Оглавление
1. Введение………………………………………………………………3
2. Нитросоединения……………………………………………………..4
3. Азотсодержащие гетероциклические соединения………………….6
3.1 Общая характеристика…………………………………………....6
3.2 Классификация…………………………………………………....7
4. Амины………………………………………………………………….9
4.1 Получение………………………………………………………….10
4.2 Физ. свойства………………………………………………………11
4.3 Хим. свойства……………………………………………………...12
5. Анилин………………………………………………………………….15
6. Аминоспирты и аминокислоты………………………………………..17
7. Заключение……………………………………………………………...19
8. Список литературы……………………………………………………..20
Введение
Известно множество природных и синтетических органических соединений, содержащих в своем составе атомы азота. Некоторые из таких соединений уже встречались нам в предыдущих частях учебника:
● нитросоединения R-NO2;
● нитраты R-O-NO2;
● амиды карбоновых кислот R-CONH2;
● нитрилы R-CN.
В этой части мы рассмотрим другие важные азотсодержащие соединения: амины, некоторые азотистые гетероциклы и аминокислоты.
Нитросоединения
Нитросоединениями называются органические вещества, в молекулах которых содержится нитрогруппа — NO2 при атоме углерода.
Их можно рассматривать как производные углеводородов, получающиеся путем замещения атома водорода на нитрогруппу. По числу нитрогрупп различают моно-, ди- и полинитросоединения.
Названия нитросоединений производят от названий исходных углеводородов с добавлением приставки нитро-:
|
|
Общая формула этих соединений R—NO2.
Введение в органическое вещество нитрогруппы называется нитрованием. Его можно проводить разными способами.
Нитрование ароматических соединений легко осуществимо при действии смесью концентрированных азотной и серной кислот (первая — нитрующий агент, вторая — водоотнимающий):
Тринитротолуол хорошо известен как взрывчатое вещество. Взрывается только от детонации. Горит коптящим пламенем без взрыва.
Нитрование предельных углеводородов проводится при действии на углеводороды разбавленной азотной кислотой при нагревании и повышенном давлении (реакция М.И. Коновалова):
Нитросоединения часто также получают взаимодействием алкил-галогенидов с нитритом серебра:
При восстановлении нитросоединений образуются амины.
Азотсодержащие гетероциклические соединения
Общая характеристика
Гетероциклическими называют соединения циклического строения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (гетероатомы).
Гетероциклические соединения – самая распространенная группа органических соединений. Они входят в состав многих веществ природного происхождения, таких как нуклеиновые кислоты, хлорофилл, гем крови, алкалоиды, пенициллины, многие витамины. Гетероциклические соединения играют важную роль в процессах метаболизма, обладают высокой биологической активностью. Значительная часть современных лекарственных веществ содержит в своей структуре гетероциклы.
Классификация
|
|
Для классификации гетероциклических соединений используют следующие признаки.
● по размеру цикла гетероциклические соединения бывают чаще всего трех-, четырех-, пяти-, шести- и семичленными:
● по типу элемента, входящего в состав цикла, это главным образом соединения с атомами азота, кислорода или серы:
● по числу гетероатомов, входящих в цикл, наиболее распространены гетероциклы с одним и двумя гетероатомами, но известны соединения и с четырьмя атомами в одном цикле:
● по природе и взаимному расположению нескольких гетероатомов возможны разнообразные комбинации (например, N и S, N и O и т.д.), причем гетероатомы могут занимать различные положения относительно друг друга:
● по степени насыщенности гетероциклы могут быть ароматическими, ненасыщенными и насыщенными:
Химия ароматических гетероциклов изучена наиболее подробно. Полностью или частично насыщенные гетероциклы в силу особенностей их химических свойств рассматриваются, как правило, не как гетероциклические соединения, а как циклические аналоги тех или иных алифатических соединений (простые эфиры, сульфиды, вторичные амины).
● по числу циклов различают моноциклические, полициклические (главным образом, конденсированные) системы. Число циклов и их типы могут быть самыми различными:
Амины
Амины — органические соединения, которые можно рассматривать как производные аммиака, в котором атомы водорода (один или несколько) замещены на углеводородные радикалы.
В зависимости от природы радикала амины могут быть алифатическими (предельными и непредельными), алициклическими, ароматическими, гетероциклическими. Они подразделяются на первичные, вторичные, третичные в зависимости от того, сколько атомов водорода замещено на радикал.
|
|
Четвертичные аммониевые соли типа [R4N]+Cl- — это органические аналоги неорганических аммониевых солей.
Названия первичных аминов обычно производят от названий соответствующих углеводородов, добавляя к ним приставку амино- или окончание -амин. Названия вторичных и третичных аминов чаще всего образуют по принципам рациональной номенклатуры, перечисляя имеющиеся в соединении радикалы:
первичные R—NH2: СН3—NH2 — метиламин; С6Н5—NH2 — фениламин;
вторичные R—NH—R': (CH2)NH — диметиламин; С6Н5—NH—СН3 —метилфениламин;
третичные R—N(R')—R": (СН3)3Н — триметиламин; (C6H5)3N — трифениламин.
Получение
1. Нагревание алкилгалогенидов с аммиаком под давлением приводит к последовательному алкилированию аммиака, при этом образуется смесь солей первичных, вторичных и третичных аминов, которые дегидрогалогенируются при действии оснований:
NaOH
CH3Cl + NH3 → CH3NH2 + HCl → [CH3NH3]Cl → CH3NH2,
CH3Cl + CH3NH2 → (CH3)2 NH + HCl → [(CH3)2 NH2]Cl,
CH3Cl + (CH3)3 N → [(CH3)4 N]Cl.
2. Ароматические амины получают восстановлением нитросоединений:
C6H5NO2 + [6H] → C6H5NH2 + 2H2O,
Для восстановления можно использовать цинк или железо в кислой среде или алюминий в щелочной среде.
3. Низшие амины получают, пропуская смесь спирта и аммиака над поверхностью катализатора:
Al203
CH3 - OH + NH3 → CH3 - NH2 + H2O,
400°C
CH3 - OH + CH3 - NH2 → (CH3)2 NH + H2O.
Физические свойства
Простейшие алифатические амины при нормальных условиях представляют собой газы или жидкости с низкой температурой кипения, обладающие резким запахом. Все амины являются полярными соединениями, что приводит к образованию водородных связей в жидких аминах, и следовательно, температуры их кипения превышают температуры кипения соответствующих алканов. Первые представители ряда аминов растворяются в воде, по мере роста углеродного скелета их растворимость в воде уменьшается. Амины растворимы также в органических растворителях.
Химические свойства
1. Основные свойства.
Будучи производными аммиака, все амины обладают основными свойствами, причем алифатические амины являются более сильными основаниями, чем аммиак, а ароматические — более слабыми. Это объясняется тем, что радикалы СН3—, С2Н5— и др. проявляют положительный индуктивный (+I) эффект и увеличивают электронную плотность на атоме азота:
CH3 → NH2,
что приводит к усилению основных свойств. Напротив, фенильный радикал C6H5— проявляет отрицательный мезомерный (-М) эффект и уменьшает электронную плотность на атоме азота:
Щелочная реакция растворов аминов объясняется образованием гидроксильных ионов при взаимодействии аминов с водой:
R - NH2 + H2O → [CH3NH3] + OH,
Амины в чистом виде или в растворах взаимодействуют с кислотами, образуя соли:
CH3 + NH2 + H2SO4 → [CH2NH3] HSO4,
C6H5NH2 + HCl → [CH6H5NH3]Cl,
Обычно соли аминов — твердые вещества без запаха, хорошо растворимые в воде. В то время как амины хорошо растворимы в органических растворителях, соли аминов в них не растворяются. При действии щелочей на соли аминов выделяются свободные амины:
[CH3NH3] Cl + NaOH → CH3NH3 ↑+ NaCl + H2O,
2. Горение.
Амины сгорают в кислороде, образуя азот, углекислый газ и воду:
4C2H5NH2 + 15O2 = 8CO2 + 2N2 ↑ + 14H2O
3. Реакции с азотистой кислотой.
а) Первичные алифатические амины при действии азотистой кислоты превращаются в спирты:
R - NH2 + NaNO2 + HCl → R - OH + 2N2↑ + NaCl + H2O.
б) Первичные ароматические амины при действии HNO2 превращаются в соли диазония:
тожд.
C6H5 - NH2 + NANO2 + 2HCl → [C6H5 - N = N] Cl + NaCl + H2O.
в) Вторичные амины (алифатические и ароматические) дают нитрозосоединения — вещества с характерным запахом:
R2NH + NaNO2 + HCl → R2N - N = O + NaCl + H2O.
Важнейшие представители аминов.
Простейшие алифатические амины — метиламин, диметиламин, диэтиламин — находят применение при синтезе лекарственных веществ и других продуктов органического синтеза. Гексаметилендиамин NH2—(СН2)2—NH6 является одним из исходных веществ для получения важного полимерного материала нейлона.
Анилин C6H5NH2 — важнейший из ароматических аминов. Он представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, мало растворимую в воде. Для качественного обнаружения анилина используют его реакцию с бромной водой, в результате которой выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина:
Анилин применяется для получения красителей, лекарственных препаратов, пластмасс и т. д.
Анилин
Анилин (фениламин) С6H5NH2 – важнейший из ароматических аминов:
Он находит широкое применение в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты).
Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом (т.кип. 184°С, т.пл. -6°С). На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов.
С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком.
С другой стороны, под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол.
Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок). Эта реакция может использоваться для качественного и количественного определения анилина:
Аминогруппа - заместитель 1-го рода (активирующий орто-пара -ориентант в реакциях электрофильного замещения в ароматическом ядре).
Такое взаимное влияние атомов в молекуле анилина объясняется сопряжением p-электронов бензольного кольца с неподеленной электронной парой атома азота (+ M -эффект аминогруппы):
Практическое значение имеет реакция анилина с азотистой кислотой при пониженной температуре (около 0°С). В результате этой реакции (реакции диазотирования) образуются соли диазония (арилдиазониевые соли), которые используются в синтезе азокрасителей и ряда других соединений.
При более высокой температуре реакция идет с выделением азота и анилин превращается в фенол:
Подобно анилину реагируют с азотистой кислотой и другие первичные ароматические амины.
Аминоспирты и аминокислоты
Аминоспирты (HO–R–NH2) и аминокислоты (HOOC–R–NH2) составляют важную группу биологически активных соединений. По протолическим свойствам аминоспирты уступают аминокислотам, которые диссоциируют в растворе с pH между 4 и 9 с образованием катион-аниона (цвиттер-иона)