'Амины. Многообразие и значение' (10 класс)

АМИНЫ. МНОГООБРАЗИЕ И ЗНАЧЕНИЕ.

Органическая химия настойчиво вторгается в жизнь современного человека, и вторжение это имеет два направления. Первое - полимерные материалы, из которых изготавливаются тысячи различных видов изделий, применяемых в повседневной жизни, способствуют совершенствованию нашего быта. Но в то же время при их производстве выделяются многочисленные вредные отходы, загрязняющие окружающую среду. Второе направление - лекарственные препараты. Они помогают излечивать болезни. Но одновременно способствуют развитию новых модификаций болезнетворных микроорганизмов. Наркотики спасают людей от мучительных болей и создают почву для развития социальных бед и преступлений при использовании наркотических средств в не лечебных целях.

Современному человеку следует располагать знаниями о химии веществ, вводимых им в организм или функционирующих в организме, так же, как он знает жиро-белково-углеводный состав потребляемой пищи и состав воздуха, которым он дышит.

Цели:

• познакомить с многообразием производных аминов, их значением и применением в жизни человека,

• развивать у учащихся умение выделять главное, сравнивать, сопоставлять, сообщать информацию о загрязнении окружающей среды аминами, а так же о действии их на организм человека.

• Амины - производные аммиака, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы.

По систематической номенклатуре амины называют путем добавления приставки амин к названию углеводорода. По рациональной номенклатуре их рассматривают как алкил или ариламины.

Различают первичные, вторичные и третичные амины:

СН₃-NH₂ метиламин (первичный амин)

(CH₃CH₂)₂-NH диэтиламин (вторичный амин)

(CH₃CH₂)₃-N триметил амин (третичный амин)

фениламин (анилин). Молекулярная формула С₆Н₅-NH₂

Природные амины

животного происхождения растительного происхождения

Природные амины животного происхождения - так называемые «биогенные», являются продуктами декарбоксилирования аминокислот. Такие соединения, содержащие аминогруппы, - адреналин, норадреналин, серотонин, гистамин, тирамин - участвуют в регуляции центральной нервной, пищеварительной, выделительной, эндокринной, сердечно-сосудистой и других систем.

адреналин гистамин

Гистамин играет важную роль в развитии аллергических реакций. Продукты метаболизма аргинина и лизина - путресцин и кадаверин - являются ядами, ответственными за отравление испорченным мясом, и во многом определяют трупный запах.

H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-NH₂ H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-NH₂

путресцин кадаверин

(1,4-бутандиамин) (1,5-пентандиамин)

Триметиламин, обуславливающий характерный запах рыбы, содержится в селедочном рассоле.

Природные амины растительного происхождения - алкалоиды

( щелочеподобные; от лат alkali - щелочь), широко распространены в природе, обычно обладают высокой физиологической активностью, часто являются сильными ядами. Это азотсодержащие вещества основного характера. Рассмотрит некоторых представителей групп алкалоидов.

Кониин содержится наряду с другими родственными алкалоидами в болиголове, от сока которого, по легенде, умер приговоренный к смерти Сократ.

Кониин является сильным ядом, вызывая паралич центральной нервной системы, мышц, двигательных нервов, дыхательного центра.

Никотин выделен в качестве главного алкалоида из табака. Никотин крайне токсичен, его смертельная доза для человека - около 40 мг. В малых дозах никотин возбуждает вегетативные нервные окончания, а затем блокирует их, стимулирует деятельность желез, повышает кровяное давление. Никотин является мутагеном (вызывает генетические мутации) и тератогеном (нарушитель развития плода) для некоторых низших животных. Табачный дым содержит и другие алкалоиды табака, а также канцерогенные вещества. Поэтому среди курящих высок процент больных раком легких.

Кокаин выделяют из листьев кустарника (Перу, Боливия, Колумбия). Индейцы Южной Америки еще в древности использовали листья coca в качестве стимулирующего и возбуждающего средства.

В медицине применяется как одно из сильнейших местноанестезирующих (обезболивающих) средств. Однако кокаин является сильным наркотиком, вызывающим быстрое привыкание и зависимость организма. В больших дозах кокаин токсичен, вызывает паралич ЦНС.

Примеры других представителей:

морфин кодеин

• Диамины - амины, содержащие две аминогруппы в молекуле.

H₂N-(СH₂)₂-NН₂

Физические свойства аминов

• Первые представители ряда аминов - метиламин CH₃NH₂, диметиламин (CH₃)₂NH, триметиламин (CH₃)₃N и этиламин C₂H₅NH₂ - при комнатной температуре газообразные, далее при увеличении числа атомов в R амины становятся жидкостями, а при увеличении длины цепи R до 10 атомов С - кристаллическими веществами.

• Растворимость аминов в воде убывает по мере увеличения длины цепи R и при возрастании числа органических групп, связанных с азотом (переход к вторичным и третичным аминам).

• Запах аминов напоминает запах аммиака, высшие (с большими R) амины практически лишены запаха.

СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОВ

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АМИНОВ

I. Лекарственные, физиологически активные вещества.

Примеры многочисленных лекарственных веществ, получаемых с применением аминов - новокаин, спазмолитин, парацетамол, сульфаниламидные препараты. Широкое применение нашли соединения с упрощенной адреналиновой структурой, такие, как эфедрин (алкалоид), амфетамин, первитин и др.

эфедрин амфетамин

Эти соединения, обладая структурой, близкой к структуре адреналина, вступают с ним в конкуренцию и благодаря схожему механизму действия оказывают стимулирующее, возбуждающее действие, но более сильное и продолжительное, по своему характеру наркотическое и допинговое.

II. Химические добавки к полимерам.

Амины нашли широкое применение в качестве термо- и светостабилизаторов, антирадов (вещества, повышающие стойкость к ионизирующему облучению) полимерных материалов, особенно каучуков, резин, полиамидов.

N-фенил-β-нафтиламин (неозон Д)

Эффективными модификаторами резин, вулканизирующими агентами служат дифенам 4Н и малеимид Ф.

Хорошими стабилизаторами по отношению к различным воздействиям зарекомендовали себя аминофенолы, например:

4- [3,5-ди(-трет-бутил)-4-гидроксифенил] -бутилметиламин где Х - трет-бутил

III. Красители и пигменты.

Красители являются важнейшей областью практического применения ароматических аминов. Огромное разнообразие используемых на практике красителей связано с вариацией цвета, растворимости, устойчивости по отношению к различным воздействиям, реагировать с поверхностью окрашиваемого материала и т.д.

Первый азокраситель - п-аминоазобензол (анилиновый желтый) (П.Грисс, 1859 г,) был недостаточно стоек и не нашел широкого применения. Один из известных азокрасителей конго красный хорошо красит хлопковые волокна за счет -HN₂ и -SO₃Na групп, реагирующих с -ОН группами целлюлозы (водородные связи), и является в настоящее время одним из широко применяемых азокрасителей, которые получают из бензидина (диазосоставляющая) и нафтионовой кислоты (азосоставляющая):

Окраска некоторых азокрасителей зависит от рН среды, то есть они являются индикаторами, например, метиловый оранжевый:

Прочность красителя к стирке и свету сильно увеличивается при образовании ими прочных комплексов с металлами. Такие красители называют протравными. Примерами являются кислотный хромовый желтый, алмазный флавин G.

Из ди- и триарилметановых красителей практически значимы аурамин, основной краситель шерсти, шелка, хлопка, кожи, бумаги:

и фуксин,

образующий в воде и этаноле темно-красные растворы и используемый для крашения бумаги, кожи и др., фуксинсернистая кислота - реагент на альдегидную группу:

IV. Фотореактивы.

Аминофенолы и дмамины являются сильными восстановителями, поэтому они применяются как проявители - например, в черно-белой фотографии параамидофенол, метол, амидол, в цветной фотографии - N,N-диэтил-n-фенилендиамин:

n-аминофенол n-(N-метиламино)- фенол(метол)

(парамидофенол)

2,4-диамино-

фенол (амидол)

В процессе проявления N,N-диэтил-n-фенилендиамин превращается в красители желтого типа, сине-зеленого типа, фуксино-красного типа. Комбинации желтого, сине-зеленого и фуксино-красного красителей разных соотношений в каждом из трех фоточувствительных слоев в зависимости от интенсивности компонентов поглощаемого цвета позволяют осуществить необходимую цветопередачу. Изображение на цветной пленке получается только с помощью красителей. Проявленная и отфиксированная пленка, в отличие от черно-белой, не содержит серебра.

V. Экологическое послесловие

Производства, связанные с получением и применением аминов, относятся в основном к малотоннажным. Спецификой их многоэтапных, тонких, сложных, требующих высокой квалификации персонала технологий является необходимость использования и получения часто высокотоксичных соединений, например, фосгена, цианатов, сероуглерода, тяжелых металлов и т.д. Другой особенностью таких производств являются многокомпонентные токсичные, экологически опасные сточные воды и выбросы в атмосферу.

Внедрение новых, более безопасных технологий, например, отказ от традиционных восстановителей типа сульфидов аммония, натрия, гидросульфида натрия, ди-, полисульфидов, металлов (железа, олова, цинка) в кислых средах и переход к каталитическому гидрированию позволяет резко уменьшить вредные выбросы и стоки.

Кардинальным решением является полный отказ от производства ядовитых, вредных для здоровья химических продуктов в случаях, когда это возможно. Необходимо помнить о том, что многие нитро- и нитрозосоединения, ароматические амины, почти все азокрасители обладают канцерогенными свойствами. Например, запрещены к применению в пищевых продуктах n-диметиааминоазобензол, до 70-х годов использовавшихся для подкрашивания сливочного масла, и амарант, которым окрашивали пищевые продукты, косметические средства, лекарственные препараты:

n-диметиааминоазобензол (масляный желтый):

Есть необходимость постановки вопроса о полном запрещении применения азокрасителей в пищевых продуктах, косметических средствах, лекарственных препаратах, ужесточении процедур их сертификации.

Хотя среди технических красителей продукты анилино-красочной промышленности являются одними из наиболее широко распространенных, необходимо иметь в виду эколого-гигиенические аспекты их применения.