دراسة العلاقة بين التركيب وخصائص المركبات العضوية المحتوية على النيتروجين

الأمينات هي مركبات عضوية تحتوي على ذرة نيتروجين مرتبطة بذرة كربون من مجموعة ألكيل أو مجموعة أريل. يتم الحصول عليها من الأمونيا عن طريق استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بمجموعة ألكيل أو مجموعة أريل. الروابط في الأمينات تساهمية. يمكن تقسيم الأمينات إلى أمينات أليفاتية وأمينات عطرية. الأمينات الأليفاتية تحتوي على مجموعات ألكيل مرتبطة بذرة النيتروجين. الأمينات العطرية تحتوي على مجموعات أريل مرتبطة بذرة النيتروجين.

يمكن تصنيف الأمينات إلى أمينات أولية، وأمينات ثانوية، وأمينات ثالثية. الأمينات الأولية تحتوي على مجموعة ألكيل أو مجموعة أريل مرتبطة بذرة النيتروجين. يتم تكوين الأمينات الأولية عن طريق استبدال ذرة هيدروجين واحدة من الأمونيا بمجموعة ألكيل أو مجموعة أريل. مثال على الأمين الأولي هو الميثيل أمين.

الأمينات الثانوية تحتوي على مجموعتين ألكيل أو مجموعات أريل مرتبطة بذرة النيتروجين. يتم تحضير الأمينات الثانوية عن طريق استبدال ذرتين هيدروجين من الأمونيا بمجموعة ألكيل أو مجموعة أريل. يمكن أن تكون المجموعتان الألكيليتان أو المجموعات الأريلية المرتبطة بذرة النيتروجين في الأمينات الثانوية متماثلتين أو مختلفتين. مثال على الأمين الثانوي الأليفاتي هو ثنائي ميثيل أمين. ديفينيل أمين هو مثال على الأمين الثانوي العطري.

الأمينات الثالثية لها ثلاث مجموعات ألكيل أو مجموعات أريل مرتبطة بذرة النيتروجين. يتم تشكيلها عن طريق استبدال ثلاث ذرات هيدروجين من الأمونيا بمجموعات ألكيل أو مجموعات أريل. مثال على الأمين الثلاثي الأليفاتي هو ثلاثي إيثيل أمين. تُستخدم الأمينات الثالثية على نطاق واسع كمحفزات ووسيطات في التركيب العضوي.

يمكن للأمينات الأولية أن تشارك في تفاعلات الاستبدال النوكليوفيلية. المجموعة الأمينية تعمل كنواة محبة للنواة. تتضمن هذه التفاعلات استبدال المجموعة الأمينية بذرة أو مجموعة أخرى. ألكلة الأمينات هي مثال على تفاعلات الاستبدال النووي للأمينات. في هذا التفاعل تتفاعل الأمينات الأولية مع هاليدات الألكيل لتكوين الأمينات الثانوية والأمينات الثلاثية. يتضمن التفاعل إزاحة الهاليد بواسطة المجموعة الأمينية.

يمكن أن تخضع الأمينات الأولية لتفاعلات الأسيل مع كلوريدات الأسيل لتكوين الأميدات. تحل المجموعة الأمينية محل أيون الكلوريد في كلوريد الحمض لتكوين الأميد. يتم التفاعل بوجود البيريدين والحرارة. على سبيل المثال، يمكن أن يتفاعل الإيثيلامين مع كلوريد الأسيتيل لتكوين N-إيثيل أسيتاميد.

تعد طريقة غابرييل طريقة تستخدم لتحضير الأمينات الأولية من هاليدات الألكيل. إنها تتضمن عدة خطوات. تتضمن الخطوة الأولى تحضير الفثاليميد. الفثاليميد هو أحد المواد الكيميائية المهمة المستخدمة في تركيب غابرييل. يتم الحصول على الفثاليميد عن طريق تفاعل أنهيدريد الفثاليك مع هيدروكسيد الأمونيوم. يؤدي هذا التفاعل إلى تكوين فثاليميد.

في الخطوة التالية، يتفاعل الفثاليميد مع هاليد الألكيل. يتم إجراء التفاعل في وجود قاعدة قوية، مثل هيدروكسيد البوتاسيوم. في ظل الظروف الأساسية، يعمل أيون الفثاليميد كنواة محبة للنواة. يهاجم هاليد الألكيل. يؤدي هذا الهجوم النووي إلى إزاحة أيون الهاليد. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل وسيط يعرف باسم فثاليميد الألكيل. يتم بعد ذلك معالجة الفثاليميد الألكيلي بالهيدرازين. يؤدي هذا إلى تفكك فثاليميد الألكيل وتكوين الأمين الأولي كمنتج رئيسي.

الأزوتة هي عملية كيميائية تتضمن تحويل الأمينات العطرية الأولية إلى أملاح الديازونيوم. في عملية الأزوتة، يتفاعل الأمين العطري الأولي مع حمض النيتروز، مما يؤدي إلى تكوين ملح الديازونيوم. أثناء عملية الأزوتة، يتم استبدال المجموعة الأمينية للأمين العطري الأولي بمجموعة ديازونيوم. يؤدي هذا الاستبدال إلى تكوين ملح الديازونيوم.

نحن نعلم أن القاعدة هي نوع يمكنه التبرع بزوج وحيد من الإلكترونات وقبول أيونات الهيدروجين بسهولة. في الأمينات، تحتوي ذرة النيتروجين على زوج وحيد من الإلكترونات. يمكنه قبول أيونات الهيدروجين بسهولة. وهذا ما يجعل الأمينات أساسية في طبيعتها. على سبيل المثال، عندما يذوب الأمين الألكي في الماء، فإنه يتفكك إلى أيون ألكيل الأمونيوم وأيون الكلوريد. يتم تكوين أيون ألكيل الأمونيوم عن طريق قبول أيون الهيدروجين.

تزداد قاعدية الأمينات بسبب وجود المجموعات الألكيلية في الأمينات. يرجع ذلك إلى التأثير الحثي للمجموعات الألكيلية المانحة للإلكترون. ذرة النيتروجين لديها بالفعل زوج وحيد من الإلكترونات. تعمل المجموعة الألكيلية أيضًا على زيادة كثافة الإلكترون عند ذرة النيتروجين. على سبيل المثال، يعتبر البروبيلامين أكثر قاعدية في طبيعته من الميثيلامين. يرجع ذلك إلى أن المجموعة البروبيلية في البروبيلامين تحتوي على ثلاث ذرات كربون. في حين أن المجموعة الميثيلية في الميثيلامين تحتوي على ذرة كربون واحدة فقط. لذا فإن التأثير الحثي المانح للإلكترون لمجموعة البروبيل أكبر من تأثير مجموعة الميثيل.

الأمين الثانوي أكثر استقرارا من الأمين الأولي. يرجع ذلك إلى أنه في الأمين الثانوي، ترتبط مجموعتان ألكيل بذرة النيتروجين. وفي الوقت نفسه، في الأمين الأولي، ترتبط مجموعة ألكيل واحدة فقط بذرة النيتروجين. لذلك، فإن وجود مجموعتي الألكيل في الأمين الثانوي يزيد من كثافة الإلكترون على ذرة النيتروجين بشكل كبير مقارنة بمجموعة ألكيل واحدة فقط في الأمين الأولي.

الأمينات الأولية أكثر قاعدية من الأمينات الثالثية. لكننا ناقشنا مؤخرًا أن قاعدية الأمينات تزداد بزيادة المجموعات الألكيلية. إذن لماذا الأمين الثالثي أقل قاعدية من الأمين الأولي؟. الأمين الثالثي أقل قاعدية بسبب العائق الفراغي. تعني العائق الفراغي أن المجموعات الألكيلية الضخمة في الأمين الثلاثي تمنع أيون الهيدروجين الوارد. وبسبب هذا السبب، لا تستطيع الأمينات الثلاثية قبول أيون الهيدروجين بسهولة. وهذا يجعلها أقل أساسية مقارنة بالأمينات الأولية.

الأمينات الأليفاتية تكون بشكل عام أكثر قاعدية من الأميدات. تختلف قاعدية ذرة النيتروجين في الأمينات والأميدات بسبب خصائصها الإلكترونية. في الأمينات، تمتلك ذرة النيتروجين زوجًا وحيدًا من الإلكترونات الموضعية. وهذا يجعلها أساسية للغاية. ومع ذلك، في الأميدات، يتم نقل الزوج الوحيد من الإلكترونات على ذرة النيتروجين من خلال الرنين. يؤدي هذا التوطين إلى استقرار كثافة الإلكترون. من غير المرجح أن يرتبط الزوج الوحيد من الإلكترونات على ذرة النيتروجين بالبروتون لأنه مشارك بالفعل في نظام الرابطة باي غير الموضعي المستقر. وهذا يجعل الأميدات أقل قاعدية من الأمينات.

الأمينات أيضا أكثر أساسية من الكحولات. على الرغم من وجودها في الكحولات، يمكن رؤية زوج وحيد من الإلكترونات أيضًا على ذرة الأكسجين. ولكن في الكحولات، تكون ذرة الأكسجين أكثر كهرسلبية مقارنة بذرة النيتروجين في الأمينات. تسحب ذرة الأكسجين عالية الكهرسلبية في الكحولات كثافة الإلكترون من ذرة الهيدروجين المرتبطة بها. بهذه الطريقة يتم تحرير ذرة الهيدروجين. وهذا يجعل الكحولات حمضية بشكل ضعيف. ومع ذلك، في الأمينات، يمكن استخدام الزوج الوحيد من الإلكترونات على ذرة النيتروجين لقبول أيون الهيدروجين. وهذا يجعل الأمينات أكثر أساسية من الكحولات.