Μεθαναμίνη
Η μεθαναμίνη (αγγλικά: methanamine) είναι η οργανική χημική ένωση, άνθρακα, υδρογόνου και αζώτου, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3NH2 (γράφεται και πιο συνοπτικά ως CH5N).
Η χημικά καθαρή ("άνυδρη") μεθαναμίνη, στις "συνηθισμένες συνθήκες", δηλαδή θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο, που μπορεί να θεωρηθεί παράγωγο της αμμωνίας, από την οποία μπορεί να προκύψει (θεωρητικά), με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου από μεθυλομάδα (CH3-).
Φυσικά, ομοίως μπορεί να θεωρηθεί και παράγωγο του μεθανίου, με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου από αμινομάδα (-NH2).
Είναι η απλούστερη (οργανική) αμίνη και πιο συγκεκριμένα κατατάσσεται στις "κορεσμένες αλειφατικές πρωτοταγείς αμίνες" ή "(μονο)αλκυλαμίνες" (δηλαδή αυτές που προκύπτουν με αντικατάσταση ενός μόνο ατόμου υδρογόνου της αμμωνίας από ένα αλκύλιο).
Πωλείται (συνήθως) διαλυμένη σε νερό (H2O), σε μεθανόλη (MeOH), σε αιθανόλη (EtOH) ή και σε τετραϋδροφουράνιο (THF), αλλά και σε άνυδρη μορφή, συμπιεσμένη σε ειδικά δοχεία (όπως ομοίως και το υγραέριο).
Έχει έντονη οσμή ψαρίλας.
Χρησιμοποιείται κυρίως ως πρόδρομη ένωση, δηλαδή για τη σύνθεση πολλών (άλλων) εμπορικά χρήσιμων ενώσεων, αλλά και ως υποκατάστατο της αμμωνίας.
Η ετήσια παγκόσμια παραγωγή της είναι πάνω από 1.000.000
τόννοι .
Ονοματολογία
Η ονομασία "μεθαναμίνη" προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC.
Συγκεκριμένα, το πρόθεμα "μεθ-" δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο "-αν-" δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη "-αμίνη" φανερώνει ότι περιέχει μια αμινομάδα (δηλαδή υποκατεστημένη αμμωνία) ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα.
Δομή
Η δομή της μπορεί να βρεθεί αν αντικατασταθεί ένα άτομο υδρογόνου από ένα μόριο αμμωνίας με μεθύλιο ή ομοίως ένα άτομο υδρογόνου από ένα μόριο μεθανίου από αμινομάδα.
Δηλαδή έχει τετραεδρική δομή, ως προς το μεθύλιο, και τριγωνική πυραμιδική, ως προς το αμίδιο.
Και τα δυο νοητά γεωμετρικά στερεά δεν είναι κανονικά, γιατί το μήκος δεσμού C-N είναι μεγαλύτερο από τα αντίστοιχα μήκη των δεσμών C-H και N-H.
Στη μεθαναμίνη, όπως και στην αμμωνία, σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου, τόσο μεταξύ των μορίων της, όσο και με μόρια νερού ή και άλλης χημικής ουσίας που έχει έχει επίσης την ικανότητα αυτή, αρκεί βέβαια να συμμετέχει σε ομοιογενές μίγμα με τη μεθαναμίνη.
Παραγωγή
Η μεθαναμίνη παράχθηκε για πρώτη φορά από τον Κάρολο-Αδόλφο Βουρτζ (Charles-Adolphe Wurtz), με υδρόλυση του μεθανοϊσοκυανοξείδιου και συγγενών ενώσεων .
Η μεθυλαμίνη παράγεται βιομηχανικά συνήθως με επίδραση αμμωνίας σε μεθανόλη, με την παρουσία καταλύτη : \\mathrm{CH_3OH + NH_3 \\xrightarrow{Si(AlO_2)_4} CH_3NH_2 + H_2O}
Mε επίδραση χλωριούχου αμμωνίου (NH4Cl) σε μεθανάλη (HCHO) παράγεται αρχικά υδροχλωρική μεθανιμίνη (CH2=NH2Cl) και έπειτα υδροχλωρική μεθαναμίμη.
Η τελευταία με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) δείνει καθαρή μεθαναμίνη : \\mathrm{NH_4Cl + HCHO \\xrightarrow{} CH_2=NH_2Cl + H_2O \\xrightarrow[-HCOOH]{+HCHO} CH_3NH_3Cl \\xrightarrow{+NaOH} CH_3NH_2 + NaCl + H_2O}
Με επίδραση αμμωνίας (NH3) σε μεθυλαλογονίδιο (μέθοδος Hofmann) : \\mathrm{CH_3X + NH_3 \\xrightarrow{} CH_3NH_2 + HX}
Με μεθυλίωση φθαλιμιδικού καλίου (σύνθεση Gabriel) : \\mathrm{+ CH_3X \\xrightarrow{-KX}} \\mathrm{\\xrightarrow[+2H_2O]{H^+} CH_3NH_2 +}
1. Με αναγωγή νιτρομεθανίου (MeNO2) : \\mathrm{CH_3NO_2 + 2Fe + 6HCl \\xrightarrow{} CH_3NH_2 + 2H_2O + 2FeCl_3}
2. Με αναγωγή υδροκυανίου (HCN) \\mathrm{HCN + 2H_2 \\xrightarrow{} CH_3NH_2}
3. Με αναγωγή μεθανιμίνης (CH2=NH) : \\mathrm{CH_2=NH + H_2 \\xrightarrow{} CH_3NH_2 + 2H_2O}
Με αποικοδόμηση αιθαναμιδίου (CH3CONH2, μετάθεση Hofmann) : \\mathrm{CH_3CONH_2 + BrOK \\xrightarrow{} CH_3NH_2 + CO_2 + KBr}
\\mathrm{Br_2 + KOH \\xrightarrow{} BrOK + HBr}
Με επίδραση χλωραμίνης (NH2Cl) σε μεθυλομαγνησιοαλογονίδιο (MeMgX) : \\mathrm{CH_3X + Mg \\xrightarrow{|Et_2O|} CH_3MgX \\xrightarrow{+NH_2Cl} CH_3NH_2 + MgXCl}
Χημικές ιδιότητες και παράγωγα
Η μεθαναμίνη είναι ένα καλό πυρηνόφιλο καθώς είναι αρκετά βασική και (στερεοχημικά σχετικά) ανεμπόδιστη, παρόλο, που ως μια αμίνη θεωρείται ότι είναι μια ασθενής βάση.
Η χρήση της στην Οργανική Χημεία είναι διάχυτη.
Κάποιες αντιδράσεις περιλαμβάνουν απλά αντιδραστήρια που περιλαμβάνουν, αντίδραση με φωσγένιο προς μεθανοϊσοκυανοξείδιο, με διθειάνθρακα και υδροξείδιο του νατρίου προς μεθανοθειοκαρβαμικό νάτριο, με χλωροφόρμιο και μια βάση προς μεθανοϊσοκυανοξείδιο και με οξιράνιο προς 2-μεθυλαμιναιθανόλη.
Παράγει άλατα με οξέα.
Π.χ.: \\mathrm{ CH_3NH_2 + HCl \\xrightarrow{} CH_3NH_3Cl}
Παράγει δευτεροταγείς μεθυλαμίνες με αλκυλαλογονίδια (RX).
Π.χ.: \\mathrm{ CH_3NH_2 + RX \\xrightarrow{} CH_3NHR + HX}
1. Παράγει δευτεροταγή αμίδια με ακυλαλογονίδια (RCOX).
Π.χ.: \\mathrm{ CH_3NH_2 + RCOX \\xrightarrow{} CH_3NHCOR + HX}
2. Με φωσγένιο δίνει μεθανοϊσοκυανοξείδιο : \\mathrm{ CH_3NH_2 + COCl_2 \\xrightarrow{} CH_3NCO + 2HCl}
Η μεθαναμίνη αντιδρά με το διθειάνθρακα παράγοντας, παρουσία και υδροξειδίου του νατρίου, μεθανοδιθειοκαρβαμικό νάτριο: \\mathrm{ 2CH_3NH_2 + CS_2 \\xrightarrow{} [(CH_3NH_3)^+(CH_3NHCS_2)^-] \\xrightarrow{+NaOH} CH_3NH_2 + CH_3NHCS_2Na + H_2O}
Με καρβονυλικές ενώσεις δείνει N-μεθυλιμίνες.
Π.χ. με αλδεΰδες (RCHO) δίνει: \\mathrm{ CH_3NH_2 + RCHO \\xrightarrow{} CH_3N=CHR + H_2O}
Οξειδώνεται με υπεροξείδιο του υδρογόνου προς νιτρομεθάνιο: \\mathrm{ CH_3NH_2 + 3H_2O_2 \\xrightarrow{} CH_3NO_2 + 4H_2O}
1. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε διπλούς δεσμούς.
Π.χ. με αιθένιο δίνει N-μεθυλαιθαναμίνη: \\mathrm{ CH_3NH_2 + CH_2=CH_2 \\xrightarrow{} CH_3CH_2NHCH_3 + 4H_2O}
2. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε τριπλούς δεσμούς.
Π.χ. με αιθίνιο δίνει αρχικά N-μεθυλαιθεναμίνη και τελικά την ταυτομερή της Ν-μεθυλαιθανιμίνη \\mathrm{ CH_3NH_2 + HC \\equiv CH \\xrightarrow{NaNH_2} CH_2=CHNHCH_3 \\xrightarrow{} CH_3CH=NCH_3}
3. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης (1,4-, 1,2- και 3,4-), σε συζηγείς διπλούς δεσμούς: \\mathrm{ CH_3NH_2 + CH_3CH=CHCH=CH_2 \\xrightarrow{} CH_3NHCH(CH_3)CH=CHCH_3 + 4H_2O} (1,4-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο) \\mathrm{ CH_3NH_2 + CH_3CH=CHCH=CH_2 \\xrightarrow{} CH_3CH=CHCH(CH_3)NHCH_3 + 4H_2O} (1,2-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο) \\mathrm{ CH_3NH_2 + CH_3CH=CHCH=CH_2 \\xrightarrow{} \\frac{1}{2} CH_3NHCH(CH_3)CH_2CH=CH_2 + \\frac{1}{2} CH_3NHCH(CH_2CH_3)CH=CH_2 + 4H_2O} (3,4-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο)
4. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης με ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους.
Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει Ν-μεθυλο-1-προπαναμίνη: \\mathrm{+ CH_3NH_2 \\xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2NHCH_3}
5. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης με ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους.
Π.χ. με οξιράνιο δίνει 2-μεθυλαμιναιθανόλη : \\mathrm{+ CH_3NH_2 \\xrightarrow{} CH_3NHCH_2CH_2OH}
\\mathrm{CH_3NH_2 + CH_3Br + KOH \\xrightarrow{} \\frac{3}{5} CH_3CH_2NH_2 + \\frac{2}{5} CH_3NHCH_3 + KBr + H_2O}
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H.
Παράγεται αιθαναμίνη.
2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς ΝH-H: 2.
Παράγεται N-μεθυλομεθαναμίνη.
Προκύπτει επομένως μίγμα αιθαναμίνης 3/(3+2) ≈ 60% και N-μεθυλυμεθαναμίνης 2/(3+2) ≈ 40%.
Η μεθαναμίνη στη Βιοχημεία
Η μεθυλαμίνη φυσικά εμφανίζεται ως προϊόν της αποσύνθεσης οργανικών υπολειμμάτων και ως παραπροϊόν της μεθανογένεσης . Ακόμη λειτουργεί ως παράγοντας ρύθμισης οξύτητας στο θύλακα των χλωροπλαστών στα φυτά, απορροφώντας αποτελεσματικά τα πρωτόνια που παράγονται από τη σύνθεση της ATP.
Εφαρμογές
Η υγροποιημένη μεθυλαμίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαλύτης ανάλογος προς την υγρή αμμωνία.
Έχει πολλές από τις ιδιότητες της τελευταίας, πολύ υψηλότερο σημείο βρασμού και επιπλέον διαλύει καλύτερα οργανικές ενώσεις, όπως ομοίως και η αιθανόλη τις διαλύει καλύτερα απ' ότι το νερό .
Αντιπροσωπευτικά εμπορικώς σημαντικά χημικά παράγονται από τη μεθυλαμίνη, περιλαμβάνοντας τα φαρμακευτικά προϊόντα εφεδρίνη και θεοφυλίνη, παρασιτοκτόνα όπως το καρβοφουράνιο, το καρβαρύλιο και το μεθάμ νατρίου, αλλά και διαλύτες όπως το Ν-μεθυλοφορμαμίδιο και τη Ν-μεθυλοπυρρολιδόνη.
Η προετοιμασία κάποιων επιφανειοδραστικών ουσιών και παραγωγών φωτογραφιών απαιτούν μεθαναμίνη ως ένα δομικό συστατικό .
Ασφάλεια
Η θανατηφόρα δόση, μετρημένη ως LD50 σε ποντίκια, ανέρχεται σε 2,5 g/kg .
Η μεθαναμίνη επίσης ελέγχεται στη λίστα #1, ως ένα πρόδρομο χημικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή της μεθαμφεταμίνης, σύμφωνα με τη Διεύθυνση Δίωξης Ναρκωτικών των ΗΠΑ.
Σημειώσεις και αναφορές
Πηγές
