19.7 : הבסיסיות של אמינים אליפטיים

אמינים יכולים להתנהג כבסיסי ברונסטד-לאורי על ידי קבלת פרוטון מהחומצה ליצירת חומצות מצומדות מתאימות. בשל זוג לא קושר של אלקטרונים, אמינים אליפטים יכולים לפעול גם כבסיסי לואיס על ידי יצירת קשר קוולנטי עם אלקטרופיל.

כדי למדוד את הבסיסיות של אמינים, משתמשים בדרך כלל בשתי מוסכמות. הראשונה מגדירה את K_b כקבוע הבסיסיות לתגובת הדה-פרוטונציה של מים על ידי האמין, כפי שמוצג באיור 1. באופן קונבנציונלי, K_b נמוך יותר מצביע על בסיסיות גבוהה יותר של האמין. לדוגמה, לאמוניה ומתילאמין יש קבועי בסיסיות של 4.7 ו-3.3, בהתאמה.

איור 1. דה-פרוטונציה של מים על ידי אמין.

המוסכמה האחרת מתאמת את הבסיסיות של האמינים עם החומציות של החומצה המצומדת המתאימה. ככל שקבוע החומציות, pK_a, של החומצה המצומדת גבוה יותר, כך הבסיסיות של האמין שממנו נוצרה החומצה המצומדת גבוהה יותר. לדוגמה, כפי שמוצג באיור 2, לחומצות המצומדות של אמוניה, מתילאמין ואתילאמין יש ערכי pK_a של 9.26, 10.64 ו-10.75, בהתאמה. זה מצביע על הבסיסיות הגבוהה יותר של אתילאמין, ואחריו מתילאמין ואמוניה.

איור 2. ערכי pK_a של אמינים שונים.

אמינים אליפטים הם בסיסיים יותר מאמוניה בשל יכולת שחרור האלקטרונים של קבוצות האלקיל המחוברות לאטום N. קבוצת האלקיל מייצבת את החומצה המצומדת על ידי פיזור המטען החיובי שלה; כתוצאה מכך, שיפור הבסיסיות של אמינים. ניתן לצפות שהאמינים השלישוניים, בעלי שלוש קבוצות אלקיל, צריכים להיות בסיסיים יותר מהאמינים הראשוניים בעלי קבוצת אלקיל אחת בלבד. עם זאת, זה נכון רק בפאזת הגז, שבו אנו רואים את החומציות של החומצות המצומדות של אמוניה, מתילאמין, דימתילאמין וטרימתילאמין בסדר המפורט להלן.

[NH_4]^+ > [MeNH_3]^+ > [Me_2NH_2]^+ > [Me_3NH]^+

לכן, אמוניה היא הבסיס החלש ביותר, וטרימתילאמין הוא הבסיס החזק ביותר בפאזת הגז. עם זאת, הבסיסיות של אמינים בשלב המימי מושפעת גם מהפירוק של החומצות המצומדות המתאימות במים. לכן, למרות שיש שלוש קבוצות אלקיל המחוברות לאטום N, לחומצות מצומדות של אמינים שלישוניים יש רק אטום H אחד שניתן לתרום לקשירה בין-מולקולרית של H עם מים. לעומת זאת, לחומצות מצומדות של אמינים ראשוניים יש שלושה אטומי H לקשירת מימן בין מולקולרית למים. לכן, ערכי ה-pK_a של החומצות המצומדות של אמינים בתמיסה מימית פועלים כפי שמוצג באיור 3.

איור 3. ערכי pK_a של חומצות מצומדות של אמינים.

החומצות המצומדות של אמינים משניים נהנות מאיזון אופטימלי של יכולת שחרור אלקטרונים של קבוצות אלקיל ויכולת פירוק עם מים.