آمین ها ، آمیدها و پلی آمیدها

بخش اول: آمین‌ها

آمین‌ها دسته‌ای از ترکیبات آلی نیتروژن‌دار هستند که می‌توان آن‌ها را مشتقات آمونیاک \(NH_{3}\) دانست. در آمین‌ها، یک، دو یا هر سه اتم هیدروژن آمونیاک با گروه‌های هیدروکربنی (آلکیل) جایگزین شده‌اند.

• گروه عاملی: گروه عاملی آمینی \(-NH_{2}\) در آمین‌های نوع اول).
• فرمول عمومی (آمین‌های نوع اول): \(R - NH_{2}\).
• ویژگی‌های فیزیکی و بویایی: آمین‌های سبک (با جرم مولی کم) گازهایی با بوی تند و زننده شبیه به بوی ماهی گندیده هستند. در واقع، بوی بد ماهی فاسد شده به دلیل تولید همین آمین‌ها در اثر تجزیه پروتئین‌هاست.
• خاصیت اسیدی/بازی: آمین‌ها خاصیت بازی (قلیایی) ضعیف دارند.

بخش دوم: آمیدها و واکنش‌های آن‌ها

هنگامی که یک اسید آلی (کربوکسیلیک اسید) با یک آمین (یا آمونیاک) واکنش می‌دهد، طی یک واکنش تراکمی 

(همراه با از دست دادن آب)، ترکیب جدیدی به نام آمید تولید می‌شود. 

• گروه عاملی آمیدی: این گروه شامل یک اتم کربن است که با پیوند دوگانه به اکسیژن و با پیوند یگانه به نیتروژن متصل است، (\(-CO-NH- \))

• معادله کلی تشکیل آمید: \[R-COOH + R'-NH_2 \xrightarrow{\Delta} R-CO-NH-R' + H_2O\]

 (کربوکسیلیک اسید + آمین ← آمید + آب)

 آبکافت (هیدرولیز) آمیدها 

آبکافت شکسته شدن یک ترکیب شیمیایی به‌وسیله‌ی آب است. آمیدها در حضور اسیدها یا بازها به عنوان کاتالیزگر و همراه با حرارت، با آب واکنش داده و پیوند آمیدی آن‌ها می‌شکنند.

 • محصول آبکافت: کربوکسیلیک اسید و آمین (دقیقاً برعکس واکنش تشکیل آمید). 

• معادله کلی آبکافت:

\[R - CO - NH - R' + H_{2}O \xrightarrow{H^{+} or OH^{-}} R - COOH + R' - NH_{2}\]

بخش سوم: پلی‌آمیدها و آبکافت آن‌ها
پلی‌آمیدها دسته‌ای از پلیمرهای تراکمی هستند که مونومرهای آن‌ها توسط پیوندهای عاملی آمیدی
(\(-CO-NH- \)) به یکدیگر متصل شده‌اند.

۱. تولید پلی‌آمیدها
برای ساخت یک پلی‌آمید مصنوعی، به دو نوع مونومر نیاز داریم که هر کدام دارای دو گروه عاملی باشند:
۱. دی‌آمین (Diamine): مولکولی با دو گروه عاملی آمین \(H_{2}N - R - NH_{2}\).
۲. دی‌اسید (Diacid): مولکولی با دو گروه عاملی کربوکسیل \(HOOC - R' - COOH\).
طی بسپارش تراکمی، گروه عاملی هیدروکسیل \(-OH\) از دی‌اسید و یک اتم هیدروژن \(-H\) از دی‌آمین جدا شده و
به صورت مولکول آب \(H_{2}O\) خارج می‌شود و پیوند آمیدی تشکیل می‌گردد.

\[n(HOOC - R - COOH) + n(H_{2}N - R' - NH_{2}) \rightarrow -[-CO - R - CO - NH - R' - NH -]_{n} + 2n - 1H_{2}O\]

2. آبکافت پلی‌آمیدها
پلی‌آمیدها نیز مانند آمیدهای ساده می‌توانند در شرایط مناسب (محیط اسیدی یا بازی قوی + گرما) آبکافت شوند. در این فرایند، زنجیره پلیمری از محل پیوندهای آمیدی شکسته شده و پلیمر به مونومرهای سازنده‌ی خود (دی‌آمین و دی‌اسید) تبدیل می‌شود.

• اهمیت زیست‌محیطی: این ویژگی امکان بازیافت شیمیایی برخی پلی‌آمیدها را فراهم می‌کند. البته در طبیعت، این فرایند برای پلی‌آمیدهای مصنوعی (مثل نایلون) بسیار کند است، اما پلی‌آمیدهای طبیعی (مثل پروتئین‌ها) به راحتی توسط آنزیم‌ها آبکافت و تجزیه می‌شوند.

بخش چهارم: کولار (Kevlar) - شاهکار پلی‌آمیدها
کولار یکی از معروف‌ترین و کاربردی‌ترین پلی‌آمیدهای مصنوعی (آروماتیک) است که استحکام فوق‌العاده‌ای دارد.

• ساختار کولار: ساختار کولار از زنجیره‌های پلیمری بسیار منظم و خطی تشکیل شده است. وجود حلقه‌های بنزنی در ساختار مونومرهای آن باعث سختی زنجیره می‌شود.

• دلیل استحکام بی‌نظیر: بین زنجیره‌های پلیمری مجاور در کولار، پیوندهای هیدروژنی بسیار قوی (بین اکسیژن از گروه کربونیل یک زنجیره و هیدروژن متصل به نیتروژن در زنجیره مجاور) برقرار است. این شبکه گسترده از پیوندهای هیدروژنی، زنجیره‌ها را محکم هم نگه می‌دارد.
• ویژگی‌ها:
• مقاومت کششی آن در وزن برابر، 5 برابر فولاد است.
• سبک و انعطاف‌پذیر است.
• مقاومت حرارتی بالایی دارد.
• کاربردها: جلیقه‌های ضدگلوله، کلاه ایمنی سربازان و آتش‌نشانان، تایر خودروهای مسابقه‌ای، بادبان قایق‌های تفریحی، لباس موتورسواران و طناب‌های بسیار مقاوم.

بخش پنجم: پلیمرهای سبز و پلی‌لاکتیک اسید (PLA)
با توجه به مشکلات زیست‌محیطی ناشی از انباشت پلاستیک‌های مشتق شده از نفت (که زیست‌تخریب‌ناپذیرند)، شیمی‌دانان به دنبال جایگزین‌های مناسبی به نام پلیمرهای سبز هستند.

ویژگی‌های پلیمر سبز:
1. از منابع تجدیدپذیر (مثل گیاهان) تهیه می‌شوند (نه از نفت).
2. در طبیعت زیست‌تخریب‌پذیر هستند (توسط میکروارگانیسم‌ها به آب و کربن دی‌اکسید تجزیه می‌شوند).
3. ردپای کربن کمتری دارند و با اصول شیمی سبز سازگارند.
پلی‌لاکتیک اسید (PLA)
پلی‌لاکتیک اسید (PLA) یک نمونه بارز از پلیمرهای سبز است.
• ماهیت شیمیایی: برخلاف تصور برخی، PLA یک پلی‌آمید نیست، بلکه یک پلی‌استر است.
• مونومر سازنده: لاکتیک اسید. لاکتیک اسید یک مولکول دو عاملی است که در یک سمت گروه هیدروکسیل (\( -OH \)) و در سمت دیگر گروه کربوکسیل (\( -COOH \)) دارد. بنابراین، مونومرهای لاکتیک اسید می‌توانند با یکدیگر واکنش تراکمی داده و با خروج آب، پلی‌استر PLA را بسازند.
• منبع تولید: لاکتیک اسید از تخمیر قند موجود در محصولات کشاورزی مانند ذرت، نیشکر و سیب‌زمینی به دست می‌آید.

• کاربردها: تولید ظروف یکبار مصرف تجزیه‌پذیر، نخ‌های بخیه قابل جذب در پزشکی (که پس از مدتی در بدن آبکافت شده و جذب می‌شوند)، کپسول داروها و مصارف چاپ سه‌بعدی.
• مزیت ویژه: ظروف ساخته شده از PLA در صورت رها شدن در طبیعت، طی چند ماه تا چند سال (بسته به شرایط رطوبت و دما) توسط باکتری‌ها آبکافت شده و به \(CO_2\) و \(H_2O\) تبدیل می‌شوند و هیچ پسماند سمی بر جای نمی‌گذارند.