เอมีน

เอมีน

ในวิชาเคมี เอมีน (Amine) เป็นชื่อสารประกอบและหมู่ฟังก์ชันที่ประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว เอมีนเป็นอนุพันธ์ของแอมโมเนีย (NH₃) โดยที่อะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมหรือมากกว่าจะถูกแทนที่ด้วยหมู่ Alkyl หรือหมู่ Aryl เอมีนที่สำคัญ ได้แก่ กรดอะมิโน trimethylamine และอะนิลีน

หมู่แทนที่ −NH₂ เรียกว่า หมู่อะมิโน

สารประกอบที่มีอะตอมไนโตรเจนเกาะติดกับหมู่คาร์บอนิล จึงมีโครงสร้าง R−C(=O)−NR′R″ เรียกว่า เอไมด์ และมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างจากเอมีน

การจำแนกประเภทของเอมีน

เอมีนสามารถจำแนกได้ตามหมู่แทนที่ไฮโดรเจนที่เกาะบนไนโตรเจน อะลิฟาติกเอมีนมีเพียงหมู่แทนที่ H และอัลคิล ส่วนอะโรมาติกเอมีนมีอะตอมไนโตรเจนเชื่อมต่อกับวงอะโรมาติก

เอมีนปฐมภูมิ (1°)	เอมีนทุติยภูมิ (2°)	เอมีนตติยภูมิ (3°)

เอมีนถูกจัดออกเป็นสามประเภทย่อย ขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมของคาร์บอน ที่อยู่ติดกับไนโตรเจน (จำนวนอะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลแอมโมเนียถูกแทนที่ด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอน):

• เอมีนปฐมภูมิ (1°) เอมีนปฐมภูมิเกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนหนึ่งในสามอะตอมในแอมโมเนีย ถูกแทนที่ด้วยหมู่อัลคิลหรือสารอะโรมาติก อัลคิลเอมีนปฐมภูมิที่สำคัญ ได้แก่ methylamine กรดอะมิโน ส่วนใหญ่ บัฟเฟอร์ ในขณะที่อะโรมาติกเอมีนปฐมภูมิ ได้แก่ อะนิลีน
• เอมีนทุติยภูมิ (2°) เอมีนทุติยภูมิมีหมู่แทนที่สองตัว (อัลคิล อะริล หรือทั้งสองอย่าง) จับกับไนโตรเจนร่วมกับไฮโดรเจนหนึ่งตัว สารประกอบที่สำคัญ ได้แก่ Dimethylamine ในขณะที่ตัวอย่างของอะโรมาติกเอมีน ได้แก่ Diphenylamine
• เอมีนตติยภูมิ (3°) —ในเอมีนตติยภูมิ ไนโตรเจนจะมีหมู่แทนที่สามตัว เช่น Trimethylamine ซึ่งมีกลิ่นคาวอย่างเห็นได้ชัด และ EDTA

หมวดหมู่ย่อยที่สี่ถูกกำหนดโดยการเชื่อมต่อขององค์ประกอบทดแทนที่ติดอยู่กับไนโตรเจน:

• ไซคลิกเอมีน (Cyclic amines) - ไซคลิกเอมีนเป็นเอมีนทุติยภูมิหรือตติยภูมิเป็นวง ตัวอย่างของไซคลิกเอมีน คือ อะซิริดีน ซึ่งเป็นวงสามเหลี่ยม และพิเพอริดีนซึ่งเป็นวงหกเหลี่ยม

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะมีหมู่แทนที่สี่ตัวบนไนโตรเจน เหล่านี้ไม่ใช่เอมีน แต่เป็น Quaternary ammonium cation และไนโตรเจนจะมีประจุเป็น +1 เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียมมักพบเจอกับแอนไอออนหลายชนิด และสามารถละลายน้ำได้

การอ่านชื่อสารประกอบเอมีน

เอมีนมีวิธีอ่านชื่อได้หลายวิธี โดยปกติแล้วสารประกอบจะมีคำนำหน้าว่า "amino-" หรือต่อท้ายว่า "-amine" คำนำหน้า " N -" แสดงถึงการแทนที่ในอะตอมไนโตรเจน สารประกอบอินทรีย์ที่มีหมู่อะมิโนหลายหมู่เรียกว่า diamine, triamine, tetraamine

butan-1-amine

บางครั้งสารประกอบเอมีนจะให้คำนำหน้า amino เป็นหมู่ฟังก์ชัน อย่างไรก็ตาม IUPAC ไม่แนะนำหลักเกณฑ์นี้ แต่ให้ใช้รูปแบบ alkanamine เช่น butan-2-amine

2-aminobutane (หรือ butan-2-amine)

คุณสมบัติทางกายภาพ

พันธะไฮโดรเจนส่งผลต่อคุณสมบัติของเอมีนปฐมภูมิและทุติยภูมิ ตัวอย่างเช่น เมทิลและเอทิลลามีนเป็นก๊าซภายใต้สภาวะมาตรฐาน ในขณะที่เมทิลและเอทิลแอลกอฮอล์เป็นของเหลว เอมีนมีกลิ่นแอมโมเนียที่มีลักษณะเฉพาะ เอมีนเหลวมีกลิ่น "คาว" และเหม็นเป็นพิเศษ

อะตอมไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ที่สามารถจับ H⁺ เพื่อสร้างแอมโมเนียมไอออน R₃NH⁺ คู่อิเล็กตรอนเดี่ยวแสดงในบทความนี้ด้วยจุดสองจุดด้านบนหรือถัดจาก N ความสามารถในการละลายน้ำของเอมีนจะเพิ่มขึ้นโดย พันธะไฮโดรเจน ที่เกี่ยวข้องกับคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวเหล่านี้ โดยทั่วไปแล้วเกลือของสารประกอบแอมโมเนียมจะแสดงลำดับความสามารถในการละลายในน้ำดังต่อไปนี้: แอมโมเนียมปฐมภูมิ (R₃NH⁺) > แอมโมเนียมทุติยภูมิ (R₂NH₂⁺) > แอมโมเนียมตติยภูมิ (R₃NH⁺) ส่วนอะลิฟาติกเอมีนขนาดเล็กแสดงความสามารถในการละลายได้ในตัวทำละลายหลายชนิด ในขณะที่เอมีนขนาดใหญ่จะเป็นสารที่ละลายในตัวทำละลายไม่มีขั้ว อะโรมาติกเอมีน เช่น อะนิลีน มีวงเบนซีน ดังนั้น แนวโน้มที่จะเกิดพันธะไฮโดรเจนจึงลดลง จุดเดือดสูงและความสามารถในการละลายในน้ำต่ำ

การระบุโครงสร้างโดยใช้สเปกโทรสโกปี

โดยทั่วไป การมีอยู่ของเอมีนจะอนุมานจะใช้เทคนิคต่างๆ ร่วมกัน เช่น แมสสเปกโตรเมทรี ตลอดจนสเปกโทรสโกปี NMR และ IR ¹H NMR สัญญาณสำหรับเอมีนจะหายไปเมื่อใช้ D₂O เป็นตัวทำละลาย เอมีนปฐมภูมิในสเปกตรัมอินฟราเรดจะมีพีค NH สองแถบ ในขณะที่เอมีนทุติยภูมิจะแสดงเพียงพีคเดียว ใกล้กับ 3300 cm ^-1

อัลคิลเอมีน

การผกผันเชิงสเตอริโอของเอมีน: เอมีน "พลิกคว่ำ" เหมือนร่มที่พลิกคว่ำตามลม

อัลคิลเอมีนมีลักษณะเด่นคือไนโตรเจนมีโครงสร้างแบบทรงสี่หน้า มุม CNC และ CNH เข้าใกล้มุมในอุดมคติที่ 109.5° ระยะ CN สั้นกว่าระยะ CC เล็กน้อย ผลต่างพลังงานสำหรับการผกผันสเตอริโอเซ็นเตอร์ของไนโตรเจนของมีค่าประมาณ 7 กิโลแคลอรี/โมล สำหรับไตรอัลคิลลามีน การเปลี่ยนแปลงระหว่างกันนั้นถูกเปรียบเทียบกับการกลับด้านของร่มที่เปิดอยู่เป็นลมแรง

อะโรมาติกเอมีน

ในอะโรมาติกเอมีน หรือ "อะนิลีน" ไนโตรเจนมักจะอยู่ในระนาบเกือบเนื่องจากคอนจุเกชันกับหมู่แทนที่อะริล ระยะห่างของ CN ก็สั้นลงตามลำดับ ในอะนิลีน ระยะ CN จะเท่ากับระยะ CC

ความเป็นเบสของเอมีน

เช่นเดียวกับแอมโมเนีย เอมีนก็เป็นเบส เมื่อเปรียบเทียบกับไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์ เอมีนจะเป็นเบสที่อ่อนกว่า

Alkylamine or aniline	pKa of protonated amine	Kb
Methylamine (MeNH2)	10.62	4.17×10−4
Dimethylamine (Me2NH)	10.64	4.37×10−4
Trimethylamine (Me3N)	9.76	5.75×10−5
Ethylamine (EtNH2)	10.63	4.27×10−4
Aniline (PhNH2)	4.62	4.17×10−10
4-Methoxyaniline (4-MeOC6H4NH2)	5.36	2.29×10−9
N,N-Dimethylaniline (PhNMe2)	5.07	1.17×10−9
3-Nitroaniline (3-NO2-C6H4NH2)	2.46	2.88×10−12
4-Nitroaniline (4-NO2-C6H4NH2)	1.00	1.00×10−13
4-Trifluoromethylaniline (CF3C6H4NH2)	2.75	5.62×10−12

ความเป็นเบสของเอมีนขึ้นอยู่กับ:

1. คุณสมบัติของหมู่แทนที่ (หมู่อัลคิลช่วยเพิ่มความเป็นเบส ส่วนหมู่เอริลจะทำให้ความเป็นเบสลดลง)
2. การละลายของเอมีนในตัวทำละลายที่แตกตัวให้โปรตอนได้ ซึ่งรวมถึงการขัดขวางแบบสเตอริกโดยกลุ่มไนโตรเจน

เอฟเฟกต์อิเล็กทรอนิกส์

เนื่องจาก inductive effect ความเป็นเบสของเอมีนอาจเพิ่มขึ้นตามจำนวนหมู่อัลคิลบนเอมีน สำหรับอะนิลีน อิเล็กตรอนคู่เดียวบนไนโตรเจนกระจายเข้าในวงเบนซีนได้ ส่งผลให้ค่าพื้นฐานลดลง หมู่แทนที่บนวงแหวนอะโรมาติก และตำแหน่งเมื่อเทียบกับหมู่อะมิโน ยังส่งผลต่อความเป็นเบสอีกด้วย

การสังเคราะห์

จากแอลกอฮอล์

อัลคิลเอมีนที่มีนัยสำคัญทางอุตสาหกรรมเตรียมจากแอมโมเนียโดยอัลคิลเลชันกับแอลกอฮอล์:

${\ce {ROH + NH3 -> RNH2 + H2O}}$

จากอัลคิลและเอริลเฮไลด์

ปฏิกิริยาของเอมีนและแอมโมเนียกับอัลคิลเฮไลด์ต่างจากปฏิกิริยาของเอมีนกับแอลกอฮอล์ เพราะนิยมใช้ในการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ:

${\ce {RX + 2 R'NH2 -> RR'NH + [RR'NH2]X}}$

ผ่านปฎิกิริยารีดักชัน

โดยกระบวนการไฮโดรจิเนชัน หมู่ฟังก์ชันที่มี N ไม่อิ่มตัวจะถูกรีดิวซ์เป็นเอมีนโดยใช้ไฮโดรเจนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล หมู่ที่เหมาะสมรวมถึง ไนตริล เอไซด์ อิมีน ออกไซม เอไมด์ และไนโตร ในกรณีของไนตริล ปฏิกิริยาจะไวต่อสภาวะที่เป็นกรดหรือด่าง ซึ่งสามารถทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของ−CN โดยทั่วไปมีการใช้ LiAlH₄ สำหรับการรีดิวซ์ในห้องปฏิบัติการ

เอมีนจำนวนมากผลิตจากอัลดีไฮด์และคีโตนโดยผ่าน reductive amination ซึ่งสามารถดำเนินการแบบเร่งปฏิกิริยาหรือแบบปกติก็ได้

วิธีการเฉพาะทาง

มีหลายวิธีในการเตรียมเอมีน ซึ่งหลายวิธีเหล่านี้ค่อนข้างเฉพาะทาง

Reaction name	Substrate	Comment
Staudinger reduction	Organic azide	This reaction also takes place with a reducing agent such as lithium aluminium hydride.
Schmidt reaction	Carboxylic acid
Aza-Baylis–Hillman reaction	Imine	Synthesis of allylic amines
Birch reduction	Imine	Useful for reactions that trap unstable imine intermediates, such as Grignard reactions with nitriles.
Hofmann degradation	Amide	This reaction is valid for preparation of primary amines only. Gives good yields of primary amines uncontaminated with other amines.
Hofmann elimination	Quaternary ammonium salt	Upon treatment with strong base
Leuckart reaction	Ketones and aldehydes	Reductive amination with formic acid and ammonia via an imine intermediate
Hofmann–Löffler reaction	Haloamine
Eschweiler–Clarke reaction	Amine	Reductive amination with formic acid and formaldehyde via an imine intermediate

ปฏิกิริยาของเอมีน

อัลคิเลชัน เอซิลเลชันและซัลโฟเนชัน ฯลฯ

นอกเหนือจากความเป็นเบสแล้ว สิ่งที่โดดเด่นของเอมีนก็คือ ความเป็นนิวคลีโอฟิลิก เอมีนปฐมภูมิส่วนใหญ่เป็นลิแกนด์ที่ดีสำหรับไอออนของโลหะเพื่อสร้างสารเชิงซ้อน เราสามารถเพิ่มหมู่แทนที่โดยอัลคิลเฮไลด์ ส่วนเอซิลคลอไรด์และแอนไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับเอมีนปฐมภูมิและทุติยภูมิเพื่อสร้างเอไมด์ (Schotten–Baumann reaction)

การก่อตัวของเอไมด์

ในทำนองเดียวกัน หากทำปฏิกิริยากับซัลโฟนิลคลอไรด์ เราก็จะได้ซัลโฟนาไมด์ ปฏิกิริยานี้เรียกว่า Hinsberg reaction ซึ่งเป็นหนึ่งในการวิเคราะห์เอมีน

เนื่องจากเอมีนเป็นเบสจึงทำให้กรดเป็นกลางและเกิดเกลือแอมโมเนียม เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดคาร์บอกซิลิกและเอมีนปฐมภูมิและทุติยภูมิ จะได้เกลือแอมโมเนียม และเกลือเมื่อให้ความร้อนจะเกิดเอไมด์

${\underbrace {\ce {H-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:}} _{\text{amine}}+\underbrace {\ce {R3-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-OH}} _{\text{carboxylic acid}}->}\ \underbrace {\ce {{H-{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N+}}}-H}+R3-COO^{-}}} _{{\text{substituted-ammonium}} \atop {\text{carboxylate salt}}}{\ce {->[{\text{heat}}][{\text{dehydration}}]}}{\underbrace {\ce {{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-R3}} _{\text{amide}}+\underbrace {\ce {H2O}} _{\text{water}}}$

เอมีนเกิดปฏิกิริยาซัลฟาเมชัน จากซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ หรือแหล่งที่มาของสารดังกล่าว:

${\ce {R2NH + SO3 -> R2NSO3H}}$

ไดอะโซไทเซชัน

เอมีนทำปฏิกิริยากับกรดไนตรัสได้เกลือไดอะโซเนียม ไดอาโซเนียมที่เกิดขึ้นจะไม่เสถียร

${\ce {ANH2 + HNO2 + HX -> AN2+ + X- + 2 H2O}}$

แต่อะนิลีนและแนพทิลามีนก่อให้เกิดเกลือไดอะโซเนียมที่มีความเสถียรมากกว่า ซึ่งสามารถแยกได้ในรูปผลึก เกลือไดอะโซเนียมมีประโยชน์มาก เพราะ N₂ สามารถเกิดปฏิกิริยาแทนที่กับแอนไอออน ตัวอย่างเช่น cuprous cyanide (CuCN) ทำให้เกิดสารประกอบไนตริล:

${\ce {AN2+ + Y- -> AY + N2}}$

อะริลไดอะโซเนียมเกิดปฏิกิริยากับสารประกอบอะโรมาติกที่มีหมู่ให้อิเล็กตรอน เช่น ฟีนอล จะเกิดสารประกอบเอโซ ปฏิกิริยาดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสีย้อม

การสังเคราะห์อิมมีน

การก่อตัวของอิมมีน เป็นปฏิกิริยาที่สำคัญ โดยเอมีนปฐมภูมิทำปฏิกิริยากับคีโตนและอัลดีไฮด์ เพื่อสร้างอิมมีน ในกรณีของฟอร์มาลดีไฮด์ (R' = H) โดยทั่วไปแล้วผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะมีอยู่ในรูปของวงไตรเมอร์

${\ce {RNH2 + R'_2C=O -> R'_2C=NR + H2O}}$

ปฏิกิริยารีดักชันของอิมีนเหล่านี้จะทำให้เกิดเอมีนทุติยภูมิ:

${\ce {R'_2C=NR + H2 -> R'_2CH-NHR}}$

ในทำนองเดียวกัน เอมีนทุติยภูมิทำปฏิกิริยากับคีโตนและอัลดีไฮด์เพื่อสร้างอินามีน:

${\ce {R2NH + R'(R''CH2)C=O -> R''CH=C(NR2)R' + H2O}}$

ภาพรวม

ภาพรวมของปฏิกิริยาของเอมีนแสดงไว้ด้านล่าง:

Reaction name	Reaction product	Comment
Amine alkylation	Amines	Degree of substitution increases
Schotten–Baumann reaction	Amide	Reagents: acyl chlorides, acid anhydrides
Hinsberg reaction	Sulfonamides	Reagents: sulfonyl chlorides
Amine–carbonyl condensation	Imines
Organic oxidation	Nitroso compounds	Reagent: peroxymonosulfuric acid
Organic oxidation	Diazonium salt	Reagent: nitrous acid
Zincke reaction	Zincke aldehyde	Reagent: pyridinium salts, with primary and secondary amines
Emde degradation	Tertiary amine	Reduction of quaternary ammonium cations
Hofmann–Martius rearrangement	Aryl-substituted anilines
von Braun reaction	Organic cyanamide	By cleavage (tertiary amines only) with cyanogen bromide
Hofmann elimination	Alkene	Proceeds by β-elimination of less hindered carbon
Cope reaction	Alkene	Similar to Hofmann elimination
Carbylamine reaction	Isonitrile	Primary amines only
Hoffmann's mustard oil test	Isothiocyanate	Carbon disulfide CS2 and mercury(II) chloride HgCl2 are used. Thiocyanate smells like mustard.