Ammine

Cosa sono le ammine?

Ecco l'ammoniaca. È costituita da un atomo di azoto legato a tre atomi di idrogeno mediante legami covalenti singoli. L'atomo di azoto possiede una coppia di elettroni solitari.

Figura 1. Ammoniaca.

Se sostituiamo uno o più atomi di idrogeno con un gruppo idrocarburico organico, otteniamo un'ammina. Ecco un esempio. Un atomo di idrogeno è stato scambiato con un gruppo metile, formando la metilammina. Non preoccuparti: più avanti vedremo come dare un nome alle ammine.

Figura 2. Dall'ammoniaca rappresentata a sinistra alla metilammina rappresentata a destra.

Gruppo funzionale amminico

Il gruppo funzionale amminico è caratterizzato da un atomo di azoto con una coppia di elettroni solitari, legato covalentemente ad almeno un gruppo idrocarburico organico. Il gruppo organico viene rappresentato con la lettera R. Ecco come appare il gruppo funzionale:

Figura 3. Gruppo funzionale amminico.

Diversi tipi di ammine

Sopra abbiamo detto che le ammine sono derivati dell'ammoniaca, in cui uno o più atomi di idrogeno sono stati sostituiti da un gruppo idrocarburico organico. Le ammine vengono classificate come primarie, secondarie o terziarie, a seconda del numero di gruppi organici legati all'azoto. I tre tipi di ammine hanno formule generali diverse, come mostrato di seguito.

• Le ammine primarie hanno un atomo di idrogeno sostituito da un gruppo organico. Hanno la formula generale NH₂R.
• Le ammine secondarie hanno due atomi di idrogeno sostituiti da gruppi organici. Hanno la formula generale NHR₂.
• Le ammine terziarie hanno tutti e tre gli atomi di idrogeno sostituiti da gruppi organici. Hanno la formula generale NR₃.

Figura 4. Tipi di ammine.

Le ammine possono anche essere alifatiche o aromatiche, a seconda che contengano o meno un anello benzenico.

• Nelle ammine aromatiche, uno o più gruppi organici legati all'atomo di azoto hanno un anello benzenico.
• Nelle ammine alifatiche, tutti i gruppi organici legati all'atomo di azoto sono catene alifatiche. Non contengono anelli benzenici.

Figura 6. Ammine aromatiche e ammine alifatiche.

Nomenclatura delle ammine

Passiamo quindi alla nomenclatura delle ammine. La denominazione delle ammine può essere un po' complicata perché non esiste un metodo universalmente accettato. Oggi ci concentreremo su un solo metodo, che a nostro avviso è il più semplice.

Ecco alcune delle regole da seguire.

• Il gruppo funzionale amminico è indicato dal suffisso -ammina o dal prefisso ammino-.
  • Se è presente un solo gruppo amminico, si usa il suffisso -ammina.
  • Se sono presenti più gruppi amminici o altri gruppi funzionali, si usa il prefisso ammino-.
• Se è presente un solo gruppo amminico, mostriamo i gruppi alchilici attaccati all'atomo di azoto usando i prefissi alchilici, che terminano in -il.
• Se sono presenti più gruppi amminici o altri gruppi funzionali, mostriamo la catena di carbonio più lunga usando i nomi delle radici e indichiamo la posizione dei gruppi funzionali usando i numeri.

Sembra confuso? Consideriamo alcuni esempi. Sounds confusing?

Esempi di ammine

Prima di tutto, troviamo il gruppo amminico. Lo abbiamo evidenziato in blu. Ce n'è solo uno, quindi usiamo il suffisso -ammina. Individuiamo eventuali gruppi alchilici legati all'atomo di azoto. Qui c'è solo un gruppo metilico, che abbiamo evidenziato in verde. Utilizziamo il prefisso metil-. Il nome completo di questa molecola è quindi metilammina.

Figura 8. Metilammina.

Ecco un altro esempio.

Ancora una volta, questa molecola ha un solo gruppo amminico, indicato in blu. Utilizziamo quindi il suffisso -ammina. Questa volta, però, ci sono tre catene carboniose attaccate all'atomo di azoto: due gruppi metilici, in verde, e un gruppo etilico, in giallo. Li mostriamo usando i prefissi metile- ed etile-, elencandoli in ordine alfabetico. Ma per indicare la presenza di due gruppi metilici, facciamo precedere il metile da un quantificatore, di-. Mettendo insieme tutto questo, otteniamo il nome di etildimetilammina.

Figura 10. Etilendiammina.

Infine, analizziamo un'ammina con più gruppi funzionali.

Si può notare che non ci sono solo due gruppi amminici ma anche un gruppo ossidrilico, evidenziato in rosa. Dobbiamo quindi usare il prefisso ammino- con il quantificatore di-. Per indicare il gruppo ossidrilico, usiamo il suffisso -ol. La catena carboniosa è lunga tre atomi di carbonio, indicati in verde, e quindi utilizziamo il prefisso prop-. Per indicare la posizione dei gruppi funzionali si usano i numeri. In questo caso, il gruppo ossidrile ha la priorità e quindi chiamiamo il carbonio a cui è attaccato "carbonio 1". Questo significa che i gruppi amminici si trovano sui carboni 2 e 3. Il nome di questa molecola è quindi 2,3-diamminopropan-1-olo.

Figura 12. 2,3-diamminopropan-1-olo.

Proprietà delle ammine

Ora che abbiamo imparato a dare un nome alle ammine, concentriamoci su alcune delle loro proprietà.

Polarità

Le ammine sono molecole polari. Questo perché l'azoto è più elettronegativo del carbonio e dell'idrogeno. L'atomo di azoto diventa parzialmente carico negativamente, mentre gli atomi di carbonio e idrogeno diventano parzialmente carichi positivamente.

Figura 13. Polarità ammina.

Punto di fusione e punto di ebollizione

Le ammine primarie e secondarie hanno punti di fusione e di ebollizione elevati rispetto agli alcani di dimensioni simili. Poiché l'atomo di azoto non solo ha una coppia di elettroni solitari, ma è anche legato a un atomo di idrogeno, può formare legami a idrogeno tra le molecole. Si tratta del tipo più forte di forze intermolecolari e richiede una discreta quantità di energia per essere superato.

Figura 14. Legami a idrogeno nell'ammina.

Le ammine secondarie hanno punti di ebollizione leggermente inferiori rispetto alle ammine primarie. Ciò è dovuto al fatto che l'atomo di azoto si trova tra due gruppi organici, il che diminuisce la forza del dipolo permanente tra azoto e idrogeno. Un dipolo più debole riduce la forza del legame idrogeno.

Le ammine terziarie, invece, hanno punti di fusione e di ebollizione molto più bassi rispetto alle ammine primarie e secondarie. Nelle ammine terziarie, tutti e tre gli atomi di idrogeno sono sostituiti da un gruppo idrocarburico organico. Non ci sono più atomi di idrogeno legati all'atomo di azoto e quindi la molecola non può formare legami idrogeno.

In generale, le ammine a catena più lunga hanno punti di fusione e di ebollizione più elevati rispetto alle ammine più piccole. Questo perché si tratta di molecole più grandi, che aumentano la forza di un altro tipo di forza intermolecolare presente tra le molecole: l'attrazione di van der Waals. Le ammine ramificate hanno punti di fusione e di ebollizione più bassi rispetto alle ammine a catena retta. Ciò è dovuto al fatto che non possono impacchettarsi in modo così stretto, riducendo la forza delle attrazioni di van der Waals.

Solubilità

Le ammine a catena corta, comprese le ammine terziarie, sono solubili in acqua. Questo perché possono formare legami idrogeno con le molecole d'acqua. Quando si tratta di ammine primarie e secondarie, si trovano due legami idrogeno per molecola: un legame idrogeno tra uno degli atomi di idrogeno della molecola d'acqua e la coppia solitaria di elettroni che si trova sull'atomo di azoto dell'ammina, e un legame idrogeno tra l'atomo di idrogeno attaccato all'azoto e la coppia solitaria di elettroni che si trova sull'atomo di ossigeno dell'acqua. Le ammine terziarie, invece, possono formare solo una serie di legami idrogeno, utilizzando solo la coppia solitaria di elettroni presenti sull'atomo di azoto. Ciò significa che le ammine terziarie a catena corta sono meno solubili delle ammine primarie e secondarie a catena corta.

All'aumentare delle dimensioni dell'ammina, le catene di idrocarburi insolubili iniziano a interferire e a interrompere il legame a idrogeno. Ciò significa che le ammine a catena più lunga sono insolubili.

Figura 15. Legame a idrogeno tra l'azoto amminico e l'idrogeno della molecola d'acqua.

Geometria

Le ammine hanno una forma trigonale-piramidale con l'azoto all'apice. Gli angoli di legame tra i gruppi attaccati sono di 107°.

Figura 13. Geometria trigonale-piramidale di un'ammina.

Basicità

L'ultima proprietà che tratteremo è la basicità. Le ammine possono agire sia come basi deboli di Bronsted-Lowry sia come basi di Lewis. Questo grazie alla coppia di elettroni solitari dell'atomo di azoto.

Le ammine primarie sono basi di Bronsted-Lowry migliori dell'ammoniaca. Questo perché contengono un gruppo alchilico legato all'atomo di azoto. I gruppi alchilici cedono elettroni e quindi aumentano la disponibilità della coppia di elettroni solitari dell'atomo di azoto, rendendolo più attraente per i protoni. Questo è noto come effetto induttivo. Allo stesso modo, le ammine secondarie sono basi migliori delle ammine primarie. Questo perché hanno due effetti induttivi.

Ci si potrebbe aspettare che le ammine terziarie siano il miglior tipo di base. Come gas, questo è vero: le ammine terziarie sono basi migliori delle ammine primarie e secondarie. Ma in soluzione acquosa, le ammine terziarie sono basi peggiori delle ammine secondarie. Questo perché sono meno solubili delle ammine secondarie e quindi meno adatte a raccogliere un protone in soluzione.

Utilizzo delle ammine

Prima di concludere questo articolo, analizziamo brevemente alcuni usi delle ammine.

• Le ammine svolgono un ruolo importante nell'organismo. Tutte le proteine sono costituite da ammine chiamate amminoacidi e anche molti neurotrasmettitori, come la dopamina e la serotonina, sono ammine.
• Alcuni antidolorifici sono ammine, come la morfina e la novocaina.
• Le ammine svolgono un ruolo nella rimozione dell'anidride carbonica dai gas di combustione.
• Le ammine sono ingredienti importanti dei comuni insetticidi, pesticidi e disinfettanti.