§ 27. Химические свойства, получение и применение простых аминов. Анилин

Определения и обозначения

Амины — органические производные аммиака, в которых один или несколько атомов водорода заменены углеводородными радикалами. В зависимости от числа радикалов у атома азота различают первичные, вторичные и третичные амины. Это деление помогает предсказывать строение вещества и записывать его общую формулу.

Первичный амин — соединение, в котором с атомом азота связан один углеводородный радикал; его общая формула — R–NH₂. Два атома водорода при азоте сохраняются, поэтому такой амин можно рассматривать как производное аммиака NH₃. Примером служит метиламин CH₃NH₂.

Анилин — ароматический первичный амин C₆H₅NH₂, в котором аминогруппа –NH₂ связана с бензольным кольцом. Формула показывает одновременно состав молекулы и её строение: C₆H₅ — бензольный остаток, а NH₂ — аминогруппа. Это позволяет отличать анилин от алифатических аминов, например метиламина.

Соли аминов — продукты взаимодействия аминов с кислотами, в которых атом азота связан с дополнительным атомом водорода. По сути, азот присоединяет протон H⁺, превращаясь в ион аммониевого типа. Например, из метиламина и соляной кислоты образуется CH₃NH₃Cl.

Как это устроено

Строение аминов определяется тем, сколько углеводородных радикалов соединено с атомом азота. Однако химическое поведение задаёт не только состав радикалов, но и неподелённая электронная пара азота. Она может участвовать в образовании связи с протоном, поэтому амины проявляют основные свойства.

Низшие алифатические амины взаимодействуют с водой: атом азота принимает протон у молекулы воды, а оставшаяся часть превращается в гидроксид-ион. Для метиламина уравнение имеет вид CH₃NH₂ + H₂O ⇄ CH₃NH₃⁺ + OH⁻. Наличие OH⁻ объясняет щелочную реакцию раствора, хотя равновесие не смещено полностью вправо.

С кислотами амины реагируют как основания, присоединяя протон непосредственно от кислоты. Например, CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl; продуктом является хлорид метиламмония, соль амина. В этой реакции не образуются вода и отдельный гидроксид-ион, поэтому её не следует смешивать с взаимодействием амина с водой.

Анилин — более слабое основание, чем аммиак и алифатические амины. Неподелённая пара электронов азота частично вступает во взаимодействие с бензольным кольцом и становится менее доступной для связывания с H⁺. Поэтому анилин всё же образует соли с кислотами, но его основные свойства выражены слабее.

Амины получают взаимодействием галогеналканов с аммиаком и восстановлением нитросоединений. В первом случае атом азота замещает галоген в углеводороде: CH₃Cl + 2NH₃ → CH₃NH₂ + NH₄Cl. Анилин получают восстановлением нитробензола: C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O; углеродный скелет бензола при этом сохраняется.

Сравнение метиламина и анилина

Сначала по формуле определите, с каким углеводородным фрагментом связана аминогруппа. Затем сравните доступность электронной пары азота и выберите подходящую реакцию. Таблица помогает не путать общие свойства аминов с реакциями, характерными именно для бензольного кольца анилина.

Разбор задач

Задача 1. Запишите уравнение реакции метиламина с соляной кислотой и назовите продукт.

Нужно определить, какую частицу принимает метиламин и какой ион остаётся от кислоты. Метиламин CH₃NH₂ содержит неподелённую электронную пару азота, а HCl может передать протон H⁺.

1. Записываем исходные вещества: CH₃NH₂ и HCl.
2. Переносим протон от HCl к атому азота: образуется CH₃NH₃⁺.
3. Соединяем этот катион с ионом Cl⁻ и проверяем состав соли.

Ответ: CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl. Продукт реакции — хлорид метиламмония, соль метиламина.

Задача 2. Запишите уравнение получения анилина восстановлением нитробензола.

При восстановлении нитрогруппа –NO₂ превращается в аминогруппу –NH₂, а бензольное кольцо не разрушается. Чтобы составить уравнение, сравним число атомов кислорода и водорода в левой и правой частях.

1. Записываем схему: C₆H₅NO₂ + H₂ → C₆H₅NH₂ + H₂O.
2. Для двух атомов кислорода ставим коэффициент 2 перед водой.
3. Справа получается четыре атома водорода в аминогруппе и воде, поэтому перед H₂ слева ставим коэффициент 3.

Ответ: C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O. Нитробензол превращается в анилин.

Задача 3. Составьте уравнения взаимодействия анилина с бромной водой и соляной кислотой; укажите признак реакции с бромной водой.

У анилина нужно проверить два разных свойства: влияние аминогруппы на бензольное кольцо и способность азота присоединять протон. Поэтому реакции записываются по разным схемам.

1. В бензольном кольце замещаем три атома водорода на бром: C₆H₅NH₂ + 3Br₂ → C₆H₂Br₃NH₂ + 3HBr.
2. Уточняем положение заместителей: образуется 2,4,6-триброманилин.
3. Для кислоты записываем присоединение протона: C₆H₅NH₂ + HCl → C₆H₅NH₃Cl.

Ответ: при добавлении бромной воды она обесцвечивается и выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина. Соляная кислота образует с анилином хлорид фениламмония.

Типичные ошибки

Считать анилин основанием такой же силы, как метиламин, неверно. Ошибка возникает, если учитывать только наличие атома азота и не рассматривать сопряжение его электронной пары с бензольным кольцом. Проверка: сравните доступность пары электронов — у анилина она частично отвлечена кольцом.

Путать реакцию амина с водой и с кислотой тоже нельзя. В воде образуются аммониевый катион и OH⁻, а при действии кислоты — соль амина; такая путаница появляется из-за общего основного характера реакций. Проверяйте, есть ли среди исходных веществ H₂O или кислота.

Иногда продукт реакции анилина с бромной водой записывают как монобромпроизводное. Это происходит при механическом переносе обычной реакции замещения в бензольном кольце, но аминогруппа сильно активирует кольцо. Проверка: укажите три заместителя Br в положениях 2, 4 и 6 и белый осадок.

Нельзя считать, что при восстановлении нитробензола разрушается углеродный скелет. Восстановлению подвергается нитрогруппа, которая превращается в –NH₂, тогда как кольцо сохраняется. Проверяйте число атомов углерода до и после реакции: оно должно остаться равным шести.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны строение аммиака, ковалентная связь, неподелённая электронная пара и кислотно-основные реакции. Амины связывают свойства аммиака с химией углеводородов и галогеналканов, а анилин — с реакциями бензольного кольца. Эти знания понадобятся при изучении аминокислот, других азотсодержащих соединений и органического синтеза.

Что запомнить

• Амины — производные аммиака с углеводородными радикалами вместо атомов водорода.
• Атом азота аминов имеет неподелённую электронную пару, поэтому амины проявляют основные свойства.
• При взаимодействии аминов с кислотами образуются соли.
• Анилин — ароматический амин C₆H₅NH₂ и более слабое основание, чем алифатические амины.
• Анилин можно получить восстановлением нитробензола.
• Бромная вода реагирует с анилином с образованием белого осадка 2,4,6-триброманилина.