Конспект урока: Амины

Строение аминов. Классификация. Номенклатура

Амины относятся к азотсодержащим органическим веществам, всегда имеющим в составе азот.

Их можно представить как производные аммиака, где атомы водорода замещены на 1-3 углеродных радикала.

Классификацию аминов с примерами можно представить в виде следующей схемы (рис. 1).

Рисунок 1. Классификация аминов

Общая формула первичных аминов ${\mathrm{C}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{H}}_{2\mathrm{n}+1}-{\mathrm{NH}}_2$ или ${\mathrm{C}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{H}}_{2\mathrm{n}+3}\mathrm{N}$. Последняя формула относится ко всем аминам, не только первичным.

Ароматическим амином является фениламин, или анилин.

В молекуле анилина бензольное кольцо оттягивает на себя электронную плотность  от аминогруппы, поэтому, так же как у фенола, отрицательный заряд локализуется в орто- и пара-положениях и уменьшаются основные свойства по сравнению с предельными аминами.

Физические свойства аминов

Простейшие амины — газы с запахом аммиака (здесь опять наблюдается сходство с аммиаком), более сложные — жидкости с запахом рыбы, высшие — твёрдые нерастворимые в воде вещества. 

Температура кипения и растворимость в воде у аминов меньше, чем у соответствующих спиртов.

Анилин является маслянистой бесцветной жидкостью, плохо растворимой в воде. Ядовит. На воздухе окисляется и приобретает красно-бурую окраску.

Химические свойства аминов. Анилин

Основные свойства аминов

Амины, как и аммиак, проявляют основные свойства. Поэтому индикаторы (метилоранж, фенолфталеин, лакмус) меняют окраску в их растворах.

В реакциях наблюдается сходство аминов с аммиаком.

Поэтому подобно аммиаку они  реагируют с водой:

${\mathrm{NH}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \leftrightarrow {\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}$,   

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to [{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_3]\mathrm{OH}.$

                                  гидроксид метиламмония

Образуют соли с кислотами:

${\mathrm{NH}}_3 + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to {\mathrm{NH}}_4{\mathrm{HSO}}_4$,

                          гидросульфат аммония

$2{\mathrm{NH}}_3 + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to {\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4$,

                                          сульфат аммония

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2 + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to [{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_3]{\mathrm{HSO}}_4,$    

                                          гидросульфат метиламмония

$2{\mathrm{NH}}_3 + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to {\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4,$ 

                                            сульфат аммония

$2{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2 + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to {[{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_3]}_2{\mathrm{SO}}_4.$    

                                                 сульфат метиламмония

Соли неустойчивы,  разлагаются щелочами:

${\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4 + 2\mathrm{NaOH} \to 2{\mathrm{NH}}_3\uparrow + {\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$,

${[{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_3]}_2{\mathrm{SO}}_4 + 2\mathrm{NaOH} \to 2{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2\uparrow + {\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Анилин

Анилин как все амины проявляет основные свойства, реагируя с кислотами:

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5-{\mathrm{NH}}_2+\mathrm{HCl}\to \left[{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5-{\mathrm{NH}}_3\right]\mathrm{Cl}$.

                                     хлорид фениламмония

Только основные свойства анилина благодаря бензольному кольцу слабее, чем у предельных аминов и даже аммиака.

Таким образом, основные свойства возрастают от анилина к аммиаку, а дальше к аминам — первичным и вторичным:

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5-{\mathrm{NH}}_2 < {\mathrm{NH}}_3 < \mathrm{R}-{\mathrm{NH}}_2 < {\mathrm{R}}_1-\mathrm{NH}-{\mathrm{R}}_2$.

Наличие у анилина бензольного кольца проявляется в реакциях замещения, которые характерны для аренов. Так же как у гомологов бензола и фенола, протекать они будут в орто- и пара-положениях.

Так, при замещении трёх ионов водорода на ионы брома анилин обесцвечивает бромную воду, образуя осадок 2,4,6-триброманилина.

Образующийся бромоводород присоединяется к аминогруппе.

Горение аминов

Амины вступают в реакцию окисления с кислородом. В результате выделяется углекислый газ, вода и молекула азота. Вы помните из курса неорганической химии, что азот горит в кислороде только при очень жёстких условиях например, при электрическом разряде. Поэтому в реакциях горения азотсодержащих веществ азот выделяется в виде простого вещества:

$4{\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2 + 9{\mathrm{O}}_2 \to 4{\mathrm{CO}}_2 + 10{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + 2{\mathrm{N}}_2$.

Получение аминов

Рисунок 2. Зинин Николай Николаевич

Амины получают восстановлением нитросоединений. Схематически реакция будет выглядеть так:

 

$\mathrm{R}-{\mathrm{NO}}_2 + 6\left[\mathrm{H}\right] \stackrel{ \mathrm{t}°\mathrm{С}, \mathrm{кат}-\mathrm{Ni}}{\to } \mathrm{R}-{\mathrm{NH}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

 

Таким образом можно получить метиламин из нитрометана:

 

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NO}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2 \stackrel{\mathrm{t}°\mathrm{С}, \mathrm{кат}-\mathrm{Ni}}{\to } {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

 

Реакцию назвали реакцией Зинина, так как в XIX веке её проводил отечественный учёный Зинин Николай Николаевич для синтеза анилина из нитробензола.

Амины также получаются взаимодействием спиртов с аммиаком. В нашем примере этиламин синтезируется из этанола:

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH} + {\mathrm{NH}}_3\to {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{NH}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Амины возможно получить по реакции аммиака с галогеналканами. Например, этиламин из бромэтана:

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{Br} + 2{\mathrm{NH}}_3\to {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{NH}}_2 + {\mathrm{NH}}_4\mathrm{Br}$.

Довольно часто химические свойства различных классов химических соединений применяют для установления истинной формулы реагирующих веществ.

Решение

1. Записываем исходные данные. Необходимо указать то, что требуется найти. В данном случае необходимо установить молекулярную формулу первичного амина, поэтому запишем её в общем виде.

2. Исходя из знаний о получении одноатомных спиртов, устанавливаем, что при взаимодействии с азотистой кислотой первичного амина образуется органическое вещество — одноатомный спирт, газ азот и вода. Записываем реакцию общем виде.

3. Выбираем вещество, у которого можем вычислить количество вещества, в данном случае — азот.

4. По уравнению реакции видим, что перед амином, спиртом и азотом отсутствуют коэффициенты, значит, количество вещества азота равно количеству вещества амина и спирта. Так как отсутствуют данные об амине, мы можем рассчитать молярную массу спирта.

5. Определим число атомов углерода в молекуле спирта.

6. В результате вычислений нашли «х», который показывает число атомов углерода в молекуле спирта. Из уравнения видим, что число атомов углерода в спирте равно числу атомов углерода в амине. Установим формулу амина и запишем ответ.

Применение аминов

Амины встречаются в природе. Они имеют запах испорченной рыбы. Применяют амины для синтеза лекарств, пластмасс. 

Наибольшее распространение из аминов получил анилин. Он идёт на производство красителей, взрывчатых веществ, фотоматериалов, лекарственных препаратов.

Ответы

Упражнение 1

Упражнение 2

Ответ: ${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{NH}}_2$.

Упражнение 3

 этанол → бромэтан → этиламин → хлорид этиламмония

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH} + \mathrm{HBr} \to {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{Br} + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{Br} + 2{\mathrm{NH}}_3 \to {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{NH}}_2 +{\mathrm{NH}}_4\mathrm{Br}$

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{NH}}_2 + \mathrm{HCl} \to {\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{NH}}_3\mathrm{Cl}$