طرق تحضير الأمينات: دليل شامل لأهم الطرق المختبرية والصناعية

يعد تحضير الأمينات أحد العمليات الأساسية في الكيمياء العضوية التصنيعية، حيث تشكل هذه المركبات حجر الزاوية في إنتاج العديد من المستحضرات الدوائية والكيميائية. تعتمد طرق التحضير الرئيسية على:

• إدخال مجموعة الأمين على الهياكل الكربونية
• تحويل المجموعات الوظيفية الأخرى إلى أمينات
• بناء الهيكل الكربوني حول مجموعة الأمين الموجودة

تتنوع هذه الطرق بين الأساليب الكلاسيكية مثل ألكلة الأمونيا والطرق الحديثة مثل اقتران البوش-هارت، مما يوفر للكيميائيين ترسانة واسعة من الخيارات التصنيعية.

فيما يلي دليل شامل يشرح الآليات والتطبيقات لأهم الطرق المختبرية والصناعية لتحضير الأمينات

1. ألكلة الأمونيا (تفاعل هوفمان)

تعتبر من أقدم الطرق لتحضير الأمينات، وتتم عبر مرحلتين:

1. هجوم الأمونيا المحبة للنواة (nucleophilic) على هاليد الألكيل $(\ce{R-X})$
2. استبدال ذرة الهالوجين بمجموعة أمين

المميزات:

• بسيطة وتستخدم مواد أولية رخيصة
• تنتج خليطًا من أمينات أولية وثانوية وثالثية

المعادلات: $$ \ce{NH3 + R-X -> RNH3+ + X-} $$ $$ \ce{RNH3+ + NH3 -> RNH2 + NH4+} $$

ملاحظة: يمكن التحكم في النواتج باستخدام نسبة المولات بين الأمونيا وهاليد الألكيل.

2. اصطناع غابرييل (تحضير أمينات أولية فقط)

طورها الكيميائي الألماني سيغموند غابرييل عام 1887، وتتميز بـ:

• انتقائية عالية للأمينات الأولية
• تجنب تكوين أمينات ثانوية أو ثالثية
• مناسبة للهاليدات الأولية والثانوية

الخطوات التفصيلية:

1. تكوين ملح الفثاليميد البوتاسيوم
2. تفاعل مع هاليد الألكيل
3. تحلل قاعدي أو حمضي

المعادلة الكاملة: $$ \ce{C6H4(CO)2NK + R-X ->[DMF] C6H4(CO)2NR + KX} $$ $$ \ce{C6H4(CO)2NR + 2NaOH -> RNH2 + C6H4(COONa)2} $$ تطبيقات صناعية: تستخدم في تحضير العديد من الأدوية مثل السلفا drugs.

3. اختزال أزيدات الألكيل

طريقة فعالة لتحضير أمينات أولية نقية، تتم عبر:

1. تحضير أزيد الألكيل من هاليد الألكيل وأزيد الصوديوم
2. اختزال الأزيد باستخدام:
   • $\ce{H2/Pd}$ في الميثانول
   • $\ce{LiAlH4}$ في الأثير الجاف
   • $\ce{PPh3}$ في الماء (تفاعل Staudinger)

المميزات:

• ناتج نقي بدون أمينات ثانوية
• عوائد عالية (80-95%)
• مناسبة للهاليدات الحساسة

المعادلة العامة: $$ \ce{R-X + NaN3 -> RN3 + NaX} $$ $$ \ce{RN3 + H2 ->[Pd/C] RNH2 + N2} $$

تحذير!
أزيدات الألكيل مركبات متفجرة ويجب التعامل معها بحذر.

4. اختزال النتريلات

طريقة متعددة الاستخدامات لتحضير أمينات أولية، مع الملاحظات التالية:

• تستخدم محفزات مثل $\ce{Ni}$، $\ce{Pd}$، أو $\ce{Pt}$
• يمكن استخدام $\ce{LiAlH4}$ أو $\ce{NaBH4/CoCl2}$
• تنتج أمينًا به ذرة كربون إضافية مقارنة بالمركب الأصلي

التفاعل النموذجي: $$ \ce{R-C#N + 2H2 ->[Ni] R-CH2-NH2} $$ تطبيقات:

• تحضير 1,6-هيكسانديامين لصناعة النايلون
• تحضير الأمينات الحلقية

5. اختزال الأميدات

طريقة فعالة باستخدام هيدريد الألومنيوم الليثيوم $\ce{LiAlH4}$:

1. يجب استخدام $\ce{LiAlH4}$ بكمية فائضة (4 مول لكل مول أميد)
2. يتم التفاعل في الأثير الجاف
3. يجب إجراء التحلل المائي بعناية

المعادلة: $$ \ce{RCONH2 + 4[H] ->[LiAlH4] RCH2NH2 + H2O} $$

بدائل حديثة! يمكن استخدام $\ce{BH3.THF}$ كعامل اختزال أكثر أمانًا.

6. اختزال مركبات النيترو

خاصة للمركبات العطرية، مع طرق الاختزال التالية:

العامل المختزل	الظروف	المميزات
$\ce{H2/Pd}$	إيثانول، درجة حرارة الغرفة	نظيف، سريع
$\ce{Sn/HCl}$	حمض مركز، تسخين	رخيص لكن غير صديق للبيئة
$\ce{Fe/HCl}$	ماء، تسخين معتدل	أكثر أمانًا من القصدير
$\ce{Na2S2O4}$	محلول مائي قاعدي	انتقائي للمجموعات النيترو

المعادلة العامة: $$ \ce{Ar-NO2 + 6[H] -> Ar-NH2 + 2H2O} $$

تحذير!
بعض مركبات النيترو العطرية شديدة الانفجار.

7. الإضافة الاختزالية (تفاعل لوكارد-فولكنشتاين)

تستخدم لتحضير أمينات من الكيتونات والألدهيدات:

1. تكوين إيمين $\ce{(R2C=NR')}$
2. اختزال الإيمين إلى أمين

عوامل الاختزال الشائعة:

• $\ce{NaBH3CN}$ في وسط حمضي
• $\ce{H2/Pd}$
• $\ce{NaBH4}$ مع حفاز $\ce{TiCl4}$

التفاعل العام: $$ \ce{R2C=O + R'NH2 ->[H+] R2C=NR' ->[H2/Pd] R2CH-NHR'} $$ تطبيقات: تحضير الأمينات غير المتماثلة والمتفرعة.

طرق حديثة لتحضير الأمينات

1. تفاعلات الاقتران:

تُستخدم هذه التفاعلات لربط مجموعة أريل أو ألكيل بذرة نيتروجين لتكوين رابطة C–N باستخدام محفزات فلزية.

• تفاعل بوش-هارتويغ (Buchwald-Hartwig): يعتمد على تحفيز باستخدام معقدات البالاديوم، ويُستخدم لتحضير الأمينات العطرية من الهاليدات العطرية والأمينات، ويتميّز بانتقائيته وفاعليته العالية.
• تفاعل أولمان (Ullmann): تفاعل قديم يُستخدم لتحضير مركبات تحتوي على روابط C–N من خلال تفاعل هاليدات الأريل مع الأمينات بوجود النحاس كمحفز.

2. التحفيز الضوئي:

تقنية حديثة تعتمد على استخدام محفزات ضوئية (مثل مركبات الروثينيوم أو الإيريديوم) لتنشيط الجزيئات باستخدام الضوء المرئي، مما يسمح بتكوين روابط C–N تحت ظروف معتدلة من الحرارة والضغط، وبتأثير بيئي أقل.

3. الطرق الحيوية:

تُعد البدائل البيولوجية من أكثر الأساليب استدامة وصداقة للبيئة في تحضير الأمينات.

• استخدام إنزيمات الأمينو ترانسفيراز: تُستخدم هذه الإنزيمات لنقل مجموعة الأمين من حمض أميني إلى كيتون أو ألدهيد لتكوين أمين بطريقة انتقائية.
• التخليق الحيوي باستخدام الكائنات الدقيقة: تُستخدم سلالات معينة من البكتيريا أو الفطريات لإنتاج أمينات من مواد بسيطة عن طريق مسارات استقلابية طبيعية أو مُعدَّلة وراثيًا.

خاتمة: تطورت طرق تحضير الأمينات بشكل كبير لتلبي احتياجات الصناعات الدوائية والكيميائية. يعتمد اختيار الطريقة على عوامل متعددة تشمل:

• نوع الأمين المطلوب (أولي، ثانوي، ثالثي)
• طبيعة المادة الأولية المتاحة
• التكلفة الاقتصادية
• اعتبارات السلامة والبيئة.

اقرأ أيضاً:

• تصنيف و تسمية الأمينات بالطريقة النظامية والشائعة
• الخواص الفيزيائية للأمينات