AMINES: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, TYPES, UTILISATIONS, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les amines sont des composés organiques dérivés de l'ammoniac. En eux, des liaisons covalentes entre le carbone et l'azote se produisent. Naturellement, la molécule d'azote est cinétiquement inerte; mais grâce à la fixation biologique, il se transforme en ammoniac, qui à son tour subit des réactions d'alkylation ultérieures.

Lorsque l'ammoniac est «alkylé», il remplace un, deux ou trois de ses trois hydrogènes par des atomes de carbone. Ces carbones peuvent bien provenir d'un groupement alkyle (R) ou aryle (Ar). Ainsi, il existe des amines aliphatiques (linéaires ou ramifiées) et aromatiques.

Formule générale pour une amine. Source: MaChe, de Wikimedia Commons.

La formule générale des amines aliphatiques est indiquée ci-dessus. Cette formule peut être utilisée pour les amines aromatiques, étant donné que R peut également être un groupe aryle Ar. Notez la similitude entre l'amine et l'ammoniac, NH ₃. Pratiquement, un H a été remplacé par une chaîne latérale R.

Si R est constitué de chaînes aliphatiques, vous avez ce que l'on appelle une alkylamine; tandis que si R est de nature aromatique, une arylamine. Parmi les arylamines, la plus importante de toutes est l'alanine: un groupe amino, -NH ₂, attaché au cycle benzénique.

Lorsqu'il y a des groupes oxygénés dans une structure moléculaire, tels que OH et COOH, le composé n'est plus appelé une amine. Dans ce cas, l'amine est considérée comme un substituant: le groupe amino. Par exemple, cela se produit dans les acides aminés, ainsi que dans d'autres biomolécules d'une importance énorme pour la vie.

Parce que l'azote se trouve dans de nombreux composés essentiels à la vie, ceux-ci ont été considérés comme des amines vitales; c'est-à-dire «vitamines». Cependant, de nombreuses vitamines ne sont même pas des amines, et plus encore, toutes ne sont pas vitales pour la vie. Cependant, cela ne nie pas sa grande importance dans les organismes vivants.

Les amines sont des bases organiques plus fortes que l'ammoniac lui-même. Ils sont facilement extractibles de la matière végétale et ont généralement de fortes interactions avec la matrice neuronale des organismes; par conséquent, de nombreux médicaments et médicaments consistent en des amines avec des structures et des substituants complexes.

Structure

Quelle est sa structure? Bien qu'il varie en fonction de la nature de R, l'environnement électronique de l'atome d'azote est le même pour tous: tétraédrique. Mais, comme il y a une paire d'électrons non partagés sur l'atome d'azote (··), la géométrie moléculaire devient pyramidale. C'est le cas de l'ammoniac et des amines.

Les amines peuvent être représentées avec un tétraèdre, tout comme avec des composés carbonés. Ainsi, NH ₃ et CH ₄ sont dessinés sous forme de tétraèdres, où le couple (··) est situé à l'un des sommets au-dessus de l'azote.

Les deux molécules sont achirales; cependant, ils commencent à montrer que leurs chiralité de H sont remplacés par R. L'amine R ₂ NH est achiral si les deux de R sont différents. Cependant, il n'y a aucune configuration pour différencier un énantiomère d'un autre (comme c'est le cas avec les centres carbonés chiraux).

C'est parce que les énantiomères:

R ₂ N-H - H-NR ₂

ils sont échangés à un rythme tel qu'aucun d'eux ne peut s'isoler; et par conséquent les structures des amines sont considérées comme achirales même si tous les substituants sur l'atome d'azote sont différents.

Propriétés des amines

Polarité

Les amines sont des composés polaires, car le groupe NH ₂ amino, ayant un atome d'azote électronégatif, contribue au moment dipolaire de la molécule. Notez que l'azote a la capacité de donner des liaisons hydrogène, ce qui fait que les amines ont généralement des points de fusion et d'ébullition élevés.

Cependant, lorsque cette propriété est comparée à celle de composés oxygénés, tels que les alcools et les acides carboxyliques, ils conduisent à des amplitudes plus faibles.

Par exemple, le point d'ébullition de l'éthylamine, CH ₃ CH ₂ NH ₂ (16,6 ° C) est inférieur à celui de l'éthanol, CH ₃ CH ₂ OH (78 ° C).

Ainsi, il est montré que les liaisons hydrogène OH sont plus fortes que celles de NH, même si une amine peut former plus d'un pont. Cette comparaison n'est valable que si R a le même poids moléculaire pour les deux composés (CH ₃ CH ₂ -). Par contre, l'éthane bout à -89 ° C, le CH ₃ CH ₃ étant un gaz à température ambiante.

Comme une amine a moins d'hydrogène, elle forme moins de liaisons hydrogène et son point d'ébullition est abaissé. Ceci est observé en comparant le point d'ébullition de la diméthylamine, (CH ₃) ₂ NH (7 ° C), avec celui de l'éthylamine (16,6 ° C).

Caractéristiques physiques

Dans le monde de la chimie, lorsqu'on parle d'une amine, l'acte involontaire de se tenir le nez se produit. En effet, en général, ils ont tendance à avoir des odeurs désagréables, dont certaines ressemblent à celles du poisson pourri.

De plus, les amines liquides ont tendance à avoir des tons jaunâtres, ce qui augmente la méfiance visuelle qu'elles génèrent.

Solubilité dans l'eau

Les amines ont tendance à être insolubles dans l'eau car, bien qu'elles soient capables de former des liaisons hydrogène avec H ₂ O, leur composant organique majoritaire est hydrophobe. Plus les groupes R sont volumineux ou longs, plus leur solubilité dans l'eau est faible.

Lorsqu'il y a un acide dans le milieu, cependant, la solubilité est augmentée par la formation de ce que l'on appelle des sels d'amine. En eux, l'azote a une charge partielle positive, qui attire électrostatiquement l'anion ou la base conjuguée de l'acide.

Par exemple, dans une solution diluée de HCl, l'amine RNH ₂ réagit comme suit:

RNH ₂ + HCl => RNH ₃ ⁺ Cl ^- (sel d'amine primaire)

Le RNH ₂ était insoluble (ou légèrement soluble) dans l'eau, et en présence de l'acide il forme un sel dont la solvatation de ses ions favorise sa solubilité.

Pourquoi cela arrive-t-il? La réponse réside dans l'une des principales propriétés des amines: elles sont polaires et basiques. Étant basiques, ils réagiront avec des acides suffisamment forts pour les protoner, selon la définition de Brönsted-Lowry.

Basicité

Les amines sont des bases organiques plus fortes que l'ammoniac. Plus la densité électronique autour de l'atome d'azote est élevée, plus elle sera basique; c'est-à-dire qu'il déprotonera plus rapidement les acides de l'environnement. Si l'amine est très basique, elle peut même éliminer le proton des alcools.

Les groupes R contribuent à la densité électronique de l'azote par effet inductif; depuis, il ne faut pas oublier que c'est l'un des atomes les plus électronégatifs qui existent. Si ces groupes sont très longs ou volumineux, l'effet inductif sera plus important, ce qui augmentera également la région négative autour de la paire d'électrons (··).

Cela amène (··) à accepter l'ion H ⁺ plus rapidement. Cependant, si R sont très volumineux, la basicité diminue par effet stérique. Parce que? Pour la simple raison que H ⁺ doit traverser une configuration d'atomes avant d'atteindre l'azote.

Une autre façon de raisonner sur la basicité d'une amine consiste à stabiliser son sel d'amine. Or, celle qui diminue par effet inductif peut diminuer la charge positive N ⁺, ce sera une amine plus basique. Les raisons sont les mêmes juste expliquées.

Alkylamines vs arylamines

Les alkylamines sont beaucoup plus basiques que les arylamines. Parce que? Pour le comprendre simplement, la structure de l'aniline est montrée:

Molécule d'aniline. Source: Calvero., via Wikimedia Commons

Au-dessus, dans le groupe amino, se trouve la paire d'électrons (··). Cette paire "voyage" à l'intérieur de l'anneau dans les positions ortho et para par rapport à NH ₂. Cela signifie que les deux sommets supérieurs et celui opposé NH ₂ sont chargés négativement, tandis que l'atome d'azote est chargé positivement.

Puisque l'azote est chargé positivement, ⁺ N, il repoussera l'ion H ⁺. Et si cela ne suffit pas, la paire d'électrons est délocalisée dans le cycle aromatique, ce qui la rend moins accessible pour déprotoner les acides.

La basicité de l'aniline peut augmenter si des groupes ou des atomes qui lui confèrent une densité électronique sont liés au cycle, en concurrence avec la paire (··) et en l'obligeant à être plus susceptible d'être située sur l'atome d'azote, prête à agir comme une base.

Types (primaire, secondaire, tertiaire)

Types d'amines. Source: Jü via Wikipedia.

Bien que non formellement présentée, une référence a été implicitement faite aux amines primaires, secondaires et tertiaires (image du haut, de gauche à droite).

Les amines primaires (RNH ₂) sont monosubstituées; les secondaires (R ₂ NH) sont disubstitués, avec deux groupes R alkyle ou aryle; et les tertiaires (R ₃ N), sont trisubstitués, et il manque d'hydrogène.

Toutes les amines existantes sont dérivées de ces trois types, de sorte que leur diversité et leurs interactions avec la matrice biologique et neuronale sont énormes.

En général, on peut s'attendre à ce que les amines tertiaires soient les plus basiques; cependant, une telle revendication ne peut être faite sans connaître les structures de R.

Formation

Alkylation de l'ammoniac

Au début, il a été mentionné que les amines sont dérivées de l'ammoniac; par conséquent, la manière la plus simple de les former est par alkylation. Pour ce faire, on fait réagir un excès d'ammoniac avec un halogénure d'alkyle, suivi de l'ajout d'une base pour neutraliser le sel d'amine:

NH ₃ + RX => RNH ₃ ⁺ X ^- => RNH ₂

Notez que ces étapes conduisent à une amine primaire. Des amines secondaires et même tertiaires peuvent également être formées, moyennant quoi le rendement pour un seul produit diminue.

Certaines méthodes d'apprentissage, comme la synthèse de Gabriel, permettent d'obtenir des amines primaires afin d'éviter la formation d'autres produits indésirables.

De plus, les cétones et les aldéhydes peuvent être réduits en présence d'ammoniac et d'amines primaires, pour donner naissance à des amines secondaires et tertiaires.

Hydrogénation catalytique

Les composés nitro peuvent être réduits en présence d'hydrogène et d'un catalyseur en leurs amines correspondantes.

ArNO ₂ => ArNH ₂

Les nitriles, RC = N, et les amides, RCONR ₂, sont également réduits pour donner respectivement des amines primaires et tertiaires.

Nomenclature

Comment les amines sont-elles nommées? La plupart du temps, ils sont nommés en fonction de R, le groupe alkyle ou aryle. Au nom de R, dérivé de son alcane, le mot «amine» est ajouté à la fin.

Ainsi, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂ est la propylamine. Par contre, on peut l'appeler en considérant uniquement l'alcane et non comme un groupe R: la propanamine.

La première façon de les nommer est de loin la plus connue et la plus utilisée.

Lorsqu'il y a deux groupes NH ₂, l'alcane est nommé et les positions des groupes amino sont listées. Ainsi, H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ est appelé: 1,4-butanediamine.

S'il y a des groupes oxygénés, tels que OH, il doit avoir la priorité sur NH ₂, qui se trouve être nommé comme un substituant. Par exemple, HOCH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ est appelé: 3-Aminopropanol.

Et concernant les amines secondaires et tertiaires, les lettres N sont utilisées pour indiquer les groupes R. La chaîne la plus longue restera avec le nom du composé. Ainsi, CH ₃ NHCH ₂ CH ₃ est appelé: N-méthyléthylamine.

Applications

Colorants

Les amines aromatiques primaires peuvent servir de matière de départ pour la synthèse de colorants azoïques. Initialement, les amines réagissent pour former des sels de diazonium, qui forment les composés azo par couplage azo (ou couplage diazo).

Ceux-ci, en raison de leur coloration intense, sont utilisés dans l'industrie textile comme matière de teinture; par exemple: méthylorange, brun direct 138, jaune soleil FCF et ponceau.

Drogues et drogues

De nombreux médicaments travaillent avec des agonistes et des antagonistes des neurotransmetteurs aminés naturels. Exemples:

-La chlorophéniramine est un antihistaminique utilisé dans le contrôle des processus allergiques dus à l'ingestion de certains aliments, rhume des foins, piqûres d'insectes, etc.

-La chlorpromazine est un agent sédatif, pas un inducteur du sommeil. Il soulage l'anxiété et est même utilisé dans le traitement de certains troubles mentaux.

-L'éphédrine et la phényléphédrine sont utilisées comme décongestionnants respiratoires.

-L'amitriptyline et l'imipramine sont des amines tertiaires utilisées dans le traitement de la dépression. En raison de leur structure, ils sont classés comme antidépresseurs tricycliques.

-Les analgésiques opioïdes tels que la morphine, la codeline et l'héroïne sont des amines tertiaires.

Traitement des gaz

Plusieurs amines, dont la diglycolamine (DGA) et la diéthanolamine (DEA), sont utilisées pour éliminer les gaz de dioxyde de carbone (CO ₂) et de sulfure d'hydrogène (H ₂ S) présents dans le gaz naturel et dans raffineries.

Chimie agricole

Les méthylamines sont des composés intermédiaires dans la synthèse des produits chimiques qui sont utilisés en agriculture comme herbicides, fongicides, insecticides et biocides.

Fabrication de résine

Les méthylamines sont utilisées lors de la production de résines échangeuses d'ions, utilisables dans la désionisation de l'eau.

Nutriments animaux

La triméthylamine (TMA) est principalement utilisée dans la production de chlorure de choline, un supplément de vitamine B utilisé dans l'alimentation des poulets, des dindes et des porcs.

Industrie du caoutchouc

L'oléate de diméthylamine (DMA) est un émulsifiant destiné à être utilisé dans la production de caoutchouc synthétique. Le DMA est utilisé directement comme modificateur de polymérisation dans la phase vapeur du butadiène et comme stabilisant pour le latex de caoutchouc naturel à la place de l'ammoniac

Solvants

La diméthylamine (DMA) et la monométhylamine (MMA) sont utilisées pour synthétiser les solvants aprotiques polaires diméthylformamide (DMF), diméthylacétamide (DMAc) et n-méthylpyrrolidone (NMP).

Les applications du DMF comprennent: le revêtement d'uréthane, le solvant de fil acrylique, les solvants de réaction et les solvants d'extraction.

Le DMAc est utilisé dans la fabrication de colorants pour fils et de solvants. Enfin, le NMP est utilisé dans le raffinage des huiles lubrifiantes, du décapant pour peinture et du revêtement d'émail.

Exemples

Cocaïne

Molécule de cocaïne. Source: NEUROtiker, via Wikimedia Commons

La cocaïne est utilisée comme anesthésique local dans certains types de chirurgie des yeux, des oreilles et de la gorge. Comme on le voit, il s'agit d'une amine tertiaire.

Nicotine

Molécule de nicotine. Source: Jü, de Wikimedia Commons

La nicotine est le principal agent de la dépendance au tabac et, chimiquement, c'est une amine tertiaire. La nicotine contenue dans la fumée de tabac est rapidement absorbée et hautement toxique.

Morphine

Molécule de morphine. Source: NEUROtiker, de Wikimedia Commons

C'est l'un des analgésiques les plus efficaces pour soulager la douleur, en particulier le cancer. C'est, encore une fois, une amine tertiaire.

Sérotonine

Molécule de sérotonine. Source: Harbin, de Wikimedia Commons

La sérotonine est un neurotransmetteur amine. Chez les patients déprimés, la concentration du principal métabolite de la sérotonine est diminuée. Contrairement aux autres amines, celle-ci est primaire.

Références

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2. Carey F. (2008). Chimie organique. (Sixième édition). Mc Graw Hill.
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6. Wikipédia. (2019). Amine. Récupéré de: en.wikipedia.org
7. Ganong, WF (2003). Physiologie médicale. 19e édition. Éditorial El Manual Moderno.