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: $C_{n} H_{2 n + 1} - NH_{2}$ или $C_{n} H_{2 n + 3} N$. 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:

$NH_{3} + H_{2} O \leftrightarrow NH_{4} OH$,   

$CH_{3} - NH_{2} + H_{2} O \rightarrow [ CH_{3} - NH_{3} \left]\right. OH .$

                                  гидроксид метиламмония

Образуют соли с кислотами:

$NH_{3} + H_{2} SO_{4} \rightarrow NH_{4} HSO_{4}$,

                          гидросульфат аммония

$2 NH_{3} + H_{2} SO_{4} \rightarrow \left( NH_{4} \right)_{2} SO_{4}$,

                                          сульфат аммония

$CH_{3} - NH_{2} + H_{2} SO_{4} \rightarrow [ CH_{3} - NH_{3} \left]\right. HSO_{4} ,$    

                                          гидросульфат метиламмония

$2 CH_{3} - NH_{2} + H_{2} SO_{4} \rightarrow \left[ CH_{3} - NH_{3} \right]_{2} SO_{4} .$    

                                                 сульфат метиламмония

Соли неустойчивы, разлагаются щелочами:

$\left( NH_{4} \right)_{2} SO_{4} + 2 NaOH \rightarrow 2 NH_{3} \uparrow + Na_{2} SO_{4} + 2 H_{2} O$,

$\left[ CH_{3} - NH_{3} \right]_{2} SO_{4} + 2 NaOH \rightarrow 2 CH_{3} - NH_{2} \uparrow + Na_{2} SO_{4} + 2 H_{2} O .$

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

$CH_{3} NH_{2} + HNO_{2} \rightarrow CH_{3} OH + N_{2} + H_{2} O$.

Анилин

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

$C_{6} H_{5} - NH_{2} + HCl \rightarrow \left[C_{6} H_{5} - NH_{3}\right] Cl$.

                                     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:

$C_{6} H_{5} - NH_{2} < NH_{3} < R - NH_{2} < R_{1} - NH - R_{2}$.

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:

$4 CH_{3} - NH_{2} + 9 O_{2} \rightarrow 4 CO_{2} + 10 H_{2} O + 2 N_{2}$.

Получение аминов

Рис. 2. Николай Николаевич Зинин

Амины получают восстановлением нитросоединений. Схематически реакция будет выглядеть так:

$R-NO_2+6[H\left]\right.\overset{t^\circ C,\text{кат}-Ni}{\rightarrow}R-NH_2+2H_2O.$

Таким образом можно получить метиламин из нитрометана:

 $CH_3-NO_2+3H_2\overset{t^\circ C,\text{кат}-Ni}{\rightarrow}CH_3-NH_2+2H_2O.$

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:

$CH_{3} - CH_{2} - OH + NH_{3} \rightarrow CH_{3} - CH_{2} - NH_{2} + H_{2} O$.

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

$CH_{3} - CH_{2} - Br + 2 NH_{3} \rightarrow CH_{3} - CH_{2} - NH_{2} + NH_{4} Br$.

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 $C$ 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: $CH_{3} - NH_{2}$.

Упражнение 3

этанол → бромэтан → этиламин → хлорид этиламмония

$CH_{3} - CH_{2} - OH + HBr \rightarrow CH_{3} - CH_{2} - Br + H_{2} O$

$CH_{3} - CH_{2} - Br + 2 NH_{3} \rightarrow CH_{3} - CH_{2} - NH_{2} + NH_{4} Br$

$CH_{3} - CH_{2} - NH_{2} + HCl \rightarrow CH_{3} - CH_{2} - NH_{3} Cl$