アミン

化学において、アミン（/ ə ˈ m iː n、ˈ æ m iː n / 、^{[1] [2]} 英国では / ˈ eɪ m iː n /^とも[3]）は、孤立電子対を持つ塩基性窒素原子を含む化合物および官能基である。正式には、アミンはアンモニア（NH ₃ ）の誘導体であり、1つ以上の水素原子がアルキル基やアリール基などの置換基で置き換えられている^[4]（これらはそれぞれアルキルアミンおよびアリールアミンと呼ばれることがある。両方のタイプの置換基が1つの窒素原子に結合しているアミンはアルキルアリールアミンと呼ばれることがある）。重要なアミンには、アミノ酸、生体アミン、トリメチルアミン、アニリンなどがある。アンモニアの無機誘導体もアミンと呼ばれ、モノクロラミン（NClH ₂ ）などがある。^[5]

置換基−NH ₂はアミノ基と呼ばれる。^[6]

アミンの化学表記には文字「R」が含まれますが、「R」は元素ではなく「R グループ」であり、アミンでは単一の水素原子または炭素原子、あるいは炭化水素鎖である可能性があります。

窒素原子がカルボニル基に結合した化合物（R−C(=O)−NR′R″構造）はアミドと呼ばれ、アミンとは異なる化学的性質を持っています。

アミンは窒素上の置換基の性質と数によって分類できます。 脂肪族アミンには H とアルキル置換基のみが含まれます。芳香族アミンは窒素原子が芳香族環に結合しています。

アミンは、アルキルアミンとアリールアミンの両方において、窒素に隣接する炭素原子の数（アンモニア分子の水素原子の何個が炭化水素基に置き換えられているか）に基づいて、3つのサブカテゴリに分類されます（表を参照）。^{[6] [7]}

• 第一級アミン（1°） — 第一級アミンは、アンモニアの 3 つの水素原子のうち 1 つがアルキルまたは芳香族基に置き換えられたときに生成されます。重要な第一級アルキルアミンには、メチルアミン、ほとんどのアミノ酸、緩衝剤トリス などがあり、第一級芳香族アミンにはアニリンなどがあります。
• 第二級アミン（2°） — 第二級アミンは、窒素に結合した2つの有機置換基（アルキル、アリール、またはその両方）と1つの水素を持っています。重要な代表例としてはジメチルアミンが挙げられ、芳香族アミンの例としてはジフェニルアミンが挙げられます。
• 第三級アミン（3°） —第三級ア​​ミンでは、窒素に3つの有機置換基があります。例としては、独特の魚臭のあるトリメチルアミンやEDTAなどがあります。

4 番目のサブカテゴリは、窒素に結合した置換基の接続性によって決まります。

• 環状アミン—環状アミンは第二級アミンまたは第三級アミンです。環状アミンの例には、3 員環のアジリジンと 6 員環のピペリジンがあります。N -メチルピペリジンとN -フェニルピペリジンは、環状第三級アミンの例です。

窒素上に 4 つの有機置換基を持つこともできます。これらの種はアミンではなく、第四級アンモニウム陽イオンであり、荷電窒素中心を持ちます。第四級アンモニウム塩は、多くの種類の陰イオンとともに存在します。

アミンはいくつかの方法で命名されます。通常、化合物には接頭辞「アミノ-」または接尾辞「-アミン」が付けられます。接頭辞「N-」は窒素原子上の置換を示します。複数のアミノ基を持つ有機化合物は、ジアミン、トリアミン、テトラアミンなどと呼ばれます。

低級アミンは接尾辞-amineを付けて命名されます。

高級アミンは官能基としてアミノという接頭辞を持ちます。しかしIUPACはこの規則を推奨しておらず^[8]、ブタン-2-アミンなどのアルカンアミン形式を好みます。

水素結合は、第一級アミンと第二級アミンの特性に大きく影響します。たとえば、メチルアミンとエチルアミンは標準状態では気体ですが、対応するメチルアルコールとエチルアルコールは液体です。アミンは特徴的なアンモニア臭を持ち、液体アミンは独特の「魚臭」と悪臭を持ちます。

窒素原子は孤立電子対を持ち、H ^{+ と}結合してアンモニウムイオンR ₃ NH ⁺を形成します。孤立電子対は、この記事では N の上または横の 2 つの点で表されます。単純なアミンの水溶性は、これらの孤立電子対を含む水素結合によって高まります。通常、アンモニウム化合物の塩は、水に対する溶解度が次の順序で示されます。第一級アンモニウム ( RNH⁺
₃) > 第二級アンモニウム ( R
₂NH⁺
₂) > 第三級アンモニウム (R ₃ NH ^{+ )。小さな脂肪族アミンは多くの}溶媒に非常によく溶けますが、大きな置換基を持つものは親油性です。アニリンなどの芳香族アミンは、孤立電子対がベンゼン環に共役しているため、水素結合する傾向が低くなります。沸点が高く、水への溶解度は低いです。

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定されます。アミンの¹ H NMR信号は、サンプルをD ₂ Oで処理すると消えます。赤外線スペクトルでは、第一級アミンは2つのNH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。^[6] 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NH伸縮バンドを示します。やや特徴的ではないのは、1600 cm −1}未満に現れるバンドで、これはより弱く、CCモードとCHモードと重なっています。プロピルアミンの場合、HNHシザーモードは1600 cm ⁻¹付近に、CN伸縮は1000 cm ⁻¹付近に、R ₂ N-Hベンドは810 cm ⁻¹付近に現れます。^[9]

アルキルアミンは、四面体窒素中心を特徴としています。CNC および CNH 角度は、理想的な角度である 109° に近づきます。CN 距離は、CC 距離よりもわずかに短くなります。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の場合約 7 kcal/molです。この相互変換は、開いた傘が強風に反転する様子に例えられています。

NHRR' 型および NRR′R″ 型のアミンはキラルです。窒素中心には孤立電子対を含めて 4 つの置換基があります。反転障壁が低いため、NHRR' 型のアミンは光学純度で得ることができません。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制限されている場合にのみ分割できます(第四級アンモニウム塩は分割可能です)。

芳香族アミン（「アニリン」）では、窒素は孤立電子対とアリール置換基の共役により、ほぼ平面状になることが多い。CN距離はそれに応じて短くなる。アニリンでは、CN距離はCC距離と同じである。^[10]

アンモニアと同様に、アミンは塩基です。^[11]アルカリ金属水酸化物と比較すると、アミンは弱いです。

アミンの塩基性は以下に依存します。

1. 置換基の電子特性（アルキル基は塩基性を高め、アリール基は塩基性を低下させます）。
2. プロトン化されたアミンの溶媒和の程度。窒素上の基による立体障害が含まれます。

誘導効果により、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ます。相関は、誘導効果の傾向とは逆の溶媒和効果により複雑になります。溶媒和効果は、芳香族アミン (アニリン) の塩基性にも影響します。アニリンの場合、窒素の孤立電子対が環内に非局在化し、その結果、塩基性が低下します。表に示すように、芳香族環の置換基と、アミノ基に対するそれらの位置も塩基性に影響します。

溶媒和はアミンの塩基性に大きく影響する。NH基は水、特にアンモニウムイオンと強く相互作用する。その結果、アンモニアの塩基性は溶媒和によって10 ¹¹倍高まる。アミンの固有の塩基性、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る。気相では、アミンは有機置換基の電子放出効果から予測される塩基性を示す。したがって、第三アミンは第二アミンよりも塩基性が高く、第二アミンは第一アミンよりも塩基性が高く、最後にアンモニアは最も塩基性が低い。pK _b（水中の塩基性）の順序はこの順序に従わない。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が、水溶液ではその1万倍低い。^[14]

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。このため、これらの非プロトン性溶媒中のアミンの塩基性は、ほぼ完全に電子効果によって決まります。

工業的に重要なアルキルアミンは、アンモニアとアルコールのアルキル化によって製造される。^[5]

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

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ロゲン化物の反応は実験室での合成に使用されます。

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

このような反応はアルキルヨウ化物や臭化物に有効であるが、アルキル化の程度を制御することが難しく、第一級、第二級、第三級アミンの混合物や第四級アンモニウム塩が得られる。^[5]

デレピン反応により選択性を向上させることができますが、工業規模ではほとんど利用されていません。また、有機ハロゲン化物とフタルイミドカリウムを反応させるガブリエル合成でも選択性が確保されています。

ハロゲン化アリールはアミンに対する反応性が非常に低いため、制御性が向上します。アリールアミンを調製する一般的な方法は、ブッフバルト・ハートウィッグ反応です。

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、これを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。^[5]

アルケンのヒドロアミノ化も広く行われており、この反応はゼオライトベースの固体酸によって触媒される。^[5]

水素化のプロセスにより、不飽和 N 含有官能基は、ニッケル触媒の存在下で水素を使用してアミンに還元されます。適切な基には、ニトリル、アジド、オキシムを含むイミン、アミド、ニトロなどがあります。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基の加水分解を引き起こす可能性があります。実験室規模では、これらの同じ基の還元にLiAlH ₄がより一般的に使用されています。

多くのアミンは、アルデヒドとケトンから還元アミノ化によって生成され、これは触媒的または化学量論的に進行します。

アニリン( C ₆ H ₅ NH ₂ ) とその誘導体は、ニトロ芳香族化合物の還元によって製造されます。産業界では、水素が還元剤として好まれますが、実験室では、スズと鉄がよく使用されます。

アミンの製造方法は数多く存在し、その多くはかなり特殊なものである。

塩基性以外に、アミンの主な反応性は求核性である。^[16]ほとんどの第一級アミンは金属イオンにとって良好な配位子となり、錯体を形成する。アミンはアルキルハロゲン化物によってアルキル化される。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ます。この変換はヒンスベルグ反応として知られ、アミンの存在を調べる化学テストです。

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る場合、これらの塩は熱脱水され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発生源 で処理するとスルファミン化される。

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

アミンは亜硝酸と反応してジアゾニウム塩を生成します。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ありません。最も重要なメンバーは、アニリン(「フェニルアミン」) (A = アリールまたはナフチル)などの芳香族アミンの誘導体です。

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

アニリンとナフチルアミンはより安定したジアゾニウム塩を形成し、結晶形で単離することができる。^{[17]ジアゾニウム塩は}_、 N2基をアニオンに置き換えることを含む様々な有用な変換を受ける。例えば、シアン化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結合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。^[18]

イミン形成は重要な反応です。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形成します。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します。これらのイミンを還元すると第二級アミンが得られます。$${\displaystyle {\ce {RNH2 + R'_2C=O -> R'_2C=NR + H2O}}}$$$${\displaystyle {\ce {R'_2C=NR + H2 -> R'_2CH-NHR}}}$$

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形成します。$${\displaystyle {\ce {R2NH + R'(R''CH2)C=O -> R''CH=C(NR2)R' + H2O}}}$$

水銀イオンはα水素を持つ第三級アミンをイミニウムイオンに可逆的に酸化する：^[19] $${\displaystyle {\ce {Hg^2+ + R2NCH2R' <=> Hg + [R2N=CHR']+ + H+}}}$$

アミンの反応の概要は以下の通りです。

アミンは生物学のいたるところに存在します。アミノ酸の分解によりアミンが放出されます。有名な例としては、腐敗した魚がトリメチルアミンの臭いを放つことが挙げられます。エピネフリン、ノルエピネフリン、ドーパミン、セロトニン、ヒスタミンなど、多くの神経伝達物質はアミンです。プロトン化されたアミノ基( –NH ⁺
₃）は、タンパク質、特にアミノ酸リジン中の最も一般的な正電荷を帯びた部分である。^[20]アニオン性ポリマーDNAは、通常、さまざまなアミンに富むタンパク質に結合している。^[21]さらに、リジン上の末端に荷電した第一級アンモニウムは、ポリペプチド中の他のアミノ酸のカルボキシレート基と塩橋を形成し、これがタンパク質の3次元構造に主要な影響を与える。^[22]

アミノ酸の修飾から得られるホルモンはアミンホルモンと呼ばれます。典型的には、アミノ酸の元の構造が修飾され、-COOHまたはカルボキシル基が除去され、-NH⁺
₃、またはアミン基が残る。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る。^[23]

第一芳香族アミンは、アゾ染料の製造の出発原料として使用されます。亜硝酸と反応してジアゾニウム塩を形成し、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。アゾ化合物は色が濃いため、次のような染色業界で広く使用されています。

• メチルオレンジ
• ダイレクトブラウン138
• サンセットイエロー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る。^[24]

• クロルフェニラミンは、風邪、花粉症、皮膚のかゆみ、虫刺され、虫刺されによるアレルギー疾患の緩和に役立つ抗ヒスタミン薬です。
• クロルプロマジンは、睡眠を誘発せずに鎮静させる精神安定剤です。不安、興奮、落ち着きのなさ、さらには精神障害を和らげるために使用されます。
• エフェドリンおよびフェニレフリンはアミン塩酸塩として充血除去剤として使用されます。
• 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す。
• 抗精神病薬であるチオリダジンは、他のアミンに対する作用によって抗精神病作用を発揮すると考えられているアミンである。^[25]
• 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および第三級アミンです。
• 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、第二級アミンです。（三環系は側鎖の最後のアミノ基の性質によって分類されます。）
• 置換トリプタミンとフェネチルアミンは、さまざまな幻覚剤の重要な基本構造です。
• モルヒネ、コデイン、ヘロインなどの麻薬性鎮痛剤は第三級アミンです。

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、天然ガスや製油所の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、燃焼ガスや排気ガスから_CO2を除去するためにも使用でき、温室効果ガスの削減にも役立つ可能性があります。関連するプロセスはスイートニングとして知られています。^[26]

アミンはエポキシ樹脂硬化剤としてよく使用されます。^{[27] [28]}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。^[5]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アミンも、この用途で広く使用されています。^[29]この反応は、アミン窒素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ドの環歪みが緩和され、反応の原動力となります。^{[30]第三級アミン官能基を持つ分子は、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言われています。^{[31] [32]}

エチルアミンなどの低分子量の単純アミンは、LD50_が100～1000 mg/kgと毒性が弱い。これらは皮膚刺激物質であり、特に皮膚から容易に吸収されるものがある。 ^{[5]アミンは幅広い化合物のクラスであり、このクラスのより複雑なメンバーは、例えば}ストリキニーネのように極めて生物活性が高い場合がある。

• 酸塩基抽出
• アミン価
• アミンガス処理
• アミン
• 生体アミン
• 配位子異性
• 国際純正・応用化学連合 ( IUPAC )によって定められたアミンの公式命名規則

• 「アミン | 化学入門」。courses.lumenlearning.com 。 2021年7月22日閲覧。
• フリック、アーネスト W. (1993)。エポキシ樹脂、硬化剤、化合物、および改質剤: 工業ガイド。パークリッジ、ニュージャージー: Noyes Publications。ISBN 978-0-8155-1708-5. OCLC  915134542.

Wikiquoteにアミンに関する引用があります。

• アミンの合成
• ファクトシート、食品中のアミン 2018年2月19日アーカイブ、Wayback Machine