Utilizarea aminelor și a anilinei. Proprietățile chimice ale aminelor. Bazicitatea aminelor (Zagorsky V.V.). Proprietățile chimice ale aminoacizilor
Amine- sunt compusi organici in care atomul de hidrogen (poate mai multi) este inlocuit cu un radical de hidrocarburi. Toate aminele sunt împărțite în:
- amine primare;
- amine secundare;
- amine terțiare.
Există, de asemenea, analogi ai sărurilor de amoniu - săruri cuaternare de tipul [ R 4 N] + Cl - .
În funcţie de tipul de radical amine poate fi:
- amine alifatice;
- amine aromatice (mixte).
Amine limitatoare alifatice.
Formula generala C n H 2 n +3 N.
Structura aminelor.
Atomul de azot este în hibridizare sp 3. Pe al 4-lea orbital nehibrid se află o pereche de electroni singuratică, care determină principalele proprietăți ale aminelor:
Substituenții donatori de electroni măresc densitatea electronilor pe atomul de azot și sporesc proprietățile de bază ale aminelor, din acest motiv, aminele secundare sunt baze mai puternice decât cele primare, deoarece 2 radicali la atomul de azot creează o densitate de electroni mai mare decât 1.
La atomii terţiari factorul spaţial joacă un rol important: din moment ce 3 radicali ascund perechea singură de azot, care este greu de „apropiat” de alți reactivi, bazicitatea unor astfel de amine este mai mică decât a celor primare sau secundare.
Izomeria aminelor.
Aminele se caracterizează prin izomerie a scheletului de carbon, izomerie a poziției grupării amino:
Cum se numesc aminele?
Numele enumeră de obicei radicalii de hidrocarburi (în ordine alfabetică) și adaugă terminația -amină:
Proprietățile fizice ale aminelor.
Primele 3 amine sunt gaze, membrii mijlocii ai seriei alifatice sunt lichide, iar cele superioare sunt solide. Punctul de fierbere al aminelor este mai mare decât cel al hidrocarburilor corespunzătoare, deoarece în faza lichidă, în moleculă se formează legături de hidrogen.
Aminele sunt foarte solubile în apă; pe măsură ce radicalul de hidrocarbură crește, solubilitatea scade.
Obținerea de amine.
1. Alchilarea amoniacului (metoda principală), care are loc atunci când o halogenură de alchil este încălzită cu amoniac:
Dacă halogenura de alchil este în exces, atunci amina primară poate intra într-o reacție de alchilare, transformându-se într-o amină secundară sau terțiară:
2. Recuperarea compușilor nitro:
Se folosește sulfura de amoniu Reacția Zinin), zinc sau fier în mediu acid, aluminiu în mediu alcalin sau hidrogen în fază gazoasă.
3. Recuperarea nitrililor. utilizare LiAlH 4:
4. Decarboxilarea enzimatică a aminoacizilor:
Proprietățile chimice ale aminelor.
Toate amine- bazele puternice, iar cele alifatice sunt mai puternice decât amoniacul.
Soluțiile apoase sunt de natură alcalină.
Structura anilinei
Cel mai simplu membru al clasei de amine aromatice este anilina. Este un lichid uleios, ușor solubil în apă (Fig. 1).
Orez. 1. Anilina
Alte amine aromatice (Figura 2):
orto-toluidină 2-naftilamină 4-aminobifenil
Orez. 2. Amine aromatice
Cum afectează combinația dintre un inel benzenic și un substituent cu o pereche de electroni neîmpărțiți proprietățile unei substanțe? Perechea de electroni de azot este atrasă în sistemul aromatic (Fig. 3):
Orez. 3. Sistem aromatic
La ce duce asta?
Principalele proprietăți ale anilinei
Perechea de electroni a anilinei este „trasă” în sistemul aromatic comun, iar densitatea electronică a azotului anilinei este scăzută. Aceasta înseamnă că anilina va fi o bază mai slabă decât aminele și amoniacul. Anilina nu schimbă culoarea turnesolului și a fenolftaleinei.
Substituția electrofilă în anilină
Densitatea de electroni crescută în inelul benzenic (datorită retragerii perechii de electroni de azot) duce la facilitarea substituției electrofile, în special în pozițiile orto și para.
Anilina reacționează cu apa de brom,în timp ce se formează imediat
2,4,6-tribromanilină - precipitat alb (reacție calitativă la anilină și alte aminebenzene).
Reamintim: benzenul interacționează cu bromul numai în prezența unui catalizator (Fig. 4).
Orez. 4. Interacțiunea anilinei cu bromul
Oxidarea anilinei
Densitatea mare de electroni din inelul benzenic facilitează oxidarea anilinei. Anilina este de obicei colorată maro datorită faptului că o parte din ea este oxidată de oxigenul atmosferic chiar și în condiții normale.
Utilizarea anilinei și aminelor
Din produsele de oxidare ai anilinei se obțin coloranți de anilină, care se disting prin durabilitate și strălucire.
Anestezina si novocaina folosite pentru anestezia locala sunt obtinute din anilina si amine; agent antibacterian streptocid; analgezic popular și paracetamol antipiretic (Fig. 5):
Anestezin novocaină
streptocid paracetamol
(para-aminobenzensulfamidă (para-acetoaminofenol)
Orez. 5. Derivați de anilină
Anilina și aminele sunt materii prime pentru producția de materiale plastice, fotoreactivi și explozivi. Substanță explozivă hexil (hexanitrodifenilamină) (Fig. 6):
Orez. 6. Hexil
Obținerea anilinei și aminelor
1. Încălzirea haloalcanilor cu amoniac sau amine mai puțin substituite (reacția Hoffmann).
CH3Br + NH3 = CH3NH2 + HBr (mai corect CH3NH3Br);
СH3NH2 + CH3Br = (CH3)2NH + HBr (mai corect (CH3)2NH2Br);
(CH3)2NH + CH3Br = (CH3)3N + HBr (mai corect (CH3)3NHBr).
2. Deplasarea aminelor din sărurile lor prin încălzire cu alcalii:
CH3NH3CI + KOH = CH3NH2- + KCI + H2O.
3. Recuperarea compușilor nitro (reacția Zinin):
С6Н5NO2 + 3Fe + 6HCI = C6H5NH2 + 3FeCI2 + 2H2O;
С6Н5NO2 + 3H2 С6Н5NH2 + 2H2O.
Rezumând lecția
Pe această lecție tema „Caracteristici ale proprietăților anilinei. Obținerea și aplicarea aminelor. În această lecție, ați studiat proprietățile anilinei datorită influenței reciproce a structurii aromatice și a atomului atașat inelului aromatic. Am luat în considerare și metodele de producere a aminelor și domeniile lor de aplicare.
Bibliografie
Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chimie: Chimie organică. Clasa a 10-a: manual pentru instituţiile de învăţământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educaţie, 2012. Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: studii. pentru învăţământul general instituții / V. V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin, A. A. Drozdov, V. I. Terenin. - M.: Butarda, 2008. - 463 p. Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: manual. pentru învăţământul general instituții / V. V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin, A. A. Drozdov, V. I. Terenin. - M.: Butard, 2010. - 462 p. Khomchenko G. P., Khomchenko I. G. Culegere de probleme în chimie pentru solicitanții la universități. - a 4-a ed. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.
Nr. 5, 8 (p. 14) Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chimie: Chimie organică. Clasa a 10-a: manual pentru instituţiile de învăţământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Enlightenment, 2012. Comparați proprietățile aminelor din seria limitativă și ale anilinei. Folosind exemplul anilinei, explicați esența influenței atomilor într-o moleculă.
Chimie organica. Site despre chimie. Portalul de internet promobud.
În funcție de natura substituenților hidrocarburi, aminele sunt împărțite în
Caracteristicile structurale generale ale aminelor
Ca și în molecula de amoniac, în molecula oricărei amine, atomul de azot are o pereche de electroni neîmpărtășită direcționată către unul dintre vârfurile tetraedrului distorsionat:
Din acest motiv, aminele, precum amoniacul, au proprietăți de bază semnificativ pronunțate.
Deci, aminele, precum amoniacul, reacţionează reversibil cu apa, formând baze slabe:
Legătura cationului de hidrogen cu atomul de azot din molecula de amină se realizează folosind mecanismul donor-acceptor datorită perechii de electroni singure a atomului de azot. Aminele limită sunt baze mai puternice în comparație cu amoniacul, deoarece. în astfel de amine, substituenții hidrocarburi au un efect inductiv pozitiv (+I). În acest sens, densitatea electronilor pe atomul de azot crește, ceea ce facilitează interacțiunea acestuia cu cationul H +.
Aminele aromatice, dacă gruparea amino este direct legată de nucleul aromatic, prezintă proprietăți de bază mai slabe în comparație cu amoniacul. Acest lucru se datorează faptului că perechea de electroni singuratică a atomului de azot este deplasată către sistemul π aromatic al inelului benzenic, în urma căruia densitatea electronilor pe atomul de azot scade. La rândul său, acest lucru duce la o scădere a proprietăților de bază, în special a capacității de a interacționa cu apa. Deci, de exemplu, anilina reacționează numai cu acizi puternici și practic nu reacționează cu apa.
Proprietățile chimice ale aminelor saturate
După cum sa menționat deja, aminele reacționează reversibil cu apa:
Soluțiile apoase de amine au o reacție alcalină a mediului, datorită disocierii bazelor rezultate:
Aminele saturate reacţionează cu apa mai bine decât amoniacul datorită proprietăţilor lor de bază mai puternice.
Principalele proprietăți ale aminelor saturate cresc în serie.
Aminele limitatoare secundare sunt baze mai puternice decât aminele limitatoare primare, care la rândul lor sunt baze mai puternice decât amoniacul. În ceea ce privește proprietățile de bază ale aminelor terțiare, când vine vorba de reacții în soluții apoase, proprietățile de bază ale aminelor terțiare sunt mult mai proaste decât cele ale aminelor secundare, și chiar puțin mai slabe decât ale celor primare. Acest lucru se datorează obstacolelor sterice, care afectează semnificativ rata de protonare a aminei. Cu alte cuvinte, trei substituenți „blochează” atomul de azot și împiedică interacțiunea acestuia cu cationii H +.
Interacțiunea cu acizii
Atât aminele saturate libere, cât și soluțiile lor apoase interacționează cu acizii. În acest caz, se formează săruri:
Deoarece proprietățile de bază ale aminelor saturate sunt mai pronunțate decât cele ale amoniacului, astfel de amine reacționează chiar și cu acizi slabi, cum ar fi carbonic:
Sărurile de amine sunt solide care sunt foarte solubile în apă și slab solubile în solvenți organici nepolari. Interacțiunea sărurilor de amine cu alcalii duce la eliberarea de amine libere, similar modului în care amoniacul este înlocuit prin acțiunea alcalinelor asupra sărurilor de amoniu:
2. Aminele limitatoare primare reacţionează cu acidul azot pentru a forma alcoolii corespunzători, azot N2 şi apă. De exemplu:
O trăsătură caracteristică a acestei reacții este formarea azot gazos, în legătură cu care este calitativ pentru aminele primare și este folosit pentru a le deosebi de secundare și terțiare. Trebuie remarcat faptul că, cel mai adesea, această reacție este efectuată prin amestecarea aminei nu cu o soluție de acid azotic în sine, ci cu o soluție de sare de acid azot (nitrit) și apoi adăugarea unui acid mineral puternic la acest amestec. Când nitriții interacționează cu acizi minerali puternici, se formează acid azot, care reacţionează apoi cu o amină:
Aminele secundare dau lichide uleioase în condiții similare, așa-numitele N-nitrozamine, dar această reacție în realitate USE sarcini nu apare în chimie. Aminele terțiare nu reacţionează cu acidul azot.
Arderea completă a oricărei amine duce la formare dioxid de carbon, apa si azot:
Interacțiunea cu haloalcanii
Este de remarcat faptul că exact aceeași sare se obține prin acțiunea clorurii de hidrogen asupra unei amine mai substituite. În cazul nostru, în timpul interacțiunii clorurii de hidrogen cu dimetilamină:
Obținerea de amine:
1) Alchilarea amoniacului cu haloalcani:
În cazul lipsei de amoniac, în locul unei amine, se obține sarea acestuia:
2) Reducerea prin metale (la hidrogen din seria de activitate) într-un mediu acid:
urmat de tratarea soluției cu alcali pentru a elibera amina liberă:
3) Reacția amoniacului cu alcoolii prin trecerea amestecului lor prin oxid de aluminiu încălzit. În funcție de proporțiile de alcool/amină, se formează amine primare, secundare sau terțiare:
Proprietățile chimice ale anilinei
Anilină - denumirea banală de aminobenzen, care are formula:
După cum se poate vedea din ilustrație, în molecula de anilină gruparea amino este direct legată de inelul aromatic. În astfel de amine, așa cum sa menționat deja, proprietățile de bază sunt mult mai puțin pronunțate decât în amoniac. Deci, în special, anilina practic nu reacționează cu apa și acizii slabi, cum ar fi carbonicul.
Interacțiunea anilinei cu acizii
Anilina reacționează cu acizii anorganici puternici și moderat puternici. În acest caz, se formează săruri de fenilamoniu:
Reacția anilinei cu halogenii
După cum sa menționat deja la începutul acestui capitol, gruparea amino din aminele aromatice este atrasă în inelul aromatic, care, la rândul său, reduce densitatea electronilor pe atomul de azot și, ca urmare, o crește în nucleul aromatic. O creștere a densității electronilor în nucleul aromatic duce la faptul că reacțiile de substituție electrofilă, în special, reacțiile cu halogeni, au loc mult mai ușor, în special în pozițiile orto și para față de grupa amino. Deci, anilina interacționează ușor cu apa cu brom, formând un precipitat alb de 2,4,6-tribromanilină:
Această reacție este calitativă pentru anilină și adesea vă permite să o determinați printre alți compuși organici.
Interacțiunea anilinei cu acidul azotat
Anilina reacționează cu acidul azot, dar datorită specificității și complexității acestei reacții, nu apare la examenul real de chimie.
Reacții de alchilare a anilinei
Cu ajutorul alchilării secvenţiale a anilinei la atomul de azot cu derivaţi de halogen ai hidrocarburilor se pot obţine amine secundare şi terţiare:
Proprietățile chimice ale aminoacizilor
Aminoacizi numiți compuși în moleculele cărora există două tipuri de grupări funcționale - grupări amino (-NH 2) și carboxi- (-COOH).
Cu alte cuvinte, aminoacizii pot fi considerați derivați ai acizilor carboxilici, în moleculele cărora unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu grupări amino.
Astfel, formula generală a aminoacizilor poate fi scrisă ca (NH 2) x R(COOH) y, unde x și y sunt cel mai adesea egale cu unul sau doi.
Deoarece aminoacizii au atât o grupare amino, cât și o grupare carboxil, ei prezintă proprietăți chimice similare atât cu aminele, cât și cu acizii carboxilici.
Proprietățile acide ale aminoacizilor
Formarea sărurilor cu alcalii și carbonați de metale alcaline
Esterificarea aminoacizilor
Aminoacizii pot intra într-o reacție de esterificare cu alcooli:
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 OH → NH 2 CH 2 COOCH 3 + H 2 O
Proprietățile de bază ale aminoacizilor
1. Formarea sărurilor la interacțiunea cu acizii
NH 2 CH 2 COOH + HCl → + Cl -
2. Interacțiunea cu acidul azotat
NH2-CH2-COOH + HNO2 → HO-CH2-COOH + N2 + H2O
Notă: interacțiunea cu acidul azot are loc în același mod ca și cu aminele primare
3. Alchilare
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 I → + I -
4. Interacțiunea aminoacizilor între ei
Aminoacizii pot reacționa între ei pentru a forma peptide - compuși care conțin în moleculele lor o legătură peptidică -C (O) -NH-
Totodată, trebuie menționat că în cazul unei reacții între doi aminoacizi diferiți, fără respectarea unor condiții specifice de sinteză, se produce simultan formarea diferitelor dipeptide. Deci, de exemplu, în loc de reacția glicinei cu alanină de mai sus, care duce la glicilanină, poate apărea o reacție care duce la alanilglicină:
În plus, o moleculă de glicină nu reacționează neapărat cu o moleculă de alanină. Reacțiile de peptizare au loc și între moleculele de glicină:
Si alanina:
În plus, deoarece moleculele peptidelor rezultate, ca și moleculele originale de aminoacizi, conțin grupări amino și grupări carboxil, peptidele în sine pot reacționa cu aminoacizi și alte peptide datorită formării de noi legături peptidice.
Aminoacizii individuali sunt utilizați pentru a produce polipeptide sintetice sau așa-numitele fibre de poliamidă. Deci, în special, folosind policondensarea acidului 6-aminohexanoic (ε-aminocaproic), nailonul este sintetizat în industrie:
Rășina de nailon obținută în urma acestei reacții este utilizată pentru producție fibre textile si materiale plastice.
Formarea sărurilor interne ale aminoacizilor în soluție apoasă
În soluțiile apoase, aminoacizii există în principal sub formă de săruri interne - ioni bipolari (zwitterionii).
Cea mai comună proprietate a tuturor compușilor organici este capacitatea lor de a arde. Amoniacul în sine arde și, în general, ușor, dar nu este întotdeauna ușor să-i dai foc. În schimb, aminele se aprind ușor și ard cel mai adesea cu o flacără incoloră sau ușor colorată. În acest caz, azotul aminelor este în mod tradițional oxidat la azot molecular, deoarece oxizii de azot sunt instabili.
Aminele se aprind mai ușor în aer decât amoniacul.
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H20;
4C 2 H 5 NH 2 + 15O 2 \u003d 8CO 2 + 14H 2 O + 2N 2.
Proprietăți de bază
Amine primare, secundare și terțiare conțin în mod necesar o pereche de electroni neîmpărțiți, așa cum se potrivește cu azotul trivalent. Adică, aminele în soluție prezintă proprietăți de bază sau soluțiile lor sunt baze. De aceea aminele în soluție apoasă colorează turnesolul în Culoarea albastră, și fenolftaleină până la zmeură. Orez. 12.
Orez. 1 .
Orez. 2 .
Datorită acestei perechi de electroni, o legătură donor-acceptor cu un ion de hidrogen se poate forma:
C 2 H 5 NH 2 + H + \u003d C 2 H 5 NH 3 +.
Astfel, ca și amoniacul, aminele prezintă proprietățile bazelor:
NH3 + H20NH4OH;
C2H5NH2 + H2OC2H5NH3OH.
Amoniacul formează săruri cu acizi amoniu și amine - alchilamoniu :
NH 3 + HBr = NH 4 Br ( bromură de amoniu)
C 2 H 5 NH 2 + HBr \u003d C 2 H 5 NH 3 Br ( bromură de etilamoniu)
La fel cum amoniacul formează săruri de amoniu cu acizii, aminele formează sărurile corespunzătoare. Aceste săruri se pot forma, ca și în cazul amoniacului, nu numai în reacția soluțiilor apoase, ci și în faza gazoasă, dacă aminele sunt suficient de volatile.
Adică, dacă puneți în apropiere vase cu acid clorhidric concentrat sau chiar organic volatil, cum ar fi acetic, și un vas cu o amină volatilă, atunci în curând va apărea ceva asemănător cu fumul fără foc între ele în spațiu, adică se vor forma cristale corespunzătoare cu sarea alchilaminei. Orez. 3.
Orez. 3 .
Alcaliile înlocuiesc aminele care, ca și amoniacul, slab baze, din săruri de alchilamoniu:
NH4CI + KOH \u003d NH3- + KCI + H2O;
CH3NH3Cl + KOH \u003d CH3NH2 - + KCl + H2O.
Proprietățile de bază ale aminelor sunt mai mari decât cele ale amoniacului. De ce? Formarea unei legături donor-acceptor cu un ion de hidrogen este cu atât mai ușoară, cu atât este mai mare densitatea electronilor pe atomul de azot. Radicalii de hidrocarburi conțin mulți electroni și îi „împart” de bună voie cu atomul de azot (Fig. 4).
Orez. 4. Legătura donor-acceptor cu un ion de hidrogen
Cu toate acestea, proprietățile de bază ale aminelor terțiare sunt mai mici decât cele ale celor secundare (comparați constantele de bazicitate). De ce? Într-o amină terțiară, atomul de azot este înconjurat pe toate părțile de radicali de hidrocarburi, iar capacitatea sa de a intra în reacții este împiedicată.
Aminele, precum amoniacul, sunt capabile să reacționeze cu haloalcanii, înlocuind atomul de halogen:
CH3Br + NH3 = CH3NH2 + HBr;
CH3NH2 + CH3Br \u003d (CH3)2NH + HBr;
(CH 3) 2 NH + CH 3 Br \u003d (CH 3) 3 N + HBr.
Aminele terțiare pot înlocui, de asemenea, halogenul, astfel încât reacția poate merge mai departe. Se formează o sare de amoniu cuaternară - bromură de tetrametilamoniu (CH 3) 4 NBr:
(CH3)3N + CH3Br = (CH3)4N+ + Br-.
Rezumând lecția
În această lecție, tema „Compuși amino. Clasificare, izomerie, denumiri și proprietăți fizice". Ați repetat geneza compușilor organici care conțin oxigen și v-ați amintit câteva proprietăți comune ale amoniacului și apei. Apoi ne-am uitat la cum să obținem compuși amino. Le-a studiat clasificarea, izomeria, denumirile și proprietățile fizice inerente .
Bibliografie
- Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: Chimie organică. Clasa a 10-a: manual pentru instituții de învățământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
- Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: manual. pentru învăţământul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin, A.A. Drozdov, V.I. Terenin. - M.: Butarda, 2008. - 463 p.
- Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: manual. pentru învăţământul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin, A.A. Drozdov, V.I. Terenin. - M.: Butard, 2010. - 462 p.
- Hhomchenko G.P., Hhomchenko I.G. Culegere de probleme de chimie pentru cei care intră în universități. - a 4-a ed. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.
- site-ul web ().
- Chimie.ssu.samara.ru ().
- Himik.ru ().
- Promobud.ua ().
Teme pentru acasă
- Nr. 3, 4 (p. 14) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: Chimie organică. Clasa a 10-a: manual pentru instituții de învățământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
- Comparați proprietățile aminelor limitatoare și ale alcoolilor.
- Scrieți ecuațiile de reacție care confirmă bazicitatea aminelor.
