Амины имеют сходное с аммиаком строение и проявляют подобные ему свойства. Как в аммиаке, так и в аминах атом азота имеет неподеленную пару электронов. Для аминов характерны ярко выраженные основные свойства. Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию. Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак. Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку не-поделенная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его π-электронами.
На основность аминов влияют различные факторы: электронные эффекты углеводородных радикалов, пространственное экранирование радикалами атома азота, а также способность образующихся ионов к стабилизации за счет сольватации в среде растворителя. В результате донорного эффекта алкильных групп основность алифатических аминов в газовой фазе (без растворителя) растет в ряду: первичные < вторичные < третичные. Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, -NO2 и т. п.) уменьшают основные свойства ариламина по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил R-, -OCH3, -N(CH3)2 и др.), напротив, увеличивают.
1. CH3-NH 2 + Н2O → OH (взаимодействие с водой)
2. (CH 3)2NH + HCl → [(CH3)2NH2]Cl хлорид диметиламмония (взаимодействие с кислотами)
[(CH 3)2NH 2]Cl + NaOH → (CH 3)2NH + NaCl + H2O (взаимодействие солей аминов со щелочами)
(ацителирование, с третичными аминами не идет)
4. R-NH2 + CH3I → I¯ →NH3 → CH3NHR + NH4I (алкилирование)
5. Взаимодействие с азотистой кислотой: строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различия первичных, вторичных и третичных аминов.
а) R-NH2 + HNO2 → R-OH + N2 + H2O (первичные жирные амины)
б) С6Н5-NH2 + NaNO2 + HCl → [С6Н5-N≡N]+Cl¯ – соль диазония (первичные ароматические амины)
в) R2NH + Н-О-N=O → R2N-N=O (N-нитрозамин) + Н2O (вторичные жирные и ароматические амины)
г) R3N + Н-О-N=O → при низкой температуре нет реакции (третичные жирные амины)
(третичные ароматические амины)
Свойства анилина. Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению с алифатическими аминами и аммиаком, но под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения по сравнению с бензолом.
C6H5-NH2 + HCl → Cl = C6H5NH2 HCl
C6H5NH2 HCl + NaOH → C6H5NH2 + NaCl + H2O
C6H5NH2 + CH3I →t → +I¯
Аминокислоты
Аминокислотами называются гетеро-функциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно аминогруппу и карбоксильную группу. В зависимости от взаимного расположения амино– и карбоксильной групп аминокислоты подразделяют на α-, β-, γ– и т. д. По ИЮПАК, для наименования аминокислот группу NH2- называют приставкой амино-, указывая цифрой номер углеродного атома, с которым она связана, а затем следует название соответствующей кислоты.
2-аминопропановая кислота (α-аминопропановая, α-аланин)
Амины - органические производные аммиака, в молекуле которого один, два или все три атома водорода замещены углеродным остатком.
Обычно выделяют три типа аминов:
Амины, в которых аминогруппа связана непосредственно с ароматическим кольцом, называются ароматическими аминами.
Простейшим представителем этих соединений является аминобензол, или анилин:
Основной отличительной чертой электронного строения аминов является наличие у атома азота, входящего в функциональную группу, неподеленной электронной пары. Это приводит к тому, что амины проявляют свойства оснований.
Существуют ионы, которые являются продуктом формального замещения на углеводородный радикал всех атомов водорода в ионе аммония:
Эти ионы входят в состав солей, похожих на соли аммония. Они называются четвертичными аммонийными солями.
Изомерия и номенклатура аминов
1. Для аминов характерна структурная изомерия:
а) изомерия углеродного скелета:
б) изомерия положения функциональной группы:
2. Первичные, вторичные и третичные амины изомерны друг другу (межклассовая изомерия):
Как видно из приведенных примеров, для того чтобы назвать амин, перечисляют заместители, связанные с атомом азота (по порядку старшинства), и добавляют суффикс —амин.
Физические свойства аминов
Простейшие амины (метиламин, диметиламин, триметиламин) - газообразные вещества. Остальные низшие амины - жидкости, которые хорошо растворяются в воде. Имеют характерный запах, напоминающий запах аммиака.
Первичные и вторичные амины способны образовывать водородные связи. Это приводит к заметному повышению их температур кипения по сравнению с соединениями, имеющими ту же молекулярную массу, но не способными образовывать водородные связи.
Анилин - маслянистая жидкость, ограниченно растворимая в воде, кипящая при температуре 184 °С.
Химические свойства аминов
Химические свойства аминов определяются в основном наличием у атома азота неподеленной электронной пары.
Амины как основания. Атом азота аминогруппы, подобно атому азота в молекуле аммиака, за счет неподеленной пары электронов может образовывать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму, выступая в роли донора. В связи с этим амины, как и аммиак, способны присоединять катион водорода, т. е. выступать в роли основания:
1. Реакция амионов с водой приводит к образованию гидроксид-ионов:
2. Реакция с кислотами . Аммиак, реагируя с кислотами, образует соли аммония. Амины также способны вступать в реакцию с кислотами:
Основные свойства алифатических аминов выражены сильнее, чем у аммиака. Это связано с наличием одного и более донорных алкильных заместителей, положительный индуктивный эффект которых повышает электронную плотность на атоме азота. Повышение электронной плотности превращает азот в более сильного донора пары электронов, что повышает его основные свойства:
Горение амионов . Амины горят на воздухе с образованием углекислого газа, воды и азота:
Применение аминов
Амины широко применяются для получения лекарств, полимерных материалов. Анилин - важнейшее соединение данного класса, которое используют для производства анилиновых красителей, лекарств (сульфаниламидных препаратов), полимерных материалов (анилинформальдегидных смол).
Лекция № 13
АМИНЫ
План
- Классификация.
- Методы получения.
- Химические свойства.
производные.
Лекция № 13
АМИНЫ
План
- Классификация.
- Методы получения.
- Химические свойства.
- Биологически активные амины и их
производные.
Амины можно
рассматривать как производные аммиака, в котором атомы водорода замещаются на
углеводородные радикалы.
1. Классификация
В зависимости от числа углеводородных радикалов, связанных с атомом азота,
различают первичные, вторичные и третичные амины, а также четвертичные
аммониевые соли.
По природе углеводородного радикала, связанного
с атомом азота, различают алкиламины, алкилариламины, ариламины,
гетероциклические амины.
Алкиламины
содержат только алифатические
углеводородные радикалы, например:
Ариламины
содержат ароматические
радикалы с атомом азота в ароматическом кольце, например:
Алкилариламины
содержат
алифатические и ароматические радикалы, например:
Гетероциклические амины
содержат
атом азота в цикле, например:
2. Методы получения.
3. Химические
свойства.
Химические свойства аминов определяются в основном присутствием атома азота с
неподеленной парой электронов, наличие которой обуславливает их основные и
нуклеофильные свойства.
Основные и кислотные свойства
Алифатические амины являются
сильными основаниями (=10-11) и превосходят по основности аммиак. Их водные растворы имеют
щелочную реакцию.
RNH 2 + H 2 O = RNH 3 + + OH —
Ароматические амины – слабые основания (=3-5), что связано с разрушением
при протонированиии стабильной сопряженной системы, в которой участвует
неподеленная пара электронов азота (см. лек. №4).
При взаимодействии с кислотами амины образуют
растворимые в воде аммониевые соли.
RNH 2 + HX ® RNH 3 + X —
Первичные и вторичные амины являются слабыми N-H
кислотами (рК а =33-35) и образуют соли при взаимодействии с активными
металлами.
RNH 2 + Na ® RNH — Na + + 1/2 H 2
Нуклеофильные свойства
Алкилирование аминов
Амины обладают нуклеофильными свойствами и алкилируются алкилгалогенидами и
спиртами (см. методы получения).
Ацилирование аминов
Амины ацилируются карбоновыми кислотами и их производными с образованием
амидов карбоновых кислот (см. лек. №12).
2RNH 2 + R / COX ® R / CONHR + RNH 3 X
2R 2 NH + R / COX ® R / CONR 2 + R 2 NH 2 X
Взаимодействие аминов с азотистой
кислотой
Первичные, вторичные и третичные амины по-разному взаимодействуют с азотистой
кислотой, что используется для установления типа амина. Неустойчивую азотистую
кислоту генерируют действием сильной кислоты на нитриты.
Третичные алифатические амины
при обычной температуре с азотистой
кислотой не взаимодействуют.
Вторичные амины образуют с азотистой кислотой устойчивые нитрозамины – жидкие или твердые продукты желтого цвета.
R 2 NH + NaNO 2 + HCl ® R 2 N-N=O + NaCl + H 2 O
нитрозамин
Нитрозамины
являются сильными канцерогенами. Показана возможность синтеза нитрозаминов в
желудке человека из содержащихся в пище и лекарственных препаратах вторичных
аминов и нитритов Канцерогенное действие нитрозаминов основано на их способности
алкилировать нуклеофильные центры ДНК, что приводит к онкогенным мутациям.
Первичные алифатические амины
реагируют с азотистой кислотой с
выделением газообразного азота. Реакция идет через образование неустойчивого
первичного нитрозамина, который изомеризуется в диазогидроксид, превращающийся
далее в соль диазония.
нитрозамин
диазогидроксид соль
диазония
Дальнейший ход реакции зависит
от природы углеводородного радикала.
Если R – алифатический радикал, то соль диазония очень неустойчива и
немедленно разлагается с образованием молекулы азота и карбокатиона, который
затем взаимодействует с находящимися в реакционной среде нуклеофилами (например,
с растворителем) или отщепляет протон и дает продукт элиминирования. Например,
превращения катиона н-пропилдиазония могут быть представлены следующей схемой:
Реакция не имеет препаративного значения.
Процесс используется в аналитических целях для количественного определения
первичных алифатических аминов, в том числе природных
a
-аминокислот, по объему
выделяющегося азота.
Соли арилдиазония
более устойчивы и могут
быть выделены из реакционной смеси. Они являются высокореакционноспособными
соединениями и широко используются в органическом синтезе.
Реакции солей арилдиазония
Процесс получения ароматических диазосоединений
называется диазотированием
и выражается следующим суммарным
уравнением.
ArNH 2 + NaNO 2 + 2HCl ® ArN 2 + Cl — + NaCl + 2H 2 O
Реакции солей арилдиазония можно разделить на
два типа: реакции с выделением азота и реакции без выделения азота.
Реакции, протекающие с выделением азота.
Этот тип реакций представляет собой замещение в ароматическом кольце, уходящей
группой в котором является молекула азота N
2 .
Реакции используются для введения различных
заместителей в ароматическое кольцо.
Реакции, протекающие без выделения азота.
Наиболее важной реакцией этого типа является азосочетание
. Катион
диазония обладает слабыми электрофильными свойствами и вступает в реакции
электрофильного замещения с аренами, содержащими сильные электронодонорные
заместители. При этом образуются азосоединения
.
Азосоединения содержат длинную систему
сопряженных связей и поэтому окрашены. Они используются как красители.
Образование окрашенных соединений при взаимодействии солей арилдиазония с
ароматическими аминокислотами (тирозин, гистидин) используется для их
качественного и количественного определения.
Реакции ароматического кольца
ариламинов
Аминогруппа является сильным активирующим
заместителем и ориентантом II рода (см. лек. №8).
Анилин легко бромируется бромной водой с
образованием триброманилина.
В большинстве реакций электрофильного
реакционноспособная аминогруппа предварительно защищается путем ацилирования.
После проведения реакции ацильную защиту снимают кислотным или щелочным
гидролизом.
4. Биологически активные амины и их
производные.
Биологическую активность проявляют гетерофункциональные соединения,
содержащие аминогруппу – аминокарбоновые кислоты, аминоспирты, аминофенолы,
аминосульфокислоты.
Этаноламин и его производные .
Этаноламин
(коламин)
HOCH
2 CH 2 NH 2 является структурным компонентом сложных липидов (см. лек. №18). В организме
образуется при декарбоксилировании аминокислоты серина (см. лек. № 16).
Холин
HOCH 2 CH 2 N + (CH 3) 2 – структурный компонент фосфолипидов; витаминоподобное
вещество, регулирующее жировой обмен; предшественник в биосинтезе
ацетилхолина.
Ацетилхолин
CH 3 COOCH 2 CH 2 N + (CH 3) 2 — посредник при передаче нервных импульсов
(нейромедиатор). Накопление ацетилхолина в организме приводит к непрерывной
передаче нервных импульсов и сокращению мускульной ткани. На этом основано
действие нервнопаралитических ядов (зарин,табун), которые ингибируют действие
фермента ацетилхолинэстеразы, катализирующего расщепление ацетилхолина.
Катехоламины –
дофамин,
норадреналин, адреналин – биогенные амины, продукты метаболизма аминокислоты
фенилаланина.
Катехоламины выполняют роль гормонов и
нейромедиаторов. Адреналин является гормоном мозгового слоя надпочечников,
норадреналин и дофамин – его предшественниками. Адреналин участвует в регуляции
сердечной деятельности, обмена углеводов. Увеличение концентрации катехоламинов
– типичная реакция на стресс. Их роль заключается в мобилизации организма на
осуществление активной мозговой и мышечной деятельности.
Структурно близки к катехоламинам некоторые
природные и синтетические биологически активные вещества, также содержащие
аминогруппу в
b
-положении к ароматическому кольцу.
Фенамин является стимулятором центральной
нервной системы, снимает чувство усталости. Эфедрин – алкалоид, обладающий
сосудорасширяющим действием.
Производные п-аминофенола
–
парацетамол
и фенацетин
–
лекарственные препараты, обладающие обезболивающим и жаропонижающим
действием.
В настоящее время фенацетин рассматривается как
вещество, возможно являющееся канцерогеном для человека.
п-Аминобензойная кислота и ее
производные.
п-Аминобензойная кислота
–
витаминоподобное вещество, фактор роста микроорганизмов; участвует в синтезе
фолиевой кислоты (витамина В С). Сложные эфиры п-аминобензойной
кислоты вызывают местную анестезию.
Анестезин и новокаин применяются в виде растворимых в воде гидрохлоридов.
Сульфаниловая кислота
(п-аминобензолсульфокислота) и
сульфаниламиды.
Амид сульфаниловой кислоты (стрептоцид) и его N-замещенные производные –
эффективные антибактериальные средства. Синтезировано более 5000 производных
сульфаниламида. Наибольшую активность проявляют сульфониламиды, содержащие
гетероциклические основания.
Антибактериальное действие сульфамидных
препаратов основано на том, что они имеют структурное сходство с
п-аминобензойной кислотой и являются ее атиметаболитами. Присутствующие в
бактериальной среде сульфаниламиды включаются в процесс биосинтеза фолиевой
кислоты, конкурируя с п-аминобензойной кислотой, и на определенной стадии
блокируют его, что ведет к гибели бактерий. Сульфаниламиды не влияют на организм
человека, в котором фолиевая кислота не синтезируется.
У любого амина на атоме азота есть неподеленная пара электронов. При попадании амина в воду протоны от воды могут по донорно-акцепторному механизму образовывать новую ковалентную полярную связь с атомом азота, давая при этом ион алкил- или ариламмония. Вода, потерявшая протон, превращается в гидроксид-ион. Среда становится щелочной. Таким образом амины являются основаниями. Сила этих оснований зависит от природы и количества радикалов, связанных с азотом. Алифатические радикалы, такие как метил, этил и т.п.,проявляя свои элекронодонорные свойства, увеличивают основность аминов. Ароматические радикалы за счёт делокализации пары электронов по бензольному кольцу, наоборот, очень сильно основность уменьшают. В рамках теории резонанса Лайнуса Полинга это выглядит следующим образом:
Как видно, неподелённая пара электронов присутствует на атоме азота только в одной из резонансных структур (мезомерных форм). В трёх других биполярных структурах на атоме азота, наоборот, находится «+» - заряд, который естественно препятствует протонированию. Это и является причиной резкого снижения основности. Наличие в о- и п- положениях отрицательных зарядов позволяет высказать предположение о лёгкости протекания именно в эти положения реакций электрофильного замещения, где атакующей частицей является катион (например,
) Ниже будут приведены примеры реакций этого типа с ароматическими аминами.
Количественно сила оснований характеризуется величинами К b или их отрицательными логарифмами рК b . Индекс «b» означает, что речь идёт о константе равновесия между основанием – base, которым является амин и его сопряжённой кислотой, то есть аммониевым ионом:
По определению такая обратимая реакция описывается аналитическим выражением:
Так как концентрация воды в разбавленных водных растворах величина практически постоянная и равна 55,5 моль / л , то её вносят в «новую» константу равновесия:
Домножив числитель и знаменатель правой части уравнения на [Н + ] и учитывая, что [Н + ] [ОН - ] = К w = 10 -14 получим:
Логарифмируя это аналитическое выражение с использованием десятичных логарифмов,
придём к уравнению:
Меняя знаки на противоположные и вводя общепринятое обозначение: - lg = p, получим:
Так как логарифм единицы по любому основанию равен нулю, а 14 – рН = рОН, то очевидно, что рК b соответствует тому значению концентрации гидроксильных ионов, при котором половина катионов аммония перейдёт с отщеплением протона в свободный амин. Величина рК b для оснований имеет то же значение, что величина рК а для кислот. Ниже приведена таблица, данные которой показывают влияние природы радикалов и их количества на величины констант основности различных аминов.
| Название основания | Формула основания | Тип основания | К b при 25 о С | Величина рК b при 25 о С |
| Аммиак | 1,75 10 -5 | 4,75 | ||
| Метиламин | Первич. алифат. | 4,60 10 - 4 | 3,34 | |
| Этиламин |  | Первич. алифат. | 6,50 10 - 4 | 3,19 |
| Бутиламин | Первич. алифат. | 4,00 10 - 4 | 3,40 | |
| Изобутиамин |  | Первич. алифат. | 2,70 10 - 4 | 3,57 |
| Втор -бутиламин |  | Первич. алифат. | 3,60 10 - 4 | 3,44 |
| Трет -бутиламин | Первич. алифат. | 2,80 10 - 4 | 3,55 | |
| Бензиламин |  | Первич. алифат. | 2,10 10 -5 | 4,67 |
| Диметиламин | Вторич. алифат. | 5,40 10 -4 | 3,27 | |
| Диэтиламин | Вторич. алифат. | 1,20 10 - 3 | 2,91 | |
| Триметиламин | Третич. алифат. | 6,50 10 -5 | 4,19 | |
| Триэтиламин |  | Третич. алифат. | 1,00 10 - 3 | 3,00 |
| Анилин | Первич. аромат. | 4,30 10 - 10 | 9,37 | |
| п -толуидин |  | Первич. аромат. | 1,32 10 -9 | 8,88 |
| п -нитроанилин |  | Первич. аромат. | 1,00 10 - 13 | 13,0 |
| N,N-диметиланилин | Третич. жирно- ароматический | 1,40 10 -9 | 8,85 | |
| Дифениламин | Вторич. аромат. | 6,20 10 -14 | 13,21 | |
| Пиридин | Гетероароматич. | 1,50 10 - 9 | 8,82 | |
| Хинолин | Гетероароматич. | 8,70 10 -10 | 9,06 | |
| Пиперидин | Вторич. алифат. и гетероциклический | 1,33 10 -3 | 3,88 | |
| Гидразин | 9,30 10 -7 | 6,03 | ||
| Гидроксиламин | 8,90 10 - 9 | 8,05 | ||
| Этаноламин | Произв. перв. алиф. | 1,80 10 - 5 | 4,75 |
Данные таблицы позволяют сделать следующие выводы:
1) Алифатические амины гораздо более сильные основания, чем ароматические (примерно в 100000 – 1000000 раз)
2) Гетероароматические амины по своей основности близки к ароматическим.
3) На основность ароматических аминов оказывают сильное влияние заместители, находящиеся в пара - положении к аминогруппе. Электронодонорные заместители увеличивают основность амина, а электроноакцепторные её резко понижают. Отношение основностей ароматических аминов, содержащих метильную и нитрогруппы в указанном положении примерно 10000: 1.
4) Вторичные алифатические амины немного основнее первичных, а третичные имеют основность на том же уровне.
5) Характер радикала у первичных аминов не оказывает существенного влияния на основность амина.
6) Насыщенные гетероциклические амины имеют основность на уровне вторичных алифатических аминов.
7) Жирноароматические амины имеют основность на уровне ароматических аминов.
8) Вторичные ароматические амины имеют основность примерно в 10000 раз меньшую, чем первичные.
9) Электроотрицательные атомы, связанные в молекуле с атомом азота аминогруппы, понижают её основность в 10 (азот) и 1000 раз (кислород).
10) Атом кислорода, отделенный от аминогруппы двумя метиленовыми группами понижает её основность уже только в 67 раз.
Следует отметить также, что основность амидов кислот за счёт электроноакцепторного влияния карбонильной группы очень низкая – ниже даже, чем у вторичных ароматических аминов: у ацетамида рК b = 13,52; у ацетанилида рК b = 13,60 и у мочевины рК b = 13,82
ацетамид ацетанилид мочевина
Как основания первичные, вторичные и третичные амины реагируют с кислотами :
пропиламин бромид пропиламмония
диметиламин сульфат диметиламмония
триметиламин перхлорат триметиламмония
С многоосновными кислотами могут образовываться не только средние, но и кислые соли :
диметиламин гидросульфат диметиламмония
метилизобутиламин дигидроортофосфат метилизобутиламмония
Первичные ароматические , а так же вторичные и третичные жирноароматические амины с разбавленными водными растворами сильных кислот тоже дают соли :
Так же способны образовывать соли под действием концентрированных сильных кислот , но при разбавлении водой эти соли гидролизуются , давая слабое основание, то есть исходный амин :
Как очень слабые основания, не дают солей ни с концентрированной соляной, ни с серной кислотами. Правда, трифениламин всё же даёт с хлорной кислотой перхлорат:
.
Первичные алифатические амины реагируютв две стадии: на первой образуется крайне нестойкая в воде даже при охлаждении соль диазония , которая на второй стадии реагирует с водой с образованием спирта :
пропиламин хлорид пропилдиазония
пропанол-1
В реакции первичного амина с нитритом натрия и соляной кислотой происходит выделение газа (хорошо видны пузырьки) и рыбный запах амина изменяется на спиртовый – это качественная реакция на первичный алифатический амин.
Если просуммировать две приведённые выше реакции, то получим:
Вторичные амины реагируют совершенно иначе: под действием нитрита натрия и соляной кислоты образуется N-нитрозамин - весьма стойкое даже при нагревании соединение:
метилэтиламин N-нитрозометилэтиамин
В реакции вторичного алифатического амина с нитритом натрия и соляной кислотой происходит образование желтого масла, плохо растворимого в воде и с крайне неприятным запахом – это качественная реакция на вторичный алифатический амин.
Нитрозамины - канцерогены: вне зависимости от места и способа попадания в организм подопытного животного вызывают рак печени. Широко применяются в экспериментальной онкологии. Действуют резорптивно, то есть через кожу.
Третичные алифатические амины реагируют из смеси нитрита натрия и соляной кислоты только с кислотой :
Видимых эффектов в этой реакции нет. Запах ослабевает.
Первичные ароматические амины реагируют с образованием относительно стойкой при температурах от 0 до 5 о С соли диазония . Эта реакция впервые опубликована в 1858 году в немецком химическом журнале Петером Гриссом и носит его имя:
В реакцию Грисса вступают многочисленные гомологи анилина, содержащие алкильные заместители в о-,м - и п -положении к аминогруппе:
Так же в неё вступают производные анилина, содержащие электроноацепторные, электронодонорные заместители и заместители особой группы, например:
С бромоводородной кислотой реакция проходит быстрее, но используется редко и только в лаборатории по причине дороговизны и дефицитности этой кислоты.
На производстве соли диазония сразу же используют для проведения следующих стадий синтеза, но в лаборатории их часто выделяют по реакции обмена с насыщенным раствором тетрафторобората натрия:
Соли диазония чаще всего используют для получения многочисленных азокрасителей по реакции азосочетания с фенолами (нафтолами) и ароматическими третичными аминами, например:
Получившийся азокраситель является рН-индикатором: в кислой среде за счёт образования водородной связи он имеет плоскую структуру, в которой электронодонорное влияние гидроксильной группы ослаблено – эта форма окрашена в жёлтый цвет. В щелочной от гидроксильной группы отрывается протон, возникает «фенолят-ион», являющийся сильнейшим ЭД-заместителем, и окраска меняется на красно-оранжевую:
Роль соды в ходе реакции азосочетания – связывание образующейся соляной (или другой сильной) кислоты в кислую соль – гидрокарбонат натрия:
Смесь карбоната и гидрокарбоната натрия является буферным раствором, создающим слабо-щелочную среду.
С третичными ароматическими аминами азосочетание должно проходить в слабо кислой среде, что обеспечивается добавкой солей, гидролизующихся по аниону, например, ацетата натрия. В сильно кислой среде амин даёт соль аммония, катион которой с катионом диазония естественно не реагирует.
Ацетат натрия мгновенно реагирует с образующейся соляной кислотой. В результате образуется буферный раствор, состоящий из слабой уксусной кислоты и избыточного ацетата натрия. Он обеспечивает слабокислую среду:
Вторичные ароматические амины реагируют с нитритом натрия и соляной кислотой с образованием N-нитрозаминов. Например, N-метиланилин даёт N-нитрозо-N-метиланилин – жёлтое масло с крайне неприятным запахом, отвердевающее при 13 О С:
Ароматические N-нитрозоамины как и алифатические – канцерогены. Так же вызывают рак печени, так же применяются в экспериментальной онкологии.
Ароматические N-нитрозоамины под действием сухих хлоро- или бромоводородов или под действием концентрированной серной кислоты претерпевают перегруппировку впервые опубликованную в 1886 году в немецком химическом журнале О.Фишером и Е.Хеппом. В указанных условиях нитрозогруппа селективно переносится в п -положение:
Полученный в результате перегруппировки 4-нитрозо-N-метиланилин обладает совершенно иными физическими свойствами и биологической активностью. Это зелёное твёрдое вещество с температурой плавления 113 О С. В растворах в органических растворителях флюоресцирует. Канцерогеном не является, правда, вызывает дерматиты.
Третичные ароматические амины реагируют с нитритом натрия и соляной кислотой, давая С-нитрозосоединения . Нитрозогруппа селективно направляется в п -положение:
С-нитрозосоединения легко восстанавливаются водородом на никеле Ренея. При этом получаются несимметричные диалкилдиамины, например:
Соли алифатических и ароматических аминов могут быть легко переведены обратно в амины действием щелочей, например:
перхлорат пропиламмония пропиламин
гидросульфат метилпропиламмония метилпропиламин
Четвертичные аммониевые основания, наоборот, могут быть переведены вчетвертичные аммониевые соли действием кислот:
Гидроксид диметилэтилизопропиламмония хлорид диметилэтилизопропиламмония
Как видно это обычная реакция нейтрализации щёлочи кислотой – получаются соль и вода.
На стр.19 данного пособия было высказано предположение о лёгкости протекания в ароматических аминах реакций электрофильного замещения в орто - и пара -положения бензольного ядра. Действительно анилин легко бромируется сразу во все эти положения:
N,N-диалкиланилины сульфируются, нитруются, и диазотируются в орто - и пара -положения:
Ацетатом натрия сильная комплексная кислота переводится в слабую – уксусную:
Применение аминов
Простейший первичный амин – метиламин применяется в синтезах инсектицидов, фунгицидов, ускорителей вулканизации, поверхностно-активных веществ (ПАВ), лекарственных средств, красителей, ракетных топлив, растворителей. Например, N-метил-2-пирролидон – популярный растворитель для лаков и некоторых красителей получают взаимодействием метиламина с γ-бутиролактоном (циклическим сложным эфиром 4-оксибутановой кислоты):
γ-бутиролатон N-метил-2-пирролидон
Простейший вторичный амин – диметиламин применяется в синтезах инсектицидов, гербицидов, ускорителей вулканизации, поверхностно-активных веществ (ПАВ), многих лекарственных средств, красителей и таких важных растворителей как диметилфориамид (ДМФА), диметилацетамид (ДМАА) и гексаметилфосфотриамид (ГМФТА) или гексаметапол. ДМФА в промышленности получают, например, путём взаимодействия диметиламина с метиловым эфиром муравьиной кислоты:
метилформиат диметиламин ДМФА метанол
ДМАА в промышленности получают путём взаимодействия диметиламина с уксусным ангидридом:
уксусный ангидрид ДМАА
Промышленный синтез гексаметапола заключается во взаимодействии диметиламина с хлорокисью фосфора:
оксидтрихлорид фосфора ГМФТА
Простейший третичный амин – триметиламин применяется в синтезах четвертичных аммониевых оснований, флотоагентов, ретардантов, кормовых добавок. Например, последняя стадия синтеза карбахолина – лекарственного препарата, применяющегося при лечении глаукомы и послеоперационной атонии кишечника или мочевого пузыря, заключается во взаимодействии триметиламина с карбамоильным производным этиленхлоргидрина:
карбахолин
Катионные ПАВ получаются аналогично:
хлорид триметилалкиламмония
Этиламин применяется в производстве красителей, ПАВ, гербицидов. Например, симазин – гербицид для защиты от сорняков кукурузы и овощей получается взаимодействием этиламина с расчётным количеством хлорцианура в щелочной среде:
хлорцианур симазин
Диэтиламин применяется в производстве красителей, пестицидов, ускорителей вулканизации каучуков, ингибиторов коррозии, лекарственных препаратов, репеллентов. Например, широко известное средство от комаров – ДЭТА получают по реакции:
хлорангидрид м -толуиловой кислоты N,N-диэтил-м -толуамид
Изопропиламин, бутиламин, изобутиламин, втор -бутиамин и трет- бутиламины применяются в аналогичных производствах.
1,6-гександиамин широко применяетсядля синтеза нейлона путём реакции поликонденсации с 1,4-бутандикарбоновой (адипиновой) кислотой:
Среди лекарственных препаратов очень многие содержат аминогруппы различных видов. Так, например, из 1308 препаратов, приведённых в справочнике М.Д. Машковского, не менее 70 являются первичными аминами, не менее 52 вторичными и не менее 108 третичными. Кроме того среди лекарств имеется 41 четвертичная аммониевая соль и более 70 амидов карбоновых кислот, 26 амидов арилсульфокислот и 12 амидов производных ортофосфорной кислоты. Есть также циклические амиды – лактамы. Их 5 наименований. Производных природных аминокислот – 14 наименований. Ниже приведены примеры лекарственных препаратов, содержащих перечисленные функциональные группы:
Анестезин – этиловый эфир п -аминобензойной кислоты. Является первичным ароматическим амином и сложным эфиром одновременно.
Оказывает местноанестезирующее действие. Применяется для обезболивания раневых и язвенных поверхностей, при рвоте беременных, морской и воздушной болезнях.
Баклофен – 4-амино-3-(п -хлор)фенилбутановая кислота. Является первичным алифатическим амином, сложным эфиром и галогенпроизводным бензольного ряда одновременно.
Уменьшает мышечное напряжение, оказывает анальгезирующее действие. Применяется при рассеянном склерозе.
Салбутамол – 2-трет -бутиламино-1-(4"-окси-3"-оксиметил)фенилэтанол. Является вторичным алифатическим амином, вторичным и первичным спиртами и фенолом одновременно.
Оказывает бронхорасширяющее действие и препятствует преждевременным схваткам у беременных женщин. Применяется при бронхиальной астме и в акушерской практике.
Ортофен – натровая соль 2-(2",6"-дихлор)фениламинофенилуксусной кислоты. Является вторичным ароматическим амином, солью карбоновой кислоты и галогенпроизводым бензольного ряда одновременно.
Оказывает противовоспалительное, анальгезирующее и жаропонижающее действие. Применяется при остром ревматизме, ревматоидном артрите, болезни Бехтерева, артрозах, спондилоартрозах.
Изоверин – дигидрохлорид N-изоамил-1,5-пентандиамина. Является диаммонийной солью первичного и вторичного аминов одновременно.
Понижает артериальное давление, повышает тонус и усиливает сокращения мускулатуры матки. Применяется в качестве родоускоряющего средства и для стимулирования сокращения матки в послеродовом периоде.
Метиленовый синий – хлорид N,N,N’,N’-тетраметилтионина. Является одновременно и третичным жирно-ароматическим амином и аммонийной солью такого же амина. Кроме того содержит гетероароматический цикл с «пиридиновым» атомом азота.
Применяют наружно в качестве антисептического средства при ожогах, пиодермии и фолликулитах. При циститах и уретритах промывают полости 0,02% раствором синего цвета.
Пентамин – дибромид 3-метил-1,5-бис-(N,N-диметил-N-этил)аммоний-3-азапентана. Является одновременно и третичным алифатическим амином и дважды четвертичной аммониевой солью таких же аминов.
Обладает ганглиоблокирующей активностью. Применяют при гипертонических кризах, спазмах периферических сосудов, спазмах кишечника и желчевыводящих путей, почечной колике, для купирования острых приступов бронхиальной астмы, при отёках лёгких и мозга.
Никотинамид – амид 3-пиридинкарбоновой кислоты. Является амидом карбоновой кислоты и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – пиридина.
Обладает противопеллагрическими свойствами, улучшает углеводный обмен, действует положительно при лёгких формах диабета, заболеваниях печени, сердца, при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Применяют при гастритах с пониженной кислотностью, острых и хронических гепатитах, циррозах, при спазмах сосудов конечностей, почек и головного мозга.
Сульфадимезин – 2-(п- аминобензолсульфамидо)-4,6-диметилпиримидин. Представитель многочисленной группы сульфаниламидных препаратов. Является одновременно сульфаниламидом, первичным ароматическим амином и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – пиримидина.
Как и все препараты этой группы сульфадимезин является активным противомикробным средством. Его применяют при пневмококковых, стрептококковых, менингококковых инфекциях, при сепсисе, гонорее, а также при инфекциях, вызванных кишечной палочкой и другими микробами.
Фопурин – 6-диэтиленамидофосфамидо-2-диметиламино-7-метилпурин. Является одновременно трижды фосфамидом, третичным ароматическим амином и производным азотсодержащего гетероароматического бицикла – пурина
Гемодез – 6% водно-солевой раствор низкомолекулярного поливинилпирролидона. Элементарное звено полимера содержит лактамное кольцо.
Связывает токсины, циркулирующие в крови, и быстро выводит их через почечный барьер. Применяют при дизентерии, диспепсии, сальмонеллёзе, при ожоговой болезни в фазе интоксикации.
Гистидин – L-β-имидазолилаланин или L-α-амино-β-(4-имидазолил)пропионовая кислота. Является α-аминокислотой и производным азотсодержащего гетероароматического цикла – имидазола
Гистидин – незаменимая аминокислота; содержится в разных органах, входит в состав карнозина – азотистого экстрактивного вещества мышц. В организме подвергается декарбоксилированию с образованием гистамина – одного из химических факторов (медиаторов), участвующих в регуляции жизненных функций.
Ангиотензинамид – ацетат L-аспарагинил-L-аргинил-L-валил-L-тирозинил-L-валил- L - гистидинил – L – пролил - L- фенилаланина. Представляет собой уксуснокислую соль октапептида, состоящего из природных α-аминокислот.
При шоковых состояниях применяется для быстрого и сильного сужения сосудов внутренних органов, кожных покровов, почек. Ангиотензинамид обладает также способностью сокращать гладкую мускулатуру матки, кишечника, мочевого и желчного пузыря. Он стимулирует выделение адреналина из надпочечников и продукцию альдостерона.
| Амины. Определение | |
| Классификация аминов по числу атомов водорода в аммиаке, замещённых на радикалы | |
| Классификация аминов по характеру радикалов, связанных с атомом азота | |
| Изомерия и номенклатура алифатических аминов | |
| Способы получения аминов | |
| Получение аминов из других азотсодержащих соединений | |
| Из нитросоединений | |
| Из нитрозосоединений | |
| Из оксимов | |
| Из гидразонов | |
| Из амидов карбоновых кислот | |
| Из нитрилов карбоновых кислот: 7 | |
| Получение аминов из соединений других классов | |
| Из альдегидов и кетонов по реакции Лейкарта-Валлаха | |
| Получение первичных алифатических аминов путем алкилирования аммиака | |
| Получение вторичных алифатических аминов путем алкилирования первичных | |
| Получение третичных алифатических аминов путем алкилирования вторичных | |
| Получение четвертичных аммониевых солей из третичных аминов | |
| Получение четвертичных аммониевых оснований из четвертичных аммониевых солей | |
| Термолиз четвертичных аммониевых оснований | |
| Алкилирование первичных ароматических аминов до симметричных | |
| третичных аминов | |
| Четырёхстадийный синтез вторичных жирно-ароматических аминов | |
| Получение чистых первичных аминов по Габриэлю | |
| Получение аминов из спиртов | |
| Получение ароматических аминов | |
| Восстановление ароматических нитросоединений по Н.Н. Зинину | |
| Восстановление ароматических нитросоединений по Бешану | |
| Каталитическое восстановление ароматических нитросоединений водородом | |
| Физические свойства алифатических аминов | |
| Агрегатное состояние алифатических аминов | |
| Зависимость температур кипения алифатических аминов от строения | |
| Растворимость алифатических аминов в воде и органических растворителях | |
| Физические свойства ароматических аминов | |
| Агрегатное состояние и растворимость ароматических аминов | |
| Химические свойства аминов | |
| Связь электронного строения аминов с основностью | |
| Константы основности и величины рК b для алифатических, ароматических и гетероциклических аминов и некоторых родственных соединений | |
| Реакции аминов с кислотами | |
| Взаимодействие аминов с нитритом натрия и соляной кислотой | |
| Перевод первичных алифатических аминов в спирты через диазосоединения | |
| Перевод вторичных алифатических аминов в N-нитрозосоединения | |
| Канцерогенность алифатических N- нитрозаминов | |
| Взаимодействие третичных алифатических аминов с нитритом натрия | |
| и соляной кислотой | |
| Перевод первичных ароматических аминов в соли диазония | |
| Выделение солей диазония из растворов в виде тетрафтороборатов | |
| Реакция азосочетания с фенолами (нафтолами) | |
| Азокрасители как рН-индикаторы | |
| Реакция азосочетания с третичными ароматическими аминами | |
| Перевод вторичных жирно-ароматических аминов в N-нитрозамины | |
| Канцерогенность жирно- ароматических N- нитрозаминов | |
| Перегруппировка Фишера- Хеппа | |
| Перевод третичных ароматических аминов в С-нитрозосоединения | |
| Каталитическое восстановление ароматических С- нитрозосоединений водородом | |
| Взаимодействие солей алифатических и ароматических аминов со щелочам | |
| Взаимодействие четвертичных аммониевых оснований с кислотами | |
| Реакции электрофильного замещения в ароматических аминах | |
| Применение аминов | |
| Применение метил- и диметиламинов | |
| Получение популярных органических растворителей: ДМФА, ДМАА и ГМФТА | |
| Применение триметил- и этиламинов | |
| Применение диэтиламина | |
| Применение диаминов для получения полиамидных полимеров | |
| Лекарственные препараты – амины и производные аминов | |
| Анестезин | |
| Баклофен | |
| Салбутамол | |
| Ортофен | |
| Изоверин | |
| Метиленовый синий | |
| Пентамин | |
| Никотинамид | |
| Сульфадимезин | |
| Фопурин | |
| Гемодез | |
| Гистидин | |
| Ангиотензинамид | |
| Содержание |
Наиболее общие свойства всех органических соединений - способность их гореть. Сам аммиак горит и, в общем, легко, но поджечь его не всегда просто. В отличие от него амины загораются легко и горят чаще всего бесцветным или малоокрашенным пламенем. При этом азот аминов традиционно окисляется до молекулярного азота, поскольку оксиды азота малоустойчивы.
Амины загораются на воздухе легче, чем аммиак.
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;
4С 2 H 5 NH 2 + 15O 2 = 8CO 2 + 14H 2 O + 2N 2 .
Основные свойства
Первичные, вторичные и третичные амины обязательно содержат неподеленную электронную пару, как и полагается трехвалентному азоту. То есть амины в растворе проявляют основные свойства, или их растворы являются основаниями. Именно поэтому амины в водном растворе окрашивают лакмус в синий цвет, а фенолфталеин в малиновый. Рис. 1, 2.
Рис. 1.
Рис. 2.
Благодаря этой электронной паре может образовываться донорно-акцепторная связь с ионом водорода:
С 2 Н 5 NH 2 + H + = C 2 H 5 NH 3 + .
Таким образом, подобно аммиаку, амины проявляют свойства оснований:
NH 3 + H 2 O NH 4 OH;
С 2 Н 5 NH 2 + H 2 O C 2 H 5 NH 3 OH.
С кислотами аммиак образует соли аммония, а амины - алкиламмония :
NH 3 + HBr = NH 4 Br (бромид аммония)
С 2 Н 5 NH 2 + HBr = C 2 H 5 NH 3 Br (бромид этиламмония)
Точно так же, как с кислотами аммиак образует соли аммония, амины образуют соответствующие соли. Эти соли могут быть образованы, как и в случае аммиака, не только при реакции водных растворов, но и в газовой фазе, если амины достаточно летучи.
То есть, если поставить рядом сосуды с концентрированной соляной кислотой или даже с органической летучей, например уксусной, и сосуд с летучим амином, то скоро между ними в пространстве появится нечто напоминающее дым без огня, т. е. будут образовываться кристаллики, соответствующие соли алкиламина. Рис. 3.
Рис. 3.
Щелочи вытесняют амины , являющиеся, как и аммиак, слабыми основаниями, из солей алкиламмония:
NH 4 Cl + KOH = NH 3 - + KCl + H 2 O;
CH 3 NH 3 Cl + KOH = CH 3 NH 2 - + KCl + H 2 O.
Основные свойства аминов выше, чем у аммиака. Почему? Образование донорно-акцепторной связи с ионом водорода происходит тем легче, чем выше электронная плотность на атоме азота. Углеводородные радикалы содержат много электронов и охотно «делятся» ими с атомом азота (рис. 4).
Рис. 4. Донорно-акцепторная связь с ионом водорода
Однако основные свойства третичных аминов меньше, чем вторичных (сравните константы основности). Почему? В третичном амине атом азота со всех сторон окружен углеводородными радикалами, и его способность вступать в реакции затруднена.
Амины, подобно аммиаку, способны реагировать с галогеналканами, замещая атом галогена:
СН 3 Br + NH 3 = CH 3 NH 2 + HBr;
СH 3 NH 2 + CH 3 Br = (CH 3) 2 NH + HBr;
(CH 3) 2 NH + CH 3 Br = (CH 3) 3 N + HBr.
Замещать галоген могут и третичные амины, так что реакция может пойти и дальше. Образуется четвертичная аммониевая соль - бромид тетраметиламмония (CH 3) 4 NBr:
(CH 3) 3 N + CH 3 Br = (CH 3) 4 N+ + Br-.
Подведение итога урока
На данном уроке была рассмотрена тема «Аминосоединения. Классификация, изомерия, названия и физические свойства». Вы повторили генезис кислородсодержащих органических соединений и вспомнили о некоторых общих свойствах аммиака и воды. Затем рассмотрели, как получить аминосоединения. Изучили их классификацию, изомерию, названия и присущие им физические свойства.
Список литературы
- Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012.
- Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин, А.А. Дроздов, В.И. Теренин. - М.: Дрофа, 2008. - 463 с.
- Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин, А.А. Дроздов, В.И. Теренин. - М.: Дрофа, 2010. - 462 с.
- Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. - 4-е изд. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. - 278 с.
- сайт ().
- Chemistry.ssu.samara.ru ().
- Химик.ру ().
- Promobud.ua ().
Домашнее задание
- №№ 3, 4 (с. 14) Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012.
- Сравните свойства аминов предельного ряда и спиртов.
- Напишите уравнения реакций, подтверждающих основность аминов.