"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Амины получают заменой атомов водорода в аммиаке углеводородными радикалами или превращением других функциональных групп в аминогруппу. Основные способы — аммонолиз галогеналканов и восстановление нитросоединений. Первый метод сохраняет углеродный скелет исходного вещества, но может давать смесь аминов. Второй особенно важен для получения анилина из нитробензола.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Амин — производное аммиака, в котором один или несколько атомов водорода заменены углеводородными радикалами. В зависимости от числа заменённых атомов водорода различают первичные, вторичные и третичные амины. Это определение помогает понять, почему состав аминов связан со строением NH₃ и степенью замещения его атомов водорода.
Анилин — ароматический амин с формулой C6H5NH2. Его молекула состоит из бензольного кольца, соединённого с аминогруппой –NH2. Анилин важен как пример ароматического амина и как исходное вещество для получения красителей и других органических соединений.
Аммонолиз — взаимодействие органического соединения с аммиаком, приводящее к замещению атома или группы на аминогруппу. В школьных задачах чаще всего рассматривают реакцию галогеналкана с NH3. Термин показывает, что аммиак выступает источником атома азота и превращается в органический амин.
Общий смысл получения аминов состоит в замене водорода аммиака углеводородным радикалом. У аммиака NH3 три атома водорода, поэтому последовательная замена одного, двух или трёх атомов даёт первичный, вторичный или третичный амин. Такой подход объясняет различие формул RNH2, R2NH и R3N.
При аммонолизе галогеналкан вступает в реакцию с аммиаком: атом галогена заменяется на группу –NH2. Например, C2H5Br + 2NH3 → C2H5NH2 + NH4Br. Один эквивалент аммиака образует органический амин, а другой связывает выделившийся бромоводород в бромид аммония.
Реакция не всегда останавливается на первичном амине. У образовавшегося этиламина остаётся атом водорода при азоте, поэтому он может взаимодействовать с новой молекулой галогеналкана и превращаться во вторичный амин, а затем в третичный. Поэтому при недостатке аммиака или избытке галогеналкана получается смесь продуктов разной степени замещения.
Ароматические амины получают восстановлением нитросоединений. При восстановлении нитробензола атомы кислорода удаляются в составе воды, а группа –NO2 превращается в –NH2: C6H5NO2 + 3H2 → C6H5NH2 + 2H2O. В лаборатории используют, например, водород или химические восстановители, а в промышленности процесс проводят с катализатором и подходящим давлением, выбирая доступное сырьё и экономичный режим.
Таблицу удобно читать по строкам: сначала определите исходное вещество, затем найдите реагент или условие и ожидаемый продукт. Отдельные строки с уравнением и побочными продуктами помогают проверить запись реакции. При сравнении способов обращайте внимание не только на продукт, но и на возможность образования смеси.
| Способ | Исходное вещество | Условия или реагенты | Продукт | Особенность |
|---|---|---|---|---|
| Аммонолиз галогеналкана | Галогеналкан и аммиак | NH3, нагревание | Первичный амин | Возможны вторичные и третичные амины |
| Восстановление нитросоединения | Нитросоединение | H2, катализатор, или другой восстановитель | Амин | Нитрогруппа превращается в аминогруппу |
| Уравнение реакции | R–Hal + 2NH3 | Аммонолиз | R–NH2 + NH4Hal | Образуется соль аммония |
| Возможные побочные продукты | Первичный амин и галогеналкан | Дальнейшее замещение | R2NH, R3N | Состав зависит от соотношения реагентов |
Аммонолиз удобен, когда доступен нужный галогеналкан и требуется сохранить его углеродный скелет. Восстановление нитросоединений особенно полезно для ароматических аминов, потому что нитрогруппу можно заранее ввести в ароматическое кольцо. В промышленности выбирают сырьё и условия с учётом выхода, стоимости реагентов, безопасности и разделения продуктов.
Условие: запишите уравнение реакции бромэтана с аммиаком и назовите органический продукт. Нужно учесть, что выделяющийся HBr не остаётся свободным в присутствии аммиака. Поэтому в уравнении перед NH3 ставят коэффициент 2.
Ответ: органический продукт — этиламин, или C2H5NH2; побочный продукт — бромид аммония NH4Br.
Условие: составьте уравнение получения анилина из нитробензола восстановлением. При решении сохраняем бензольный фрагмент и заменяем в нём –NO2 на –NH2. Для полного баланса кислород и водород записываем через воду.
Ответ: образуется анилин C6H5NH2, а нитрогруппа превращается в аминогруппу.
Условие: для получения 0,20 моль анилина восстановили нитробензол. Найдите теоретическую массу исходного нитробензола. По уравнению реакции коэффициенты перед нитробензолом и анилином равны 1, значит их количества веществ относятся как 1:1.
Ответ: теоретически необходимо 24,6 г нитробензола.
Только первичный амин. Ошибка возникает, если считать реакцию замещения одношаговой. Проверьте, может ли образовавшийся амин ещё реагировать с галогеналканом: наличие атома водорода при азоте означает, что вторичный и третичный амины возможны.
Забытый галогеноводород. Иногда в уравнении записывают только амин и не учитывают судьбу галогена. Составьте баланс атомов и добавьте вторую молекулу NH3, чтобы получить соль аммония NH4Hal.
Неверное понимание восстановления. Нитрогруппа не отрывается от молекулы и не заменяется новым фрагментом. При проверке сравните группы до и после реакции: –NO2 должна превратиться в –NH2, а углеродный скелет сохраниться.
Изменение числа атомов углерода. При аммонолизе иногда ошибочно добавляют или убирают углерод. Посчитайте атомы углерода в галогеналкане и в амине: при замене Br, Cl или I на –NH2 скелет остаётся прежним.
Для понимания аммонолиза нужны знания о строении аммиака и аминов: именно они объясняют последовательное замещение атомов водорода. Также используется представление о реакциях замещения в галогеналканах.
Эти способы пригодятся при изучении химических свойств аминов, органического синтеза и применения анилина. По способу получения можно связать строение исходного вещества с дальнейшими превращениями органической молекулы.
Что называют аммонолизом?
Аммонолизом называют взаимодействие органического соединения с аммиаком, при котором атом или группа замещаются на аминогруппу. Например, при реакции бромэтана с аммиаком образуется этиламин.
Почему при аммонолизе может образоваться смесь аминов?
Первичный амин, образовавшийся сначала, содержит подвижный атом водорода при азоте и может реагировать с избытком галогеналкана. Поэтому последовательно образуются вторичный и третичный амины, а иногда соли четвертичных аммониевых соединений.
Как получить анилин из нитробензола?
Нитробензол восстанавливают водородом в присутствии катализатора или другими восстановителями. Группа –NO₂ превращается в группу –NH₂, поэтому продуктом является анилин C₆H₅NH₂.
Сохраняется ли углеродный скелет при получении амина из галогеналкана?
Да, при аммонолизе галогеналкана углеродный скелет не изменяется. Атом галогена заменяется на аминогруппу, поэтому число атомов углерода в основном продукте остаётся тем же.
Какие исходные вещества используют для получения аминов?
Для аммонолиза используют галогеналканы и аммиак. Ароматические амины часто получают восстановлением нитросоединений, например анилин — из нитробензола.
9.7. Получение
