magnitudes menores.

Por exemplo, o ponto de ebulição da etilamina, CH₃CH₂NH₂ (16,6ºC) é inferior ao do etanol, CH₃CH₂OH (78 ° C).

Assim, é mostrado que as ligações de hidrogênio O-H são mais fortes do que as de N-H, embora uma amina possa formar mais de uma ponte. Esta comparação só é válida se R tiver o mesmo peso molecular para os dois compostos (CH₃CH₂-). Por outro lado, o etano ferve a -89ºC, CH₃CH₃, sendo um gás à temperatura ambiente.

Como uma amina tem menos hidrogênio, ela forma menos ligações de hidrogênio e seu ponto de ebulição é reduzido. Isso é observado comparando o ponto de ebulição da dimetilamina, (CH₃)₂NH (7ºC), com o da etilamina (16,6ºC).

Características físicas

No mundo da química, quando você fala sobre uma amina, você tem o ato involuntário de segurar o nariz.Isso ocorre porque, em geral, eles tendem a ter odores desagradáveis, alguns dos quais chegam a se assemelhar a peixes podres.

Além disso, as aminas líquidas tendem a apresentar tons amarelados, o que aumenta a desconfiança visual que geram.

Solubilidade em água

As aminas tendem a ser insolúveis em água porque, apesar de serem capazes de formar ligações de hidrogênio com H₂Ou, seu principal componente orgânico é hidrofóbico. Quanto mais volumosos ou longos forem os grupos R, menor será sua solubilidade em água.

Quando há um ácido no meio, entretanto, a solubilidade é aumentada pela formação do que é conhecido como sais de amina. Neles, o nitrogênio tem carga parcial positiva, que atrai eletrostaticamente o ânion ou base conjugada do ácido.

Por exemplo, em uma solução diluída de HCl, a amina RNH₂ reage da seguinte forma:

RNH₂ + HCl => RNH₃⁺Cl^– (sal primário de amina)

RNH₂ Era insolúvel (ou pouco solúvel) em água, e na presença do ácido forma um sal, cuja solvatação de seus íons favorece sua solubilidade.

Por que isso acontece? A resposta está em uma das principais propriedades das aminas: são polares e básicas. Por serem básicos, eles irão reagir com ácidos fortes o suficiente para protoná-los, de acordo com a definição de Brönsted-Lowry.

Basicidade

As aminas são bases orgânicas mais fortes do que a amônia. Quanto mais alta a densidade do elétron ao redor do átomo de nitrogênio, mais básico ele será; isto é, ele irá desprotonar os ácidos no meio ambiente mais rapidamente. Se a amina for muito básica, pode até tirar o próton dos álcoois.

Os grupos R contribuem com a densidade de elétrons para o nitrogênio por efeito indutivo; visto que, não devemos esquecer que é um dos átomos mais eletronegativos que existem. Se esses grupos forem muito longos ou volumosos, o efeito indutivo será maior, o que também aumentará a região negativa em torno do par de elétrons (··).

Isso faz com que (··) aceite o íon H mais rapidamente⁺. No entanto, se R forem muito volumosos, a basicidade diminui por efeito estérico. Por quê? Pela simples razão de que o H⁺ ele deve cruzar uma configuração de átomos antes de atingir o nitrogênio.

Outra maneira de raciocinar sobre a basicidade de uma amina é estabilizando seu sal de amina. Agora, aquele que diminui por efeito indutivo pode diminuir a carga positiva N⁺, será uma amina mais básica. Os motivos são os mesmos que acabamos de explicar.

Alquilaminas vs arilaminas

As alquilaminas são muito mais básicas do que as arilaminas. Por quê? Para entender de forma simples, a estrutura da anilina é mostrada:

Acima, no grupo amino, está o par de elétrons (··). Este par "viaja" dentro do anel nas posições orto e para em relação ao NH₂. Isso significa que os dois vértices superiores e o oposto de NH₂ eles são carregados negativamente, enquanto o átomo de nitrogênio, positivamente.

Uma vez que o nitrogênio é carregado positivamente, ⁺N, irá repelir o íon H⁺. E se isso não for suficiente, o par de elétrons é deslocado dentro do anel aromático, tornando-o menos acessível para desprotonar ácidos.

A basicidade da anilina pode aumentar se grupos ou átomos que lhe conferem densidade eletrônica estiverem ligados ao anel, competindo com o par (··) e forçando-o a se localizar com maior probabilidade no átomo de nitrogênio, pronto para atuar como base.

Tipos (primário, secundário, terciário)

Embora não apresentada formalmente, foi feita referência implicitamente às aminas primárias, secundárias e terciárias (imagem superior, da esquerda para a direita).

Aminas primárias (RNH₂) são os monossubstituídos; os secundários (R₂NH), são dissubstituídos, com dois grupos R alquil ou aril; e o terciário (R₃N), são trissubstituídos e carecem de hidrogênio.

Todas as aminas existentes são derivadas desses três tipos, portanto, sua diversidade e interações com a matriz biológica e neuronal são enormes.

Em geral, pode-se esperar que as aminas terciárias sejam as mais básicas; no entanto, tal afirmação não pode ser feita sem conhecer as estruturas de R.

Treinamento

Alquilação de amônia

No início, foi mencionado que as aminas são derivadas da amônia; portanto, a maneira mais simples de formá-los é por alquilação. Para fazer isso, um excesso de amônia é reagido com um haleto de alquila, seguido pela adição de uma base para neutralizar o sal de amina:

NH₃ + RX => RNH₃⁺X^– => RNH₂

Observe que essas etapas levam a uma amina primária. Também podem ser formadas aminas secundárias e até terciárias, pelo que o rendimento para um único produto diminui.

Alguns métodos de treinamento, como a síntese de Gabriel, possibilitam a obtenção de aminas primárias para que outros produtos indesejáveis não se formem.

Além disso, cetonas e aldeídos podem ser reduzidos na presença de amônia e aminas primárias, para dar origem a aminas secundárias e terciárias.

Hidrogenação catalítica

Compostos nitro podem ser reduzidos na presença de hidrogênio e um catalisador para suas aminas correspondentes.

ArNO₂ => ArNH₂

Nitrilos, RC≡N e amidas, RCONR₂, também são reduzidos para dar aminas primárias e terciárias, respectivamente.

Nomenclatura

Como as aminas são nomeadas? Na maioria das vezes, eles são nomeados com base em R, o grupo alquil ou aril. Ao nome de R, derivado de seu alcano, a palavra 'amina' é adicionada no final.

Assim, CH₃CH₂CH₂NH₂ é propilamina. Por outro lado, pode ser denominado considerando apenas o alcano e não como um grupo R: a propanamina.

A primeira forma de nomeá-los é, de longe, a mais conhecida e usada.

Quando há dois grupos NH₂, o alcano é nomeado e as posições dos grupos amino são listadas. Assim, o H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂NH₂ É denominado: 1,4-butanodiamina.

Se houver grupos oxigenados, como OH, deve ser dada prioridade sobre NH₂, que passa a ser nomeado como um substituinte. Por exemplo, HOCH₂CH₂CH₂NH₂ É denominado: 3-Aminopropanol.

E em relação às aminas secundárias e terciárias, as letras N são usadas para indicar os grupos R. A cadeia mais longa permanecerá com o nome do composto. Assim, o ch₃NHCH₂CH₃ É denominado: N-Metiletilamina.

Formulários

Corantes

As aminas aromáticas primárias podem servir como material de partida para a síntese do corante azo. Inicialmente, as aminas reagem para formar sais de diazônio, que formam os compostos azo por meio de acoplamento azo (ou acoplamento diazo).

Estas, devido à sua intensa coloração, são utilizadas na indústria têxtil como material de tingimento; por exemplo: laranja de metila, marrom direto 138, amarelo sol FCF e ponceau.

Drogas e drogas

Muitos medicamentos atuam com agonistas e antagonistas dos neurotransmissores amina natural. Exemplos:

-Clorofeniramina é um anti-histamínico utilizado no controle de processos alérgicos devido à ingestão de alguns alimentos, febre do feno, picadas de insetos, etc.

-Clorpromazina é um agente sedativo, não um indutor do sono. Alivia a ansiedade e até é usado no tratamento de alguns transtornos mentais.

-Efedrina e fenilefedrina são usadas como descongestionantes respiratórios.

-Amitriptilina e imipramina são aminas terciárias utilizadas no tratamento da depressão. Devido à sua estrutura, são classificados como antidepressivos tricíclicos.

- Analgésicos opióides, como morfina, codelina e heroína, são aminas terciárias.

Tratamento de Gás

Várias aminas, incluindo diglicolamina (DGA) e dietanolamina (DEA), são usadas na eliminação de gases de dióxido de carbono (CO₂) e sulfeto de hidrogênio (H₂S) presente no gás natural e nas refinarias.

Química agrícola

As metilaminas são compostos intermediários na síntese de produtos químicos usados na agricultura como herbicidas, fungicidas, inseticidas e biocidas.

Fabricação de resina

As metilaminas são utilizadas durante a produção de resinas de troca iônica, utilizáveis na deionização de água.

Nutrientes Animais

A trimetilamina (TMA) é usada principalmente na produção de cloreto de colina, um suplemento de vitamina B usado na alimentação de galinhas, perus e porcos.

Indústria da borracha

O oleato de dimetilamina (DMA) é um emulsificante para uso na produção de borracha sintética. O DMA é usado diretamente como um modificador de polimerização na fase de vapor do butadieno e como um estabilizador para o látex de borracha natural no lugar da amônia

Solventes

Dimetilamina (DMA) e monometilamina (MMA) são usadas para sintetizar os solventes polares apróticos dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMAc) e n-metilpirrolidona (NMP).

As aplicações para DMF incluem: revestimento de uretano, solvente de fio acrílico, solventes de reação e solventes de extração.

O DMAc é utilizado na fabricação de tintas e solventes para fios. Por fim, o NMP é utilizado no refino de óleos lubrificantes, decapantes e revestimentos de esmalte.

Exemplos

Cocaína

A cocaína é usada como anestésico local em certos tipos de cirurgias nos olhos, ouvidos e garganta. Como visto, é uma amina terciária.

Nicotina

A nicotina é o principal agente do tabagismo e quimicamente é uma amina terciária. A nicotina na fumaça do tabaco é rapidamente absorvida e altamente tóxica.

Morfina

É um dos analgésicos mais eficazes para aliviar a dor, especialmente o câncer. É, novamente, uma amina terciária.

Serotonina

A serotonina é um neurotransmissor amina. Em pacientes deprimidos, a concentração do principal metabólito da serotonina está diminuída. Ao contrário das outras aminas, esta é primária.

Referências

Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Química orgânica. Aminas. (10^º edição.). Wiley Plus.
Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
Morrison e Boyd. (1987). Quimica Organica. (Quinta edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
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Wikipedia. (2019). Amine. Recuperado de: en.wikipedia.org
Ganong, W. F. (2003). Fisiologia Médica. 19ª edição. Editorial El Manual Moderno.