Μεθαναμίνη

Η μεθαναμίνη ή μεθυλαμινη (αγγλικά: methanamine, MMA: MonoMethylAmine) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και άζωτο, με μοριακό τύπο CH₅N και ημισυντακτικό τύπο CH₃NH₂. Η χημικά καθαρή («άνυδρη») μεθαναμίνη, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», 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 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 (ομοίως με 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.

Μεθαναμίνη
Γενικά
Όνομα IUPAC	Μεθαναμίνη
Άλλες ονομασίες	Μεθυλαμίνη Μονομεθυλαμίνη Αμινομεθάνιο Αζαιθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	CH5N
Μοριακή μάζα	31,06 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3NH2
Συντομογραφίες	MeNH2 (ΜΜΑ: MonoMethylAmine)
Αριθμός CAS	74-89-5
SMILES	CN
Αριθμός RTECS	PF6300000
Δομή
Διπολική ροπή	1,31 D
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−94 °C
Σημείο βρασμού	-6 °C
Πυκνότητα	699 kg/m³ (-10,8 °C)
Διαλυτότητα στο νερό	1.080 kg/m³ (20 °C)
Ιξώδες	0,23 mPa (0 °C)
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
pKa	10,62 (MeNH3+)
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	8 °C
Επικινδυνότητα
Eύφλεκτη (F) Τοξική (T)
Φράσεις κινδύνου	11-36/37 (40% υδατικό διάλυμα)
LD50	2,5 g/kg
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	4 3 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

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 ς το αμίδιο. Και τα δυο νοητά γεωμετρικά στερεά δεν είναι κανονικά, γιατί το μήκος δεσμού C-N είναι μεγαλύτερο από τα αντίστοιχαμόριο μεθανίου από αμινομάδα. Δηλαδή έχει τετραεδρική δομή, ως προς το μεθύλιο, και τριγωνική πυραμιδική, ως προ μήκη των δεσμών C-Η 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 επίσης την ικανότητα αυτή, αρκεί βέβαια να συμμετέχει σε ομοιογενές μείγμα με τη μεθαναμίνη.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp³-1s	109 pm	3% C- H+
C-N	σ	2sp³-2sp³	152 pm	6% C+ Ν-
Ν-H	σ	2sp³-1s	101,7 pm	17% N- H+
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
N	-0,40
C	-0,03
H(CH2)	+0,03
H(NH2)	+0,17

Παραγωγή

Η μεθαναμίνη παράχθηκε για πρώτη φορά από τον Κάρολο-Αδόλφο Βουρτζ (Charles-Adolphe Wurtz), με υδρόλυση του μεθανοϊσοκυανοξείδιου και συγγενών ενώσεων.

Κύρια βιομηχανική

Η μεθυλαμίνη παράγεται βιομηχανικά συνήθως με επίδραση αμμωνίας σε μεθανόλη, με την παρουσία καταλύτη:

$\mathrm {CH_{3}OH+NH_{3}{\xrightarrow {Si(AlO_{2})_{4}}}CH_{3}NH_{2}+H_{2}O}$

• Συμπαράγονται διμεθυλαμίνη (Me₂NH) και τριμεθυλαμίνη (Me₃N). Η χημική κινητική καθορίζει την τελική αναλογία αυτών των προϊόντων.
• Με αυτή τη μέθοδο παράγονται παγκοσμίως πάνω από 400.000 τόνοι μεθυλαμίνης το χρόνο.

Εναλλακτικές μέθοδοι

Με χλωριούχο αμμώνιο και μεθανάλη

Με επίδραση χλωριούχου αμμωνίου (NH₄Cl) σε μεθανάλη (HCHO) αρχικά παράγεται υδροχλωρική μεθανιμίνη (CH₂=NH₂Cl) και έπειτα υδροχλωρική μεθαναμίμη. Η τελευταία με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) δίνει καθαρή μεθαναμίνη:

$\mathrm {NH_{4}Cl+HCHO{\xrightarrow {}}CH_{2}=NH_{2}Cl+H_{2}O{\xrightarrow[{-HCOOH}]{+HCHO}}CH_{3}NH_{3}Cl{\xrightarrow {+NaOH}}CH_{3}NH_{2}+NaCl+H_{2}O}$

Με αμμωνία και μεθυλαλογονίδιο

Με επίδραση αμμωνίας (NH₃) σε μεθυλαλογονίδιο (μέθοδος Hofmann):

$\mathrm {CH_{3}X+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{2}+HX}$

• Συμπαράγονται διμεθυλαμίνη και τριμεθυλαμίνη. Η χημική κινητική καθορίζει την τελική αναλογία αυτών των προϊόντων.

Με μεθυλίωση φθαλιμιδικού καλίου

Με μεθυλίωση φθαλιμιδικού καλίου (σύνθεση Gabriel):

$\mathrm {+CH_{3}X{\xrightarrow {-KX}}}$ $\mathrm {{\xrightarrow[{+2H_{2}O}]{H^{+}}}CH_{3}NH_{2}+}$

Με αναγωγή άλλων αζωτούχων ενώσεων

1. Με αναγωγή νιτρομεθανίου (MeNO₂):

$\mathrm {CH_{3}NO_{2}+2Fe+6HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{2}+2H_{2}O+2FeCl_{3}}$

2. Με αναγωγή υδροκυανίου (HCN)

$\mathrm {HCN+2H_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{2}}$

3. Με αναγωγή μεθανιμίνης (CH₂=NH):

$\mathrm {CH_{2}=NH+H_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{2}+2H_{2}O}$

Με αποικοδόμηση αιθαναμιδίου

Με αποικοδόμηση αιθαναμιδίου (CH₃CONH₂, μετάθεση Hofmann):

$\mathrm {CH_{3}CONH_{2}+BrOK{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{2}+CO_{2}+KBr}$

• Το BrOK παράγεται επιτόπου («in citu») με την αντίδραση:

$\mathrm {Br_{2}+KOH{\xrightarrow {}}BrOK+HBr}$

Με χλωραμίνη σε μεθυλομαγνησιοαλογονίδιο

Με επίδραση χλωραμίνης (NH₂Cl) σε μεθυλομαγνησιοαλογονίδιο (MeMgX):

$\mathrm {CH_{3}X+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}MgX{\xrightarrow {+NH_{2}Cl}}CH_{3}NH_{2}+MgXCl}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Η μεθαναμίνη είναι ένα καλό πυρηνόφιλο καθώς είναι αρκετά βασική και (στερεοχημικά σχετικά) ανεμπόδιστη, παρόλο που ως αμίνη θεωρείται ότι είναι 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. Η μεθαναμίνη δίνει τις αντιδράσεις που αντιστοιχούν σε πρωτοταγή αλκυλαμίνη, όπως η πρωτονίωση, η ακυλίωση και άλλες. Δείτε παρακάτω:

Συμπεριφορά βάσης

Παράγει άλατα με οξέα. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}NH_{3}Cl}$

Αλκυλίωση

Παράγει δευτεροταγείς μεθυλαμίνες με αλκυλαλογονίδια (RX). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+RX{\xrightarrow {}}CH_{3}NHR+HX}$

Ακυλίωση

1. Παράγει δευτεροταγή αμίδια με ακυλαλογονίδια (RCOX). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+RCOX{\xrightarrow {}}CH_{3}NHCOR+HX}$

2. Με φωσγένιο δίνει μεθανοϊσοκυανοξείδιο:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+COCl_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NCO+2HCl}$

• Τέτοιες αντιδράσεις πραγματοποιούνται παρουσία βάσεων, όπως η πυριδίνη, που εξουδετερώνουν το παραγώμενο υδραλογόνο.

Μεθανοδιθειοκαρβαμικό νάτριο

Η μεθαναμίνη αντιδρά με το διθειάνθρακα παράγοντας, παρουσία και υδροξειδίου του νατρίου, μεθανοδιθειοκαρβαμικό νάτριο:

$\mathrm {2CH_{3}NH_{2}+CS_{2}{\xrightarrow {}}[(CH_{3}NH_{3})^{+}(CH_{3}NHCS_{2})^{-}]{\xrightarrow {+NaOH}}CH_{3}NH_{2}+CH_{3}NHCS_{2}Na+H_{2}O}$

Ιμίνες

Με καρβονυλικές ενώσεις δείνει N-μεθυλμίνες. Π.χ. με αλδεΰδες (RCHO) δίνει:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+RCHO{\xrightarrow {}}CH_{3}N=CHR+H_{2}O}$

Οξείδωση

1. Οξειδώνεται με υπεροξείδιο του υδρογόνου προς νιτρομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+3H_{2}O_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NO_{2}+4H_{2}O}$

2. Με επίδραση ισχυρότερου οξειδωτικού, όπως το υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄), παράγεται μεθανάλη:

$\mathrm {3CH_{3}NH_{2}+10KMnO_{4}+5H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3HCHO+3HNO_{3}+10MnO_{2}+5K_{2}SO_{4}+8H_{2}O}$

Προσθήκη

• Η προσθήκη μεθαναμίνης γίνεται κατά την έννοια CH₃NH^δ--H^δ+.

1. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε διπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθένιο δίνει N-μεθυλαιθαναμίνη:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}NHCH_{3}+4H_{2}O}$

2. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε τριπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθίνιο δίνει αρχικά N-μεθυλαιθεναμίνη και τελικά την ταυτομερή της Ν-μεθυλαιθανιμίνη

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+HC\equiv CH{\xrightarrow {NaNH_{2}}}CH_{2}=CHNHCH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=NCH_{3}}$

3. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης (1,4-, 1,2- και 3,4-), σε συζηγείς διπλούς δεσμούς:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+CH_{3}CH=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NHCH(CH_{3})CH=CHCH_{3}+4H_{2}O}$ (1,4-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο)
$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+CH_{3}CH=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CHCH(CH_{3})NHCH_{3}+4H_{2}O}$ (1,2-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο)
$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+CH_{3}CH=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}CH_{3}NHCH(CH_{3})CH_{2}CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}CH_{3}NHCH(CH_{2}CH_{3})CH=CH_{2}+4H_{2}O}$ (3,4-προσθήκη σε 1,3-πενταδιένιο)

4. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης με ενώσεις που περιέχουν τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει Ν-μεθυλο-1-προπαναμίνη:

$\mathrm {+CH_{3}NH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}NHCH_{3}}$

5. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης με ενώσεις που περιέχουν τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με οξιράνιο δίνει 2-μεθυλαμιναιθανόλη:

$\mathrm {+CH_{3}NH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NHCH_{2}CH_{2}OH}$

Παραγωγή μεθανόλης

Με επίδραση νιτρώδους οξέος (ΗΝΟ₂) σε μεθαναμίνη, παράγεται μεθανόλη:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+HNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}OH+N_{2}+H_{2}O}$

Παραγωγή διμεθυλοδιαζένιου

Με επίδραση θειονυλοχλωρίδιου και οξείδωση του παραγώμενου θειοναμίδιου παράγεται διμεθυλοδιαζένιο:

$\mathrm {2CH_{3}NH_{2}+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}NHSO_{2}NHCH_{3}+2HCl}$$\mathrm {CH_{3}CH_{2}NHSO_{2}NHCH_{2}CH_{3}+|O|{\xrightarrow {}}CH_{3}N=NCH_{3}+H_{2}SO_{4}}$

Παρεμβολή καρβενίων

• Τα καρβένια μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-Η και N-H. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε:

$\mathrm {CH_{3}NH_{2}+CH_{3}Br+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{5}}CH_{3}CH_{2}NH_{2}+{\frac {2}{5}}CH_{3}NHCH_{3}+KBr+H_{2}O}$

• Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι (κατά προσέγγυση) έχουμε;

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται αιθαναμίνη.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς ΝH-H. Παράγεται N-μεθυλομεθαναμίνη.

Προκύπτει επομένως μίγμα αιθαναμίνης 3/(3+2) ≈ 60% και N-μεθυλυμεθαναμίνης 2/(3+2) ≈ 40%.

Η μεθαναμίνη στη Βιοχημεία

Η μεθυλαμίνη εμφανίζεται στη φύση 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' ό,τι 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 μεθαμικού 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.

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, Οργανική Χημεία, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982