Сначала изучите: Ароматические углеводороды
Амины — органические производные аммиака: в молекуле NH₃ один, два или три атома водорода замещены углеводородными радикалами. У атома азота сохраняется неподелённая электронная пара, которая может присоединять протон (H⁺), поэтому амины, как и аммиак, являются органическими основаниями. Амины широко распространены в живой природе (аминогруппа есть в аминокислотах, белках, алкалоидах, некоторых витаминах и гормонах). Важнейший ароматический амин — анилин: основное сырьё для производства красителей, лекарств и полимеров. Эта тема служит прямым введением в темы «Аминокислоты» и «Белки».
Амины классифицируют по числу радикалов при атоме азота (а не по типу атомов углерода!):
По типу радикала различают алифатические (с предельными радикалами) и ароматические амины. Простейший ароматический амин — анилин (фениламин) C₆H₅NH₂. При названии к названиям радикалов добавляют слово «амин»: метилэтиламин CH₃–NH–C₂H₅.
Общая формула предельных одноатомных аминов CₙH₂ₙ₊₃N; M = 14n + 17
Виды изомерии: изомерия углеродной цепи, изомерия положения аминогруппы (пропиламин и изопропиламин) и изомерия между первичными, вторичными и третичными аминами (C₂H₇N: этиламин и диметиламин).
Физические свойства: метиламин, диметиламин, триметиламин и этиламин — газы с запахом аммиака или рыбы, хорошо растворимы в воде. Между молекулами первичных и вторичных аминов образуются водородные связи N–H···N, но они слабее связей O–H···O в спиртах, поэтому амины кипят ниже спиртов близкой массы. Анилин — бесцветная маслянистая жидкость, малорастворимая в воде, ядовитая; на воздухе постепенно темнеет из-за окисления.
Массовая доля азота в предельном амине 31,11 %. Найдите формулу амина и назовите его изомеры.
За счёт электронной пары азота амины отнимают протон у воды:
CH₃NH₂ + H₂O ⇌ CH₃NH₃⁺ + OH⁻ — раствор имеет щелочную среду (лакмус синеет, фенолфталеин краснеет)
С кислотами амины образуют соли, похожие на соли аммония:
CH₃NH₂ + HCl → [CH₃NH₃]Cl (хлорид метиламмония)
2CH₃NH₂ + H₂SO₄ → [CH₃NH₃]₂SO₄
Эти соли — твёрдые вещества ионного строения, хорошо растворимы в воде. Под действием щёлочи из них снова выделяется амин, так же как аммиак из соли аммония: [CH₃NH₃]Cl + NaOH → CH₃NH₂ + NaCl + H₂O.
Сила оснований зависит от электронной плотности на азоте:
(CH₃)₂NH > CH₃NH₂ > NH₃ > C₆H₅NH₂
Алкильные радикалы — электронодоноры (положительный индуктивный эффект): они повышают электронную плотность на азоте, поэтому алифатические амины — более сильные основания, чем аммиак. В водном растворе третичный амин несколько слабее вторичного, поскольку его катион хуже сольватируется водой. В анилине электронная пара азота сопряжена с π-системой бензольного кольца и смещена к нему — основность резко снижается. Анилин не окрашивает лакмус в синий цвет, но с сильными кислотами образует соли: C₆H₅NH₂ + HCl → [C₆H₅NH₃]Cl (хлорид фениламмония).
4CH₃NH₂ + 9O₂ → 4CO₂ + 10H₂O + 2N₂
C₆H₅NH₂ + 3Br₂ → C₆H₂Br₃NH₂↓ + 3HBr (2,4,6-триброманилин)
При действии HNO₂ на первичный амин образуется спирт. Сколько вторичных атомов углерода в спирте, полученном из 1-амино-3,4-диметилпентана?
Реакция Зинина (1842): восстановление нитробензола C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O (в промышленности также Fe + HCl)
Галогеналкан + аммиак: CH₃Cl + 2NH₃ → CH₃NH₂ + NH₄Cl
Спирт + аммиак (Al₂O₃, нагревание): CH₃OH + NH₃ → CH₃NH₂ + H₂O
Восстановление нитроалканов: CH₃NO₂ + 3H₂ → CH₃NH₂ + 2H₂O
В реакции галогеналкана с аммиаком первичный амин может снова реагировать с галогеналканом, поэтому образуется смесь первичного, вторичного и третичного аминов.
Сколько граммов анилина получится из 12,3 г нитробензола (выход 80 %)?
При горении амина весь азот выделяется в виде N₂, поэтому по n(N₂) удобно находить количество амина: для амина с одним атомом азота n(амина) = 2·n(N₂). Отношение CO₂ и H₂O в продуктах горения даёт число атомов C и H.
CₙH₂ₙ₊₃N + (6n+3)/4 O₂ → nCO₂ + (2n+3)/2 H₂O + ½N₂
Из уравнения видно, что при горении предельного амина воды образуется больше, чем CO₂, на 1,5·n(амина).
При сгорании амина с одним атомом азота выделилось 2,24 л N₂ (н.у.). Найдите количество амина.
Анилин — сырьё для анилиновых красителей, сульфаниламидных лекарств, полиуретанов и вспомогательных веществ для резины. Низшие амины применяют в синтезе лекарств и пестицидов. Аминогруппа –NH₂ — главная часть аминокислот: вместе с карбоксильной группой она придаёт им амфотерные свойства. Пептидная связь в белках — тоже результат реакции аминогруппы и кислотной группы.