Амины.
Амины - производные аммиака, у которых один, два или все три атома водорода замещены на радикалы.
Классификация аминов : амины классифицируются по двум признакам:
1) по числу радикалов, замещающих атом водорода в аммиаке амины подразделяются на:
-первичные :
-вторичные :
-третичные :
2) по характеру радикалов, связанных с атомом азота, амины подразделяются на :
- алифатические . Алифатическими аминами называются такие амины, радикалами в которых являются остатки алканов, алкенов, алкадиенов, но не аренов:
пропиламин 2-пропениламин 2-пропиниламин
К алифатическим относятся также амины, имеющие в своей структуре ароматические фрагменты, если они отделены от атома азота по крайней мере одной группой - СН 2 -, например, бензиламин:
- ароматические . Ароматическими считаются только такие амины, у которых атом азота непосредственно связан с ароматическим ядром, например:
- жирноароматические : в этих аминах, если они третичные, атом азота соединён с одним алифатическим и с двумя ароматическими радикалами или, наоборот, с одним ароматическим и двумя алифатическими радикалами, например:
Если жирноароматический амин вторичный, то у него один радикал алифатический, а другой ароматический, например:
Изомерия и номенклатура алифатических аминов
Чтобы назвать алифатический амин по номенклатуре ИЮПАК нужно выбрать самую длинную цепь из атомов углерода, контактирующую с аминогруппой. Пронумеровать цепь с той стороны, к которой ближе находится аминогруппа. Затем указать номер атома, связанного с атомом азота, и через дефис написать «амино». После этого указать номера атомов главной цепи и названия углеводордных радикалов, связанных с ними. В конце слитно с названием последнего из радикалов дать название алкана, соответствующего главной цепи.
По рациональной номенклатуре называют сначала по мере усложнения радикалы, связанные с азотом, а затем приписывают слитно слово «амин». Ниже в таблице представлены примеры названий для аминов с формулой С 5 Н 13 N
| ИЮПАК | Рациональная | |
 | 1-аминопентан | амиламин |
 | 2-аминопентан | 1-метилбутиламин |
 | 3-аминопентан | 1-этилпропиламин |
 | 1-амино-2-метилбутан | 2-метилбутиламин |
 | 2-амино-2метилбутан | Трет -амиламин |
 | 2-амино-3-метилбутан | 1,2-диметилпропиламин |
 | 1-амино-3-метилбутан | Изоамиламин |
 | 1-амино-2,2-диметилпропан | Неопентиламин |
 | 1-(N-метил)аминобутан | Метилбутиламин |
 | 2-(N-метил)аминобутан | Метил-втор -бутиламин |
 | 1-(N-метил)амино-2-метилпропан | Метилизобутиламин |
| 2-(N-метил)амино-2-метилпропан | Метил-трет.-бутиламин | |
 | 1-(N-метил- N -этил)аминоэтан | Метилдиэтиламин |
 | 1-(N,N-диметил)аминопропан | Диметилпропиламин |
 | 2-(N,N-диметил)аминопропан | Диметилизопропиламин |
Способы получения аминов.
Получение аминов из других азотсодержащих соединений.
Из нитросоединений амины могут быть получены путём их гидрирования водородом на катализаторе – никеле Ренея. Этот катализатор получают выщелачиванием алюминия из его сплава с никелем по реакции:
1-нитропропан 1-аминопропан
Аналогичным образом первичные амины могут быть получены из нитрозосоединений:
2-нитрозобутан 2-аминобутан
Амины могут быть получены также из оксимов . Сами оксимы легко получаются из альдегидов или кетонов путём их реакции с гидроксиламином:
пропаналь гидроксиламин оксим пропаналя
При гидрировании оксимов происходит разрыв связи N – O и получаются амин (всегда первичный) и вода:
оксим пропаналя пропиламин
Первичные амины могут быть получены также из гидразонов , которые в свою очередь получаются при действии гидразина на альдегиды или кетоны
бутанон гидразин гидразон бутанона
При гидрированиигидразонов происходит разрыв связи N – N и получаются амин (всегда первичный) и аммиак:
2-аминобутан
Из амидов карбоновых кислот такжеможно получитьамины, причём не только первичные, но из алкиламидов – вторичные и из диалкиламидов – третичные амины.
Сначала из карбоновых кислот действием аммиака получают аммонийые соли ,например:
пропионовая кислота пропионат аммония
При нагревании аммонийной соли выше 100 о С выделяется вода в виде пара и образуется амид:
пропионат аммония амид пропионовой кислоты
Гидрирование амидов на катализаторах платиновой группы приводит к получению первичных аминов и воды:
пропиоамид пропиламин
Если вместо аммиака в первую из приведённых выше реакций взять первичный амин , то после гидрирования амида получится вторичный амин :
уксусная кислота 1-аминопропан ацетат пропиламмония
пропиламид уксусной кислоты
Этилпропиламин – вторичный амин
Если же вместо аммиака в первую из трёх этих реакций взять вторичный амин , то после гидрирования амида получится третичный амин :
3-метилбутановая кислота метилизобутиламин
Первичные и вторичные амины реагируют с галогенангидридами, ангидридами и сложными эфирами карбоновых кислот с образованием амидов. Все эти реакции надо классифицировать как нуклеофильное замещение у карбонильного sp 2 -гибридного атома углерода, их механизм и применение в синтезе амидов рассмотрено в главе 18.
21.6.3.Взаимодействие первичных и вторичных аминов с карбонильными соединениями. Получение иминов и енаминов,
Альдегиды и кетоны в реакции с первичными и вторичными аминами образуют соответственно имины и енамины (см. главу 16).
Эти реакции следует рассматривать как нуклеофильное присоединение по карбонильной группе.
21.6.4.Взаимодействие аминов с сульфонилгалогенидами. Тест Хинсберга
Первичные и вторичные амины реагируют с сульфонилгалогенидами с образованием сульфамидов.
Механизм образования сульфамидов аналогичен получению амидов из ацилгалогенидов и аминов. Получение сульфамидов лежит в основе универсального теста на первичные, вторичные и третичные амины. Этот простой и очень доступный метод распознавания аминов был предложен в 1890 году Хинсбергом и носит название теста Хинсберга. Смесь исследуемого амина и бензолсульфохлорида С 6 Н 5 SО 2 Сl или п -толуолсульфохлорида встряхивают с избытком холодного водного раствора гидроксида натрия. Через 10-15 минут смесь подкисляют до ярко выраженной кислой реакции. Первичные, вторичные и третичные амины по-разному ведут себя в этом двухстадийном процессе. Первичные амины при взаимодействии с бензолсульфохлоридом дают N-замещенные сульфамиды, которые содержат при атоме азота достаточно "кислый" атом водорода, и растворяются в водной щелочи с образованием гомогенного раствора натриевой соли сульфамида. При подкислении из этого раствора в осадок выпадает нерастворимый в воде N-замещенный сульфамид.
Вторичные амины реагируют с бензолсульфохлоридом в водном растворе щелочи с образованием N,N-дизамещенного сульфамида. Он нерастворим в водной щелочи, т.к. не содержит кислого атома водорода при азоте. Подкисление реакционной смеси в этом случае не вызывает никаких внешних изменений - N,N-дизамещенный сульфамид остается в виде осадка.
Нерастворимый в воде третичный амин не претерпевает изменений при обработке водным раствором щелочи, образующийся первоначально ионнный N-бензолсульфонил-N,N-триалкиламмонийхлорид расщепляется под действием гидроксид-иона до бензолсульфоната натрия и третичного амина:
При подкислении реакционной смеси третичный амин растворяется вследствие образования растворимой в воде соли
Сульфамиды нашли применение в химиотерапии после того, как в 1935 году было обнаружено, что амид сульфаниловой кислоты п -NН 2 С 6 Н 4 SО 2 NН 2 обладает сильным антистрептококковым действием. Это исключительно важное для современной медицины и химиотерапии открытие было сделано совершенно случайно. История его вкратце такова. Дочь одного из сотрудников крупной фирмы, производящей азокрасители, в результате булавочного укола внесла стрептококковую инфекцию. Она была уже практически обречена, когда отец наудачу рискнул дать ей дозу пронтозила - одного из красителей, выпускаемых его фирмой. Ранее пронтозил был с успехом испытан на мышах, где он подавлял рост стрептококков. Спустя короткое время девочка полностью оправилась от болезни, что побудило Э.Фурно в Пастеровском институте в Париже заняться решением этой чудодейственной проблемы. Фурно обнаружил,что в организме человека пронтозил, получивший название красный стрептоцид, расщепляется ферментами до п -аминобензолсульфамида, который и является истинным действующим началом против различных стрептококков, пневмококков и гонококков. Амид сулъфаниловой кислоты получил название лекарственного препарата белый стрептоцид.
Это открытие вызвало лавинообразный поток исследований активности различных пара -аминобензолсульфаниламидов, различающихся лишь природой заместителя Х в п -NН 2 С 6 Н 4 SО 2 NНХ. Из примерно десяти тысяч таких производных, полученных синтетическим путем, в медицинскую практику вошло менее тридцати. Среди них хорошо знакомые по своим торговым названиям лекарственные препараты сульфидин, норсульфазол, сульфадимезин, этазол, сульфадиметоксин, фталазол и др. Некоторые из них были получены до Второй мировой войны и спасли жизнь сотен тысяч людей, подвергшихся воспалительным процессам, вызванным пневмококками и стрептококками после ранения. Ниже приведены некоторые из современных сульфамидных препаратов.
Сульфамидные препараты получают по следующей типовой схеме:
Все эти препараты подобно "чудесной пуле" (термин введен основоположником химиотерапии П.Эрлихом) метко поражают бактерии и не наносят вреда живым клеткам.
Хотя механизм действия лекарственных препаратов в большинстве случаев детально неизвестен, сульфаниламид представляет редкое исключение. Сульфаниламид убивает бактерии, включаясь в биосинтез фолиевой кислоты. Синтез фолиевой кислоты чрезвычайно важен для жизнедеятельности бактерий. Животные клетки сами не способны синтезировать фолиевую кислоту, однако она является необходимым компонентом в их "рационе". Вот почему сульфаниламид токсичен для бактерий, но не для человека.
Фолиевую кислоту можно представить состоящей из трех фрагментов - производного птеридина, молекулы пара -аминобензойной кислоты и глутаминовой кислоты (весьма распространенной аминокислоты). Сульфаниламид мешает биосинтезу фолиевой кислоты, конкурируя с пара -аминобензойной кислотой за включение в молекулу фолиевой кислоты. По своей структуре и размерам сульфаниламид и п -аминобензойная кислота очень близки (рис.21.1), что позволяет молекуле сульфаниламида "ввести в заблуждение" ферменты, отвечающие за связывание всех трех частей молекулы фолиевой кислоты. Таким образом, сульфаниламид занимает место пара -аминобензойной кислоты в "ложной" молекуле фолиевой кислоты, которая не способна выполнять жизненные функции истинной фолиевой кислоты внутри бактерии. В этом и заключается секрет противобакте-риальной активности сульфаниламида и его структурных аналогов.
Рис. 21.1. Структурное подобие пара -аминобензойной кислоты и сульфаниламида
Открытие механизма действия сульфаниламида привело к открытию многих других новых антиметаболитов. Одним из них является метотрексат, обладающий ярко выраженной противоопухолевой активностью. Нетрудно заметить его близкую структурную аналогию с фолиевой кислотой.
Аммонолиз галогеналканов
2.Аммонолиз спиртов
Синтез Габриэля
Восстановительное аминирование карбонильных соединений
Многие карбонильные соединения превращаются в амины в процессе восстановления в присутствии аммиака. Восстановление осуществляется либо каталитическим гидрированием, либо с помощью цианборгидрида натрия NaBH 3 CN. Механизм этой реакции включает две важные стадии: образование имина и восстановление имина в амин:
Если вместо аммиака использовать первичный амин, то продуктом реакции будет вторичный амин.
Химические свойства аминов
Химические свойства аминов определяются наличием и характером (первичная, вторичная, третичная) аминогруппы.
Реакции аминов с кислотами
Амины, подобно аммиаку, являются основаниями. Они реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей:
R-NH 2 + HCl → R-NH 3 + Cl -
Эти соли при взаимодействии с водными растворами оснований выделяют амины.
В водных растворах амины подобно аммиаку существуют в виде гидратов:
СН 3 NH 3 + OH - (СН 3) 2 NH 2 + OH - (СН 3) 3 NH + OH -
Основность аминов определяется легкостью, с которой амин отщепляет протон от воды. Константа равновесия этой реакции называется константой основности К b амина:
Увеличение К b означает повышение основности (см. табл. 26.1).
Таблица 26.1
Константы основности аммиака и некоторых аминов
Как видно из этого примера, замена атомов водорода на алкильные группы увеличивает основность азота. Это согласуется с электронодонорной природой алкильных групп, стабилизирующих сопряженную кислоту амина R 3 NH + и тем самым повышающим его основность. Дополнительная стабилизация сопряженной кислоты амина происходит за счет эффекта сольватации молекулами растворителя. Триэтиламин обладает несколько меньшей основностью, чем диэтиламин. Полагают, что это вызвано уменьшением эффекта сольватации. Поскольку пространство вокруг атома азота занято алкильными группами, стабилизация на нем положительного заряда молекулами растворителя затруднена. В газовой фазе, где нет влияния молекул растворителя, триэтиламин обладает большей основностью, чем диэтиламин.
Образование изонитрилов
Первичные алифатические амины образуют изонитрилы при слабом нагревании с хлороформом в присутствии концентрированного раствора щелочи:
Отдельные представители
Все амины ядовиты и являются кровяными ядами. Особенно опасны их N-нитрозопроизводные.
Метиламин применяется в производстве инсектицидов, фунгицидов, ускорителей вулканизации, поверхностно-активных веществ, красителей, ракетных топлив, растворителей.
Некоторые амины применяются как селективные растворители для извлечения урана из сернокислых растворов. Амины, обладающие запахом рыбы, используются как приманка в борьбе с полевыми грызунами.
В последние годы третичные амины и соли четвертичных аммониевых оснований получили широкое распространение в качестве катализаторов межфазного переноса в органическом синтезе.
Лекция №27. АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫ
Ароматические амины. Классификация, изомерия. Номенклатура, Способыполучения: из нитросоединений (реакция Зинина) и арилгалогенидов. Получение вторичных и третичныхаминов.
Химические свойства. Влияние бензольного кольца и заместителей в нем на основность. Реакции алкилирования и ацилирования. Основания Шиффа. Реакции первичных, вторичных и третичных аминов с азотистой кислотой. Реакции электрофильного замещения у ароматическихаминов. Особенности этой реакции. Анилин, п-толуидин, N,N-диметиламин. Способы получения, применение.
Ароматические амины могут быть первичными ArNН 2 (анилин, толуидины),вторичными Ar 2 NH (дифениламин), и третичными Ar 3 N (трифениламин), а также жирноароматическими ArN(СН 3) 2 (N,N-диметиланилин).
Третичные амины
Третичные ароматические амины получают алкилированием или арилированием первичных или вторичных аминов:
C 6 H 5 -NH 2 + 2 CH 3 OH → C 6 H 5 -N(CH 3) 2 + 2 H 2 O
Менее доступные третичные ароматические амины получают нагреванием вторичных аминов с арилиодидами в присутствии медного порошка:
(C 6 H 5) 2 NH + C 6 H 5 I → (C 6 H 5) 3 N + HI
Химические свойства ароматических аминов
Ароматические амины имеют менее выраженный основный характер, чем алифатические. Так, К b метиламина составляет 4,5·10 -4 , тогда как для анилина 3,8∙10 -10 . Уменьшение основности анилина по сравнению с алифатическими аминами объясняется взаимодействием неподеленной пары электронов азота с электронами ароматического ядра - их сопряжением. Сопряжение уменьшает способность неподеленной электронной пары присоединять протон.
Присутствие электроноакцепторных групп в ядре уменьшает основность. Например, константа основности для о-, м- и п -нитроанилинов составляет соответственно 1∙10 -14 , 4∙10 -12 и 1∙10 -12 . Ведение второго ароматического ядра также заметно уменьшает основность (для дифениламина ~7,6∙10 -14). Дифениламин образует сильно гидролизующиеся в растворах соли только с сильными кислотами. Трифениламин основными свойствами практически не обладает.
С другой стороны, введение алкильных групп (электронодонорные группы) увеличивает основность (К b N-метиланилина и N,N-диметиланилина равны соответственно 7,1∙10 -10 и 1,1∙10 -9)
Способы получения алифатических аминов
Аммонолиз галогеналканов
При нагревании галогеналканов со спиртовым раствором аммиака в запаянных трубках образуется смесь продуктов. При взаимодействии аммиака с галогеналканами образуются первичные алкиламины. Моноалкиламины являются более сильными нуклеофилами, чем аммиак; они будут легко реагировать с галогеналканом, давая значительные количества вторичных и третичных аминов и даже четвертичные соли аммония:
Аммонолиз галогенпроизводных относится к реакциям нуклеофильного замещения. В частности, реакция СН 3 СН 2 Сl с NН 3 протекает по механизму S N 2:
Как было отмечено выше, в результате реакции образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов, а также четвертичные аммонийные соли, поэтому первичные амины обычно получают другими способами.
2.Аммонолиз спиртов
Реакция состоит в замещении атомов водорода в аммиаке или амине на алкильные группы. Это важнейший способ синтеза первичных аминов:
Аммонолиз спиртов реализован в значительных масштабах для синтеза низших алифатических аминов (метил- и этиламины). Они применяются в качестве топлива для жидкостных ракетных двигателей и как промежуточные продукты органического синтеза (получение других аминов, диметилгидразина, анионообменных смол и анионоактивных веществ, пестицидов, карбаматов и дитиокарбаматов).
Синтез Габриэля
Синтез Габриэля позволяет получать первичные амины, свободные от более высокоалкилированных продуктов. Алкилирование фталимидакалия по механизму S N 2 дает N-алкилфталимид, который можно легко гидролизовать до соответствующего амина:
Фталимид получают при нагревании фталевого ангидрида с аммиаком:
Фталимид обладает кислотными свойствами из-за делокализации отрицательного заряда имид-аниона на двух ацильных атомах кислорода Он теряет протон, связанный с азотом, при взаимодействии с основанием типа гидроксида калия. В результате этой реакции образуется фталимид-ион - анион, который стабилизируется:
Некоторые первичные алифатические амины получают восстановлением нитроалканов.
Метиламины и этиламины получают, пропуская смесь спирта и аммиака под давлением над поверхностью катализатора, например оксида алюминия:
Алифатические амины тоже получают с помощью реакций между галогеноалканами и аммиаком.
Фениламин получают восстановлением нитробензола.
Применения
Красители и пигменты. Использование природных красителей, как, например, индиго, было известно еще за 3000 лет до нашей эры. В Европе красильная отрасль текстильной промышленности начала развиваться в XVI в. с применения индиго. В 1856 г. английский химик Вильям Генри Перкин открыл краситель анилиновый лиловый.
В это время Перкин занимался исследованием фениламина (анилина). Это соединение представляет собой производное каменноугольной смолы. Впоследствии Перкин создал предприятие для получения этого вещества. Первый природный краситель, который стали получать синтетическим путем, был ализарин. Этот краситель содержится в природном веществе кошенили и был впервые получен в 1868 г. В 1880 г. удалось синтезировать индиго.
Красителями называются вещества, химически связывающиеся с материалом, который они окрашивают. В отличие от них пигменты химически не связываются с материалом, который они окрашивают. Многие органические красители и пигменты содержат аминогруппы или являются производными азобензола:
Красители иногда подразделяют по их химическому строению. Например, красители прямой зеленый В и метиловый оранжевый (табл. 19.20) являются примерами азокрасителей. Ализарин представляет собой антрахиноновый краситель. Красители со структурой индиго называются индигоидными красителями. Анилиновый лиловый представляет собой оксазиновый краситель, а кристаллический фиолетовый - ароматическое соединение триарилметан. Существуют и другие разновидности красителей. Но чаще красители подразделяют по способу крашения тканей.
Кубовые красители. Эти красители характеризуются очень быстрым действием. Краситель считается быстрым, если на него не влияют условия применения, например температура, влажность и действие света. Кубовые красители нерастворимы в воде. Перед крашением ткани их восстанавливают в кубовом растворе с целью превращения в водорастворимую форму. Затем осуществляется крашение ткани, после чего ее подвергают действию воздуха или какого-нибудь окислителя. В результате окисления краситель снова превращается в нерастворимую форму. Примером кубовых красителей является индиго. Он используется для крашения хлопчатобумажных тканей. В
Таблица 19.20. Примеры органических красителей
(см. скан)
последнее время производство индиго резко возросло в связи с тем, что его используют для крашения тканей, из которых шьют синие джинсы.
Протравные красители. Применение этих красителей требует предварительной обработки тканей какой-либо протравой, например квасцами, без чего такие красители не адсорбируются волокном. Примером протравных красителей является ализарин.
Прямые красители. Эти красители не требуют предварительной обработки волокна протравами. Примером таких красителей является прямой зеленый В.
Дисперсные красители. Эти красители нерастворимы в воде. Они применяются в виде тонких (почти коллоидных) водных дисперсий. Примером таких красителей является дисперсный красный-9. Дисперсные красители используются для крашения полиэфирных волокон.
Кислотные (анионные) красители. Эти красители обычно представляют собой натриевые соли сульфоновых кислот. Они используются для крашения найлона, шерсти и шелка. В качестве примера укажем метиловый оранжевый.
Основные (катионные) красители. Эти красители обычно содержат четвертичную аммониевую группу. Они используются для крашения хлопчатобумажного, шелкового и полиакрилонитрилового волокна. Примером подобных красителей является кристаллический фиолетовый.
Стабилизаторы. Амины применяются также в качестве стабилизаторов. Стабилизаторами называются соединения, которые препятствуют порче различных веществ либо замедляют ее. Стабилизаторы широко применяются в нефтехимической, пищевой, косметической и полимерной промышленности. Поскольку порча практически полезных веществ обычно связана с их окислением, стабилизаторы обычно называют антиоксидантами (антиокислителями).
Свойствами антиоксидантов обладают ароматические амины, например N-фенил-нафтил-1-амин. Его используют для стабилизации синтетических каучуков, применяемых, например, для изготовления автомобильных шин; концентрация этого антиоксиданта в стабилизируемых каучуках составляет от 0,5 до 2%. Стоимость N-фенилнафтил-1-амина невысока благодаря простоте его получения:
Продукты тонкого и основного органического синтеза. Красители и антиоксиданты являются продуктами тонкого органического синтеза. Такие продукты производятся в сравнительно малых количествах, обычно не превышающих десятков или сотен тысяч тонн в год. К продуктам тонкого органического синтеза относятся также пестициды, фармацевтические препараты и фотореактивы. Продукты основного органического синтеза производят в очень больших количествах, которые измеряются миллионами тонн в год. Примерами продуктов основного органического синтеза являются уксусная кислота и этилен.
Лекарственные препараты. Амины широко применяются в фармацевтической промышленности. Примером являются антигистаминные препараты. Гистамин - это природное соединение, которое обнаруживается почти во всех тканях человеческого организма:
Таблица 19.21. Антигистамины
Гистамин усиленно выделяется в организме при таких аллергических состояниях, как, например, сенная лихорадка. Для облегчения подобных аллергических реакций применяются антигистаминные средства. Некоторые из них указаны в табл. 19.21.
Таблица 19.22. Примеры аминов, используемых как лекарственные средства
Амины и их производные применяются также в качестве транквилизаторов, анальгетиков и бактерицидных средств. Кроме того, их применяют для лечения некоторых тропических заболеваний, например трипаносомоза (сонной болезни) и малярии. В табл. 19.22 приведены три примера таких лекарственных средств.
Другие применения. Пестициды. Амины используются в качестве сырья для получения некоторых пестицидов. Например, токсичное соединение метилизоцианат, которое используют для получения пестицидов (см. предисловие к данной главе), получают из метиламина и другого очень токсичного соединения - фосгена:
Пластики. Амины используются в производстве таких пластиков, как найлон и полиуретан (см. гл. 20).
Итак, повторим еще раз!
1. Типичные реакции аминов и солей диазония:
Реакции с азотистой кислотой HONO:
Соли диазония
Так как амины, являясь производными аммиака, имеют сходное с ним строение (т.е. имеют неподеленную пару электронов в атоме азота), то они и проявляют подобные ему свойства. Т.е. амины, как и аммиак, являются основаниями, так как атом азота может предоставлять электронную пару для образования связи с электроннедостаточными частицами по донорно-акцепторному механизму (соответствие определению основности по Льюису).
I. Свойства аминов как оснований (акцепторов протонов)
1. Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию, т.к. при их взаимодействии с водой образуются гидроксиды алкиламмония, аналогичные гидроксиду аммония:
CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH 3 + + OH −
Анилин с водой практически не реагирует.
Водные растворы имеют щелочной характер:
Связь протона с амином, как и с аммиаком, образуется по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной электронной пары атома азота.
Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак, т.к. алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на атоме азота за счет +I -эффекта. По этой причине электронная пара атома азота удерживается менее прочно и легче взаимодействует с протоном.
2. Взаимодействуя с кислотами, амины образуют соли:
C 6 H 5 NH 2 + HCl → (C 6 H 5 NH 3)Cl
хлорид фениламмония
2CH 3 NH 2 + H 2 SO 4 → (CH 3 NH 3) 2 SO 4
сульфат метиламмония
Соли аминов – твердые вещества, хорошо растворимые в воде и плохо растворимы в неполярных жидкостях. При реакции с щелочами выделяются свободные амины:
Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с π-электронами ароматического ядра, что уменьшает электронную плотность на атоме азота (-М-эффект). Напротив, алкильная группа является хорошим донором электронной плотности (+I-эффект)..
или 
Уменьшение электронной плотности на атоме азота приводит к снижению способности отщеплять протоны от слабых кислот. Поэтому анилин взаимодействует лишь с сильными кислотами (HCl, H 2 SO 4), а его водный раствор не окрашивает лакмус в синий цвет.
У атома азота в молекулах аминов есть неподеленная пара электронов, которая может участвовать в образовании связи по донорно-акцепторному механизму.
анилин аммиак первичный амин вторичный амин третичный амин
электронная плотность на атоме азота возрастает.
Из-за наличия в молекулах неподеленной пары электронов амины, как и аммиак, проявляют основные свойства.
анилин аммиак первичный амин вторичный амин
основные свойства усиливаются, из-за влияния типа и числа радикалов.
C 6 H 5 NH 2 < NH 3 < RNH 2 < R 2 NH < R 3 N (в газовой фазе)
II. Окисление аминов
Амины, особенно ароматические, легко окисляются на воздухе. В отличие от аммиака, они способны воспламеняться от открытого пламени. Ароматические амины самопроизвольно окисляются на воздухе. Так, анилин быстро буреет на воздухе вследствие окисления.
4СH 3 NH 2 + 9O 2 → 4CO 2 + 10H 2 O + 2N 2
4C 6 H 5 NH 2 + 31O 2 → 24CO 2 + 14H 2 O + 2N 2
III. Взаимодействие с азотистой кислотой
Азотистая кислота HNO 2 – неустойчивое соединение. Поэтому она используется только в момент выделения. Образуется HNO 2 , как все слабые кислоты, действием на ее соль (нитрит) сильной кислотой:
KNO 2 + HCl → НNO 2 + KCl
или NO 2 − + H + → НNO 2
Строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различения первичных, вторичных и третичных аминов.
· Первичные алифатические амины c HNO 2 образуют спирты:
R-NH 2 + HNO 2 → R-OH + N 2 + H 2 O
- Огромное значение имеет реакция диазотирования первичных ароматических аминов под действием азотистой кислоты, получаемой по реакции нитрита натрия с соляной кислотой. А в последствии образуется фенол:
· Вторичные амины (алифатические и ароматические) под действием HNO 2 превращаются в N-нитрозопроизводные (вещества с характерным запахом):
R 2 NH + H-O-N=O → R 2 N-N=O + H 2 O
алкилнитрозамин
· Реакция с третичными аминами приводит к образованию неустойчивых солей и не имеет практического значения.
IV. Особые свойства:
1. Образование комплексных соединений с переходными металлами:
2. Присоединение алкилгалогенидов Амины присоединяют галогеналканы с образованием соли:
Обрабатывая получившуюся соль щелочью, можно получить свободный амин:
V. Ароматическое электрофильное замещение в ароматических аминах (реакция анилина с бромной водой или с азотной кислотой):
В ароматических аминах аминогруппа облегчает замещение в орто- и пара-положениях бензольного кольца. Поэтому галогенирование анилина происходит быстро и в отсутствие катализаторов, причем замещаются сразу три атома водорода бензольного кольца, и выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина:
Эта реакция бромной водой используется как качественная реакция на анилин.
В этих реакциях (бромирование и нитрование) преимущественно образуются орто - и пара -производные.
4. Способы получения аминов.
1. Реакция Гофмана . Один из первых методов получения первичных аминов − алкилирование аммиака алкилгалогенидами:
Это не самый лучший метод, так как в результате получается смесь аминов всех степеней замещения:
и т.д. Алкилирующими агентами могут выступать не только алкилгалогениды, но и спирты. Для этого смесь аммиака и спирта пропускают над оксидом алюминия при высокой температуре.
2. Реакция Зинина - удобный способ получения ароматических аминов при восстановлении ароматических нитросоединений. В качестве восстановителей используются: H 2 (на катализаторе). Иногда водород генерируют непосредственно в момент реакции, для чего обрабатывают металлы (цинк, железо) разбавленной кислотой.
2HCl + Fe (стружка) → FeCl 2 + 2H
C 6 H 5 NO 2 + 6[H] C 6 H 5 NH 2 + 2H 2 O.
В промышленности эта реакция протекает при нагревании нитробензола с водяным паром в присутствии железа. В лаборатории водород "в момент выделения" образуется по реакции цинка со щелочью или железа с соляной кислотой. В последнем случае образуется хлорид анилиния.
3. Восстановление нитрилов. Используют LiAlH 4:
4. Ферментатичное декарбоксилирование аминокислот:
5. Применение аминов.
Амины применяются в фармацевтической промышленности и органическом синтезе (CH 3 NH 2 , (CH 3) 2 NH, (C 2 H 5) 2 NH и др.); при производстве найлона (NH 2 -(CH 2) 6 -NH 2 − гексаметилендиамин); в качестве сырья для производства красителей и пластмасс (анилин), а также пестицидов.
Список используемых источников:
- О.С. Габриелян и др. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учрждений; Дрофа, Москва, 2005г.;
- «Репетитор по химии» под редакцией А. С. Егорова; «Феникс», Ростов-на-Дону, 2006г;
- Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. Химия 10 кл. М., Просвещение, 2001;
- https://www.calc.ru/Aminy-Svoystva-Aminov.html
- http://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=144
- http://www.chemel.ru/2008-05-24-19-21-00/2008-06-01-16-50-05/193-2008-06-30-20-47-29.html
- http://cnit.ssau.ru/organics/chem5/n232.htm