Строение молекулы амина

Связи N – H, C – N полярны, однако полярность NH связи больше, чем CN согласно различной ЭО атомов N, С, Н. Поэтому первичные и вторичные амины, подобно спиртам, склонны к образованию Н-связей.

Нуклеофильный и оснóвный центры

В связи с меньшей полярностью связи С – N (0,45 D) по сравнению с полярностью N – Н (1,3 D) для аминов не характерны реакции замещения гр. NН₂ – и кислотные свойства.

Важнейшее свойство аминов связано с наличием свободной электронной пары у атома N и его способностью присоединять «+» частицы. С этим связано проявление аминами свойств оснований, т.е. присоединять Н⁺ от воды и кислот, а также вступать в р-ции алкилирования, ацилирования, выполняя при этом роль Nu.

Химические свойства

I. Оснóвные свойства

Амины более сильные основания, чем NH₃. Это объясняется + I эффектом радикалов. Чем больше электронная плотность на атоме N, тем больше основность. Вторичные амины более сильные основания, чем первичные. Основность третичных аминов уменьшается, что объясняется экранирующим влиянием атома N тремя алкильными группами.

Поскольку электроотрицательность атома N меньше электроотрицательности атома О, амины образуют менее прочные ассоциаты, чем соответствующие спирты и имеют более низкие температуры кипения. Температура кипения этанола 78 ^оС, а этиламина – 17 ^оС.

1. При растворении в воде к аминам присоединяется Н⁺ от молекулы НОН, поэтому растворы аминов имеют щелочную реакцию:

С₂Н₅ H₂ + HOH ® [С₂Н₅ H₃]OH^-

Гидроксидэтиламмония

2. При взаимодействии с кислотами образуются соли:

С₂Н₅ H₂ + HС1 ® [С₂Н₅ H₃]Сl^-

Хлоридэтиламмония

Щелочи разлагают соли аминов и выделяют свободные амины:

[С₂Н₅ H₃]Сl^- + NaOH ® NaCl + С₂Н₅NH₂ + H₂O

Особенно сильные оснóвные свойства у чертвертичных аммониевых оснований, которые по силе соответствуют щелочам:

Оснóвные свойства ароматических аминов ослаблены за счет р,p-сопряжения NH₂ – группы с бензольным кольцом. Поэтому анилин образует соли только с сильными минеральными к-тами. Водный р-р анилина не изменяет окраску индикаторов.

II. Реакции алкилирования и ацилирования

В этом случае амины проявляют нуклеофильные свойства за счет электронной пары атома азота.

1. Реакция алкилирования (замещение атомов водорода в гр. NH₂ на углеводородный радикал, в результате чего образуется вторичный амин):

С₂Н₅NH₂ + СН₃CI → С₂Н₅NH-CH₃ + HCI

метилэтиламин

2. Реакция ацилирования (замещение атомов водорода в гр. NH₂ на ацильный радикал):

Подобным образом алкилируется и ацилируется С₆Н₅NH₂.

С₆Н₅NH₂ + СН₃CI → С₆Н₅NH-CH₃ + HCI (реакция алкилирования)

С₆Н₅NH₂ + СН₃ COCI → С₂Н₅NH-C-CH₃ + HCI (реакция ацилирования)

║

О

III. Реакция с альдегидом с образованием основания Шиффа:

С₂Н₅ – NH₂ + O = – СН₃ С₂Н₅ – N = – СН₃

IV. Качественные реакции на амины (реакция с HNO₂)

1) С₂Н₅ – NH₂ + O = N – OH [С₂Н₅ – N= N – OH] С₂Н₅OH

2) + HONO -NO¯

Желтый

Нитрозоамины

Нитрозоамины являются канцерогенными веществами. Нитраты в организме восстанавливаются до нитритов.

3) R₃N: + НNO₂ ® [R₃NH]⁺NO₂^-

Соль

При действии HNO₂ на соли анилина образуется не фенол, а соли диазония (широко используемые в химии красителей), которые при нагревании выделяют азот N₂ с образованием фенола:

[С₆Н₅ H₃]Cl^- + HONO ® [С₆Н₅ ºN]Cl^- + 2Н₂О

Соль диазония

[С₆Н₅ ºN]Cl^- + 2Н₂О N₂ + HCl + С₆Н₅OH

V. Реакции по радикалу

Сульфаниловая кислота – важный продукт в синтезе лекарственных веществ (сульфаниламидных препаратов) и красителей. Наибольшую активность имеют производные сульфаниламидов, в которых атом Н в группе – SO₂NH₂ замещен на гетероцикл. Например, сульфадиметоксин:

Сульфаниламиды, являясь антиметаболитами n-аминобензойной к-ты (ПАБК), блокируют биосинтез фолиевой к-ты (витамин В_с), необходимой для нормального развития и размножения микроорганизмов. Сульфаниламиды имеют сходные геометрические параметры с ПАБК, что позволяет им встраиваться вместо последней в синтез фолиевой к-ты.

Диамины.

Простейшим диамином является этилендиамин. Он образуется при аммонолизе 1,2-дихлорэтана.

Тетраметилендиамин (путресцин) и пентаметилендиамин (кадаверин), образуются при декарбоксилировании диаминокислот и обусловливают ядовитость гниющих белков.

Аминоспирты

Это соединения, содержащие в молекуле одновременно гр. –NН₂ и –ОН. Первый член гомологического ряда

2-Аминоэтанол-1, моноэтаноламин, коламин

Коламин входит в состав сложных липидов. Производное коламина – димедрол – обладает противоаллергическим и слабым снотворным действием.

Коламин по гр. –NН₂ проявляет свойства аминов и спиртов.

Р-ции, протекающие по –ОН гр: с Ме, РС1₅, НС1, R–C1, R–COC1; р-ции окисления и дегидратации.

1. Взаимодействие с активными металлами.

2. Взаимодействие с РCl₅ и НСl (реакции S_N)

3. Взаимодействие с галогеналканами:

4. Взаимодействие с ангидридами кислот:

Реакции по NH₂- группе.

1. Взаимодействие с сильными кислотами приводит к образованию устойчивых солей.

гидрохлорид 2- аминоэтанола

2. Взаимодействие с водой.

3. Взаимодействие с ангидридами кислот.

4. В реакции алкилирования коламин образует метилированное производное по типу четвртичного аммониевого основания – холин – триметилоксиэтилгидроксид аммония:

В организме донором метильных групп является аминок-та метионин

Холин является составной частью фосфолипидов. Особенно его много в нервных тканях, мозге, печени, мышцах сердца, почках. Сложный эфир холина и уксусной кислоты – ацетилхолин, является посредником при передаче нервного импульса в тканях организма.

в организме образуется при ацетилировании холина с помощью ацетилкофермента А.

Вопросы для самоконтроля:

1. Классификация спиртов.

2. Виды изомерии спиртов.

3. Номенклатура спиртов

4. Физические свойства спиртов. Водородная связь.

5. Электронное строение спиртов.

6. Химические свойства спиртов.

7.Механизмы реакции нуклеофильного замещения S_N1 и S_N2.

8. Механизм реакции элиминирования

9. Применение спиртов

10. Классификация фенолов.

11. Номенклатура и изомерия.

12. Строение фенола, взаимное влияние бензольного кольца и гидроксильной группы.

13. Физические свойства.

14. Химические свойства фенола.

15. Фенол. Резорцин. Гидрохинон. Пирокатехин. Применение в медицине. Фенолы как антиоксиданты.

16. Какие вещества называются аминами.

17. Классификация аминов.

18. Виды изомерии аминов..

19. Номенклатура аминов.

20. Физические свойства аминов

21. Электронное строение аминов.

22. Какие из алифатических аминов проявляют более выраженные основные свойства и почему?

23. Химические свойства аминов.

24. Докажите, что анилин является сопряженной системой.

25. Какие эффекты проявляет группа NH₂ в анилине?

26. Строение этилендиамина.

27. Строение коламина. Как влияют функциональные группы в коламине друг на друга.

28. Строение холина и ацетилхолина.

Упражнения

1. Изобразите строение молекулы этилового спирта. Укажите четыре реакционных центра.

2. Напишите реакцию, доказывающую кислотные свойства пропанола.

3. Напишите реакцию этерификации бутанола-1 с уксусной кислотой.

4. Сравните кислотные свойства этанола и этадиола и напишите соответствующие реакции.

5. Напишите качественную реакцию на многоатомные спирты.

6. В присутствии серной кислоты и при нагревании этиловый спирт претерпевает внутримолекулярную дегидратацию. Укажите механизм и напишите реакцию.

7. Напишите реакцию окисления пропанола-2.

8. Напишите реакцию взаимодействия бутанола с хлороводородом. Укажите механизм реакции и назовите продукты.

9. Напишите реакцию образования простого эфира из пропанола-1 и пропанола-2.

10. Нитроглицерин в спиртовом растворе применяется при стенокардии в качестве сосудорасширяющего средства, напишите реакцию его образования.

11. Напишите реакции фенола с хлорангидридом уксусной кислоты.

12. Напишите качественную реакцию на фенол.

13. Напишите реакции фенола с бромом и азотной кислотой.

14. Напишите реакцию окисления диоксибензола.

15. Напишите реакцию взаимодействия фенола с гидроксидом натрия и объясните, почему фенол реагирует сщелочами, а одноатомные спирты нет.

16. Пикриновая кислота входит в состав взрывчатых веществ. Напишите реакцию её образования.

18. Напишите все изомеры формулы С₄H₁₁N. Назовите их по м.н.

19. Напишите реакции взаимодействия этиламина с HNO₃, CH₃Cl.

20. Напишите реакции взаимодействия анилина Br₂, HO-NO_2, HO-SO₃H

21. Какое из соединений: метиламин или анилин проявляет более выраженные основные свойства. Напишите соответствующие реакции.

22. Напишите качественную реакцию на первичные, вторичные и третичные амины.

23. Напишите уравнение реакции взаимодействия анилина с ангидридом уксусной кислоты. Укажите механизм реакции.

24. Коламин – проявляет амфотерные свойства. Докажите эти свойства соответствующими реакциями.

25. Холин – структурный элемент сложных липидов. Он способен предотвращать ожирение печени и удаляет уже отложенный жир из печени. Напишите реакцию его образования.

26. Ацетилхолин – сложный эфир холина и уксусной кислоты, участвует при передаче нервного возбуждения в нервных тканях, т. е. является нейромедиатором. Напишите реакцию его образования.

Лабораторная работа

“Свойства спиртов, фенолов”

Опыт 1Получение глицерата меди (II)

В пробирку внесите 2-3 капли раствора сульфата меди (II) и 2 капли раствора гидроксида натрия. Что наблюдаете? К полученному осадку гидроксида меди (II) добавьте 4 капли глицерина и встряхните пробирку. Что наблюдаете? Напишите соответствующую реакцию.

Для каких спиртов эта реакция является качественной?

Опыт 2Образование фенолята натрия и разложение его кислотой

В пробирку с 5 каплями воды поместите кристаллик фенола и встряхните. К образовавшейся мутной эмульсии добавьте по каплям р-р гидроксида натрия до получения прозрачного р-ра. Добавьте к этому р-ру несколько капель соляной кислоты. Что наблюдаете?

Напишите реакцию фенола с гидроксидом натрия. Какие свойства проявляет фенол в этой реакции? Почему фенолят натрия не разлагается водой?

Опыт 3Качественная реакция на фенол

В пробирку внесите 6 капель прозрачного водного раствора фенола и 1 каплю раствора хлорида железа (III) FeCI₃. Что наблюдаете? Напишите соответствующую реакцию.

Литература:

Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия, стр. 153 – 167.