Le ammine possono essere considerate come dei derivati organici dell’ammoniaca per sostituzione di uno o più idrogeni con altrettanti gruppi idrocarburici.
Le ammine sono suddivise in sottoclassi a seconda del numero di gruppi legati all’azoto. Si distingono in RNH2: primarie, R2NH: secondarie, R3N: terziarie.
Nomenclatura delle ammine
Sono denominate specificando i gruppi alchilici presenti e aggiungendo il suffisso –ammina. Ad esempio CH3NH2 è denominata metilammina; (C2H5)2NH è denominata dietilammina, mentre (CH3)3N è denominata trimetilammina.
Se la funzione amminica è secondaria, ovvero nella molecola è presente un gruppo con priorità maggiore, si usa il prefisso ammino- o N-alchil(aril)-ammino come ad esempio: CH3NHCH2CH2CHO viene denominata 3-N-metilamminopropanale.
Le ammine aromatiche, cioè con l’atomo di azoto legato direttamente all’anello aromatico, derivano il loro nome da quello della più semplice ammina di questa serie, l’anilina.
Ad esempio il composto in cui è presente in posizione 2 il gruppo nitro è denominato m-nitroanilina
La loro struttura è strettamente correlata alla stereochimica dell’atomo di azoto.
Prove spettroscopiche e calcoli quantomeccanici hanno dimostrato che la struttura della molecola dell’ammoniaca è tetraedrica con l’azoto posizionato al centro del tetraedro , i tre atomi di idrogeno situati ai tre vertici del tetraedro e il quarto vertice è occupato dalla coppia di elettroni non condivisa.
L’angolo H-N-H è di circa 107°. Nell’ammoniaca e nelle ammine, infatti, l’atomo di azoto è ibridato sp3 con i quattro orbitali ibridi (tre con un solo elettrone e uno con due elettroni) diretti ai vertici del tetraedro.
I tre orbitali ibridi sp3 contenenti un solo elettrone formano legami σ con gli orbitali s dell’idrogeno e/o con gli orbitali degli atomi di carbonio dei gruppi ad esso legati, mentre l’orbitale sp3 contenente due elettroni due elettroni è responsabile delle caratteristiche di base di Lewis dell’azoto.
L’azoto nell’ammoniaca e nelle ammine converte la sua configurazione piramidale, passando attraverso la configurazione planare, analogamente a quello che fa un ombrello sotto l’azione di un colpo di vento.
E’ interessante notare che per le ammine terziarie con i tre gruppi legati all’azoto differenti fra loro (ammine asimmetriche), e che pertanto possono esistere in due forme enantiomere non sovrapponibili, non è possibile isolare tali enantiomeri a causa della rapida interconversione tra le due forme.
Basicità
L’ammoniaca e le ammine sono delle basi di Lewis e compartecipano la loro coppia non condivisa con un acido di Lewis per formare un composto di ammonio:
CH3NH2 + HCl → CH3NH3+ + Cl–
Gli ioni ammonio aventi quattro gruppi diversi legati all’azoto (R1R2R3R4N+) esistono in due forme enantiomere che non danno luogo a racemizzazione. Essi sono stabili come i composti asimmetrici del carbonio.
Numerosi altri tipi di composti contenenti azoto legato con legami semplici sono strutturalmente correlati alle ammine o ai sali di ammonio.
Fra questi sono molto importanti i N-ossidi delle ammine terziarie (R3N+-O– ) e i derivati organici dell’idrazina (NH2-NH2), dell’idrossilammina (NH2OH) e della clorammina (NH2Cl).
Ammine alifatiche
Le ammine alifatiche, sia primarie che secondarie o terziarie sono tutte basi più forti dell’ammoniaca.
Quelle primarie e secondarie non formano legami intramolecolari così forti come avviene per gli alcoli. Quindi i loro punti di ebollizione sono intermedi tra quelli degli alcoli e quelli degli idrocarburi aventi lo stesso peso molecolare. Le ammine che hanno 5 o meno atomi di carbonio sono miscibili o molto solubili in acqua. Quasi tutte le ammine sono solubili in acidi diluiti a causa della formazione dei sali di ammonio solubili:
RNH2 + H3O+ → RNH3+ + H2O
Le ammine costituiscono una delle classi più importanti dei composti organici a causa della presenza del doppietto non condiviso dell’atomo di azoto. Quest’ultimo favorisce una larga varietà di reazioni.
In natura si trovano sotto forma di amminoacidi, proteine, alcaloidi e vitamine.
Molti derivati amminici più complessi hanno una pronunciata azione fisiologica come, ad esempio, la penicillina, l’LSD, il veleno della cicuta, la novocaina.
Esse sono inoltre usate per la preparazione di molti medicinali come i sulfamidici e gli anestetici locali.
Il nylon è fabbricato partendo da due diverse materie prime di cui una è una semplice diammina.
La basicità delle ammine, determinata da impedimento sterico e da effetto di solvatazione è la seguente:
secondaria > terziaria >primaria