§ 21. Амины

Определения и обозначения

Амины — производные аммиака, в молекуле которых один или несколько атомов водорода заменены углеводородными радикалами. Радикал — часть молекулы, полученная удалением атома водорода от углеводорода, например CH₃– или C₂H₅–. Такое определение показывает, почему в составе аминов одновременно есть азот и углеводородные фрагменты.

Аминогруппа — группа атомов –NH₂, –NH– или –N<, входящая в состав аминов. Запись зависит от числа связей атома азота с радикалами и атомами водорода. По аминогруппе можно узнать, какая часть молекулы отвечает за основные свойства вещества.

Первичные, вторичные и третичные амины различают по числу углеводородных радикалов, связанных с атомом азота: один, два или три. Поэтому первичный амин имеет общую формулу RNH₂, вторичный — R₂NH, третичный — R₃N. Считают именно радикалы у азота, а не все атомы водорода в молекуле.

Анилин — ароматический амин, в молекуле которого аминогруппа связана с бензольным кольцом. Его формула — C₆H₅NH₂. Это особый пример, потому что бензольное кольцо влияет на электронную пару азота и изменяет основные свойства аминогруппы.

Как это устроено

Аммиак NH₃ можно представить как исходную модель для построения аминов. Если один атом водорода заменить углеводородным радикалом R, получится RNH₂ — первичный амин; замена двух атомов даст R₂NH, а трёх — R₃N. Так появляется ряд веществ, отличающихся числом радикалов, присоединённых к одному атому азота.

Классификация по числу радикалов удобнее, чем подсчёт водородов во всей молекуле, потому что углеводородные радикалы могут иметь разный размер и состав. Например, и CH₃NH₂, и C₂H₅NH₂ являются первичными аминами: у каждого с азотом связан только один радикал. Число атомов водорода в их молекулах различается, но тип амина остаётся одинаковым.

Название и формулу можно установить, рассмотрев соседей атома азота. В CH₃NH₂ к азоту присоединены CH₃ и два H, поэтому это метиламин; в (CH₃)₂NH находятся два метильных радикала, значит, это диметиламин. В (CH₃)₃N три радикала закрывают все связи азота с водородом, поэтому вещество называют триметиламином.

Низшие предельные амины хорошо растворяются в воде, поскольку аминогруппа образует с молекулами воды водородные связи. У аминов с более длинным углеводородным радикалом неполярная часть становится больше и сильнее мешает взаимодействию с водой. Поэтому при увеличении углеводородного фрагмента растворимость обычно уменьшается.

У атома азота в амине есть неподелённая электронная пара, которая может присоединить протон H⁺. В воде амин взаимодействует с молекулой воды с образованием ионов алкиламмония и гидроксид-ионов, а с кислотой принимает протон и превращается в соль: CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl. В анилине электронная пара частично взаимодействует с бензольным кольцом, поэтому она менее доступна для присоединения протона и основные свойства выражены слабее, чем у алифатических аминов.

Сравнение первичных, вторичных и третичных аминов

Для определения типа амина сначала найдите атом азота и посчитайте только углеводородные радикалы, непосредственно связанные с ним. Затем проверьте число связей N–H и сравните формулу с таблицей. Такая последовательность помогает не спутать количество атомов водорода во всей молекуле с классификацией амина.

Разбор задач

Задача 1

Определите типы CH₃NH₂, (CH₃)₂NH и (CH₃)₃N и число углеводородных радикалов у атома азота.

1. В CH₃NH₂ с азотом связан один радикал CH₃, поэтому это первичный амин.
2. В (CH₃)₂NH с азотом связаны два радикала CH₃, поэтому это вторичный амин.
3. В (CH₃)₃N с азотом связаны три радикала CH₃, поэтому это третичный амин.

Ответ: CH₃NH₂ — первичный, 1 радикал; (CH₃)₂NH — вторичный, 2 радикала; (CH₃)₃N — третичный, 3 радикала.

Задача 2

Запишите уравнение взаимодействия метиламина с хлороводородом и назовите продукт.

1. Метиламин CH₃NH₂ имеет неподелённую электронную пару и принимает протон H⁺.
2. Хлороводород HCl отдаёт этот протон, а ион Cl⁻ остаётся в растворе.
3. Записываем образовавшуюся соль: CH₃NH₃Cl.

Уравнение: CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl. Продукт называется хлорид метиламмония.

Задача 3

Составьте уравнение полного сгорания этиламина C₂H₅NH₂.

1. При полном сгорании образуются CO₂, H₂O и N₂, потому что в исходном веществе есть C, H и N.
2. Сначала уравниваем углерод и водород: C₂H₅NH₂ → 2CO₂ и 7/2H₂O.
3. Чтобы убрать дробь, берём четыре молекулы этиламина, затем уравниваем азот и кислород.

Ответ: 4C₂H₅NH₂ + 15O₂ → 8CO₂ + 14H₂O + 2N₂. Проверка по атомам показывает: C — 8, H — 28, N — 4 и O — 30 с обеих сторон.

Типичные ошибки

Считать первичность, вторичность и третичность по числу атомов водорода во всей молекуле неправильно. Так ошибаются, потому что в названии «первичный» видят связь с количеством H. Для проверки обведите атом азота и посчитайте только радикалы, соединённые с ним.

Аминогруппу –NH₂ нельзя путать с ионом аммония NH₄⁺. Первая является частью нейтральной органической молекулы, а второй имеет четыре атома водорода и положительный заряд. Проверьте запись: у аминогруппы нет заряда, а у иона аммония он указан.

Нельзя считать все амины основаниями одинаковой силы. На основность влияют углеводородные радикалы и бензольное кольцо, которое в анилине изменяет доступность электронной пары азота. Сравнивая вещества, учитывайте не только наличие аминогруппы, но и её окружение.

При реакции амина с кислотой не записывают образование воды. Амин принимает протон и превращается в ион аммония, после чего вместе с анионом кислоты образует соль. Проверьте, появился ли в продукте фрагмент RNH₃⁺ или соответствующая соль, например CH₃NH₃Cl.

Связь с другими темами

До изучения аминов нужно знать строение аммиака, валентность азота, углеводородные радикалы и правила составления формул органических веществ. Эти знания позволяют понять, какие атомы водорода в NH₃ замещаются радикалами и как сохраняется валентность азота.

Тема связана с кислотно-основными реакциями и другими классами азотсодержащих органических веществ. Позже свойства аминов помогут разобраться в поведении анилина и особенностях ароматических соединений, где бензольное кольцо влияет на электронное строение молекулы.

Что запомнить

• Амины — производные аммиака, в которых атомы водорода заменены углеводородными радикалами.
• Тип амина определяют по числу радикалов у атома азота.
• Атом азота в аминах имеет неподелённую электронную пару.
• Амины проявляют основные свойства и реагируют с кислотами с образованием солей.
• Растворимость низших аминов в воде обычно уменьшается с ростом углеводородного радикала.
• Анилин относится к ароматическим аминам; бензольное кольцо влияет на его основные свойства.