Aminas

¿Qué son las aminas?

El amoniaco está formado por un átomo de nitrógeno unido químicamente a tres átomos de hidrógeno mediante enlaces covalentes simples. El átomo de nitrógeno también tiene un par solitario de electrones.

Fig. 1: El amoníaco. Observa que el nitrógeno (N) está unido a tres átomos de hidrógeno (H); además, tiene un par de electrones libre.

Si sustituimos uno o varios de los átomos de hidrógeno por un grupo hidrocarburo orgánico, obtenemos una amina. En la siguiente imagen podrás ver un ejemplo. Se ha cambiado un átomo de hidrógeno por un grupo metilo, formando metilamina.

Fig. 2: Paso del amoníaco a la amina.

¿Cómo está formado el grupo funcional amina?

El grupo funcional amina se caracteriza por un átomo de nitrógeno con un par de electrones solitarios, unido covalentemente a, al menos, un grupo orgánico de hidrocarburos. Representamos el grupo orgánico mediante la letra R. Aquí tienes un diagrama del grupo funcional.

Fig. 3: Grupo funcional amina.

Fórmula química de las aminas

Más arriba hemos mencionado que las aminas son derivados del amoníaco, en los que uno o más átomos de hidrógeno han sido sustituidos por un grupo hidrocarburo orgánico. Las aminas se clasifican en primarias, secundarias o terciarias, según el número de grupos orgánicos unidos al nitrógeno. Los tres tipos tienen fórmulas generales diferentes, como se muestra a continuación:

Aminas primarias

Las aminas primarias tienen un átomo de hidrógeno sustituido por un grupo orgánico. Tienen la fórmula general NH₂R.

Aminas secundarias

Las aminas secundarias tienen dos átomos de hidrógeno sustituidos por grupos orgánicos. Tienen la fórmula general NHR₂.

Aminas terciarias

Las aminas terciarias tienen los tres átomos de hidrógeno sustituidos por grupos orgánicos. Tienen la fórmula general NR₃.

Observa la siguiente figura, en la que se comparan los tres tipos de aminas:

Fig. 4: Amina primaria, amina secundaria y amina terciaria. Observa que la diferencia que hay entre todas es el número de radicales unidos al átomo de nitrógeno (N).

Las aminas también pueden ser alifáticas o aromáticas, dependiendo de si contienen un anillo de benceno o no.

• En las aminas aromáticas, uno o varios de los grupos orgánicos unidos al átomo de nitrógeno tienen un anillo bencénico.
• En las aminas alifáticas, todos los grupos orgánicos unidos al átomo de nitrógeno son cadenas alifáticas. No contienen ningún anillo de benceno.

Fig. 6: Comparación de una amina aromática y una amina alifática.

Cómo nombrar las aminas

A continuación, vamos a centrar nuestra atención en la denominación de las aminas. Nombrar las aminas puede ser un poco complicado porque no hay una forma universalmente aceptada de hacerlo. Hoy nos centraremos en un solo método, que nos parece el más sencillo.

Estas son algunas de las reglas que debes seguir:

• El grupo funcional amina se indica con el sufijo -amina o el prefijo amino-.
  • Si solo hay un grupo amino presente, se utiliza el sufijo -amina.
  • Si hay varios grupos aminos o cualquier otro grupo funcional, se utiliza el prefijo amino-.
• Si únicamente hay un grupo amino presente, mostramos los grupos alquilo unidos al átomo de nitrógeno utilizando los prefijos alquilo, terminados en -il.
• Si hay varios grupos aminos o cualquier otro grupo funcional presente, mostramos la cadena de carbono más larga utilizando nombres de raíz e indicamos la posición de los grupos funcionales utilizando números.

¿Suena confuso? Veamos algunos ejemplos para aclararlo.

Ejemplos de aminas

Aquí tienes otro ejemplo.

Por último, veamos una amina con múltiples grupos funcionales.

Propiedades físicas y químicas de las aminas

Ahora que hemos aprendido a nombrar las aminas, vamos a centrarnos en algunas de sus propiedades.

Polaridad

Las aminas son moléculas polares. Esto se debe a que el nitrógeno es más electronegativo que el carbono y el hidrógeno. El átomo de nitrógeno se carga parcialmente de forma negativa, mientras que los átomos de carbono e hidrógeno se cargan parcialmente de forma positiva.

Fig. 13: Polaridad de las aminas.

Puntos de fusión y ebullición

Las aminas primarias y secundarias tienen puntos de fusión y ebullición elevados, en comparación con los alcanos de tamaño similar. Como el átomo de nitrógeno no solo tiene un par de electrones solitario, sino que también está unido a un átomo de hidrógeno, puede formar enlaces de hidrógeno entre las moléculas. Estos son el tipo más fuerte de fuerzas intermoleculares y requieren una buena cantidad de energía para superarlos.

Fig. 14: Enlace de hidrógeno en las aminas.

Las aminas secundarias tienen puntos de ebullición ligeramente inferiores a los de las aminas primarias. Esto se debe a que el átomo de nitrógeno se encuentra entre dos grupos orgánicos, lo que disminuye la fuerza del dipolo permanente entre el nitrógeno y el hidrógeno. Un dipolo más débil reduce la fuerza del enlace de hidrógeno.

Por otro lado, las aminas terciarias tienen puntos de fusión y ebullición mucho más bajos que las aminas primarias y secundarias. En las aminas terciarias, los tres átomos de hidrógeno se sustituyen por un grupo hidrocarburo orgánico. No queda ningún átomo de hidrógeno unido al átomo de nitrógeno, por lo que la molécula no puede formar enlaces de hidrógeno.

En general, las aminas de cadena larga tienen puntos de fusión y ebullición más altos que las aminas más pequeñas. Esto se debe a que son moléculas más grandes, lo que aumenta la fuerza de otro tipo de fuerza intermolecular que se da entre las moléculas: la atracción de Van der Waals. Las aminas ramificadas tienen puntos de fusión y ebullición más bajos que las aminas de cadena recta. Esto se debe a que no pueden empaquetarse tan estrechamente, lo que reduce la fuerza de las atracciones de Van der Waals.

Solubilidad

Las aminas de cadena corta, incluidas las terciarias, son solubles en agua. Esto se debe a que pueden formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. En el caso de las aminas primarias y secundarias, se encuentran dos lotes de enlaces de hidrógeno por molécula: un enlace de hidrógeno entre uno de los átomos de hidrógeno de la molécula de agua y el par de electrones solitario que se encuentra en el átomo de nitrógeno de la amina, y también un enlace de hidrógeno entre el átomo de hidrógeno unido al nitrógeno y el par de electrones solitario que se encuentra en el átomo de oxígeno del agua. Las aminas terciarias, en cambio, solo pueden formar un lote de enlaces de hidrógeno, utilizando únicamente el par de electrones solitario que se encuentra en su átomo de nitrógeno. Esto significa que las aminas terciarias de cadena corta son menos solubles que las aminas primarias y secundarias de cadena corta.

A medida que aumenta el tamaño de la amina, las cadenas de hidrocarburos insolubles empiezan a interferir y a interrumpir el enlace de hidrógeno. Esto significa que las aminas de cadena más larga son insolubles.

Fig. 15: Enlace de hidrógeno de las aminas con el agua.

Forma

Las aminas tienen forma de pirámide trigonal con el nitrógeno en el vértice. Los ángulos de enlace entre los grupos unidos son de 107°.

Fig. 16: Forma de las aminas.

Basicidad

La última propiedad que trataremos es la basicidad. Las aminas pueden actuar como bases débiles de Bronsted-Lowry y como bases de Lewis. Esto se debe al par de electrones solitarios del átomo de nitrógeno.

Las aminas primarias son mucho mejores bases de Bronsted-Lowry que el amoníaco. Esto se debe a que contienen un grupo alquilo unido al átomo de nitrógeno. Los grupos alquilos son liberadores de electrones, por lo que aumentan la disponibilidad del par de electrones solitario del átomo de nitrógeno, haciéndolo más atractivo para los protones. Esto se conoce como efecto inductivo. Asimismo, las aminas secundarias son mejores bases que las primarias. Esto se debe a que tienen dos efectos inductivos.

Es de esperar que las aminas terciarias sean el mejor tipo de base. En su calidad de gas, esto es cierto: las aminas terciarias son mejores bases que las aminas primarias y secundarias. Pero en solución acuosa, las aminas terciarias son peores bases que las secundarias. Esto se debe a que son menos solubles que las aminas secundarias y, por tanto, menos buenas para captar un protón en solución.

Usos de las aminas

Antes de terminar este artículo, exploremos brevemente algunos de los usos de las aminas.

• Las aminas desempeñan un papel importante en el organismo. Todas las proteínas están formadas por aminas llamadas aminoácidos, y muchos neurotransmisores, como la dopamina y la serotonina, también son aminas.

• Algunos analgésicos son aminas, como la morfina y la novocaína.

• Las aminas desempeñan un papel en la eliminación del dióxido de carbono de los gases de combustión.

• Las aminas son ingredientes importantes en insecticidas, pesticidas y desinfectantes comunes.

Reacciones de aminas: Formación

Las aminas se pueden formar a partir de una diferentes reacciones donde participan una amplia variedad de reactivos. A continuación, te presentamos las reacciones de formación de aminas más comunes:

Reacción	Reactivos	Fórmula	Ejemplo
Alquilación del amoníaco	Amoníaco y un halogenoalcano o haloalcano	$$2NH_3+RX\rightarrow RNH_2+NH_4X$$	La reacción del amoníaco con el bromoetano produce etilamina y bromuro de hidrógeno.$$2NH_3+EtBr\rightarrow EtNH_2+NH_4X$$
	Amoníaco con un alcohol	$$NH_3+ROH\rightarrow RNH_2+H_2O$$	La reacción del propanol con el amoníaco produce propilamina y agua.$$NH_3+PrOH\rightarrow PrNH_2+H_2O$$
Reducción de nitrilos	Nitrilos y un agente reductor	$$RCN\xrightarrow[(2)H^+]{(1)LiAlH_4} RCH_2NH_2$$	La reacción del acetonitrilo con LiAlH4, agente reductor, produce etilamina.$$CH_3CN\xrightarrow[(2)H^+]{(1)LiAlH_4} CH_3CH_2NH_2$$
	Nitrilos con gas hidrógeno	$$RCN\xrightarrow[cat.]{H_2} RCH_2NH_2$$	Reacción del acetonitrilo con gas hidrógeno y un catalizador de níquel produce etilamina.$$CH_3CN\xrightarrow[Ni]{H_2} CH_3CH_2NH_2$$
Reducción de amidas	Amida y un agente reductor	$$RCONH_2\xrightarrow[(2)H_2O]{(1)LiAlH_4} RCH_2NH_2$$	La reacción de la metanamida con LiAlH4 prduce la amina primaria metilamina.$$HCONH_2\xrightarrow[(2)H_2O]{(1)LiAlH_4} CH_3NH_2$$