아민

3. 아민의 명명법

아민은 다양한 방법으로 명명된다. 일반적으로 화합물에는 접두사 "아미노-" 또는 접미사 "-아민"이 붙는다. 접두사 "''N''-"은 질소 원자의 치환을 나타낸다. 아미노기가 여러 개 있는 유기 화합물은 디아민, 트리아민, 테트라아민 등으로 불린다.

하위 섹션에서 다루는 IUPAC 명명법, 관용명 외에 다른 명명법은 다음과 같다.

• 저급 아민은 접미사 "-아민"을 사용한다.

• 

• 고급 아민은 작용기로 접두사 "아미노"를 사용한다. 그러나 IUPAC에서는 이 관례를 권장하지 않고,^[7] 부탄-2-아민과 같이 알칸아민 형태를 선호한다.

• 

• 다른 카르복시산이나 알코올이 있는 경우에는 그것들을 우선시하고, 아미노기를 치환기로 한다.
• 질소 원자에 결합된 알킬기의 수에 따라 아민을 다음과 같이 표기한다.
• – 메틸아민
• – 디메틸아민
• – 트리메틸아민

3. 1. IUPAC 명명법

• 접두사 "아미노-"를 사용한다(치환 명명법).^[7] 다른 카르복시산이나 알코올이 있는 경우에는 그것들을 우선시하고, 아미노기를 치환기로 한다.
• 접미사 "-아민"을 사용한다(기능기 명명법).
• 모체 화합물 NH₃를 "아잔"으로 하고, 이것을 치환기명에 첨가한다(이 방법은 거의 사용되지 않는다).
• 질소를 포함하도록 주쇄를 취하고, 그 주쇄에서 메틸렌(-CH₂-)기가 질소로 치환된 위치를 "n-아자-"의 형태로 나타낸다(치환 명명법). 장쇄 폴리아민 등에서 이용된다.

또한, 아닐린, 톨루이딘, 벤지딘과 같이 허용 관용명이 인정되고 있는 화합물도 있다.

3. 2. 관용명

• – 아닐린
• (파라 치환) – 톨루이딘
• (모두 파라 치환) – 벤지딘

3. 3. 기타 명명법

4. 아민의 물리적 성질

아민은 수소 결합을 통해 1차 및 2차 아민의 성질에 큰 영향을 미친다. 액체 아민은 "생선 비린내"와 같은 불쾌한 냄새를 낸다.

질소 원자는 암모늄 이온 R₃NH⁺를 형성할 수 있는 고립 전자쌍을 가지고 있다. 단순 아민의 물에 대한 용해도는 이러한 고립 전자쌍이 관여하는 수소 결합에 의해 향상된다.

일반적인 아민의 질소 원자는 피라미드형 구조를 취한다. 이 때문에 세 가지 다른 치환기가 붙은 아민은 언뜻 광학 활성이 될 것 같이 보이지만, 실제로는 질소가 반전을 일으키기 쉬우므로, 특수한 경우를 제외하고는 카이랄성을 가지지 않는다. 하지만, 1991년에 처음으로 합성된 트리이소프로필아민은 이소프로필기의 크기 때문에 평면 구조를 취하는 것이 밝혀져 있다.^[33]

4. 1. 끓는점과 녹는점

4. 2. 용해도

4. 3. 냄새

4. 4. 분광학적 특성

5. 아민의 구조

아민은 질소 원자에 결합된 치환기의 수와 종류에 따라 구조가 달라진다. 크게 알킬 아민과 방향족 아민으로 나눌 수 있다.

5. 1. 알킬 아민

5. 2. 방향족 아민

6. 아민의 염기성

일반적인 아민의 질소 원자는 피라미드형 구조를 띤다. 이 때문에 세 가지 다른 치환기가 붙은 아민은 언뜻 광학 활성이 될 것처럼 보이지만, 실제로는 질소가 반전을 일으키기 쉬워 특수한 경우를 제외하고는 카이랄성을 가지지 않는다. 하지만, 1991년에 처음으로 합성된 트리이소프로필아민은 이소프로필기의 크기 때문에 평면 구조를 띠는 것으로 밝혀졌다.^[33]

자연계의 아민류는 미생물에 의한 발효·부패 생성물^[36][34]과 양조주^[35]에 흔히 존재한다. 히스타민, 티라민, 페네틸아민 등 몇몇 물질은 알레르기 유사 증상, 고혈압, 편두통 등의 생리 작용을 일으키는 것으로 알려져 있다.^[34]

6. 1. 염기성의 정의

• 치환기의 전자적 특성 (알킬기는 염기성을 증가시키고, 아릴기는 감소시킨다).
• 양성자화된 아민의 용매화 정도. 여기에는 질소 원자에 결합된 기에 의한 입체 장애가 포함된다.

6. 2. 염기성에 영향을 미치는 요인

• 전자 효과:
• 알킬기는 전자를 밀어내는 효과(유도 효과)가 있어 염기성을 증가시킨다.
• 아릴기는 전자를 끌어당기는 효과가 있어 염기성을 감소시킨다.
• 용매화 효과:
• 양성자화된 아민의 용매화 정도는 염기성에 영향을 미친다.
• 질소 원자에 결합된 기에 의한 입체 장애는 용매화를 방해하여 염기성을 감소시킬 수 있다.
• 방향족 아민의 염기성:
• 아닐린과 같이 방향족 고리에 직접 결합된 아민은 질소 원자의 비공유 전자쌍이 고리로 비편재화되어 염기성이 감소한다.
• 방향족 고리에 있는 치환기와 아미노기에 대한 치환기의 위치도 염기성에 영향을 미친다.

6. 3. 기체상 염기성 vs. 수용액 염기성

7. 아민의 합성

산업적으로 중요한 알킬아민은 알코올을 암모니아와 반응시켜 제조한다.^[14]

:ROH + NH3 -> RNH2 + H2O

할로젠화 알킬과 암모니아 또는 아민의 반응은 1차, 2차, 3차 아민 및 4차 암모늄염의 혼합물을 생성할 수 있다.^[14] 이러한 반응은 알킬 요오다이드와 브로마이드에 더 유용하지만, 알킬화 정도를 제어하기 어렵다는 단점이 있다.

: RX + 2 R'NH₂ → RR'NH + [RR'NH₂]X

가브리엘 합성은 프탈이미드칼륨을 사용하여 1차 아민을 선택적으로 합성하는 방법이다. 델레핀 반응 또한 1차 아민 합성에 사용되는 방법 중 하나이다. 아릴 할라이드는 아민과의 반응성이 낮아, 부흐발트-하트윅 반응과 같은 팔라듐 촉매 반응을 통해 아릴 아민을 제조한다.

알켄과 아민의 반응으로 아민을 생성하는 반응을 알켄의 하이드로아미네이션이라고 하며, 제올라이트 기반의 고체산 촉매가 사용된다.^[14]

수소화 과정을 통해, 불포화 질소(N) 함유 작용기는 니켈 촉매 존재 하에 수소를 사용하여 아민으로 환원된다. 적합한 작용기에는 니트릴, 아지드, 이민(옥심 포함), 아마이드 및 니트로가 포함된다.^[1] 니트릴의 경우, 반응은 산성 또는 알칼리성 조건에 민감하여 시안(CN)기의 가수분해를 일으킬 수 있다.^[1] 실험실 규모에서는 이와 같은 작용기의 환원에 LiAlH₄이 더 일반적으로 사용된다.^[1]

많은 아민은 환원성 아미노화를 통해 알데하이드와 케톤으로부터 생성되는데, 이는 촉매적으로 또는 화학량론적으로 진행될 수 있다.^[1] 아닐린(C₆H₅NH₂) 및 그 유도체는 니트로 방향족 화합물의 환원에 의해 제조된다.^[1] 산업적으로는 수소가 바람직한 환원제인 반면, 실험실에서는 주석과 철이 종종 사용된다.^[1]

아민은 니트로기, 아지드, 아미드, 이민, 옥심, 니트릴, 아조 화합물 등의 환원에 의해서도 얻을 수 있다.^[2] 수소화 알루미늄 리튬(LAH), 팔라듐 촉매-수소계 등이 사용된다.^[2]

환원적 아미노화 등의 방법에 의하면, 알데하이드나 케톤으로부터, 이민을 거쳐 원팟(one-pot)으로 아민을 얻을 수 있다.^[2] 산성 조건 하, 시안화 붕소 나트륨(NaBH₃CN)이나 피리딘-보란 착체 등을 사용하여 환원하는 것이 보통이다.^[2] 이 형식의 명명 반응으로는 뢰카르트 반응, 에슈바이러-클라크 반응의 예가 있다.^[2]

기타 합성법은 다음과 같다.

아미드는 이민, 이소시아네이트 등을 가수분해하면 얻을 수 있다. 이소시아네이트는 호프만 전위, 쿠르티우스 전위 등의 생성물이므로, 이러한 반응을 수용액계에서 수행한 경우 생성물로서 아민을 얻게 된다.

아민을 생성물로 하는 인명반응으로는 위에 언급한 것 외에 로센 전위, 슈미트 전위, 좀머-하우저 전위, 스티븐스 전위, 반베르거 전위 등의 전위 반응이나, 만니히 반응, 스트레커 반응, 치치바빈 반응 등의 친핵성 반응이 있다.

7. 1. 알코올의 아미노화

7. 2. 할로젠화 알킬(아릴)과의 치환 반응

7. 3. 알켄의 하이드로아미네이션

7. 4. 환원 반응

7. 5. 기타 합성법

아미드는 이민, 이소시아네이트 등을 가수분해하면 얻을 수 있다. 이소시아네이트는 호프만 전위, 쿠르티우스 전위 등의 생성물이므로, 이러한 반응을 수용액계에서 수행한 경우 생성물로서 아민을 얻게 된다.

아민을 생성물로 하는 인명반응으로는 위에 언급한 것 외에 로센 전위, 슈미트 전위, 좀머-하우저 전위, 스티븐스 전위, 반베르거 전위 등의 전위 반응이나, 만니히 반응, 스트레커 반응, 치치바빈 반응 등의 친핵성 반응이 있다.

8. 아민의 반응

아민의 주요 반응은 질소 원자의 친핵성과 염기성에 기반한다. 아민과 관련된 주요 반응들은 다음과 같이 정리할 수 있다.

1차 및 2차 아민은 카르복실산 할로겐화물 및 카르복실산 무수물과 축합하여 아마이드를 생성하며, DCC와 같은 적절한 탈수제나 탈수 반응에 의해 카르복실산과 반응시켜 아마이드를 생성할 수도 있다.

2차, 3차 아민은 산화은 등의 존재하에 호프만 제거 반응을 일으켜 1차 저급 아민과 알켄이 된다. 이 반응에서는 호프만 규칙이라는 위치 선택성 규칙이 작용한다.

이 외에도 아민을 이용하는 반응으로는 우기 반응, 스토크 에나민 합성 등이 있으며, 아민을 생성물로 하는 인명반응으로는 로센 전위, 슈미트 전위, 좀머-하우저 전위, 스티븐스 전위, 반베르거 전위 등의 전위 반응이나, 만니히 반응, 스트레커 반응, 치치바빈 반응 등의 친핵성 반응이 있다.

8. 1. 알킬화, 아실화, 술폰화

8. 2. 다이아조화 반응

8. 3. 이민 형성

8. 4. 에나민 형성

8. 5. 산화 반응

8. 6. 기타 반응

9. 아민의 생물학적 활성

아민은 생물학적으로 매우 흔하게 발견된다. 아미노산이 분해되면서 아민이 방출되는데, 썩은 생선에서 나는 트리메틸아민 냄새가 그 예시이다. 에피네프린, 노르에피네프린, 도파민, 세로토닌, 히스타민과 같은 다양한 신경전달물질들이 아민에 속한다. 양성자화된 아미노기는 단백질, 특히 아미노산 라이신에서 가장 흔하게 발견되는 양전하를 띤 부분이다.^[20] 음이온을 띠는 고분자인 DNA는 주로 아민이 풍부한 단백질과 결합한다.^[21] 라이신의 말단에 있는 양전하를 띤 1차 암모늄은 폴리펩타이드 내 다른 아미노산의 카르복실산염기와 염다리를 형성하며, 이는 단백질의 3차원 구조를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.^[22]

9. 1. 아미노산과 단백질

9. 2. 신경전달물질

9. 3. 아민 호르몬

10. 아민의 응용

아민은 다양한 분야에서 응용된다.

아민은 아조 염료 제조의 원료로 사용될 수 있으며, 의약품의 주요 성분으로도 활용된다. 예를 들어, 클로르페니라민은 알레르기 질환 완화에, 클로르프로마진은 진정 효과를 위해 사용된다. 또한, 에페드린과 페닐에프린은 충혈 제거제로 사용되며, 암페타민, 메탐페타민 등은 정신 자극제로 분류된다.

천연가스 및 정유 공정에서는 이산화탄소와 황화수소를 제거하는 데 아민 수용액이 사용되며, 온실가스를 줄이는 데에도 활용될 수 있다. 더불어, 아민은 에폭시 수지 경화제로 자주 사용된다.

10. 1. 염료

• 메틸오렌지
• 직접 갈색 138
• 황색 5호(Sunset Yellow FCF)
• 폰소

10. 2. 의약품

• 클로르페니라민은 항히스타민제의 일종으로, 감기, 건초열, 가려운 피부, 벌레 물림 및 쏘임 등으로 인한 알레르기 질환 완화에 사용된다.
• 클로르프로마진은 수면 유도 없이 진정 효과를 내는 진정제로, 불안, 흥분, 불안감 또는 정신 질환 완화에 사용된다.
• 에페드린과 페닐에프린은 아민 염산염 형태로, 충혈 제거제로 사용된다.
• 암페타민, 메탐페타민, 메스카티논은 미국 마약단속국(DEA)에서 통제 물질로 분류하는 정신 자극제 아민이다.
• 티오리다진은 항정신병 약물의 일종으로, 아민의 작용을 통해 항정신병 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.^[25]
• 아미트립틸린, 이미프라민, 로페프라민, 클로미프라민은 삼환계 항우울제이며 3차 아민이다.
• 노르트립틸린, 데시프라민, 아목사핀은 삼환계 항우울제이며 2차 아민이다. (삼환계 항우울제는 측쇄의 최종 아미노기의 특성에 따라 분류된다.)
• 치환 트립타민과 치환 페네틸아민은 다양한 환각성 약물의 주요 기본 구조이다.
• 모르핀, 코데인, 헤로인과 같은 아편성 진통제는 3차 아민이다.

10. 3. 가스 처리

10. 4. 에폭시 수지 경화제

11. 아민의 안전성

저분자량의 단순 아민은 에틸아민과 같이 이 100~1000 mg/kg으로 약한 독성을 나타낸다. 이들은 피부 자극을 유발할 수 있으며, 특히 피부를 통해 쉽게 흡수되는 경우 주의해야 한다.^[14] 아민은 광범위한 화합물 종류이며, 이 종류의 더 복잡한 구성원은 매우 생물학적으로 활성이 강할 수 있다. 예를 들어 스트리크닌이 있다.

참조

_[1] 사전 amine American Heritage Dictionary
_[2] 웹사이트 Amine definition and meaning http://www.collinsdi[...] 2017-03-28
_[3] 웹사이트 amine – definition of amine in English https://web.archive.[...] Oxford Dictionaries 2017-03-28
_[4] 리다이렉트
_[5] 서적 Organic chemistry https://web.archive.[...] McGraw-Hill 2018-06-26
_[6] 웹사이트 3.11 Basic properties of amines https://chem.librete[...] 2015-09-28
_[7] 웹사이트 Brief Guide to the Nomenclature of Organic Chemistry https://iupac.org/wp[...] 2021-06
_[8] 저널 Organic Nitrogen Compounds II: Primary Amines https://www.spectros[...] 2019-03
_[9] 서적 Structural Chemistry of Anilines Wiley-VCH
_[10] 서적 Patai's Chemistry of Functional Groups
_[11] 저널 Correlation of the Base Strengths of Amines
_[12] 저널 Extension of the Self-Consistent Spectrophotometric Basicity Scale in Acetonitrile to a Full Span of 28 pKa Units: Unification of Different Basicity Scales
_[13] 서적 Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure https://books.google[...] Wiley-Interscience 2007
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_[16] 서적 Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure Wiley
_[17] 합성방법 β-Naphthylmercuric chloride
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_[19] 서적 Nitrosation https://archive.org/[...] Cambridge University Press
_[20] 저널 Adaptation of protein surfaces to subcellular location
_[21] 서적 Lehninger, Principles of Biochemistry https://archive.org/[...] Worth Publishing
_[22] 저널 Dominant forces in protein folding
_[23] 서적 Anatomy & Physiology OpenStax CNX 2023-07-26
_[24] 저널 The Medicinal Chemist's Toolbox: An Analysis of Reactions Used in the Pursuit of Drug Candidates
_[25] 간행물 AHFS Drug Information 2010 American Society of Health System Pharmacists 2010
_[26] 백과사전 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
_[27] 웹사이트 amine curing agent: Topics by Science.gov https://www.science.[...]
_[28] 저널 The use of water-based epoxies for anti-corrosive primers 1995-01-01
_[29] 백과사전 Wiley-VCH
_[30] 논문 Synthesis of a legislation compliant corrosion protection coating system based on urethane, oxazolidine and waterborne epoxy technology Imperial College London 1997-04
_[31] 저널 Development of a supramolecular accelerator simultaneously to increase the cross-linking density and ductility of an epoxy resin https://doi.org/10.1[...] 2019-01
_[32] 저널 Molecular dynamics simulation of crosslinking process and mechanical properties of epoxy under the accelerator https://onlinelibrar[...] 2023-01-10
_[33] 블로그 トリイソプロピルアミン http://blog.livedoor[...]
_[34] 저널 市販味噌及び醤油中の不揮発性アミンの分析法及びその含有量 1991
_[35] 저널 洒のアミン 1978
_[36] 논문 食品に含まれるアミン類 https://doi.org/10.1[...] 2014