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 ().
- №№ 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.
Амины - органические производные аммиака, содержащие аминогруппу NH 2 и органический радикал. В общем случае формула амина представляет собой формулу аммиака, в которой атомы водорода заменены на углеводородный радикал.
Классификация
- По тому, сколько в аммиаке атомов водорода заменено радикалом, различают первичные амины (один атом), вторичные, третичные. Радикалы могут быть одинаковыми или разнотипными.
- Амин может содержать не одну аминогруппу, а несколько. По этой характеристике их делят на моно, ди-, три-, … полиамины.
- По типу радикалов, связанных с атомом азота, различают алифатические (не содержащие циклических цепей), ароматические (содержащие цикл, самый известный - анилин с бензольным кольцом), смешанные (жиро-ароматические, содержащие циклический и нециклический радикалы).
Свойства
В зависимости от длины цепочки атомов в органическом радикале, амины могут быть газообразными (три-, ди-, метиламин, этиламин), жидкими или твердыми веществами. Чем длиннее цепь, тем тверже вещество. Простейшие амины водорастворимы, но по мере перехода к более сложным соединениям водорастворимость уменьшается.
Газообразные и жидкие амины - вещества с выраженным запахом аммиака. Твердые практически лишены запаха.
Амины проявляют в химических реакциях сильные оснóвные свойства, в результате взаимодействия с неорганическими кислотами получаются алкиламмониевые соли. Реакция с азотистой кислотой является качественной для этого класса соединений. В случае первичного амина получается спирт и газообразный азот, со вторичным - нерастворимый желтый осадок с выраженным запахом нитрозодиметиламина; с третичным реакция не идет.
Реагируют с кислородом (горят на воздухе), галогенами, карбоновыми кислотами и их производными, альдегидами, кетонами.
Практически все амины, за редким исключением, ядовиты. Так, самый знаменитый представитель класса, анилин, легко проникает через кожный покров, окисляет гемоглобин, угнетает ЦНС, нарушает обмен веществ, что может привести даже к смерти. Токсичны для человека и пары.
Признаки отравления:
Одышка,
- синюшность носа, губ, кончиков пальцев,
- частое дыхание и усиленное сердцебиение, потеря сознания.
Первая помощь:
Смыть хим.реактив ватой со спиртом,
- обеспечить доступ к чистому воздуху,
- вызвать «Скорую помощь».
Применение
В качестве отвердителя эпоксидных смол.
Как катализатор в химпроме и металлургии.
Сырье для получения полиамидных искусственных волокон, например, нейлона.
Для изготовления полиуретанов, пенополиуретанов, полиуретановых клеев.
Исходный продукт для получения анилина - основы для анилиновых красителей.
Для производства лекарственных средств.
Для изготовления фенолформальдегидных смол.
Для синтеза репеллентов, фунгицидов, инсектицидов, пестицидов, минеральных удобрений, ускорителей вулканизации резины, антикоррозионных реактивов, буферных растворов.
Как добавка к моторным маслам и топливам, сухое горючее.
Для получения светочувствительных материалов.
Уротропин используется как пищевая добавка, а также ингредиент косметических средств.
В нашем интернет-магазине можно купить реактивы, относящиеся к классу аминов.
Метиламин
Первичный алифатический амин. Востребован как сырье для производства лекарств, красителей, пестицидов.
Диэтиламин
Вторичный амин. Применяется в качестве исходного продукта при получении пестицидов, лекарств (например, новокаина), красителей, репеллентов, добавок к топливу и моторным маслам. Из него изготавливают реактивы для защиты от коррозии, для обогащения руд, отверждения эпоксидных смол, ускорения процессов вулканизации.
Триэтиламин
Третичный амин. Используется в химпроме в качестве катализатора при производстве резин, 
эпоксидных смол, пенополиуретанов. В металлургии - катализатор отвердения в безобжиговых процессах. Сырье в органическом синтезе лекарств, минеральных удобрений, средств для борьбы с сорняками, красок.
1-бутиламин
Третбутиламин, соединение, в котором с азотом связана трет-бутильная органическая группа. Вещество применяется при синтезе усилителей вулканизации резины, лекарств, красителей, дубильных веществ, препаратов против сорняков и насекомых.
Уротропин (гексамин)
Полициклический амин. Востребованное в экономике вещество. Используется как пищевая добавка, лекарство и компонент лекарств, ингредиент косметических средств, буферных растворов для аналитической химии; как сухое горючее, отвердитель полимерных смол, в синтезе фенолформальдегидных смол, фунгицидов, взрывчатых веществ, средств для защиты от коррозии.
Амины вошли в нашу жизнь совершенно неожиданно. Еще недавно это были ядовитые вещества, столкновение с которыми могло привести к смерти. И вот, спустя полтора столетия, мы активно пользуемся синтетическими волокнами, тканями, строительными материалами, красителями, в основе которых лежат амины. Нет, они не стали безопаснее, просто люди смогли их "приручить" и подчинить, извлекая для себя определенную пользу. О том, какую именно, и поговорим далее.
Определение
Для качественного и количественного определение анилина в растворах или соединениях используется реакция с в конце которой на дно пробирки выпадает белый осадок в виде 2,4,6-триброманилина.
Амины в природе
Амины встречаются в природе повсеместно в виде витаминов, гормонов, промежуточных продуктов обмена, есть они и в организме животных и в растениях. Кроме того, при гниении живых организмов также получаются средние амины, которые в жидком состоянии распространяют неприятный запах селедочного рассола. Широко описанный в литературе «трупный яд» появился именно благодаря специфическому амбре аминов.
Длительное время рассматриваемые нами вещества путали с аммиаком из-за похожего запаха. Но в середине девятнадцатого века французский химик Вюрц смог синтезировать метиламин и этиламин и доказать, что при сгорании они выделяют углеводород. Это было принципиальным отличием упомянутых соединений от аммиака.
Получение аминов в промышленных условиях
Так как атом азота в аминах находится в низшей степени окисления, то восстановление азотосодержащих соединений является наиболее простым и доступным способом их получения. Именно он широко распространен в промышленной практике из-за своей дешевизны.
Первый метод представляет собой восстановление нитросоединений. Реакция, во время которой образуется анилин, носит название ученого Зинина и была проведена в первый раз в середине девятнадцатого века. Второй способ заключается в восстановлении амидов при помощи алюмогидрида лития. Из нитрилов тоже можно восстановить первичные амины. Третий вариант - реакции алкилирования, то есть введение алкильных групп в молекулы аммиака.
Применение аминов
Сами по себе, в виде чистых веществ, амины используются мало. Один из редких примеров - полиэтиленполиамин (ПЭПА), который в бытовых условиях облегчает затвердение эпоксидной смолы. В основном первичный, третичный или вторичный амин - это промежуточный продукт в производстве различных органических веществ. Самым востребованным является анилин. Он - основа большой палитры анилиновых красителей. Цвет, который получится в конце, зависит непосредственно от выбранного сырья. Чистый анилин дает синий цвет, а смесь анилина, орто- и пара-толуидина будет красной.
Алифатические амины нужны для получения полиамидов, таких как нейлон и другие Они применяются в машиностроении, а также в производстве канатов, тканей и пленок. Кроме того, алифатические диизоцинаты используются в изготовлении полиуретанов. Из-за своих исключительных свойств (легкость, прочность, эластичность и способность прикрепляться к любым поверхностям) они востребованы в строительстве (монтажная пена, клей) и в обувной промышленности (противоскользящая подошва).
Медицина - еще одна сфера, где применяются амины. Химия помогает синтезировать из них антибиотики группы сульфаниламидов, которые успешно применяют в качестве препаратов второй линии, то есть резервной. На случай, если у бактерий разовьется устойчивость к основным лекарствам.
Вредное воздействие на организм человека
Известно, что амины - это весьма токсичные вещества. Вред здоровью может нанести любое взаимодействие с ними: вдыхание паров, контакт с открытой кожей или попадание соединений внутрь организма. Смерть наступает от нехватки кислорода, так как амины (в частности, анилин) связываются с гемоглобином крови и не дают ему захватывать молекулы кислорода. Тревожными симптомами являются одышка, посинение носогубного треугольника и кончиков пальцев, тахипноэ (учащенное дыхание), тахикардия, потеря сознания.
В случае попадания этих веществ на оголенные участки тела необходимо быстро убрать их ватой, предварительно смоченной в спирте. Делать это надо максимально аккуратно, чтобы не увеличить площадь загрязнения. Если появятся симптомы отравления - обязательно нужно обратиться к врачу.
Алифатические амины - это яд для нервной и сердечно-сосудистой систем. Они могут вызвать угнетение функций печени, ее дистрофию и даже онкологические заболевания мочевого пузыря.
Амины - это органические соединения, в которых атом водорода (может и не один) замещен на углеводородный радикал. Все амины делят на:
- первичные амины ;
- вторичные амины ;
- третичные амины .
Есть еще аналоги солей аммония - четвертичные соли типа [R 4 N ] + Cl - .
В зависимости от типа радикала амины могут быть:
- алифатические амины;
- ароматические (смешанные) амины.
Алифатические предельные амины.
Общая формула C n H 2 n +3 N .
Строение аминов.
Атом азота находится в sp 3 -гибридизации. На 4-ой негибридной орбитали находится неподеленная пара электронов, которая обуславливает основные свойства аминов:
Элекронодонорные заместители повышают электронную плотность на атоме азота и усиливают основные свойства аминов, по этой причин вторичные амины являются более сильными основаниями, чем первичные, т.к. 2 радикала у атома азота создают большую электронную плотность, чем 1.
В третичных атомах играет важную роль пространственный фактор: т.к. 3 радикала заслоняют неподеленную пару азота, к которой сложно «подступиться» другим реагентам, основность таких аминов меньше, чем первичных или вторичных.
Изомерия аминов.
Для аминов свойственна изомерия углеродного скелета, изомерия положения аминогруппы:
Как называть амины?
В названии обычно перечисляют углеводородные радикалы (в алфавитном порядке) и добавляют окончание -амин:
Физические свойства аминов.
Первые 3 амина - газы, средние члены алифатического ряда - жидкости, а высшие - твердые вещества. Температура кипения у аминов выше, чем у соответствующих углеводородов, т.к. в жидкой фазе в молекуле образуются водородные связи.
Амины хорошо растворимы в воде, по мере роста углеводородного радикала растворимость падает.
Получение аминов.
1. Алкилирование аммиака (основной способ), который происходит при нагревании алкилгалогенида с аммиаком:
Если алкилгалогенид в избытке, то первичный амин может вступать в реакцию алкилирования, превращаясь во вторичный или третичный амин:
2. Восстановление нитросоединений:
Используют сульфид аммония (реакция Зинина ), цинк или железо в кислой среде, алюминий в щелочной среде или водород в газовой фазе.
3. Восстановление нитрилов. Используют LiAlH 4 :
4. Ферментатичное декарбоксилирование аминокислот:
Химические свойства аминов.
Все амины - сильные основания, причем алифатические более сильные, чем аммиак.
Водные растворы имеют щелочной характер.
I. По числу углеводородных радикалов в молекуле амина:
Первичные амины R-NH 2
(производные углеводородов, в которых атом водорода замещен на аминогруппу -NH 2),
Вторичные амины R-NH-R"
II. По строению углеводородного радикала:
Алифатические, например: C 2 H 5 -NH 2 этиламин
Предельные первичные амины
Общая формула C n H 2n+1 NH 2 (n ≥ 1); или C n H 2n+3 N (n ≥ 1)
Номенклатура
Названия аминов (особенно вторичных и третичных) обычно дают по радикально-функциональной номенклатуре, перечисляя в алфавитном порядке радикалы и добавляя название класса - амин. Названия первичных аминов по заместительной номенклатуре составляют из названия родоначального углеводорода и суффикса - амин.
CH 3 -NH 2 метанамин (метиламин)
CH 3 -CH 2 -NH 2 этанамин (этиламин)
Первичные амины часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы NH 2 . Аминогруппа при этом рассматривается как заместитель, а ее местоположение указывается цифрой в начале названия. Например:
H 2 N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 1,4-диаминобутан.
Анилин (фениламин) C 6 H 5 NH 2 в соответствии с этим способом называется аминобензолом.
Гомологический ряд предельных аминов
СН 3 NH 2 - метиламин (первичный амин), (СН 3) 2 NH - диметиламин (вторичный амин), (СН 3) 3 N - триметиламин (третичный амин) и т.д.
Изомерия
Структурная изомерия
Углеродного скелета, начиная с С 4 H 9 NH 2:
Положения аминогруппы, начиная с С 3 H 7 NH 2:
Изомерия аминогруппы, связанная с изменением степени замещенности атомов водорода при азоте:
Пространственная изомерия
Возможна оптическая изомерия, начиная с С 4 H 9 NH 2:
Оптические (зеркальные) изомеры - пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение (как левая и правая руки).
Физические свойства
Низшие предельные амины - газообразные вещества; средние члены гомологического ряда - жидкости; высшие амины - твердые вещества. Метиламин имеет запах аммиака, другие низшие амины - резкий неприятный запах, напоминающий запах селедочного рассола.
Низшие амины хорошо растворимы в воде, с ростом углеводородного радикала растворимость аминов падает. Амины образуются при гниении органических остатков, содержащих белки. Ряд аминов образуется в организмах человека и животных из аминокислот (биогенные амины) .
Химические свойства
Амины, как и аммиак, проявляют ярко выраженные свойства оснований, что обусловлено наличием в молекулах аминов атома азота, имеющего неподеленную пару электронов.
1. Взаимодействие с водой
Растворы аминов в воде имеют щелочную реакцию среды.
2. Взаимодействие с кислотами (образование солей)
Амины выделяются из их солей при действии щелочей:
Cl + NaOH → СН 3 CH 2 NH 2 + NaCl + Н 2 O
3. Горение аминов
4CH 3 NH 2 + 9O 2 → 4СO 2 + 10Н 2 O + 2N 2
4. Реакция с азотистой кислотой (отличие первичных аминов от вторичных и третичных)
Под действием HNO 2 первичные амины превращаются в спирты с выделением азота:
C 2 H 5 NH 2 + HNO 2 → С 2 Н 5 OН + N 2 + Н 2 O
Способы получения
1. Взаимодействие галогеналканов с аммиаком
СН 3 Вr + 2NH 3 → CH 3 NH 2 + NH 4 Br
2. Взаимодействие спиртов с аммиаком
(Практически в этих реакциях образуется смесь первичных, вторичных, третичных аминов и соли четвертичного аммониевого основания.)