الأمينات هي مركبات عضوية مشتقة من الأمونيا (NH3)، يتم فيها استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بمجموعات ألكيل أو أريل. إنها فئة حيوية من المركبات ذات نطاق واسع من التطبيقات في مجالات مختلفة مثل الأدوية والكيماويات الزراعية وعلوم المواد.
في هذه المقالة سنتعرف على تصنيف الأمينات والصيغة الكيميائية لها بالإضافة إلى تسمية هذه الأصناف. يشمل هذا المنشور أيضا على الخواص وطرق التحضير بالإضافة إلى التفاعلات الكيميائية لها وكذلك استخدامات و مخاطر الأمينات بشكل مفصل.
تصنيف الأمينات والصيغ العامة لها
يتم تصنيف الأمينات بناء على الصيغة العامة لها إلى:
- أمينات أولوية: ترتبط فيها مجموعة الأمين بمجموعة ألكيلية أو أريلية واحدة وذرتي هيدروجين.
- أمينات ثانوية: ترتبط مجموعة الأمين بمجموعتي ألكيل أو أريل أو بواحدة من كلتيهما وذرة هيدروجين واحدة.
- أمينات ثالثية: تكون فيها مجموعة الأمين مرتبطة بثلاث مجموعات ألكيلية أو أريلية ونادرا ما تكون محصورة بين ثلاثة مجموعة أريلية في الطبيعة.
- أمينات حلقية: عندما تكون ذرة النيتروجين جزءا من مركب حلقي يطلق عليه اسم أمين حلقي غير متجانس. مثل، اليبيريدين.
تسمية الأمينات
- اعتبار أطول سلسلة كربونية على أنها المركب الأم. حيث يأخذ اسم الألكان الذي يحتوي على نفس عدد ذرات الكربون.
- إضافة المقطع "-أمين" إلى اسم الألكان. وإذا كان باللاتينية يتم استبدال اللاحقة "-e" في نهاية كلمة "alkane" بالمقطع "-amine". ليصبح: ألكان أمين (alkanamine)، مثل: ميثان أمين (methanamine(CH3NH2)).
- تحديد مواضع وأسماء المجموعات البديلة مع مراعاة ترقيم السلسلة نحو الجهة البعيدة عن المجموعة الأمينية. حيث أن الذرة المرتبطة (في السلسلة الأطول) بهذه المجموعة تأخذ أقل رقم.
- يتم تحديد مواضع المجموعات البديلة المرتبطة بذرة النيتروجين بالرمز "N". وإذا كان هناك أكثر من بديل يستخدم دايامين (ثنائي أمين) وترايامين (ثلاثي أمين) وتترامين (رباعي أمين).
- الأمينات الحلقية والأروماتية تنتمي إلى عائلات محددة تعمل كجزيئات أو منظومات معينة. على سبيل المثال، عندما يرتبط مجموعة الأمين (NH2) بحلقة البنزين يسمى أنيلين.
بشكل عام، يمكن تسمية الأمينات إما بأسماء نظامية أو شائعة.
في الأسماء الشائعة، نتعامل مع سلسلة الكربون باعتبارها مجموعة ألكيل مرتبطة بذرة النيتروجين. تتم إضافة مجموعة الألكيل إلى اللاحقة "أمين" لتشكل كلمة واحدة مثل "ألكيل أمين، Alkylamine".
أمثلة على تسمية الأمينات الأولية:
أمثلة على تسمية الأمينات الثانوية:
أمثلة على تسمية الأمينات الثالثية:
فيما يتعلق بالأمينات العطرية، احتفظ تسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية بالاسم الشائع أنيلين للمشتق الأميني للبنزين. يتم ترقيم المشتقات البديلة للأنيليين بدءًا من الكربون الذي يحمل مجموعة الأمينو.
كما أن العديد من الأمينات العطرية مثل التوليدين والأنيسيدات لا تزال معروفة بأسمائها التاريخية.
تشير الرموز o, m, p والتي تم اختصارها من الكلمات Ortho, Meta, Para على التوالي إلى مواضع المستبدلات الأخرى بنسبة لمجموعة الأمين. كما في الشكل التالي:
تم تسمية الأمينات العطرية أيضًا باسم "أرين أمين". وبالتالي، يتم سرد الأنيلين، المركب الرئيسي للعائلة العطرية، تحت اسم "بنزين أمين".
يستخدم البادئة "أمينو" أيضا في التسميات الشائعة؛ كما في 2-أمينوبنتان. وفي الغالب يستخدم هذه البادئة عند تسمية الأمينات التي تحتوي على ذرات كثيرة[1].
الخواص الفيزيائية
تظهر الأمينات مجموعة واسعة من الخواص الفيزيائية، والتي تتأثر إلى حد كبير ببنيتها الجزيئية والقوى الجزيئية. في درجة حرارة الغرفة، تكون الأمينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض عادةً غازات عديمة اللون أو سوائل متطايرة ذات رائحة نفاذة مميزة تشبه رائحة الأمونيا. مع زيادة الوزن الجزيئي، يمكن أن تصبح الأمينات عديمة اللون إلى السوائل أو المواد الصلبة ذات اللون الأصفر الفاتح، اعتمادًا على المركب المحدد.
تميل نقاط غليان وذوبان الأمينات إلى الزيادة مع الوزن الجزيئي بسبب تعزيز قوى فان دير فال بين الجزيئات. يؤدي وجود الروابط الهيدروجينية في الأمينات الأولية والثانوية إلى رفع نقاط غليانها وانصهارها مقارنة بالأمينات الثلاثية. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تتمتع الأمينات الأولية والثانوية بنقاط غليان وانصهار أعلى من نظيراتها من الدرجة الثالثة ذات الكتلة الجزيئية المماثلة.
ومن المعروف أيضًا أن الأمينات عبارة عن مركبات قطبية نظرًا لوجود المجموعة الأمينية، مما يسمح بالتفاعل مع الجزيئات القطبية الأخرى. تساهم هذه القطبية في ذوبانية الأمينات في المذيبات القطبية مثل الماء، حيث تكون الأمينات الأصغر التي تحتوي على ما يصل إلى 6 ذرات كربون قابلة للامتزاج مع الماء بدرجات متفاوتة. ومع ذلك، تميل الأمينات ذات السلاسل الهيدروكربونية الأطول إلى إظهار قابلية ذوبان متناقصة في الماء، وتصبح أكثر قابلية للذوبان في المذيبات غير القطبية.
تظهر محاليل الأمينات صفة قاعدية؛ وذلك بسبب وجود زوج إلكتروني حر على ذرة النيتروجين، الذي يجذب أحد ذرتي الهيدروجين من الماء (H-O-H)، وتحرير مجموعة الهيدروكسيل (OH-). كما في المعادلة التالية:
\[\ce{RNH2 + H-OH -> NH4+ + OH-}\]
طرق تحضير الأمينات
1. ألكلة الأمونيا: تتضمن الطريقة الشائعة لتحضير الأمينات ألكلة الأمونيا. يستخدم هذا التفاعل عادة هاليدات الألكيل، لتحويل الأمونيا إلى أمين أولي. وتتمثل المعادلة الكيميائية لهذه العملية على النحو التالي:
\[ \text{NH}_3 + \text{R-X} \rightarrow \text{RNH}_2 + \text{HX} \]2. اصطناع غابرييل: يعد اصطناع غابرييل طريقة مهمة لتحضير الأمينات الأولية من أملاح الفثاليميد. يمكن تمثيل التحول الكيميائي على النحو التالي:
\[ \text{Phthalimide} + \text{R-X} + \text{OH}^- \rightarrow \text{RNH}_2 + \text{C}_6\text{H}_4\text{CO}_2^- + \text{X}^- \]
3. اختزال أزيدات الألكيل: يمكن الحصول على الأمينات عن طريق اختزال أزيدات الألكيل، التي تتشكل غالبًا من التفاعل بين الهاليدات وأزيد الصوديوم. يمكن رمز الاختزال كالتالي:
\[ \text{RN}_3 + \text{H}_2 \rightarrow \text{RNH}_2 + \text{N}_2 \]4. اختزال النتريلات: النتريلات، عندما تتعرض للاختزال، تنتج الأمينات الأولية. يتم تمثيل معادلة هذه العملية على كما يلي:
\[ \text{RCN} + \text{4H}_2 \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 + \text{NH}_3 \]5. اختزال الأميدات: يعد اختزال الأميدات طريقًا آخر لتحضير الأمينات. يتم التعبير عن التحول الكيميائي على النحو التالي:
\[ \text{RC(O)NH}_2 + \text{4H}_2 \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 + \text{2H}_2\text{O} \]6. اختزال مركبات النيترو: يمكن اختزال مركبات النيترو إلى أمينات، وهو تفاعل غالبًا ما يتم تحفيزه بواسطة عوامل مختلفة. يتم توضيح المعادلة على النحو التالي:
\[ \text{RNO}_2 + \text{6H} \rightarrow \text{RNH}_2 + \text{2H}_2\text{O} + \text{N}_2 \]7. إضافة الأمين الاختزالي للألدهيدات والكيتونات: يوفر إضافة الأمين الاختزالي لمركبات الكربونيل، مثل الألدهيدات والكيتونات، طريقة متعددة الاستخدامات لتحضير الأمينات. المعادلة الكيميائية لهذه العملية هي:
\[ \text{RCHO or RCOR'} + \text{NH}_3 + \text{H}_2 \rightarrow \text{RCH}_2\text{NH}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
تعرض هذه الطرق الاستراتيجيات المتنوعة المتاحة لتحضير الأمينات، والتي تلبي مختلف المواد الأولية والتحولات الكيميائية.
التفاعلات الكيميائية
الأمينات هي مركبات متعددة الاستخدامات تشارك في مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية، وذلك بسبب وجود المجموعة الأمينية ومجموعة متنوعة من الهياكل التي يمكن أن تشكلها الأمينات.
تكوين أملاح الأمونيوم: واحدة من التفاعلات الأساسية التي تنطوي على الأمينات هي قدرتها على العمل كقواعد. بسبب وجود زوج الإلكترونات الوحيد في ذرة النيتروجين، تتقبل الأمينات البروتونات بسهولة، مما يؤدي إلى تكوين أملاح الأمونيوم. تجد هذه الخاصية القاعدية للأمينات استخدامًا واسع النطاق في التصنيع العضوي، حيث تعمل الأمينات في كثير من الأحيان كنواة في تفاعلات مختلفة بما في ذلك الألكلة والأسيلة والأمين الاختزالي.
\[ \text{R-NH}_2 + \text{H}^+ \rightarrow \text{R-NH}_3^+ \]
ألكلة وأسيلة الأمينات: يمكن أن تخضع الأمينات إلى ألكلة N وأسيلة N لتكوين مشتقات ألكيل وأسيل مختلفة.
\[ \text{R-NH}_2 + \text{RX} \rightarrow \text{R-NHR'} + \text{HX} \]
\[ \text{R-NH}_2 + \text{RCOCl} \rightarrow \text{R-NHCO-R'} + \text{HCl} \]
التفاعلات الكيميائية الهامة: تعتبر التفاعلات مثل اصطناع غابرييل، وإزالة هوفمان، وإعادة ترتيب كورتيوس، بمثابة تحولات كيميائية مهمة تستخدم الأمينات ككواشف رئيسية.
- اصطناع غابرييل: \( \text{R-X} + \text{NH}_2 \rightarrow \text{RNH}_2 \)
- إزالة هوفمان: \( \text{R-CONH}_2 \rightarrow \text{RNH}_2 \)
- إعادة ترتيب كورتيوس: \( \text{R-NH}_2 \rightarrow \text{RNCO} \)
تكوين معقد تناسقي: قدرة الأمينات على تكوين معقدات تناسقية مع معادن انتقالية تتيح فائدتها في العمليات التحفيزية والتفاعلات بوساطة المعادن.
\[ \text{R-NH}_2 + \text{M}^{n+} \rightarrow \text{[R-NH}_2\text{M}^{n+}]^{(n-1)+} \]
الأكسدة: الأمينات هي أيضا عرضة للأكسدة، وخاصة في وجود عوامل مؤكسدة. يمكن أن تؤدي هذه الأكسدة إلى تكوين أكاسيد أمينية، والتي تجد تطبيقات كمواد خافضة للتوتر السطحي، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى توليد الإيمينات والنيتريل من خلال مسارات تفاعل إضافية.
\[ \text{R-NH}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{R-NH}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O}_2 \]
\[ \text{R-NH}_2\text{O} \rightarrow \text{R-N}=\text{O} + \text{H}_2\text{O} \]
استخدامات الأمينات
تساهم الخصائص الكيميائية والفيزيائية المتنوعة للأمينات في نطاق واسع من التطبيقات في مختلف الصناعات. فيما يلي أبرز استخدامات الأمينات في الحياة اليومية والصناعة:
أدوية: تعمل الأمينات كوحدات بناء أساسية في تركيب المركبات الصيدلانية وغالباً ما توجد كمكونات أساسية في العديد من الأدوية. إنها تلعب دورًا حاسمًا في تطوير المسكنات ومضادات الهيستامين ومضادات الاكتئاب والأدوية المضادة للفيروسات. ومن الجدير بالذكر أن وجود مجموعات أمينية وظيفية في العوامل الصيدلانية غالبًا ما يضفي النشاط الحيوي ويعزز قابلية الذوبان، مما يجعل الأمينات لا غنى عنها في تصميم الأدوية واكتشافها.
الكيماويات الزراعية: ترجع خصائص المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب للعديد من المواد الكيميائية الزراعية، جزئيًا، إلى وجود المجموعات الوظيفية الأمينية. تُستخدم الأمينات كمكونات أساسية في تركيب مبيدات الأعشاب والمبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات. إن قدرتها على الخضوع للتحولات الكيميائية وتكوين اتحادات مع مركبات أخرى تعزز فعاليتها في مكافحة الآفات وتعزيز إنتاجية المحاصيل.
علم المواد: تعتبر الأمينات حاسمة في علم المواد، وخاصة في إنتاج البوليمرات والأصباغ . وهي تشكل الأساس لمختلف المواد البوليمرية من خلال عملية البلمرة، مما يساهم في تطوير الألياف الاصطناعية والراتنجات والمواد اللاصقة. تُستخدم الأمينات أيضًا كوسيط لتحضير الأصباغ، مما يسمح بتوليد مجموعة واسعة من الملونات النابضة بالحياة والمتينة لتطبيقات النسيج ومستحضرات التجميل والصناعية.
تطبيقات أخرى: إلى جانب القطاعات المذكورة أعلاه، تجد الأمينات فائدة في عدد لا يحصى من التطبيقات، بما في ذلك تثبيط التآكل، ومعالجة الغاز، وإنتاج مضادات الأكسدة المطاطية. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تلعب دورًا حيويًا في تركيب منتجات العناية الشخصية، حيث تساهم خصائصها في تطوير المواد الخافضة للتوتر السطحي والمكونات التجميلية الفعالة.
مخاطر الأمينات
يمكن أن تشكل الأمينات مخاطر مختلفة وخاصة العطرية منها. تشمل بعض المخاطر الشائعة ما يلي:
- السمية: يمكن أن تكون بعض الأمينات سامة، وتسبب ضررًا إذا تم تناولها أو استنشاقها أو امتصاصها عبر الجلد.
- التهيج: قد تسبب الأمينات تهيجًا للعينين والجلد والجهاز التنفسي، خاصة في التركيزات العالية.
- التآكل: يمكن أن تكون بعض الأمينات مسببة للتآكل، مما يؤدي إلى تلف المواد أو الأسطح التي تتلامس معها.
- قابلية الاشتعال: يمكن أن تكون بعض الأمينات قابلة للاشتعال، مما يشكل خطر الحريق في ظروف معينة.
- التأثير البيئي: يمكن أن يكون للأمينات، إذا تم إطلاقها في البيئة، آثار سلبية على النظم البيئية وجودة المياه.
- ردود الفعل التحسسية: قد يكون لدى بعض الأفراد حساسية تجاه بعض الأمينات، مما يؤدي إلى ردود فعل تحسسية عند التعرض لها.
من الضروري التعامل مع الأمينات واستخدامها بعناية، مع اتباع بروتوكولات وإرشادات السلامة المناسبة.
وحسب موقع NIPH حول التأثيرات الصحية والمخاطر لبعض الأمينات قوله:
هناك القليل نسبيًا من المعرفة حول التأثيرات الصحية المختلفة للعديد من هذه المركبات، ولكن من المعروف أن العديد منها يمكن أن يكون مسببًا للسرطان بدرجة عالية. ويعتمد خطر الإصابة بالسرطان في نهاية المطاف على الكمية التي تتشكل، والكمية التي يتم إطلاقها، والكمية التي تتحلل في الغلاف الجوي بواسطة الضوء، ومدى قوة المواد المسببة للسرطان.
في الختام، الأمينات هي مركبات متعددة الاستخدامات ولها أهمية كبيرة في العديد من الصناعات، من الأدوية إلى علوم المواد. إن مجموعتها المتنوعة من الخصائص الكيميائية، ومجموعة واسعة من التطبيقات، والدور المحوري باعتبارها لبنات بناء أساسية في الكيمياء العضوية تؤكد على التأثير الأساسي للأمينات على كل من التقدم العلمي والحياة اليومية.