متیل آمین

متیل آمین (Methylamine) ساده‌ترین آمین اولیه (primary amine) آلی است. جزو بازهای ضعیف مثل آمونیاک طبقه بندی می شود . این ترکیب یکی از مهم‌ترین مواد اولیه در صنعت شیمی آلی و داروسازی محسوب می‌شود.

ساختار مولکولی

با فرمول مولکولی​\( CH_{3}{NH_{2}} \)​دارای جرم مولی تقریبی 31.06 گرم برمول و در ساختار آن گروه متیل (​\( -CH_{3} \)​) به یک گروه آمینو (​\( -NH_{2} \)​) متصل است. شکل مولکولی آن به صورت هرمی (trigonal pyramidal) اطراف اتم نیتروژن (شبیه آمونیاک ​\( NH_{3} \)​)، به دلیل جفت الکترونی غیرپیوندی روی اتم نیتروژن و طول پیوند C-N در آن تقریبا 1.47 آنگستروم است . زاویه تقریبی پیوند H-N-H در آن برابر 106 درجه است و این به خاطر دافعۀ جفت الکترون های تنها بر روی جفت الکترون های پیوندی ، کمتر از 109.5 درجه است .

خواص فیزیکی متیل آمین

این گاز  در دما و فشار معمولی بی‌رنگ است و بوی شدید شبیه آمونیاک یا ماهی دارد . نقطه جوش آن تقریبا 6.3-  و نقطۀ ذوب آن 93.5- درجه سلسیوس (خیلی پایین‌تر از آمونیاک به دلیل جرم مولکولی بالاتر و دارا بودن نیروی واندروالسی قوی تر ) ، چگالی این گاز 1.38 برابر هوا است و انحلال پذیری عالی در آب دارد .(بیش از ۱۰۰۰ گرم در لیتر) و محلول حاصل از این انحلال یک محلول قلیایی ضعیف تشکیل می دهد .

خواص شیمیایی مهم متیل آمین

باز بودن (Basicity): متیل‌آمین قدرت بازی ( قلیایی ) بیشتری نسبت به آمونیاک دارد ، چون گروه متیل اثر القایی دهنده الکترون(​\( +I \)​) دارد و تراکم الکترونی را روی نیتروژن افزایش می‌دهد . ( فرایند انحلال تعادلی )

​\( CH_{3}{NH_{2}}(g)+H_{2}O(l)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}CH_{3}NH_{3}^{+}(aq)+OH^{-}(aq) \)​

به راحتی با اسیدها نمک‌های آمونیومی پایدار تشکیل می‌دهدمثل متیل‌آمونیوم کلرید​\( CH_{3}NH_{3}^{+}Cl^{-} \)​

​\( CH_{3}{NH_{2}}(g)+HCl(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}CH_{3}NH_{3}^{+}(aq)+Cl^{-}(aq) \)​

واکنش‌های مهم متیل‌آمین

الف) واکنش با هالوآلکان‌ها (آلکیلاسیون)

تشکیل آمین‌های نوع دوم و سوم و در نهایت نمک آمونیوم چهارتایی از طریق واکنش بین متیل آمین ( آغاز گر واکنش ) با یدومتان که مایعی بی رنگ تا کمی زرد با بوی شیرین که سمّی وخطرناک است .

​\( CH_{3}NH_{2}(g)+CH_{3}I(l)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}(CH_{3})_{2}NH(g)+HI(g) \\ (CH_{3})_{2}NH(g)+CH_{3}I(l)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}(CH_{3})_{3}N(g)+HI(g) \\ (CH_{3})_{3}N(g)+CH_{3}I(l)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}(CH_{3})_{4}N^{+}I^{-}(s) \)​

ب) واکنش متیل آمین با نیترو اسید

در دمای پایین ابتدا متیل‌نیتریت تشکیل می‌شود ولی ناپایدار است و تجزیه می‌شود) اما آمین‌های نوع دوم واکنش کاربیلامین (بوی بد ایزوسیانید) می‌دهند، آمین‌های نوع اوّل آلیفاتیک این واکنش را نمی‌دهند.

​\( CH_{3}NH_{2}(g)+HNO_{2}(aq)\xrightarrow[5-50^{\circ}C]{1 atm}CH_{3}OH(aq)+N_{2}(g)+H_{2}O(l) \)​

ج) واکنش با کلروفرم و باز قوی

خیر! فقط آمین‌های اولیه آروماتیک و آمین‌های نوع دوم آلیفاتیک واکنش کاربیلامین می‌دهند. متیل‌آمین این واکنش را نمی‌دهد. چون برای تشکیل ایزوسیانید، آمین باید حداقل یک هیدروژن مستقیماً متصل به نیتروژن داشته باشد و همزمان بتواند یک پروتون از دست بدهد و ساختار مناسب برای حذف تشکیل دهد. در آمین‌های نوع اوّل آلیفاتیک، مکانیسم به سمت تشکیل الکل (واکنش با HNO₂) یا مسیرهای دیگر می‌رود و ایزوسیانید پایدار تشکیل نمی‌شود.

​\( C_{6}H_{5}NH_{2}(l)+CHCl_{3}(g)+3KOH(aq)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}C_{6}H_{5}CN(s)+3KCl(aq)+3H_{2}O(l) \)​

د) تشکیل کاربامات با کربن دی اکسید

 همانند گاز آمونیاک ( البته کمتر مورد استفاده قرار می گیره ) تشکیل متیل‌آمونیوم متیل‌کاربامات می دهد .

​\( CH_{3}NH_{2}(g)+CO_{2}(g)\xrightarrow[1-5atm]{5-40^{\circ}C}CH_{3}NH_{3}^{+}CH_{3}NHCOO^{-} \)​

ه) واکنش متیل آمین با آلدهیدها و کتون‌ها

در واکنش با آلدهید ها و کتون ها تشکیل ایمین ( معرّف یا پایه شیف )می دهد .

​\( CH_{3}NH_{2}(g)+RCHO\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}R-CH=NCH-{3}+H_{2}O(l) \)​

ز) واکنش با اسیدهای کربوکسیلیک

​\( 2CH_{3}NH_{2}(g)+RCOOH(aq)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}RCONHCH_{3}+H_{2}O(l) \)​

 روش‌های مهم سنتز صنعتی متیل آمین

واکنش آمونیاک با متانول (مهم‌ترین روش صنعتی) در حضور کاتالیزگر آلومینیم اکسید و سیلیس که همزمان دی‌متیل‌آمین و تری‌متیل‌آمین هم تشکیل می‌شود که با تقطیر جدا می‌شوند.

​\( CH_{3}OH(aq)+NH_{3}(g)\xrightarrow[400-500^{\circ}C]{Al_{2}O_{3}/SiO_{2}}CH_{3}NH_{2}(g)+H_{2}O(l) \)​

کاهش نیترومتان :​\( CH_{3}NO_{2}(l)+3H_{2}(g)\xrightarrow[150-800^{\circ}C]{Pd/C}CH_{3}NH_{2}(g)+H_{2}O(l) \)​

واکنش هگزامین با هیدروکلریک اسید که متیل‌آمونیوم کلرید  و در نهایت متیل آمین می دهد (روش قدیمی)

​\( C_{6}H_{12}N_{4}(l)+10HCl(aq)+6H_{2}O(l)\xrightarrow[100-110^{\circ}C]{1atm}6CH_{3}NH_{3}^{+}Cl^{-}(aq)+6HCHO(g)+4NH_{4}Cl(aq) \)​

کاربردهای مهم متیل آمین

• ماده اولیه برای تولید N-متیل‌پیرولیدون (NMP)، دی‌متیل‌فرمامید (DMF)، دی‌متیل‌استامید (DMAc)
• تولید داروها (افدرین، متامفتامین، بسیاری از آنتی‌هیستامین‌ها و آنتی‌بیوتیک‌ها)
• تولید علف‌کش‌ها (مثل متریبوزین)
• تولید مواد منفجره
• عامل انتقال متیل در سنتز آلی

نکته ایمنی و قانونی

متیل‌آمین به شدت قابل اشتعال، سمی و خورنده است. همچنین چون ماده پیش‌ساز (precursor) در سنتز برخی مواد مخدر غیرقانونی (مثل متامفتامین) است، در بسیاری از کشورها خرید و فروش آن کنترل شدید دارد.

متیل آمین در طبیعت و بدن انسان

• متیل‌آمین به‌طور طبیعی در بدن انسان و حیوانات تولید می‌شود (از تجزیه کولین و لسیتین در روده).
• بوی ماهی فاسد دقیقاً به خاطر متیل‌آمین، دی‌متیل‌آمین و تری‌متیل‌آمین است.
• بیماری نادر «تری‌متیل‌آمینوری» (Trimethylaminuria یا سندرم بوی ماهی) به خاطر نقص در آنزیم FMO3 ایجاد می‌شود که نمی‌تواند تری‌متیل‌آمین را به اکسید بی‌بو تبدیل کند. در این بیماری گاهی متیل‌آمین هم در ادرار و عرق زیاد می‌شود.

 چرا متیل‌آمین مایع است ولی آمونیاک حالت گازی دارد ؟

آمونیاک در 33- درجه ولی متیل‌آمین در 6- درجه سلسیوس می جوشد ، یعنی با جایگزینی فقط یک هیدروژن با گروه متیل، نقطه جوش ۲۷ درجه بالا می‌رود! دلیل آن جرم مولکولی بالاتر و  نیروهای واندروالسی قوی‌تر (گروه متیل)در متیل آمین بوده البته پیوند هیدروژنی در هر دو وجود دارد، ولی در متیل‌آمین کمتر است.

 رفتار عجیب متیل آمین در آب

متیل‌آمین ۴۰٪ وزنی در آب حل می‌شود و محلول آن به نام «متیل‌آمین آبی» (Methylamine 40% aqueous) در بازار موجود است. این محلول خیلی راحت‌تر از گاز خالص حمل می‌شود و در صنعت بسیار پرکاربرد است.

استفاده از متیل آمین در سنتز متیلن‌بلو

در صنعت، متیل‌آمین با دی‌متیل‌آنیلین و برخی اکسیدکننده‌ها وارد واکنش می‌شود و رنگ معروف متیلن بلو (Methylene Blue) را می‌سازد. در دمای اتاق یا حتی تا ۱۰۰ درجه و بدون کاتالیزور، متیل‌آمین و دی‌متیل‌آنیلین تقریباً با هم واکنش نمی‌دهند. هر دو آمین هستند و هیچ‌کدام به اندازه کافی الکتروفیل یا نوکلئوفیل قوی نیستند که با هم واکنش دهند.

واکنش با فرمالدهید (تشکیل هگزامین در شرایط خاص)

اگر متیل آمین را با فرمالدهید زیاد واکنش دهید، به جای ایمین ساده، ترکیبات پیچیده‌تر می‌سازد، اما واکنش معروف هگزامین مربوط به آمونیاک است (نه متیل‌آمین). ولی اگر دی‌متیل‌آمین داشته باشید، با فرمالدهید ، رزین‌های ملامین–فرمالدهید می‌دهد.

 استفاده از متیل آمین در پیشران موشک!

تری‌متیل‌آمین و دی‌متیل‌آمین هیدرازین نامتقارن (UDMH) با متیل‌آمین و هیدرازین سنتز می‌شوند که سوخت موشک‌های معروف مثل تیتان و پروتون بوده‌اند. متیل‌آمین ماده اولیه این سوخت‌های هایپرگولیک است.

مقایسه قدرت بازی متیل آمین با سایر آمین های آلیفاتیک و آمونیاک در فاز آبی

قدرت بازی : ​\( (CH_{3})_{2}NH>CH_{3}NH_{2}>(CH_{3})_{3}N>NH_{3} \)​