"Химия (базовый уровень)", Габриелян О.С., Остороумов И.Г., Сладков С.А.
Амины — органические производные аммиака, в которых атомы водорода замещены углеводородными радикалами. Они важны как самостоятельные вещества и как части более сложных соединений, например аминокислот. Класс амина определяют по числу радикалов у атома азота, а основные свойства объясняются его неподелённой электронной парой. Анилин тоже относится к аминам, но бензольное кольцо заметно меняет его свойства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Амины — органические производные аммиака, в молекуле которого один или несколько атомов водорода заменены углеводородными радикалами. Радикал — часть молекулы, полученная из углеводорода удалением атома водорода. Поэтому амины можно рассматривать как соединения, в которых сохранён атом азота аммиака, но его окружение изменено.
Аминогруппа — группа атомов –NH₂, характерная для первичных аминов. Она связана с углеводородным радикалом, например в метиламине CH₃–NH₂. Эта запись показывает, что группа –NH₂ соединяет органическую часть молекулы с атомом азота и помогает распознавать первичные амины.
Первичные, вторичные и третичные амины различаются числом углеводородных радикалов при атоме азота: один, два или три соответственно. Например, в CH₃NH₂ при азоте один радикал, а в (CH₃)₂NH — два. Такое деление нужно, чтобы классифицировать амин по его строению, а не по размеру всей молекулы.
Анилин — ароматический амин с формулой C₆H₅NH₂. В нём группа –NH₂ присоединена не к предельному углеводородному радикалу, а к фенильной группе C₆H₅–, входящей в состав бензольного кольца. Поэтому строение и свойства анилина отличаются от свойств предельных аминов.
Строение аминов удобно представить как результат замещения атомов водорода в аммиаке NH₃. Если заменить один атом водорода на радикал R, получится первичный амин R–NH₂; если два — вторичный R–NH–R′. При замещении всех трёх атомов водорода образуется третичный амин R–N(R′)–R″, где при азоте уже нет связи N–H.
У атома азота в амине есть неподелённая электронная пара, то есть пара электронов, не участвующая в образовании связи. Она может притягивать и связывать протон H⁺, поэтому молекула амина способна вести себя как основание. В воде амин отнимает протон у молекулы воды, и равновесие реакции смещается с образованием OH⁻; так объясняется основная среда раствора.
Название простейшего амина обычно образуют от названия углеводородного радикала и слова «амин»: CH₃NH₂ — метиламин, C₂H₅NH₂ — этиламин. Если одинаковых радикалов при азоте несколько, это отражают приставками «ди-» и «три-»: (CH₃)₂NH — диметиламин, (CH₃)₃N — триметиламин. Формулу записывают так, чтобы было видно, сколько радикалов связано непосредственно с азотом.
Низшие амины, как и аммиак, могут хорошо растворяться в воде: небольшие молекулы взаимодействуют с водой, а первичные и вторичные амины способны образовывать водородные связи. Температуры кипения аминов обычно выше, чем у углеводородов сходной молекулярной массы, поскольку между молекулами действуют дополнительные притяжения. Анилин растворяется в воде хуже низших аминов из-за крупного гидрофобного бензольного кольца; его сравнительно высокая температура кипения связана с большей молекулярной массой и взаимодействиями между молекулами.
Основные химические свойства аминов проявляются в реакциях с водой и кислотами. С водой устанавливается равновесие, в котором образуются ион аммония с органическим заместителем и гидроксид-ион; например, CH₃NH₂ + H₂O ⇌ CH₃NH₃⁺ + OH⁻. С кислотой происходит присоединение протона к азоту и образуется соль: CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl.
Анилин тоже проявляет основные свойства, но его основность слабее, чем у многих предельных аминов. Электронная пара азота частично взаимодействует с бензольным кольцом, поэтому ей труднее присоединить протон. Кроме того, анилин реагирует с бромной водой: образуется белый осадок 2,4,6-триброманилина, что отличает его от предельных аминов.
| Класс амина | Общая структурная формула | Пример | Число радикалов при атоме азота |
|---|---|---|---|
| Первичный амин | R–NH₂ | Метиламин CH₃NH₂ | Один |
| Вторичный амин | R–NH–R′ | Диметиламин (CH₃)₂NH | Два |
| Третичный амин | R–N(R′)–R″ | Триметиламин (CH₃)₃N | Три |
Чтобы воспользоваться таблицей, найдите атом азота и посчитайте, сколько углеводородных радикалов связано непосредственно с ним. Буквы R, R′ и R″ обозначают радикалы, которые могут быть одинаковыми или разными. Не считайте атомы углерода во всей молекуле: для определения класса важны только связи при азоте.
Нужно определить, какой углеводородный радикал связан с азотом, и по их числу установить класс вещества. В формуле CH₃NH₂ группа CH₃– — метильный радикал, а при азоте остаются два атома водорода. Это помогает не перепутать число атомов водорода с числом радикалов.
Ответ: CH₃NH₂ — первичный амин, метиламин.
Здесь нужно сначала записать молекулы так, чтобы были видны связи при атоме азота. Названия подсказывают количество метильных радикалов: один у метиламина, два у диметиламина и три у триметиламина. Затем примените правило классификации по числу радикалов, связанных с N.
Ответ: CH₃NH₂ — первичный, (CH₃)₂NH — вторичный, (CH₃)₃N — третичный амин.
Чтобы составить уравнения, вспомните, что азот метиламина имеет неподелённую электронную пару и может присоединить протон. В воде этот протон переносится от молекулы H₂O, а при взаимодействии с соляной кислотой его даёт HCl. Поэтому в обоих случаях азот превращается в положительно заряженный ион, но вторые продукты реакций различаются.
Ответ: уравнения приведены выше. Метиламин проявляет основные свойства, потому что его атом азота принимает протон благодаря неподелённой электронной паре.
Ошибка — считать, что аминогруппа –NH₂ есть только у первичных аминов, а вторичные и третичные соединения уже не относятся к аминам. Это происходит из-за привычки узнавать класс по одной группе, хотя в основе классификации лежит строение атома азота и связанных с ним радикалов. Проверьте себя: посмотрите, сколько углеводородных групп связано с N, и помните, что все три класса являются аминами.
Ошибка — определять класс по числу атомов углерода в молекуле. Так можно решить, что вещество с тремя атомами углерода обязательно третичное, хотя атомы углерода могут входить в один радикал. Для проверки обведите атом N и посчитайте только радикалы, которые напрямую к нему присоединены.
Ошибка — считать амины нейтральными по свойствам только потому, что они органические вещества. Основные свойства определяет не принадлежность к органическим соединениям, а неподелённая электронная пара азота, способная связать протон. Проверьте рассуждение по реакциям: если образуются OH⁻ в воде или соль с кислотой, амин проявляет свойства основания.
Ошибка — переносить на анилин свойства предельных аминов без оговорок. Анилин относят к аминам из-за строения C₆H₅NH₂, но бензольное кольцо влияет на доступность электронной пары азота и на реакции ароматической части молекулы. Чтобы проверить себя, учитывайте не только наличие азота, но и то, с каким радикалом связана группа –NH₂.
Для изучения аминов нужно знать строение аммиака и углеводородных радикалов, понимать ковалентную связь и уметь записывать формулы органических веществ. Сравнение с аммиаком и солями аммония помогает увидеть, почему амины принимают протон и образуют соли. Позже эти знания пригодятся при изучении белков и аминокислот: в их молекулах также встречаются азотсодержащие группы.
Чем амины отличаются от аммиака?
В аммиаке NH₃ при атоме азота находятся три атома водорода, а в амине один или несколько из них заменены углеводородными радикалами. При этом у азота сохраняется неподелённая электронная пара, поэтому амины, как и аммиак, проявляют основные свойства.
Как определить, первичный амин, вторичный или третичный?
Посчитайте, сколько углеводородных радикалов непосредственно связано с атомом азота. Один радикал означает первичный амин, два — вторичный, три — третичный; число атомов углерода в радикалах для классификации не важно.
Почему амины проявляют основные свойства?
У атома азота есть неподелённая электронная пара, способная связывать протон H⁺. В воде это приводит к образованию ионов OH⁻, а при реакции с кислотой — к образованию соли.
Почему анилин относят к аминам, если у него нет группы –NH₂, связанной с алкильным радикалом?
Анилин C₆H₅NH₂ — амин, потому что в его молекуле атом азота связан с группой –NH₂ и углеводородным радикалом. Но этот радикал не алкильный, а ароматический: это фенильная группа C₆H₅–, связанная с бензольным кольцом.
Как амины реагируют с кислотами?
Амин принимает от кислоты протон благодаря неподелённой электронной паре азота. В результате образуется соль, например CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl.
§ 18. Амины
