アミン

窒素原子がカルボニル基に結合し、構造がR−C(=O)−NR′R″となる化合物はアミドと呼ばれます。窒素上に4つの有機置換基を持つ化合物は、構造がR ₄ N ⁺ X ⁻となり、第四級アンモニウム塩と呼ばれます。このような化合物には、様々な種類の陰イオンが存在します。

通常、アミン官能基の存在は、質量分析法、NMR、IR分光法などの技術の組み合わせによって推測されます。アミンの¹ H NMR シグナルは、サンプルを D ₂ Oで処理すると消失します。赤外スペクトルでは、第一級アミンは 2 つの N–H バンドを示しますが、第二級アミンは 1 つしか示しません。^{[ 9 ]} IR スペクトルでは、第一級アミンと第二級アミンは、3300  cm ⁻¹ 付近に特徴的な N–H 伸縮バンドを示します。1600 cm ⁻¹より下に現れるバンドはやや特徴的ではなく、弱く、C–C および C–H モードと重なります。プロピルアミンの場合、H–N–H はさみモードは 1600  cm ⁻¹付近に、C–N 伸縮は 1000  cm ⁻¹付近に、R ₂ N–H 曲げは 810  cm ⁻¹付近に現れます。^{[ 15 ]}

アルキルアミンは、特徴的に四面体型の窒素中心を持つ。CNC角とCNH角は109°付近である。CN距離はCC距離よりもわずかに短い。立体中心の窒素反転のエネルギー障壁は、トリアルキルアミンでは約7 kcal/molである。この相互変換は、強風の中で開いた傘がひっくり返る様子に例えられる。 

NHRR' 型および NRR′R″ 型のアミンはキラルである。窒素中心には、孤立電子対を含めて 4 つの置換基が存在する。反転障壁が低いため、NHRR' 型のアミンは光学的に純粋な状態では得られない。キラルな第三級アミンの場合、NRR′R″ は、R、R'、および R″ 基がN-置換アジリジンなどの環状構造に拘束されている場合にのみ分離可能である（第四級アンモニウム塩は分離可能である）。

芳香族アミン（「アニリン」）では、窒素原子は孤立電子対とアリール置換基の共役によりほぼ平面構造をとることが多い。CN距離はそれに応じて短くなる。アニリンでは、C–N距離はC–C距離と同じである。^{[ 16 ]}

誘起効果により、アミンの塩基性はアミン上のアルキル基の数とともに増加すると予想される。しかし、溶媒和効果は誘起効果の傾向とは逆の傾向を示すため、相関関係は複雑になる。溶媒和効果は芳香族アミン（アニリン）の塩基性にも大きく影響する。アニリンの場合、窒素上の非共有電子対が環内に非局在化するため、塩基性が低下する。表に示すように、芳香環上の置換基とそのアミノ基に対する位置も塩基性に影響を与える。

溶媒和はアミンの塩基性に大きく影響します。N−H 基は水と強く相互作用し、特にアンモニウムイオンではその傾向が顕著です。その結果、アンモニアの塩基性は溶媒和によって 10^倍に増強されます。アミンの本来の塩基性、すなわち溶媒和が重要でない状況は、気相で評価されています。気相では、アミンは有機置換基の電子供与効果から予測される塩基性を示します。したがって、第三級アミンは第二級アミンよりも塩基性が高く、第二級アミンは第一級アミンよりも塩基性が高く、最後にアンモニアが最も塩基性が低くなります。pK _b値 (水中での塩基性) の順序はこの順序に従いません。同様に、アニリンは気相ではアンモニアよりも塩基性が高いですが、水溶液中では 1 万分の 1 になります。^{[ 20 ]}

DMSO、DMF、アセトニトリルなどの非プロトン性極性溶媒では、溶媒和エネルギーは水やメタノールなどのプロトン性極性溶媒ほど高くありません。そのため、これらの非プロトン性溶媒中におけるアミンの塩基性は、ほぼ完全に電子効果によって決定されます。

工業的に重要なアルキルアミンは、アンモニアをアルコールでアルキル化することによって製造されます。^{[ 7 ]}

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

アミンとアルコールの反応とは異なり、アミンとアンモニアとアルキルハライドの反応は、実験室での合成に利用される。

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

このような反応はアルキルヨウ化物や臭化物に特に有効ですが、アルキル化の程度を制御するのが難しく、第1級、第2級、第3級アミンの混合物や第4級アンモニウム塩が得られます。^{[ 7 ]}

デレピン反応 を用いることで選択性を向上させることができるが、これは工業規模で用いられることは稀である。ガブリエル合成においても選択性は確保されており、この合成法では有機ハロゲン化合物とフタルイミドカリウムが反応する。

アリールハライドはアミンとの反応性がはるかに低いため、より制御しやすい。アリールアミンを合成する一般的な方法として、ブッフバルト・ハートウィッグ反応が挙げられる。

二置換アルケンは強酸の存在下でHCNと反応してホルムアミドを生成し、これは脱炭酸することができる。この方法、リッター反応は、 tert-オクチルアミンなどの第三級アミンを製造するために工業的に使用されている。^{[ 7 ]}

アルケンのヒドロアミノ化も広く行われている。 ^{[ 21 ]} この反応はゼオライト系固体酸によって触媒される。^{[ 7 ]}

ニッケル触媒は、不飽和窒素含有官能基をアミンに水素化することができる。適切な官能基としては、ニトリル、イミン（オキシムを含む）、アミド、アジド、ニトロ基などが挙げられる。多くのアミンは、還元アミノ化、その場で生成したイミンの還元、または2段階プロセス によって、アルデヒドやケトンから生成される。

実験室規模では、これらの官能基を還元するためにLiAlH₄_がより一般的に用いられる。ニトリルの場合、反応は酸性またはアルカリ性の条件に敏感であり、 −CN基が加水分解される可能性がある。

アニリン（C₆H₅NH₂ ）とその_{誘導体は、}対応するニトロ芳香_族化合物を還元することによって合成される。工業的には水素が好ましい還元剤であるが、実験室ではスズや鉄がよく用いられる。

アミンを調製する方法は数多く存在し、その多くは専門的なものである。

アミンの反応性は、塩基性に加えて求核性である。^{[ 23 ]}ほとんどの第一級アミンは金属イオンの良配位子となり、配位錯体を形成する。アミンはアルキルハライドによってアルキル化される。塩化アシルクロリドと酸無水物は第一級および第二級アミンと反応してアミドを形成する（「ショットテン・バウマン反応」）。

同様に、スルホニルクロリドを用いると、スルホンアミドが得られる。この反応はヒンスベルグ反応として知られており、アミンの存在を調べるための化学的試験法である。

アミンは塩基性であるため、酸を中和して対応するアンモニウム塩R ₃ NH ⁺を形成します。カルボン酸と第一級および第二級アミンから形成されたこれらの塩は、熱脱水によって対応するアミドを形成します。

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

アミンは三酸化硫黄またはその供給源で処理するとスルファミン化反応を起こす。

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

アミンは亜硝酸と反応してジアゾニウム塩を生成する。アルキルジアゾニウム塩は不安定すぎるため、あまり重要ではない。最も重要なのは、アニリン（「フェニルアミン」）（A = アリール基またはナフチル基）などの芳香族アミンの誘導体である。

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

アニリン類とナフチルアミン類は、結晶形で単離できるより安定なジアゾニウム塩を形成する。 ^{[ 24 ]}_{ジアゾニウム塩は、} N2基をアニオンで置換するなど、さまざまな有用な変換を受ける。例えば、シアン化第一銅は対応するニトリルを与える。

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

アリールジアゾニウムは、フェノールなどの電子豊富な芳香族化合物とカップリングしてアゾ化合物を形成する。このような反応は染料の製造に広く応用されている。^{[ 25 ]}

イミン生成は重要な反応である。第一級アミンはケトンやアルデヒドと反応してイミンを生成する。ホルムアルデヒド（R' = H）の場合、これらの生成物は通常、環状三量体として存在する。  $${\displaystyle {\ce {RNH2 + R'_2C=O -> R'_2C=NR + H2O}}}$$これらのイミンを還元すると、第二級アミンが得られる。$${\displaystyle {\ce {R'_2C=NR + H2 -> R'_2CH-NHR}}}$$

同様に、第二級アミンはケトンやアルデヒドと反応してエナミンを生成する。$${\displaystyle {\ce {R2NH + R'(R''CH2)C=O -> R''CH=C(NR2)R' + H2O}}}$$

水銀イオンはα水素を持つ第三級アミンを可逆的に酸化してイミニウムイオンを生成する。^{[ 26 ]}$${\displaystyle {\ce {Hg^2+ + R2NCH2R' <=> Hg + [R2N=CHR']+ + H+}}}$$

アミンの反応の概要を以下に示します。

アミノ酸の修飾によって生成されるホルモンはアミンホルモンと呼ばれます。通常、アミノ酸の元の構造が修飾され、カルボキシル基（-COOH）が除去され、アミン基（ -NH + 3）が残ります。アミンホルモンは、アミノ酸トリプトファンまたはチロシンから合成されます。^{[ 30 ]}

第一級芳香族アミンは、アゾ染料の製造における出発原料として使用されます。これは亜硝酸と反応してジアゾニウム塩を生成し、これがカップリング反応を起こしてアゾ化合物を形成します。アゾ化合物は発色性が高いため、以下のような染色産業で広く使用されています。

• メチルオレンジ
• 直接茶色138
• 夕焼け色のFCF
• ポンソー

ほとんどの医薬品および医薬品候補にはアミン官能基が含まれています: ^{[ 31 ]}

• クロルフェニラミンは抗ヒスタミン剤であり、風邪、花粉症、皮膚のかゆみ、虫刺されなどによるアレルギー症状の緩和に役立ちます。
• クロルプロマジンは、睡眠を誘発することなく鎮静作用をもたらす精神安定剤です。不安、興奮、落ち着きのなさ、あるいは精神障害の緩和に用いられます。
• エフェドリンとフェニレフリンは、アミン塩酸塩として、鼻づまり解消薬として使用される。
• アンフェタミン、メタンフェタミン、メトカチノンは、米国麻薬取締局（DEA）によって規制物質として指定されている精神刺激アミンである。
• 抗精神病薬であるチオリダジンはアミンであり、その抗精神病作用は、他のアミンに対する作用によるものと考えられている。^{[ 32 ]}
• アミトリプチリン、イミプラミン、ロフェプラミン、クロミプラミンは、三環系抗うつ薬であり、第三級アミンである。
• ノルトリプチリン、デシプラミン、アモキサピンは、三環系抗うつ薬であり、第二級アミン類である。（三環系抗うつ薬は、側鎖末端のアミノ基の種類によって分類される。）
• 置換トリプタミン類およびフェネチルアミン類は、多種多様な幻覚剤の重要な基本構造である。
• モルヒネ、コデイン、ヘロインなどのオピオイド鎮痛薬は第三級アミンである。

水性モノエタノールアミン（MEA）、ジグリコールアミン（DGA）、ジエタノールアミン（DEA）、ジイソプロパノールアミン（DIPA）、メチルジエタノールアミン（MDEA）は、天然ガスや精製プロセスストリームから二酸化炭素（CO2）と硫化水素（H2S）を除去するために工業的に広く使用されています_。これらは、燃焼ガスや_排ガスからCO2を_除去するためにも使用でき、温室効果ガスの削減の可能性を秘めています。関連するプロセスは、スウィーティングとして知られています。^{[ 33 ]}

アミンはエポキシ樹脂の硬化剤としてよく使用されます。^{[ 34 ] [ 35 ]}これらには、ジメチルエチルアミン、シクロヘキシルアミン、および4,4-ジアミノジシクロヘキシルメタンなどのさまざまなジアミンが含まれます。^{[ 7 ]}テトラエチレンペンタミンやトリエチレンテトラミンなどの多官能性アミンもこの用途で広く使用されています。^{[ 36 ]}反応は、アミン窒素上の孤立電子対がエポキシ樹脂のオキシラン環の最外殻炭素を攻撃することによって進行します。これによりエポキシの環ひずみが緩和され、反応の駆動力となります。^{[ 37 ]}第三級アミン官能基を有する分子は、エポキシ-アミン硬化反応を促進するためによく使用され、 2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールなどの物質が含まれます。これは、2成分エポキシ樹脂システムで最も広く使用されている室温促進剤であるとされています。^{[ 38 ] [ 39 ]}