Trimethylamin
# Trimethylamin

Trimethylamin ist ein farbloses brennbares Gas mit schon in starker Verdünnung intensivem fischartigem Geruch; in höheren Konzentrationen erinnert er stärker an den des chemisch nahe verwandten Ammoniaks. Es ist stark hygroskopisch, löst sich gut in Wasser und bildet darin eine mittelstarke Base. Es kommt als 40-prozentige wässrige Lösung, 33-prozentige Lösung in Ethanol und als druckverflüssigtes Gas in den Handel.

## Gewinnung und Darstellung

Zur großtechnischen Synthese von Trimethylamin setzt man Methanol mit Ammoniak bei Temperaturen von 350–450 °C und Drücken von 15–25 bar in Gegenwart von Aluminiumoxid (-silicat oder -phosphat) in Rohrreaktoren stufenweise um. Im ersten Schritt reagiert Methanol mit Ammoniak zu Methylamin. Dieses reagiert im Anschluss mit einem weiteren Äquivalent Methanol und bildet so Dimethylamin. Dieses sekundäre Amin kann daraufhin ein letztes Mal methyliert werden, um so Trimethylamin herzustellen.

Als Nebenprodukte werden neben Wasser auch noch Methylamin und Dimethylamin gebildet, die durch mehrstufige Druck- sowie Extraktivdestillation abgetrennt werden müssen. Alternativ können diese erneut zur ersten Reaktionsstufe zurückgeführt werden, um die Gesamtausbeute an Trimethylamin deutlich zu erhöhen. Das Gewichtsverhältnis von Mono-, Di- und Trimethylamin bei dieser Reaktion beträgt durchschnittlich ca. 20:20:60.

Die Produktionskapazität für Methylamine betrug 1996 weltweit ungefähr 830.000 Jahrestonnen.

Mit reaktiveren Methylierungsmitteln wie Methyliodid oder Dimethylsulfat kann Ammoniak bei niedrigen Temperaturen methyliert werden. Allerdings erhält man auch hiermit Gemische der möglichen Methylierungsstufen einschließlich des quartären Tetramethylammoniumions.

## Eigenschaften

### Physikalische Eigenschaften

Bei Raumtemperatur ist Trimethylamin ein farbloses Gas. Es lässt sich durch Abkühlen oder Druckerhöhung verflüssigen. Trimethylamin ist gut löslich in Wasser und aliphatischen Alkoholen wie z. B. Methanol. Es hat einen unangenehmen, fisch- bzw. tran- bis ammoniakartigen Geruch, der schon bei Konzentrationen von 0,0005 bis 4,2 mg/m³ wahrnehmbar ist.

### Chemische Eigenschaften

Trimethylamin löst sich sehr leicht in Wasser, die Lösung reagiert als Base. Das Molekül dissoziiert in wässriger Lösung nach:

    $\mathrm {(CH_{3})_{3}N+H_{2}O\leftrightharpoons (CH_{3})_{3}NH^{+}+OH^{-}}$

Trimethylamin ist, wie viele Amine, eine mittelstarke Base. Mit Säuren bildet es ionisch aufgebaute Trimethyl-Ammonium-Salze, aus denen das Trimethylamin mit stärkeren Basen wieder freigesetzt werden kann.

Der höhere $pK_s-Wert$ von 9,81 – d. h. die stärkere Basizität – im Vergleich zum Ammoniak (9,25) erklärt sich aus dem +I-Effekt der drei Methylgruppen. Die dennoch schwächere Basizität im Vergleich zu den beiden Aminen mit weniger Methylgruppen – Methyl- und Dimethylamin mit $pK_s$ 10,66 bzw. 10,73 – lässt sich aus der sterischen Behinderung des freien Elektronenpaares am Stickstoffatom, das für die Basizität verantwortlich ist, erklären.

### Sicherheitstechnische Kenngrößen

Trimethylamin bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei −7 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,0 Vol.‑% (49 $g/m^3)$ als untere Explosionsgrenze (UEG) und 11,6 Vol.‑% (285 $g/m^3)$ als obere Explosionsgrenze (OEG). Die Grenzspaltweite wurde mit 1,05 mm bestimmt. Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA. Die Zündtemperatur beträgt 190 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T4.

## Verwendung

Hauptfolgeprodukt von Trimethylamin ist Cholinchlorid, das durch Umsetzung von Ethylenoxid mit einer wässrigen Trimethylaminhydrochlorid-Salzlösung oder durch Umsetzung von Trimethylamin mit 2-Chlorethanol (Ethylenchlorhydrin) hergestellt werden kann. Außerdem findet Trimethylamin Anwendung bei der Herstellung von Wachstumsregulatoren, Ionentauscherharzen und als Katalysator in der organischen Synthese.

## Vorkommen in der Natur

Als Metabolit des Cholin-Stoffwechsels lässt sich Trimethylamin in vielen Organismen nachweisen. Höhere Konzentrationen entstehen beim mikrobiellen Abbau von Trimethylamin-N-oxid, das vor allem in Seefischen reichlich vorhanden ist, beispielsweise durch Bakterien der Gattungen Pseudomonas und Shewanella. Intensiver Trimethylamin-Geruch ("Heringslake") ist deshalb ein sicheres Indiz für mangelnde Frische. Trimethylamin entsteht weiterhin im Vaginalsekret und zersetztem männlichen Ejakulat. Unter den Ständerpilzen sind Brandpilze wie der Steinbrand (Tilletia caries) in der Lage, Trimethylamin zu produzieren und bei Befall von Weizen die Getreidekörner zu verderben. Schließlich produzieren einige Pflanzen Trimethylamin, beispielsweise Stinkender Gänsefuß (Chenopodium vulvaria) und Wald-Bingelkraut (Mercurialis perennis). Auch in den Blüten von Esskastanie, Weißdorn, Birne, Eberesche und weiteren verwandten Rosengewächsen und in Berberitzen findet sich das Amin. Bei den letztgenannten dient es vermutlich der Anlockung von Käfern als Bestäuber-Insekten (Cantharophilie). Schließlich ist Trimethylamin in Bucheckern enthalten. Abgeleitet vom Gattungsnamen der Rotbuche (Fagus) wird der Stoff deshalb auch als Fagin bezeichnet. Durch Röstung der Früchte wird die Giftwirkung abgebaut.

### Bildung im menschlichen Darm

Trimethylamin wird auch im menschlichen Darm produziert. Hier entsteht es als Stoffwechselprodukt nach der Aufnahme von Phosphatidylcholin, Cholin und Carnitin, die sich besonders in Eiern und Fleisch finden. Verantwortlich sind hierfür diverse Darmbakterien, die vermehrt bei Menschen vorkommen, welche regelmäßig Fleisch konsumieren. Bei Vegetariern und Veganern ist die Anzahl der Trimethylamin-produzierenden Bakterien und Enzyme hingegen verringert.

Trimethylamin wird gut resorbiert und in der Leber durch Flavin-haltige Monooxygenasen (FMO3) zu Trimethylamin-N-oxid (TMAO) verstoffwechselt. Der TMAO-Spiegel ist beim Menschen mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, besonders Herzinfarkt und Schlaganfall assoziiert. TMAO hat pro-arteriosklerotische Eigenschaften und steigert die Konzentration Makrophagen-spezifischen Cholesterins und die Bildung von Schaumzellen in der Gefäßwand. Darüber hinaus steigert TMAO die Plättchen-Aktivität.

Studien zeigen, dass die verminderte TMAO-Produktion bei Vegetariern und Veganern auch ihr Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen senkt.

Bei Gabe von Antibiotika sank der TMAO-Blutspiegel. Die TMA-Bildung kann durch 3,3-Dimethyl-1-butanol gehemmt werden.

## Wirkung auf den menschlichen Körper

Trimethylamin gilt als schwach giftig. Es wirkt reizend auf Augen und Atmungsorgane. Bei Geruchswahrnehmung kann schon eine gesundheitsgefährdende Konzentration vorliegen. Beim Verschlucken können die Wirkungen von Erbrechen mit Bauchschmerzen bis zu Verätzungen führen. Verätzungen können bis hin zur Zerstörung von Haut, Augen, Atem- und Verdauungswegen führen.

