Amidi, amini i alkaloidi

Uvod

Brojni lijekovi sadržavaju amidnu vezu ili amidnu skupinu, primjerice antibiotik penicilin. Alexander Fleming, britanski biolog, slučajno je 1928. godine otkrio da zelena plijesan kistac (Penicillium notatum) ubija bakterije. Desetak godina kasnije znanstvenici Howard Florey i Ernst Chain usavršili su postupak za dobivanje penicilina. Za to su otkriće sva trojica 1945. godine dobila Nobelovu nagradu.

Amidi

Amidi su derivati karboksilnih kiselina. Karbonilna skupina (C=O) vezana je na amino skupinu (–NH₂) i tvori amidnu funkcijsku skupinu (–CONH₂).
Veza između karbonilnog atoma ugljika i atoma dušika amino-skupine naziva se amidna veza.

Ako je karbonilna skupina neposredno vezana samo na amino-skupinu govorimo o primarnom amidu. Kada su u amino-skupini jedan odnosno dva vodikova atoma vezana na atom dušika zamijenjena alkilnom skupinom, riječ je o sekundarnom odnosno tercijarnom amidu.

Imenovanje amida

Sustavna imena amida izvode se iz imena odgovarajućih karboksilnih kiselina tako da se umjesto nastavka –ska kiselina doda nastavak -amid.

Prefiks (predmetak) N- stavlja se u nazivima sekundarnih amida ispred naziva supstituenta (R) koji je vezan na atom dušika, dok se kod tercijarnih amida stavlja prefiks N,N-.

Svojstva amida

Molekule amida međusobno se povezuju C=O...H-N vodikovim vezama. Kod primarnih amida moguće je najbolje ostvarivanje vodikovih veza. Sekundarni i tercijarni amidi gube atom vodika te stvaraju manje vodikovih veza.

Amidi imaju viša tališta i vrelišta u odnosu na spojeve sličnih molekulskih masa. Amidi su pri sobnoj temperaturi krutine uz izuzetak najjednostavnijeg metanamida (formamida) i dimetilformamida koji su tekućine.

Zbog svoje polarnosti amidi su dobro topljivi u vodi jer stvaraju s vodom vodikove veze.

Amidi su kao i ostali derivati karboksilnih kiselina podložni hidrolizi, što im je najznačajnija reakcija.

Urea ili mokraćevina (karbamid) je diamid ugljične kiseline. Urea je prvi sintetizirani organski spoj kojeg je 1828. dobio njemački kemičar Fridrich Wöhler od anorganskog spoja amonijeva cijanata.

U organizmu urea nastaje u jetri kao konačni produkt razgradnje bjelančevina, a izlučuje se preko bubrega. Industrijski se proizvodi u velikim količinama, a rabi se ponajprije kao dušično gnojivo, koje biljke lako asimiliraju.

Najčešći amidi u prirodi su proteini, polimerni spojevi građeni od aminokiselina povezanih peptidnim (amidnim) vezama. Postoji više tisuća različitih poliamida (PA), poznatih pod nazivom najlon. Ti se polimeri daju izvlačiti u duge i čvrste niti koje se može primijeniti za razne tehničke svrhe i za izradu odjeće.

Mnoge karboksilne kiseline i njihovi derivati ljekovite su tvari. Navedite funkcijske skupine u molekulama prikazanih spojeva. Evo nekih primjera:

Amini i alkaloidi

Amini su najjednostavniji organski spojevi koji sadrže dušik. To su organski derivati amonijaka, u kojima su na atom dušika umjesto atoma vodika vezane jedna, dvije ili tri alkilne ili arilne skupine.

Amini se dijele na primarne (1°), sekundarne (2°) i tercijarne (3°).

Postoje amini u kojima je dušikov atom dio cikličkog sustava, npr. piperidin koji je heterociklički sekundarni amin. Na atom dušika mogu biti vezane i četiri alkilne ili arilne skupine pri čemu nastaje kvaterni (4°) amonijev ion.

Imenovanje amina

Trivijalna imena amina tvore se od imena alkilnih ili arilnih skupina vezanih za dušikov atom uz dodavanje nastavka amin. Primarni amini imenuju se kao alkilamini. Simetrični sekundarni i tercijarni amini imenuju se dodatkom predmetka di- odnosno tri- menu alkila. U slučaju neidentičnih supstituenata oni se navode abecenim redom.

Sustavna imena amina izvode se slično nomenklaturi alkohola. Najdulji neprekinuti lanac ugljikovih atoma za koji je vazana amino- skupina (–NH₂) određuje osnovno ime. Na kraju osnovnog imena dodaje se nastavak amin i broj koji označuje položaj amino-skupine na lancu. Predmetak N- se koristi za svaki supstituent na atomu dušika, a ostali supstituenti na ugljikovu lancu se označavaju brojem.

Ako aminoskupina nije jedina funkcijska skupina u molekuli, nego uz nju u molekuli postoje skupine višega prioriteta (primjerice hidroksilna, ili karbonilna ili karboksilna skupina), takva skupina obilježava se najmanjim brojem, a aminoskupina imenuje se predmetkom amino.

Adrenalin je prvi hormon izoliran u čistom stanju. Luče ga nadbubrežne žlijezde, a pojačava brzinu i dubinu disanja, srčanu aktivnost, te povećava snagu i izdržljivost mišića.

Pogledajte strukturu molekule adrenalina i navedite funkcijske skupine.

Svojstva amina

Amini malih molekulskih masa su kao i amonijak plinovi pri sobnoj temperaturi, dok su amini većih molekulskih masa tekućine ili čvrste tvari.

Amini imaju viša vrelišta od alkana sličnih masa, ali niža vrelišta od alkohola. Kao i alkoholi mogu se međusobno povezivati vodikovim vezama.

U vodi su dobro topljivi amini čije molekule imaju do šest atoma ugljika, a topljivost im opada povećanjem ugljikovodičnog dijela molekule.

Koje su još vodikove veze, osim navedene, moguće između molekula vode i primarnih, odnosno sekundarnih amina?

Miris amina

Amini su slabe organske baze i njihove vodene otopine djeluju lužnato. Slično molekuli amonijaka reagiraju s vodom ili s kiselinama.

Reakcija amonijaka s vodom:

[latex]NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH^+_4+OH^-[/latex]

Amin u reakciji s vodom ionizira dajući kvaterni amonijev ion i hidoksidni ion.

Konstanta ravnoteže te reakcije naziva se konstanta ionizacije baze za amin i označuje se K_b.

Reakcija metilamina s vodom:

[latex]CH_3NH_2+H_2O\rightleftharpoons CH_3NH^+_3+OH^-[/latex]

[latex]K_b=\frac{\lbrack CH_3NH^+_3\rbrack\cdot\lbrack OH^-\rbrack}{\lbrack CH_3NH_2\rbrack}[/latex]

[latex]pK_b=\frac{-\log K_b}{mol\enspace dm^{-3}}[/latex]

Vrijednosti K_b većine amina su male (oko 10^–³ i manje) pa je ravnoteža ove reakcije pomaknuta u lijevo te se najčešće izražavaju kao njihov negativni logaritam, vrijednostima pK_b.

U reakciji amina s anorganskim ili organskim kiselinama nastaju soli.

U reakciji metilamina i klorovodične kiseline nastaje sol metilamonijev klorid:

[latex]CH_3NH_2+HCl\rightleftharpoons CH_3NH_3Cl[/latex]

Zadatak: Etilamin je bezbojni plin, mirisa amonijaka i dobro topljiv u vodi. Izračunajte pH vrijednost vodene otopine etilamina, CH₃CH₂NH₂, čija je koncentracija 0,3500 mol/L, a K_b etilamina je 4,400 x 10^–4mol/L.

Zadano je:

c(CH₃CH₂NH₂) = 0,350 mol L^–1

K_b(CH₃CH₂NH₂) = 4,40 x 10^–4 mol L^–1

Traži se:

pH(otopina) = ?

1. Napiše se jednadžba ionizacije etilamina:

[latex]CH_3CH_2NH_2+H_2O\rightleftharpoons CH_3CH_2NH^+_3+OH^-[/latex]

2. Vrijednosti zadane u zadatku upišu se u tablicu.

[latex]CH_3CH_2NH_2+H_2O\rightleftharpoons CH_3CH_2NH^+_3+OH^-[/latex]
početna koncentracija / mol L^–1	0,350	0	0
izreagiralo je	– x	+ x	+ x
ravnotežna koncentracija / mol L^–1	0,350 – x	x	x

Napiše se izraz za konstantu ionizacije etilamina, uvrste se podatci i izračuna se ravnotežna koncentracija hidroksidnih iona.

[latex]K_b=\frac{\lbrack CH_3CH_2NH^+_3\rbrack\cdot\lbrack OH^-\rbrack}{\lbrack CH_3CH_2NH_2\rbrack}[/latex]

[latex]4,40\times10^{-4}=\frac{x^2}{0,350 - x}[/latex]

x = 0,012

Iz dobivene vrijednosti ravnotežne koncentracije hidroksidnih iona izračunaju se pOH-vrijednosti i pH-vrijednosti vodene otopine.

pOH = –log 0,0120 mol L^–1 / mol L^–1

pOH = 1,92

pH = 14 – pOH

Odgovor:

pH-vrijednost vodene otopine etilamina jest 12,08.

Amini u svakodnevnom životu

U svakodnevnom životu često se susrećemo s prirodnim i sintetski dobivenim aminima. Najčešće su to složeni heterociklički spojevi, sastavljeni od dva ili više prstena. Među biološki važnim aminima, treba istaknuti adrenalin, dopamin, serotonin, acetilkolin i histamin.

Alkaloidi

Alkaloidi su prirodni organski spojevi biljnog porijekla koji sadrže dušik, obično unutar heterocikličkog prstena, a imaju izraženo biološko djelovanje.

Među alkaloide ubrajaju se kofein, nikotin, morfin i kodein, kokain, kinin, atropin i efedrin.

Kafein se nalazi u kavi, čaju te kao dodatak u nekim bezalkoholnim pićima (Coca-cola). Pobuđuje središnji živčani sustav, povećava stanje budnosti i djeluje na rad srca. Kafein je najprisutnija psihoaktivna tvar na svijetu. Samo u SAD-u ovu tvar u kavi i gaziranim napitcima koji sadrže kafein, konzumira 80 % odrasle populacije. Prosječni konzument dnevno unese 280 mg, što odgovara količini sadržanoj u tri šalice kave. Umjereno unošenje kafeina u organizam nema većih štetnih posljedica. Smrtonosna količina kafeina za odraslu osobu je oko 10 g.

Nikotin, koji se u prirodi nalazi u lišću duhana, a unosi se u organizam pušenjem ili rjeđe žvakanjem, znatno je otrovniji od kafeina. Unos nikotina potiče lučenje dopamina u mozgu, neurotransmitora odgovornoga za osjećaj sreće i zadovoljstva. Nikotin za sedam sekunda od udisanja dima cigarete stiže do mozga, a stalnim pušenjem održava povišenu koncentraciju dopamina, čime stvara jaku psihičku i fizičku ovisnost. Pušenje je ovisnost s višestrukim posljedicama. Smrtonosna količina nikotina za odraslu osobu je oko 50 mg (ako uđe u krvotok).

Vitamini

Vitamini su kemijski vrlo raznolika skupina organskih spojeva kojima je zajedničko svojstvo da su esencijalne tvari neophodne za normalnu funkciju organizma.

Vitamini se dijele u dvije osnovne skupine: vitamine koji su topljivi u vodi i one koji su topljivi u mastima.

Vitamini topljivi u vodi su vitamini skupine B i vitamin C. Oni se nakon apsorpcije iz crijeva kratko zadržavaju u organizmu, jer se brzo izlučuju bubrezima te se moraju redovito uzimati.
Vitamini topljivi u mastima su vitamini A, D, E i K. U tijelu se pohranjuju u masnom tkivu, mišićima i jetri. U većim količinama mogu biti toksični za organizam.

ß-karoten

ß-karoten je vrlo rašireni biljni pigment narančaste boje, a nalazi se u brojnom voću i povrću. To je alken s 11 konjugiranih dvostrukih veza čija se boja temelji na apsorpciji vidljivog dijela spektra sustavom konjugiranih dvostrukih veza. ß-karoten je provitamin vitamina A te se u tijelu sisavaca djelovanjem odgovarajućeg enzima i vode cijepa na dvije molekule alkohola retinola, odnosno vitamina A.

Završetak

Stanični metabolizam za proizvodnju energije nužno treba kisik. Međutim, u tom se procesu stvaraju i slobodni radikali koji su kemijski vrlo reaktivni. Njihovim vezanjem na lipide, ugljikohidrate, bjelančevine i genski materijal nastaju nove lančane reakcije i oštećenja. Nagomilavanje slobodnih radikala narušava zdravlje i ubrzava starenje pa ljudski organizam postaje podložan nizu degenerativnih promjena (srčana oboljenja, povišeni krvni tlak, dijabetes, osteoporoza, rak i dr.).

Za normalno funkcioniranje organizma slobodne je radikale potrebno kontinuirano neutralizirati, a to čine antioksidansi: selen, β-karoten – kao prekursor vitamina A, likopen, vitamin E, vitamin C, bioflavonoidi i dr.

Više informacija o antioksidansima i njihovoj ulozi u organizmu potražite u stručnoj literaturi.
Prikupljene informacije izložite i usporedite na online zidu u Padlet-u.