Amine

Amines : Cours

Nous étudions les amines en chimie organique, et elles sont essentiellement classées comme des groupes fonctionnels ou des composés organiques azotés qui contiennent un atome d'azote avec une paire solitaire.

Quelle est la définition des amines ?

Voici l'ammoniac. Il est constitué d'un atome d'azote lié chimiquement à trois atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes simples. L'atome d'azote possède également une paire d'électrons solitaires.

Fig. 1- Ammoniac.

Si nous remplaçons un ou plusieurs des atomes d'hydrogène par un groupe hydrocarboné organique, nous obtenons une amine. Voici un exemple. Un atome d'hydrogène a été échangé avec un groupe méthyle, formant ainsi la méthylamine. Ne t'inquiète pas, nous verrons un peu plus tard comment nommer les amines.

Fig. 2-De l'ammoniac à une amine.

Amine : Formule

Le groupe fonctionnel amine est caractérisé par un atome d'azote avec une paire d'électrons solitaires, lié de manière covalente à au moins un groupe organique hydrocarboné. On représente le groupe organique par la lettre \( R \) . Voici un schéma du groupe fonctionnel.

Fig. 3-Groupe fonctionnel d'amine.

Quels sont les types d'amines ?

Nous avons mentionné ci-dessus que les amines sont des dérivés de l'ammoniac, dans lesquels un ou plusieurs atomes d'hydrogène ont été remplacés par un groupe hydrocarboné organique. Nous classons les amines en trois catégories : primaires, secondaires ou tertiaires, en fonction du nombre de groupes organiques liés à l'azote. Les trois types ont des formules générales différentes, comme indiqué ci-dessous.

C'est quoi une amine primaire ?

Parmi les exemples d'alkylamines primaires figurent les acides aminés et la méthylamine, tandis que les amines aromatiques primaires comprennent l'aniline .

Amines secondaires

La diméthylamine en est un exemple courant. De même, la diphénylamine est un exemple d'amine aromatique.

Qu'est-ce qu'une amine tertiaire ?

Des exemples de ce type d'amine sont la triméthylamine et \( l'EDTA \) .

Fig. 4-Types d'amines.

Les amines peuvent également être aliphatiques ou aromatiques, selon qu'elles contiennent ou non un cycle benzénique.

• Dans les amines aromatiques, un ou plusieurs des groupes organiques liés à l'atome d'azote possèdent un cycle benzénique.

• Dans les amines aliphatiques, tous les groupes organiques liés à l'atome d'azote sont des chaînes aliphatiques. Elles ne contiennent pas de cycle benzénique.

Amines aliphatiques

Seuls les groupes alkyles et les atomes d'hydrogène sont directement liés à l'azote dans les amines aliphatiques. Le nombre de groupes alkyle dans un composé peut aller de un à trois. Les amines primaires, les amines secondaires et les amines tertiaires sont classées en fonction du nombre de groupes alkyle connectés. Un seul groupe alkyle représente les amines primaires. Deux groupes alkyles représentent des amines secondaires, et seuls trois groupes alkyles représentent des amines tertiaires. Les amines aliphatiques ont des bases faibles similaires à l'ammoniac.

La basicité augmente parce que les groupes alkyles remplacent les groupes hydrogène sur l'atome d'azote .

Propriétés physiques de l'amine aliphatique

Voici quelques caractéristiques des amines aliphatiques :

• Les amines aliphatiques ont un point d'ébullition bas.
• Avec l'augmentation de la masse moléculaire, la solubilité diminue. La création de liaisons \( H \) dans des solvants organiques tels que les amines, le benzène et l'éther rend les amines aliphatiques solubles dans l'eau.
• Les amines aliphatiques ont une odeur de poisson distincte. L'amine \( C1-C3 \) est un gaz incolore à température ambiante, mais les amines supérieures sont des liquides ou des solides.

Que sont les amines aromatiques ?

Les amines aromatiques sont parfois appelées « arylamines ». Au minimum, un cycle benzénique est lié à l'azote dans les amines aromatiques. Elles peuvent être classées en amines "primaires", "secondaires" ou "tertiaires" en fonction de la gamme de groupes liés à l'atome d'azote.

Les amines aromatiques primaires et secondaires, telles que les amines aliphatiques, peuvent générer des liaisons hydrogène intermoléculaires. En conséquence, les points d'ébullition des amines primaires et secondaires sont plus importants que ceux des amines tertiaires. Hétérocyclique, pyrrole et pyridine sont des exemples d'amines aromatiques.

Propriétés physiques des amines aromatiques

• Les amines aromatiques ont leur seule paire d'électrons conjugués dans le cycle benzénique, ce qui réduit leur capacité à former des liaisons hydrogène. En conséquence, les points d'ébullition de ces molécules sont généralement supérieurs à ceux des autres molécules.
• Les températures de fusion et d'ébullition des amines aromatiques sont supérieures à celles des composés amines aliphatiques.
• Les amines aromatiques ne sont que marginalement solubles dans l'eau mais se dissolvent entièrement dans les solvants organiques.

Fig. 6-Amines aromatiques et aliphatiques.

Quel est la définition d'un acide aminé aromatique ?

Parmi les \( 20 \) acides aminés standard, les suivants sont classiquement considérés comme aromatiques : la phénylalanine, le tryptophane et la tyrosine.

Amines biogènes

Les amines biogènes sont des bases organiques de substances de faible poids moléculaire qui contiennent un ou plusieurs groupes amines et sont synthétisées par les métabolismes microbiens, animaux et végétaux. Ils sont formés par transamination de cétones et d'aldéhydes ou par décarboxylation d'acides aminés. Les amines biogènes jouent un rôle important en tant que source d'azote et précurseur pour la synthèse de protéines, d'hormones, d'acides nucléiques, d'amines, d'alcaloïdes et de composants d'arômes alimentaires. On les trouve dans tous les aliments qui contiennent des acides aminés libres ou des protéines, cela inclut des produits tels que ; viande, poisson, légumes, fruits, produits laitiers, chocolat et noix.

Il existe cinq neurotransmetteurs amines biogènes bien établis : l'adrénaline (épinéphrine), la noradrénaline (norépinéphrine), la dopamine, la sérotonine et l'histamine.

Nomenclature des amines

Passons maintenant à la nomenclature des amines. Nommer les amines peut être un peu délicat car il n'y a pas de méthode universellement acceptée pour le faire. Nous allons nous concentrer sur une seule méthode aujourd'hui, qui nous semble la plus simple.

Voici quelques-unes des règles que tu dois suivre.

• Le groupe fonctionnel amine est indiqué par le suffixe -amine ou le préfixe amino-.
• Si un seul groupe amine est présent, on utilise le suffixe -amine.
• Si plusieurs groupes amine ou tout autre groupe fonctionnel sont présents, nous utilisons le préfixe amino-.
• Si un seul groupe amine est présent, nous indiquons les groupes alkyle attachés à l'atome d'azote en utilisant les préfixes alkyle, se terminant par -yl.
• Si plusieurs groupes amine ou tout autre groupe fonctionnel sont présents, nous indiquons la plus longue chaîne de carbone à l'aide des noms de racine et la position des groupes fonctionnels à l'aide de chiffres.

Cela te semble confus ? Prenons quelques exemples.

Exemples d'amines

Tout d'abord, trouvons le groupe amine. Nous l'avons surligné en bleu. Il n'y en a qu'un, donc on utilise le suffixe -amine. Ensuite, identifies tout groupe alkyle attaché à l'atome d'azote. Ici, il n'y a qu'un groupe méthyle, que nous avons surligné en vert. Nous utilisons le préfixe méthyl-. Le nom complet de cette molécule est donc méthylamine.

FIg. 8-Méthylamine.

Voici un autre exemple.

Une fois encore, cette molécule ne comporte qu'un seul groupe amine, représenté en bleu. Nous utilisons donc le suffixe -amine. Mais cette fois, trois chaînes de carbone sont attachées à l'atome d'azote : deux groupes méthyle, représentés en vert, et un groupe éthyle, représenté en jaune. Nous les montrons en utilisant les préfixes méthyl- et éthyl-, en les classant par ordre alphabétique. Mais pour montrer que deux groupes méthyles sont présents, nous faisons précéder méthyl- d'un quantificateur, di-. En mettant tout cela ensemble, nous obtenons le nom d'éthyldiméthylamine.

Fig. 10-Éthyldiméthylamine.

Enfin, examinons une amine comportant plusieurs groupes fonctionnels.

Tu peux voir qu'il n'y a pas seulement deux groupes amine mais aussi un groupe hydroxyle, représenté en rose. Nous devons donc utiliser le préfixe amino- avec le quantificateur di-. Pour montrer le groupe hydroxyle, nous utilisons le suffixe -ol. La chaîne de carbone est longue de trois atomes de carbone, représentée en vert, et nous utilisons donc le nom racine -prop-. Pour indiquer la position des groupes fonctionnels, nous utilisons des chiffres. Ici, le groupe hydroxyle est prioritaire et nous appelons donc le carbone auquel il est attaché "carbone 1". Cela signifie que les groupes amine se trouvent sur les carbones 2 et 3. Le nom complet de cette molécule est donc 2,3-diaminopropan-1-ol.

Fig. 12-2,3-diaminopropan-1-ol.

Propriétés des amines

Maintenant que nous avons appris à nommer les amines, intéressons-nous à certaines de leurs propriétés.

Polarité

Les amines sont des molécules polaires. Cela s'explique par le fait que l'azote est plus électronégatif que le carbone et l'hydrogène. L'atome d'azote est partiellement chargé négativement tandis que les atomes de carbone et d'hydrogène sont partiellement chargés positivement.

Fig.13- Polarité des amines.

Points de fusion et d'ébullition

Les amines primaires et secondaires ont des points de fusion et d'ébullition élevés par rapport aux alcanes de taille similaire. Comme l'atome d'azote possède non seulement une paire d'électrons solitaires, mais qu'il est également lié à un atome d'hydrogène, il peut former des liaisons hydrogène entre les molécules. Il s'agit du type de forces intermoléculaires le plus puissant et il faut une bonne quantité d'énergie pour les surmonter.

Fig. 14- Liaison hydrogène d'amine

Les amines secondaires ont un point d'ébullition légèrement inférieur à celui des amines primaires. Cela est dû au fait que l'atome d'azote se trouve entre deux groupes organiques, ce qui diminue la force du dipôle permanent entre l'azote et l'hydrogène. Un dipôle plus faible réduit la force de la liaison hydrogène.

Les amines tertiaires, quant à elles, ont des points de fusion et d'ébullition beaucoup plus bas que les amines primaires et secondaires. Dans les amines tertiaires, les trois atomes d'hydrogène sont remplacés par un groupe hydrocarboné organique. Il n'y a plus d'atomes d'hydrogène liés à l'atome d'azote, et la molécule ne peut donc pas former des liaisons hydrogène.

En général, les amines à longue chaîne ont des points de fusion et d'ébullition plus élevés que les amines plus petites. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit de molécules plus grandes, ce qui augmente la force d'un autre type de force intermoléculaire existant entre les molécules, l'attraction de Van der Waals. Les amines ramifiées ont des points de fusion et d'ébullition plus bas que les amines à chaîne droite. Cela s'explique par le fait qu'elles ne peuvent pas s'assembler aussi étroitement, ce qui réduit la force de l'attraction de van der Waals.

Solubilité

Les amines à chaîne courte, y compris les amines tertiaires, sont solubles dans l'eau. Cela est dû au fait qu'elles peuvent former des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. En ce qui concerne les amines primaires et secondaires, tu trouveras deux lots de liaisons hydrogène par molécule : une liaison hydrogène entre l'un des atomes d'hydrogène de la molécule d'eau et la paire d'électrons solitaires trouvée sur l'atome d'azote de l'amine, ainsi qu'une liaison hydrogène entre l'atome d'hydrogène attaché à l'azote et la paire d'électrons solitaires trouvée sur l'atome d'oxygène de l'eau. Les amines tertiaires, en revanche, ne peuvent former qu'un seul lot de liaisons hydrogène, en utilisant uniquement la paire d'électrons solitaires située sur leur atome d'azote. Cela signifie que les amines tertiaires à chaîne courte sont moins solubles que les amines primaires et secondaires à chaîne courte.

À mesure que la taille de l'amine augmente, les chaînes hydrocarbonées insolubles commencent à interférer et à perturber la liaison hydrogène. Cela signifie que les amines à chaîne plus longue sont insolubles.

Fig. 15-Liaison hydrogène d'amine avec l'eau.

Forme

Les amines ont une forme pyramidale trigonale avec l'azote au sommet. Les angles de liaison entre les groupes attachés sont de 107°.

Fig.16- Forme de l'amine.

Basicité

La dernière propriété que nous allons aborder est la basicité. Les amines peuvent agir à la fois comme des bases faibles de Bronsted-Lowry et des bases de Lewis. Ceci est dû à la paire d'électrons solitaires de l'atome d'azote.

Les amines primaires sont de bien meilleures bases de Bronsted-Lowry que l'ammoniac. Cela est dû au fait qu'elles contiennent un groupe alkyle lié à l'atome d'azote. Les groupes alkyles libèrent des électrons et augmentent ainsi la disponibilité de la paire d'électrons solitaires de l'atome d'azote, ce qui le rend plus attrayant pour les protons. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet inductif. De même, les amines secondaires sont de meilleures bases que les amines primaires. Cela est dû au fait qu'elles ont deux effets inductifs.

On pourrait penser que les amines tertiaires sont le meilleur type de base. En tant que gaz, c'est vrai - les amines tertiaires sont de meilleures bases que les amines primaires et secondaires. Mais en solution aqueuse, les amines tertiaires sont de moins bonnes bases que les amines secondaires. Cela s'explique par le fait qu'elles sont moins solubles que les amines secondaires, et donc moins aptes à capter un proton en solution.

Utilisations des amines

Avant de terminer cet article, examinons brièvement certaines des utilisations des amines.

• Les amines jouent un rôle important dans ton organisme. Toutes les protéines sont composées d'amines appelées acides aminés, et de nombreux neurotransmetteurs, comme la dopamine et la sérotonine, sont également des amines.
• Un certain nombre d'analgésiques sont des amines, comme la morphine et la novocaïne.
• Les amines jouent un rôle dans l'élimination du dioxyde de carbone des gaz de combustion.
• Les amines sont des ingrédients importants des insecticides, pesticides et désinfectants courants.