Подготовка к ЕГЭ по химии. Амины.
Амины – органические производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы:
R-NH 2 , R 2 NH, R 3 N
Простейший представитель – метиламин:
Атом азота находится в состоянии sp 3 -гибридизации, поэтому молекула имеет форму тетраэдра.
Также атом азота имеет два неспаренных электрона, что обуславливает свойства аминов как органических оснований.
КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОВ.
По количеству и типу радикалов, связанных с атомом азота:
Алифатические
CH3- NH2Метиламин
(CH3)2NHДиметиламин
(CH3)3NТриметиламин
Ароматические
(C6H5)2NHДифениламин
НОМЕНКЛАТУРА АМИНОВ.
1. В большинстве случаев названия аминов образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса амин . Различные радикалы перечисляются в алфавитном порядке. При наличии одинаковых радикалов используют приставки ди и три.
CH3-NH2 Метиламин СH3CH2-NH2 Этиламин
CH3-CH2-NH-CH3 Метилэтиламин (CH3)2NH Диметиламин
2. Первичные амины часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы -NH2.
В этом случае аминогруппа указывается в названии приставкой амино- :
CH3-CH2-CH2-NH2 1-аминопропан H2N-CH2-CH2-CH(NH2)-CH3 1,3-диаминобутан
Для смешанных аминов, содержащих алкильные и ароматические радикалы, за основу названия обычно берется название первого представителя ароматических аминов анилин.
Символ N- ставится перед названием алкильного радикала, чтобы показать, что этот радикал связан с атомом азота, а не является заместителем в бензольном кольце.
ИЗОМЕРИЯ АМИНОВ
1) углеродного скелета, начиная с С4H9NH2:
CH 3- CH - СН2- NH 2 изо-бутиламин (1-амин-2-метилпропан)
2) положения аминогруппы, начиная с С3H7NH2:
CH 3- CH - СН2-С H 3 2-аминобутан (втор-бутиламин)
3) изомерия между типами аминов – первичный, вторичный, третичный:
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОВ.
Первичные и вторичные амины образуют слабые межмолекулярные водородные связи:
Это объясняет относительно более высокую температуру кипения аминов по сравнению с алканами с близкой молекулярной массой. Например:
Третичные амины не образуют ассоциирующих водородных связей (отсутствует группа N–H). Поэтому их температуры кипения ниже, чем у изомерных первичных и вторичных аминов:
н-Гексиламин
По сравнению со спиртами алифатические амины имеют более низкие температуры кипения, т.к. в спиртах водородная связь более прочная:
При обычной температуре только низшие алифатические амины CH 3 NH 2 , (CH 3 ) 2 NH и (CH 3 ) 3 N – газы (с запахом аммиака), средние гомологи – жидкости (с резким рыбным запахом), высшие – твердые вещества без запаха.
Ароматические амины – бесцветные высококипящие жидкости или твердые вещества.
Амины способны к образованию водородных связей с водой :
Поэтому низшие амины хорошо растворимы в воде.
С увеличением числа и размеров углеводородных радикалов растворимость аминов в воде уменьшается, т.к. увеличиваются пространственные препятствия образованию водородных связей. Ароматические амины в воде практически не растворяются.
Анилин : С 6 H 5 -NH 2 – важнейший из ароматических аминов:
Он находит широкое применение в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты).
Анилин - бесцветная маслянистая жидкость с характерным запахом. На воздухе окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.
ПОЛУЧЕНИЕ АМИНОВ.
1. Первичные амины можно получить восстановлением нитросоединений.
а) Гидрирование водородом: R - NO 2 + H 2 - t R - NH 2 + H 2 O
б) Восстановление: в щелочной и нейтральной среде получаются амины:
R-NO 2 + 3(NH 4 ) 2 S R- NH 2 + 3S + 6NH 3 +2H 2 O ( реакция Зинина )
Восстановлением нитробензола получают анилин.
в) в кислой среде (железо, олово или цинк в соляной кислоте) получаются соли аминов: R - NO 2 + 3 Fe + 7 HCl [ RNH 3 + ] Cl - + 2 H 2 O + 3 FeCl 2
Амины из раствора выделяют с помощью щелочи:
[ RNH 3 + ] Cl - +КОН = H 2 O + К Cl + R - NH 2
2. Алкилирование аммиака и аминов. При взаимодействии аммиака с алкилгалогенидами происходит образование соли первичного амина, из которой действием щелочи можно выделить сам первичный амин. Этот амин способен взаимодействовать с новой порцией галогеналкана с образованием вторичного амина:
С H 3 Br + NH 3 [ CH 3 NH 3] Br -(+ KOH ) CH 3- NH 2+ KBr + H 2 O первичный амин
CH 3- NH 2 + C 2 H 5 Br [ CH 3 NH 2 + ] Br - -(+ KOH ) CH 3 - NH + KBr + H 2 O вторичный амин
Возможно дальнейшее алкилирование до третичного амина.
3.Восстановление нитрилов с образованием первичных аминов:
Этим способом в промышленности получают гексаметилендиамин, который используется в производстве полиамидного волокна найлон .
4. Взаимодействие аммиака со спиртами: R - OH + NH 3 -( t , p ) R – NH 2 + H 2 O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОВ.
Амины имеют сходное с аммиаком строение и проявляют подобные ему свойства.
Как в аммиаке, так и в аминах атом азота имеет неподеленную пару электронов:
Поэтому амины и аммиак обладают свойствами оснований.
1. Основные свойства. Будучи производными аммиака, все амины обладают основными свойствами.
Алифатические амины являются более сильными основаниями, чем аммиак, а ароматические - более слабыми.
Это объясняется тем, что радикалы СН 3 -, С 2 Н 5 - и др. проявляют положительный индуктивный (+I) эффект и увеличивают электронную плотность на атоме азота:
Это приводит к усилению основных свойств.
Фенильный радикал C 6 H 5 — проявляет отрицательный мезомерный (-М) эффект и уменьшает электронную плотность на атоме азота:
В водном растворе амины обратимо реагируют с водой, при этом среда становится слабощелочная: R - NH 2 + H 2 O ⇄ [ R - NH 3] + + OH -
2. Амины реагируют с кислотами, образуя соли: CH 3- NH 2 + H 2 SO 4 [ CH 3 NH 3] HSO 4
C оли аминов — твердые вещества без запаха, хорошо растворимые в воде, но не растворимые в органических растворителях (в отличие от аминов).
При действии щелочей на соли аминов выделяются свободные амины:
Соли аминов вступают в обменные реакции в растворе:
3. Амины способны осаждать гидроксиды тяжелых металлов из водных растворов: 2 R - NH 2 + FeCl 2 + 2 H 2 O Fe ( OH )2↓+ 2[ RNH 3] Cl
4. Горение. Амины сгорают в кислороде, образуя азот, углекислый газ и воду:
5. Реакции с азотистой кислотой.
а) Первичные алифатические амины при действии азотистой кислоты превращаются в спирты: R - NH 2 + NaNO 2 + HCl R - OH + N 2 + NaCl + H 2 O
б) Вторичные амины (алифатические и ароматические) дают нитрозосоединения — вещества с характерным запахом: R 2 NH + NaNO 2 + HCl R 2 N - N = O + NaCl + H 2 O
Особенности свойств анилина:
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу.
Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов.
- бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком.
- бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол.
Аминогруппа - заместитель 1-го рода (активирующий орто-пара-ориентант в реакциях электрофильного замещения в ароматическом ядре).
Качественная реакция на анилин: реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок ↓ ).