Амины
Амины — органические производные аммиака, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами. В теме важно научиться различать классы аминов, называть их, объяснять основные свойства по строению и записывать реакции с кислотами, водой и азотистой кислотой.
Определение и классификация
Амины — органические вещества, производные аммиака \(\mathrm{NH_3}\), в которых атомы водорода замещены углеводородными радикалами. Функциональная группа аминов — аминогруппа \(-\mathrm{NH_2}\).
По числу углеводородных радикалов, связанных с атомом азота, амины делятся на первичные, вторичные и третичные. В первичном амине азот соединён с одним радикалом и двумя атомами водорода: \(\mathrm{R-NH_2}\). Во вторичном — с двумя радикалами и одним атомом водорода: \(\mathrm{R_2NH}\). В третичном — с тремя радикалами: \(\mathrm{R_3N}\). Подробное сравнение этих классов приведено на странице первичные, вторичные и третичные амины.
| Тип | Общая формула | Пример |
|---|---|---|
| Первичный | \(\mathrm{R-NH_2}\) | метиламин \(\mathrm{CH_3NH_2}\) |
| Вторичный | \(\mathrm{R_2NH}\) | диметиламин \((\mathrm{CH_3})_2\mathrm{NH}\) |
| Третичный | \(\mathrm{R_3N}\) | триметиламин \((\mathrm{CH_3})_3\mathrm{N}\) |
По природе углеводородного радикала различают алифатические и ароматические амины. Алифатический пример — метиламин \(\mathrm{CH_3NH_2}\) или этиламин \(\mathrm{C_2H_5NH_2}\). Ароматический амин — анилин \(\mathrm{C_6H_5NH_2}\), в котором аминогруппа непосредственно связана с бензольным кольцом.
Номенклатура и строение
Названия простейших первичных аминов образуют от названия углеводородного радикала с добавлением слова «амин»: метиламин, этиламин, пропиламин. По систематической номенклатуре используют название углеводорода и суффикс «амин», например метанамин и этанамин. Для вторичных и третичных аминов указывают радикалы при атоме азота: диметиламин, метилэтиламин, триэтиламин.
Атом азота в амине имеет три ковалентные связи и неподелённую электронную пару. Поэтому его окружение близко к тетраэдрическому, а форма молекулы — к трёхгранной пирамиде. Неподелённая пара может присоединять протон \(\mathrm{H^+}\), что объясняет основные свойства аминов.
Основность аминов связана с наличием неподелённой электронной пары атома азота. Чем доступнее эта пара для присоединения протона, тем сильнее проявляются основные свойства вещества.
В ароматическом амине неподелённая пара частично взаимодействует с π-системой бензольного кольца. Поэтому у анилина она менее доступна, чем у алифатических аминов, и анилин является более слабым основанием. Электронодонорные углеводородные радикалы обычно усиливают основные свойства по сравнению с аммиаком.
Какой тип амина имеет формулу \((\mathrm{C_2H_5})_2\mathrm{NH}\)?
Основные химические свойства
Амины проявляют основные свойства: реагируют с водой и кислотами. В воде они частично протонируются, образуя гидроксид-ионы, поэтому раствор имеет щелочную реакцию.
С минеральными и органическими кислотами амины реагируют с образованием солей аммониевого типа. Например, метиламин с соляной кислотой даёт хлорид метиламмония. Особенности таких реакций разобраны на странице соли аминов.
Реакция с кислотой — это не окислительно-восстановительный процесс: изменяется состояние протонирования, но степени окисления атомов не меняются. При действии щёлочи на соль амина свободный амин вытесняется, если продукт летуч или плохо растворим.
Получение и характерные реакции
Первичные амины можно получить восстановлением нитросоединений. Для получения метиламина восстанавливают нитрометан. В школьных уравнениях восстановитель часто обозначают водородом в присутствии катализатора или формулой \(\mathrm{H_2}\) над стрелкой; условие записывают словами.
Амины вступают в реакции горения. При полном сгорании органического амина образуются углекислый газ, вода и азот, если азот выделяется в свободном виде. Уравнение необходимо уравнивать по атомам углерода, водорода, затем азота и кислорода.
Первичные ароматические амины реагируют с азотистой кислотой иначе, чем алифатические. При низкой температуре из анилина образуется соль диазония — промежуточное соединение для синтеза красителей и других ароматических веществ. В базовом курсе достаточно помнить, что анилин с азотистой кислотой в присутствии минеральной кислоты образует хлорид бензолдиазония.
Разбор экзаменационного примера
Определите объём кислорода, необходимый для полного сгорания \(6{,}2\ \mathrm{г}\) этиламина \(\mathrm{C_2H_5NH_2}\) при нормальных условиях.
Показать решение Решение
Необходимый объём кислорода равен примерно \(11{,}6\ \mathrm{л}\).
Не путайте число углеводородных радикалов с числом атомов углерода: \(\mathrm{(CH_3)_2NH}\) — вторичный амин. Не записывайте соль амина как молекулу \(\mathrm{R-NH_2\cdot HCl}\): корректно показывать ион аммония \(\mathrm{R-NH_3^+}\) и анион кислоты. Для анилина нельзя автоматически переносить свойства алифатических аминов: его основность ниже из-за сопряжения с бензольным кольцом.
Как решать задания по теме
- Определите функциональную группу и число радикалов при атоме азота.
- Установите тип амина: первичный, вторичный или третичный; отдельно проверьте, является ли радикал ароматическим.
- Для реакции с кислотой добавьте протон к атому азота и подберите соответствующий анион кислоты.
- В расчётных задачах сначала составьте уравнение реакции, затем используйте коэффициенты как соотношение количеств веществ.
- Проверьте баланс атомов и, если это газовая задача, единицы объёма и условия измерения.
Амины входят в более широкую систему азотсодержащих функциональных групп. После освоения этой темы полезно перейти к азотсодержащим полимерам и сопоставить аминогруппу с другими группами в органических веществах.
Быстрый тест
Главное
- Амины — производные аммиака; их функциональная группа — \(-\mathrm{NH_2}\) при первичном амине.
- По числу радикалов у азота амины бывают первичными, вторичными и третичными.
- Неподелённая электронная пара азота определяет основные свойства аминов и образование солей с кислотами.
- Алифатические амины обычно проявляют более сильные основные свойства, чем анилин.
- В расчётных задачах ключевы этапы: уравнять реакцию, найти количество вещества и использовать коэффициенты.