Реакции аминов
1. Амины
По систематической номенклатуре амины называют путем добавления приставки амин к названию углеводорода.
По рациоальной номенклатуре их рассматривают как алкил или ариламины.
Метанамин Этанамин N-Метилэтанамин N-Этилэтанамин
(метиламин) (этиламин) (метилэтиламин) (диэтиламин)
N,N-Диэтилэтанамин 2-Аминоэтанол 3-Аминопропановая
триэтиламин) (этаноламин) кислота
Циклогексанамин Бензоламин N-Метилбензоламин 2-Метилбензоламин
(циклогексиламин) (анилин) (N-метиланилин) (о-толуидин)
Гетероциклические амиы называют по соответствующему углеводороду вставляя приставку аза-, диаза- или триаза- для обозачения количества атомов азота.
1-Азациклопета- 1,2-Диазациклопета- 1,3-Диазациклопета-
2,4-диен 2,4-диен 2,4-диен
2. Реакции аминов
2.1. Алкилирование алкилгалогенидами (реакция Меншуткина)
Амины бурно реагируют с алкилгалогенидами, образуя смеси аминов и солей четвертичных аммониевых оснований:
Соли четвертичных аммониевых оснований переводят в щелочной среде в сами основания. Последние можно выделить, обрабатывая соль четвертичного аммониевого основания влажным оксидом серебра:
Термическое разложение четвертиных аммониевых оснований (по Гофману) приводит к образованию алкенов с крайним расположением двойной связи:
(37)втор-Бутилтриметилааммонийгидроксид 1-Бутен
2.2. Окисление третичных аминов
Третичные амины могут быть окислены пероксидом водорода или надкислотами в N-оксиды:
Реакция проводится в метаноле при обычной температуре. При нагревании N-оксиды расщепляются с образованием алкена и дизамещенного гидроксиламина:
При этом метильные группы при атоме азота не затрагиваются. Этим пользуются при получении алкенов определенного строения (реакция Коупа):
(37-40)
Упр.19. Напишите реакции окисления триэтиламина перекисью водорода в метаноле при 25оС.
Упр.20. Завершите реакции
(б) 
2.3. Ацилирование и действие сульфонилхлоридов
Подобно аммиаку первичные и вторичные амины реагируют с ацильными соединениями.Так, при действии на анилин уксусного ангидрида образуется ацетанилид:
(41) анилин ацетанилид
Арилсульфонхлориды реагируя с аминами превращаются в сульфонамиды:
аренсульфонилхлориды сульфонамиды
Амиды арилсульфокислот, называемые обычно сульфамидами (сульфонамидами), обладают кислыми свойствами:
(42)бензолсульфонамид
При обработке сульфонамидов гипохлоритом натрия один или оба атома водорода амидной группы замещаются на хлор и получаются так называемые хлорамины, широко используемые в качестве дезинфицирующих средств. Важнейшими из них являются
хлорамин Б хлорамин Т
дихлорамин Т
При нагревании сульфонамидов в водных растворах кислот они гидролизуютя до аминов:
Упр.21. Завершите реакции
(б) 
(г) 
2.4. Изоцианаты
При действии на первичные амины фосгена (фосгенирование) образуются изоцианаты.
(43)В последнее время изоцианаты стали получать действием на нитросоединения окиси углерода в присутствии катализатора:
(44)м-динитробензол м-диизоцианобензол
При взаимодействии изоцианатов со спиртами образуются карбаматы или уретаны:
(45)
Упр.22. В 1984 г. в индийском городе Бхопал произошла авария на химическом заводе произвадящем инсектицид «севин» - продукт взаимодействия метилизоцианата с 1-нафтолом. Напишите эту реакцию. В результате аварии произошла утечка метилизоцианата – очень токсичного вещества. Погибло 1800 человек.
Упр.23. Типичный полиуретан получают из толуол-2,4-диизоцианата и полимера, образующегося при взаимодействии адипиновой кислоты с избытком этиленгликоля.
Напишите формулу образующегося полиуретана.
(46)полиуретан
Упр.24. Пенополиуретаны получают путем прибавления небольшого количества воды к реакционной смеси при изготовлении полиуретанов. Вода реагирует с частью изоцианатных групп с образованием газа. Напишите реакцию изоцианатов с водой.
Эластомерное волокно лайкра (спандекс) получают при переработке полиуретана, синтезируемого из гексаметилендиизоцианата и 1,4-бутандиола:
(47)
Упр.25. Завершите реакции
(б) 
2.5. Замещение ароматических аминов в кольцо
Амино- и алкиламиногруппы -NH2, -NHR и -NR 2 являются сильными ориентантами первого рода. Активация бензольного кольца аминогруппой столь велика, что при галогенировании ароматических аминов атомы галогенов стремятся занять все орто- и пара-положения:
(48)
2,4,6-Триброманилин
Ацетамидогруппа -NHCOCH3 также является ориентантом первого рода, хотя и более слабым, чем аминогруппы. Один атом галогена можно ввести, если амино-группу предварительно проацилировать, а затем снять ацильную группу гидролизом:
(49)
Ацетанилид п-Бромацетанилид п-Броманилин
Нитрование аминов сопровождается их окислением, поэтому перед нитрованием аминогруппу защищают, переводя ее в амидную группу, полученный нитроамид далее гидролизуют в нитроамин:
(50)
Ацетанилид п-Нитроацетанилид п-Нитроанилин
Упр.26. Диметиламиногруппа является ориентантом первого рода. Почему при нитровании N,N-диметиланилина в концентрированной серной кислоте образуется, в основном, м-нитродиметиланилин?
При сульфировании анилина концентрированной серной кислотой сначала образуется сульфат анилиния, при нагревании которого до 180-200оС образуется п-изомер анилинсульфокислоты (основной продукт), называемый сульфаниловой кислотой:
(51)
Анилин Сульфат анилиния Сульфаниловая кислота
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).
Амины - это производные аммиака (NH 3), в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены углеводородными радикалами.
По числу углеводородных радикалов, замещающих атомы водорода в молекуле NH 3 , все амины можно разделить на три типа:
Группа - NH 2 называется аминогруппой. Существуют также амины, которые содержат две, три и более аминогрупп
Номенклатура
К названию органических остатков, связанных с азотом, добавляют слово «амин», при этом группы упоминают в алфавитном порядке: CH3NC3H - метилпропиламин, CH3N(C6H5)2 - метилдифениламин. Для высших аминов название составляется, взяв за основу углеводород, прибавлением приставки «амино», «диамино», «триамино», указывая числовой индекс атома углерода. Для некоторых аминов используются тривиальные названия: C6H5NH2 - анилин (систематическое название - фениламин).
Для аминов возможна изомерия цепи, изомерия положения функциональной группы, изомерия между типами аминов
Физические свойства
Низшие предельные первичные амины - газообразные вещества, имеют запах аммиака, хорошо растворяются в воде. Амины с большей относительной молекулярной массой - жидкости или твердые вещества, растворимость их в воде с увеличением молекулярной массы уменьшается.
Химические свойства
По химическим свойствам амины похожи на аммиак.
1. Взаимодействие с водой - образование гидроксидов замещенного аммония. Раствор аммиака в воде обладает слабыми щелочными (основными) свойствами. Причина основных свойств аммиака - наличие у атома азота неподеленной электронной пары, которая участвует в образовании донорно-акцепторной связи с ионом водорода. По этой же причине амины также являются слабыми основаниями. Амины - органические основания.
2. Взаимодействие с кислотами - образование солей (реакции нейтрализации). Как основание аммиак с кислотами образует соли аммония. Аналогично при взаимодействии аминов с кислотами образуются соли замещенного аммония. Щелочи, как более сильные основания, вытесняют аммиак и амины из их солей.
3. Горение аминов. Амины являются горючими веществами. Продуктами горения аминов, как и других азотсодержащих органических соединений, являются углекислый газ, вода и свободный азот.
Алкилирование - введение алкильного заместителя в молекулу органического соединения. Типичными алкилирующими агентами являются алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы. Катализаторами алкилирования являются минеральные кислоты, кислоты Льюиса а также цеолиты.
Ацилирование. При нагревании с карбоновыми кислотами, их ангидридами, хлорангидридами или сложными эфирами первичные и вторичные амины ацилируются с образованием N-замещенных амидов, соединений с фрагментом -С(О)N<:
Реакция с ангидридами протекает в мягких условиях. Ещё легче реагируют хлорангидриды, реакция проводится в присутствии основания, чтобы связать образующийся HCl.
Первичные и вторичные амины взаимодействуют с азотистой кислотой различным образом. При помощи азотистой кислоты первичные, вторичные и третичные амины отличают друг от друга. Из первичных аминов образуются первичные спирты:
C2H5NH2 + HNO2 → C2H5OH + N2 +H2O
При этом выделяется газ (азот). Это признак того, что в колбе первичный амин.
Вторичные амины образуют с азотистой кислотой желтые, трудно растворимые нитрозамины - соединения, содержащие фрагмент >N-N=O:
(C2H5)2NH + HNO2 → (C2H5)2N-N=O + H2O
Вторичные амины сложно не узнать, по лаборатории распространяется характерный запах нитрозодиметиламина.
Третичные амины при обычной температуре в азотистой кислоте просто растворяются. При нагревании возможна реакция с отщеплением алкильных радикалов.
Способы получения
1.Взаимодействие спиртов с аммиаком при нагревании в присутствии Аl 2 0 3 в качестве катализатора.
2.Взаимодействие алкилгалогенидов (галогеналканов) с аммиаком. Образовавшийся первичный амин может вступать в реакцию с избытком алкилгалогенида и аммиака, в результате чего образуется вторичный амин. Аналогично могут быть получены третичные амины
Аминокислоты. Классификация, изомерия, номенклатура, получение. Физические и химические свойства. Амфотерные свойства, биполярная структура, изоэлектрическая точка. Полипептиды. Отдельные представители: глицин, аланин, цистеин, цистин, а-аминокапроновая кислота, лизин, глутаминовая кислота.
Аминокислоты - это производные углеводородов, содержащие аминогруппы (-NH 2) и карбоксильные группы –СООН.
Общая формула: (NH 2) f R(COOH) n где m и n чаще всего равны 1 или 2. Таким образом, аминокислоты являются соединениями со смешанными функциями.
Классификация
Изомерия
Изомерия аминокислот, как и гидроксикислот, зависит от изомерии углеродной цепи и от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу (a -, β - и γ- аминокислоты и т.д.). Кроме того, все природные аминокислоты, кроме аминоуксусной, содержат асимметрические атомы углерода, поэтому они имеют оптические изомеры (антиподы). Различают D- и L-ряды аминокислот. Следует отметить, что все аминокислоты, входящие в состав белков, относятся к L-ряду.
Номенклатура
Аминокислоты обычно имеют тривиальные названия (например, аминоуксусная кислота называется иначе гликоколом или иицином, а аминопропионовая кислота - аланином и т.д.). Название аминокислоты по систематической номенклатуре складывается из названия соответствующей карбоновой кислоты, производным которой она является, с добавлением в качестве приставки слова амино-. Положение аминогруппы в цепи указывается цифрами.
Способы получения
1.Взаимодействие α-галогенкарбоновых кислот с избытком аммиака. В ходе этих реакций происходит замещение атома галогена в галогенкарбоновых кислотах (об их получении см. § 10.4) на аминогруппу. Вьщеляющийся при этом хлороводород связывается избытком аммиака в хлорид аммония.
2.Гидролиз белков. При гидролизе белков обычно образуются сложные смеси аминокислот, однако с помощью специальных методов из этих смесей можно выделять отдельные чистые аминокислоты.
Физические свойства
Аминокислоты - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде, температура плавления 230-300°С. Многие α-аминокислоты имеют сладкий вкус.
Химические свойства
1. Взаимодействие с основаниями и с кислотами:
а) как кислота (участвует карбоксильная группа).
б) как основание (участвует аминогруппа).
2. Взаимодействие внутри молекулы - образование внутренних солей:
а) моноаминомонокарбоновые кислоты (нейтральные кислоты). Водные растворы моноаминомонокарбоновых кислот нейтральны (рН = 7);
б) моноаминодикарбоновые кислоты (кислые аминокислоты). Водные растворы моноаминодикарбоновых кислот имеют рН < 7 (кислая среда), так как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется избыток ионов водорода Н + ;
в) диаминомонокарбоновые кислоты (основные аминокислоты). Водные растворы диаминомонокарбоновых кислот имеют рН > 7 (щелочная среда), так как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется избыток гидроксид-ионов ОН - .
3. Взаимодействие аминокислот друг с другом - образование пептидов.
4. Взаимодействуют со спиртами с образованием сложных эфиров.
Изоэлектрическая
точка аминокислот, не содержащих
дополнительных NH2- или СООН-групп,
представляет собой среднее арифметическое
между двумя значениями рК":
соответственно для аланина
.
Изоэлектрическая точка ряда других аминокислот, содержащих дополнительные кислотные или основные группы (аспарагиновая и глутаминовая кислоты, лизин, аргинин, тирозин и др.), зависит, кроме того, от кислотности или основности радикалов этих аминокислот. Для лизина, например, рI должна вычисляться из полусуммы значений рК" для α- и ε-NН2-групп. Таким образом, в интервале рН от 4,0 до 9,0 почти все аминокислоты существуют преимущественно в форме цвиттерионов с протонированной аминогруппой и диссоциированной карбоксильной группой.
Полипептиды содержат более десяти аминокислотных остатков.
Глицин (аминоуксусная кислота, аминоэтановая кислота) - простейшая алифатическая аминокислота, единственная аминокислота, не имеющая оптических изомеров. Эмпирическая формула C2H5NO2
Аланин (аминопропановая кислота) - алифатическая аминокислота. α-аланин входит в состав многих белков, β-аланин - в состав ряда биологически активных соединений. Химическая формула NH2 -CH -CH3 -COOH. Аланин легко превращается в печени в глюкозу и наоборот. Этот процесс носит название глюкозо-аланинового цикла и является одним из основных путей глюконеогенеза в печени.
Цистеин (α-амино-β-тиопропионовая кислота; 2-амино-3-сульфанилпропановая кислота) - алифатическая серосодержащая аминокислота. Оптически активна, существует в виде L- и D- изомеров. L-Цистеин входит в состав белков и пептидов, играет важную роль в процессах формирования тканей кожи. Имеет значение для дезинтоксикационных процессов. Эмпирическая формула C3H7NO2S.
Цисти́н (хим.) (3,3"-дитио-бис-2-аминопропионовая к-та, дицистеин) - алифатическая серосодержащая аминокислота, бесцветные кристаллы, растворимые в воде.
Цистин - некодируемая аминокислота, представляющая собой продукт окислительной димеризации цистеина, в ходе которой две тиольные группы цистеина образуют дисульфидную связь цистина. Цистин содержит две аминогруппы и две карбоксильных группы и относится к двухосновным диаминокислотам. Эмпирическая формула C6H12N2O4S2
В организме находятся в основном в составе белков.
Аминокапроновая кислота (6-аминогексановая кислота или ε-аминокапроновая кислота) - лекарственное гемостатическое средство, тормозит превращение профибринолизина в фибринолизин. Брутто-
формула C6H13NO2.
Лизин (2,6-диаминогексановая кислота) - алифатическая аминокислота с выраженными свойствами основания; незаменимая аминокислота. Химическая формула: C6H14N2O2
Лизин входит в состав белков. Лизин - это незаменимая аминокислота, входящая в состав практически любых белков, необходима для роста, восстановления тканей, производства антител, гормонов, ферментов, альбуминов.
Глутаминовая кислота (2-аминопентандиовая кислота) - алифатическая аминокислота. В живых организмах глутаминовая кислота в виде аниона глутамата присутствуют в составе белков, ряда низкомолекулярных веществ и в свободном виде. Глутаминовая кислота играет важную роль в азотистом обмене. Химическая формула C5H9N1O4
Глутаминовая кислота также является нейромедиаторной аминокислотой, одним из важных представителей класса «возбуждающих аминокислот». Связывание глутамата со специфическими рецепторами нейронов приводит к возбуждению последних.
Простые и сложные белки. Пептидная связь. Понятие о первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуре белковой молекулы. Типы связей, определяющих пространственное строение молекулы белка (водородные, дисульфидные, ионные, гидрофобные взаимодействия). Физические и химические свойства белков (реакции осаждения, денатурации, цветные реакции). Изоэлектрическая точка. Значение белков.
Белки - это природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), структурную основу которых составляют полипептидные цепи, построенные из остатков α-аминокислот.
Простые белки (протеины) - высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот.
Сложные белки (протеиды) - двухкомпонентные белки, в которых помимо пептидных цепей (простого белка) содержится компонент неаминокислотной природы - простетическая группа.
Пептидная связь - вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-СООН) другой аминокислоты.
Первичная структура - последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы - сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.
Вторичная структура - локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями.
Третичная структура - пространственное строение полипептидной цепи (набор пространственных координат составляющих белок атомов). Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. В стабилизации третичной структуры принимают участие:
ковалентные связи (между двумя остатками цистеина - дисульфидные мостики);
ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;
водородные связи;
гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.
Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) - взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.
Физические свойства
Свойства белков так же разнообразны, как и функции, которые они выполняют. Одни белки растворяются в воде,-образуя, как правило, коллоидные растворы (например, белок яйца); другие растворяются в разбавленных растворах солей; третьи нерастворимы (например, белки покровных тканей).
Химические свойства
В радикалах аминокислотных остатков белки содержат различные функциональные группы, которые способны вступать во многие реакции. Белки вступают в реакции окисления-восстановления, этерификации, алкилирования, нитрования, могут образовывать соли как с кислотами, так и с основаниями (белки амфотерны).
Например, альбумин - яичный белок - при температуре 60-70° осаждается из раствора (свертывается), теряя способность растворяться в воде.
Подобно аммиаку, амины проявляют свойства оснований. Водные растворы низших аминов окрашивают красный лакмус в синий цвет, имеют щелочную среду.
Причина основных свойств – свободная электронная пара атома азота, за счет которой присоединяется протон водорода. Основные свойства аминов обусловлены способностью присоединять протон водорода (Н +), и чем легче он присоединяется, тем ярче выражены основные свойства. Следовательно, амины – органические основания. По мере роста углеродного скелета растворимость в воде уменьшается, поэтому высшие амины не дают щелочной реакции, но сохраняют свойства оснований и с кислотами образуют соли. На характер основных свойств оказывает влияние природа радикала, с которым связана аминогруппа. Электронодонорные группы усиливают основные свойства, электроноакцепторные – уменьшают.
Ароматические амины проявляют более слабые основные свойства, чем амины предельного ряда. Объясняется это влиянием бензольного ядра на аминогруппу. Свободная электронная пара атома азота вступает в сопряжение с п-электронами бензольного ядра, что приводит к уменьшению электронной плотности на атоме азота, тем самым к ослаблению способности присоединять Н + .
Амины можно расположить в следующий ряд по убыванию основных свойств:
(СН 3) 3 N > (СН 3) 2 NН> СН 3 NH 2 > NH 3 > C 6 H 5 NH 2 > (С 6 Н 5) 2 NН> (C 6 H 5) 3 N
Образование солей. Подобно аммиаку, амины реагируют с кислотами, образуя соли:
Соли аминов, в отличие от аминов, хорошо растворимы в воде, но не растворяются в органических растворителях. При действии на соли аминов щелочей происходит выделение аминов:
Предельные амины могут осаждать нерастворимые гидроксиды металлов из растворов солей, например:
Алкилирование аминов. Взаимодействие с галогенопроизводными. Из первичных аминов образуются вторичные амины, а из вторичных – третичные:
Ацилирование – введение ацильной группы, при этом получаются амиды кислот:
Горение. Амины сгорают в кислороде, образуя азот, СО 2 и Н 2 О , например.
Классификация аминов разнообразна и определяется тем, какой признак строения взят за основу.
В зависимости от числа органических групп, связанных с атомом азота, различают:
первичные амины одна органическая группа у азота RNH 2
вторичные амины две органических группы у азота R 2 NH, органические группы могут быть различными R"R"NH
третичные амины три органических группы у азота R 3 N или R"R"R""N
По типу органической группы, связанной с азотом, различают алифатические СH 3 N6H 5 N
По числу аминогрупп в молекуле амины делят на моноамины СH 3 NН 2 , диамины H 2 N(СH 2) 2 NН 2 , триамины и т.д.
Номенклатура аминов.
к названию органических групп, связанных с азотом, добавляют слово «амин», при этом группы упоминают в алфавитном порядке, например, СН 3 NHС 3 Н 7 метилпропиламин, СН 3 N(С 6 Н 5) 2 метилдифениламин. Правила допускают также составлять название, взяв за основу углеводород, в котором аминогруппу рассматривают как заместитель. В таком случае ее положение указывают с помощью числового индекса: С 5 Н 3 С 4 Н 2 С 3 Н(NН 2)С 2 Н 2 С 1 Н 3 3-аминопентан (верхние числовые индексы синего цвета указывают порядок нумерации атомов С). Для некоторых аминов сохранились тривиальные (упрощенные) названия: С 6 Н 5 NH 2 анилин (название по правилам номенклатуры фениламин).
В некоторых случаях применяют устоявшиеся названия, которые представляют собой искаженные правильные названия: Н 2 NСН 2 СН 2 ОН моноэтаноламин (правильно 2-аминоэтанол); (ОНСН 2 СН 2) 2 NH диэтаноламин, правильное название бис(2-гидроксиэтил)амин. Тривиальные, искаженные и систематические (составленные по правилам номенклатуры) названия довольно часто сосуществуют в химии.
Физические свойства аминов.
Первые представители ряда аминов метиламин CH 3 NH 2 , диметиламин (CH 3) 2 NH, триметиламин (CH 3) 3 N и этиламин C 2 H 5 NH 2 при комнатной температуре газообразные, далее при увеличении числа атомов в R амины становятся жидкостями, а при увеличении длины цепи R до 10 атомов С кристаллическими веществами. Растворимость аминов в воде убывает по мере увеличения длины цепи R и при возрастании числа органических групп, связанных с азотом (переход к вторичным и третичным аминам). Запах аминов напоминает запах аммиака, высшие (с большими R) амины практически лишены запаха.
Химические свойства аминов.
Отличительная способность аминов присоединять нейтральные молекулы (например, галогеноводороды HHal, с образованием органоаммониевых солей, подобных аммонийным солям в неорганической химии. Для образования новой связи азот предоставляет неподеленную электронную пару, исполняя роль донора. Участвующий в образовании связи протон Н + (от галогеноводорода) играет роль акцептора (приемника), такую связь называют донорно-акцепторной (рис. 1). Возникшая ковалентная связь NH полностью эквивалентна имеющимся в амине связям NH.
Третичные амины также присоединяют HCl, но при нагревании полученной соли в растворе кислоты она распадается, при этом R отщепляется от атома N:
(C 2 H 5) 3 N + HCl ® [(C 2 H 5) 3 N H]Сl
[(C 2 H 5) 3 N H]Сl ® (C 2 H 5) 2 N H + C 2 H 5 Сl
При сравнении этих двух реакций видно, что C 2 H 5 -группа и Н, как бы меняются местами, в итоге из третичного амина образуется вторичный.
Растворяясь в воде, амины по такой же схеме захватывают протон, в результате в растворе появляются ионы ОН , что соответствует образованию щелочной среды, ее можно обнаружить с помощью обычных индикаторов.
C 2 H 5 N H 2 + H 2 O ® + + OH
С образованием донорно-акцепторной связи амины могут присоединять не только HCl, но и галогеналкилы RCl, при этом образуется новая связь NR, которая также эквивалентна уже имеющимся. Если в качестве исходного взять третичный амин, то получается соль тетраалкиламмония (четыре группы R у одного атома N):
(C 2 H 5) 3 N + C 2 H 5 I ® [(C 2 H 5) 4 N ]I
Эти соли, растворяясь в воде и некоторых органических растворителях, диссоциируют (распадаются), образуя ионы:
[(C 2 H 5) 4 N ]I ® [(C 2 H 5) 4 N ] + + I
Такие растворы, как и все растворы, содержащие ионы, проводят электрический ток. В тетраалкиламмониевых солях можно заменить галоген НО-группой:
[(CH 3) 4 N ]Cl + AgOH ® [(CH 3) 4 N ]OH + AgCl
Получающийся гидроксид тетраметиламмония представляет собой сильное основание, по свойствам близкое к щелочам.
Первичные и вторичные амины взаимодействуют с азотистой кислотой HON=O, однако реагируют они различным образом. Из первичных аминов образуются первичные спирты:
C 2 H 5 N H 2 + HN O 2 ® C 2 H 5 OH + N 2 +H 2 O
В отличие от первичных, вторичные амины образуют с азотистой кислотой желтые, трудно растворимые нитрозамины соединения, содержащие фрагмент >NN = O:
(C 2 H 5) 2 N H + HN O 2 ® (C 2 H 5) 2 N N =O + H 2 O
Третичные амины при обычной температуре с азотистой кислотой не реагируют, таким образом, азотистая кислота является реагентом, позволяющим различить первичные, вторичные и третичные амины.
При конденсации аминов с карбоновыми кислотами образуются амиды кислот соединения с фрагментом С(О)N
Конденсация аминов с альдегидами и кетонами приводит к образованию так называемых оснований Шиффа соединений, содержащих фрагмент N=C2.
При взаимодействии первичных аминов с фосгеном Cl 2 С=O образуются соединения с группировкой N=C=O, называемые изоцианатами (рис. 2Г, получение соединения с двумя изоцианатными группами).
Среди ароматических аминов наиболее известен анилин (фениламин) С 6 Н 5 NH 2 . По свойствам он близок к алифатическим аминам, но его основность выражена слабее в водных растворах он не образует щелочную среду. Как и алифатические амины, с сильными минеральными кислотами он может образовывать аммониевые соли [С 6 Н 5 NH 3 ] + Сl . При взаимодействии анилина с азотистой кислотой (в присутствии HCl) образуется диазосоединение, содержащее фрагмент RN=N, оно получается в виде ионной соли, называемой солью диазония (рис. 3А). Таким образом, взаимодействие с азотистой кислотой идет не так, как в случае алифатических аминов. Бензольное ядро в анилине обладает реакционной способностью, характерной для ароматических соединений (см . АРОМАТИЧНОСТЬ), при галогенировании атомы водорода в орто - и пара -положениях к аминогруппе замещаются, получаются хлоранилины с различной степенью замещения (рис. 3Б). Действие серной кислоты приводит к сульфированию в пара -положение к аминогруппе, образуется так называемая сульфаниловая кислота (рис. 3В).
Получение аминов.
При взаимодействии аммиака с галогеналкилами, например RCl, образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов. Образующийся побочный продукт HCl присоединяется к аминам, образуя аммониевую соль, но при избытке аммиака соль разлагается, что позволяет проводить процесс вплоть до образования четвертичных аммониевых солей (рис. 4А). В отличие от алифатических галогеналкилов, арилгалогениды, например, С 6 Н 5 Cl, реагируют с аммиаком с большим трудом, синтез возможен только при катализаторах, содержащих медь. В промышленности алифатические амины получают каталитическим взаимодействием спиртов с NH 3 при 300500° С и давлении 120 МПа, в результате получают смесь первичных, вторичных и третичных аминов(рис. 4Б).
При взаимодействии альдегидов и кетонов с аммонийной солью муравьиной кислоты HCOONH 4 образуются первичные амины (рис. 4В), а реакция альдегидов и кетонов с первичными аминами (в присутствии муравьиной кислоты НСООН) приводит к вторичным аминам (рис. 4Г).
Нитросоединения (содержащие группу NO 2) при восстановлении образуют первичные амины. Этот метод, предложенный Н.Н.Зининым, мало применяется для алифатических соединений, но важен для получения ароматических аминов и лег в основу промышленного производства анилина (рис. 4Д).
Как отдельные соединения амины применяются мало, например, в быту используется полиэтиленполиамин [-C 2 H 4 NH-] n (торговое название ПЭПА) как отвердитель эпоксидных смол. Основное применение аминов как промежуточные продукты при получении различных органических веществ. Ведущая роль принадлежит анилину, на основе которого производится широкий спектр анилиновых красителей, причем цветовая «специализация» закладывается уже на стадии получения самого анилина. Сверхчистый анилин без примеси гомологов называют в промышленности «анилин для синего» (имеется в виду цвет будущего красителя). «Анилин для красного» должен содержать, помимо анилина, смесь орто - и пара -толуидина (СН 3 С 6 Н 4 NH 2).
Алифатические диамины исходные соединения для получения полиамидов, например, найлона (рис. 2), широко применяемого для изготовления волокон, полимерных пленок, а также узлов и деталей в машиностроении (полиамидные зубчатые передачи).
Из алифатических диизоцианатов (рис. 2) получают полиуретаны, которые обладают комплексом технически важных свойств: высокой прочностью в сочетании с эластичностью и очень высоким сопротивлением истиранию (полиуретановые обувные подошвы), а также хорошей адгезией к широкому кругу материалов (полиуретановые клеи). Широко их применяют и во вспененной форме (пенополиуретаны).
На основе сульфаниловой кислоты (рис. 3) синтезируют противовоспалительные лекарственные препараты сульфаниламиды.
Соли диазония (рис. 2) применяют в фоточувствительных материалах для светокопирования, которое позволяет получать изображение, минуя обычную галоидосеребряную фотографию (см . СВЕТОКОПИРОВАНИЕ).
Михаил Левицкий