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 углеводородных радикала.

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

Рис. 1. Классификация аминов

В зависимости от числа углеводородных радикалов, замещающих атомы водорода в молекуле NH₃, амины делятся на первичные (один радикал — RNH₂), вторичные (два радикала — R₂NH) и третичные (три радикала — R₃N). 

При этом радикалы могут быть как одинаковыми, так и различными. Соответственно, и аминогруппа может быть первичной (-NH₂), вторичной (-NH-) и третичной (>N-). 

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 к первичным.

Существуют также амины, содержащие несколько аминогрупп (например, NH₂-CH₂-CH₂-NH₂ — этилдиамин). Однако при нахождении двух аминогрупп у одного С-атома соединение обычно неустойчиво. 

Названия аминов строятся исходя из названий углеводородных радикалов, к которым добавляется «амин». 

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

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

                                                 сульфат метиламмония

Соли неустойчивы, разлагаются щелочами:

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

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

Исключением является азотистая кислота ${\mathbf{HNO}}_{\mathbf{2}}$. Она не образует с аминами солей, а позволяет получить из первичных аминов спирты:

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

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

Рис. 2. Николай Николаевич Зинин

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 Николай Николаевич Зинин 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. Обозначаем условия задачи в виде «Дано» и «Найти». 

2. Записываем в общем виде реакцию взаимодействия первичного амина с азотистой кислотой. 

3. В результате реакции образовался азот, объём которого — 2,24 л. Вычисляем его количество и соотносим это значение с количеством органического вещества (спирта). 

4. Рассчитываем молярную массу спирта и определяем количество атомов углерода.

5. Количество атомов $\mathrm{C}$ в амине и спирте совпадает, поэтому устанавливаем формулу амина и записываем ответ. 

Применение аминов

Амины встречаются в природе и часто являются побочными продуктами гниения.

Амины находят применение в различных областях: промышленности, сельском хозяйстве, фармацевтике, производстве косметики.

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

Упражнение 1

Упражнение 2

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

Упражнение 3

этанол → бромэтан → этиламин → хлорид этиламмония

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

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

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