Амины: строение, классификация, номенклатура, свойства и получение

1. Определение

Определение

Амины — органические производные аммиака $NH_3$, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.

$R-NH_2$ (первичный), $R_1-NH-R_2$ (вторичный), $R_1R_2R_3N$ (третичный)

2. Строение

Атом N в состоянии $sp^3$-гибридизации
Форма молекулы — треугольная пирамида
На атоме N — неподелённая электронная пара → основные свойства
Угол связей ≈ 107° (как у NH₃)

3. Классификация

По числу радикалов у N

Первичные

$R-NH_2$

Один R у N

Вторичные

$R_1-NH-R_2$

Два R у N

Третичные

$R_1R_2R_3N$

Три R у N

По типу радикалов

Алифатические: $CH_3NH_2$ (метиламин), $(CH_3)_3N$ (триметиламин)
Ароматические: $C_6H_5NH_2$ (анилин)
Смешанные: $CH_3NHC_6H_5$ (N-метиланилин)

Метиламин

$CH_3NH_2$

Диметиламин

$(CH_3)_2NH$

Триметиламин

$(CH_3)_3N$

Анилин

$C_6H_5NH_2$

4. Номенклатура

Способ 1: название радикалов (в алфавитном порядке) + суффикс «-амин»:

Формула	Название	Тип
$CH_3NH_2$	Метиламин	Первичный
$C_2H_5NH_2$	Этиламин	Первичный
$(CH_3)_2NH$	Диметиламин	Вторичный
$CH_3NHC_2H_5$	Метилэтиламин	Вторичный
$(CH_3)_3N$	Триметиламин	Третичный
$C_6H_5NH_2$	Фениламин (анилин)	Первичный аром.

Способ 2 (IUPAC): первичные — как производные углеводородов с приставкой «амино-»: 2-аминобутан, аминобензол (= анилин).

5. Изомерия

5.1. Углеродного скелета

Начиная с $C_4H_{11}N$:

$CH_3CH_2CH_2CH_2NH_2$ (бутиламин) ⟷ $(CH_3)_2CHCH_2NH_2$ (изобутиламин)

5.2. Положения аминогруппы

Начиная с $C_3H_9N$:

$CH_3CH_2CH_2NH_2$ (пропиламин-1) ⟷ $CH_3CH(NH_2)CH_3$ (пропиламин-2)

5.3. Между типами аминов

Изомерия типов!

$C_3H_9N$: пропиламин $C_3H_7NH_2$ (первичный) ↔ метилэтиламин $CH_3NHC_2H_5$ (вторичный) ↔ триметиламин $(CH_3)_3N$ (третичный).

6. Физические свойства

$CH_3NH_2$, $(CH_3)_2NH$, $(CH_3)_3N$ — газы с запахом аммиака
Средние алифатические — жидкости с рыбным запахом
Высшие — твёрдые без запаха
Анилин — бесцветная маслянистая жидкость, T кип. 184°C, плохо растворим в воде
Первичные и вторичные образуют H-связи (N—H…N) → T кип. выше алканов
Низшие амины хорошо растворимы в воде (H-связи с водой)

7. Химические свойства

7.1. Основные свойства

⭐ Ряд основности для ЕГЭ

$(CH_3)_2NH > CH_3NH_2 > NH_3 > C_6H_5NH_2$
Алкильные радикалы увеличивают основность (к N), бензольное кольцо — уменьшает.

С водой (слабощелочная среда)

$CH_3NH_2 + H_2O \rightleftharpoons [CH_3NH_3]^+OH^-$ (гидроксид метиламмония)

С кислотами (образование солей)

$CH_3NH_2 + HCl \to [CH_3NH_3]Cl$ (хлорид метиламмония)

$C_6H_5NH_2 + HCl \to [C_6H_5NH_3]Cl$ (хлорид фениламмония)

$2CH_3NH_2 + H_2SO_4 \to (CH_3NH_3)_2SO_4$

С солями тяжёлых металлов

$2CH_3NH_2 + CuSO_4 + 2H_2O \to Cu(OH)_2 \downarrow + (CH_3NH_3)_2SO_4$

7.2. Горение

$4C_2H_5NH_2 + 15O_2 \to 8CO_2 + 14H_2O + 2N_2$

7.3. Алкилирование

Первичные → вторичные → третичные:

$CH_3NH_2 + CH_3Cl \to [(CH_3)_2NH_2]Cl \xrightarrow{NaOH} (CH_3)_2NH + NaCl + H_2O$

8. Особенности анилина $C_6H_5NH_2$

Взаимное влияние

$NH_2$ → кольцо: активирует кольцо в орто- и пара-позициях (как OH в фенолах).
Кольцо → $NH_2$: ослабляет основные свойства. Анилин слабее аммиака и не меняет окраску индикаторов!

Не реагирует с водой

Раствор анилина не меняет окраску индикатора (слишком слабое основание).

Реагирует с сильными кислотами

анилин

+ HCl

[C₆H₅NH₃]Cl

⭐ Бромирование (без катализатора!)

Качественная реакция на анилин!

Как и у фенола — реакция с бромной водой без катализатора, замещение во все три орто- и пара- позиции → белый осадок.

анилин

+ 3Br₂

2,4,6-триброманилин↓

+ 3HBr

2,4,6-Триброманилин

белый осадок ↓

9. Способы получения

1

Восстановление нитросоединений Именная

Главный путь получения анилина (реакция Зинина):

нитробензол

+ 3H₂

анилин

+ 2H₂O

В лаборатории — Fe (Zn, Sn) в HCl:

$C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HCl \to [C_6H_5NH_3]Cl + 3FeCl_2 + 2H_2O$

Выделение свободного анилина щёлочью:

$[C_6H_5NH_3]Cl + NaOH \to C_6H_5NH_2 + NaCl + H_2O$

2

Алкилирование аммиака галогеналканами

$NH_3 + CH_3Cl \to [CH_3NH_3]Cl \xrightarrow{NaOH} CH_3NH_2 + NaCl + H_2O$

В избытке $NH_3$ — сразу амин:

$2NH_3(изб.) + CH_3Cl \to CH_3NH_2 + NH_4Cl$

3

Восстановление нитрилов Лабораторный

$CH_3CN + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2NH_2$ (этиламин)

10. Соли аминов

Твёрдые вещества без запаха, растворимые в воде
Щёлочь + соль → свободный амин:

$[CH_3NH_3]Cl + NaOH \to CH_3NH_2 \uparrow + NaCl + H_2O$

Более сильные амины вытесняют слабые из солей:

$[C_6H_5NH_3]Cl + CH_3NH_2 \to C_6H_5NH_2 + [CH_3NH_3]Cl$

Практические задания

Задача 1. Изомеры $C_3H_9N$

Решение

Напишите все изомеры состава $C_3H_9N$.

Первичные:

1) $CH_3CH_2CH_2NH_2$ — пропиламин (пропан-1-амин)

2) $(CH_3)_2CHNH_2$ — изопропиламин (пропан-2-амин)

Вторичный:

3) $CH_3NHC_2H_5$ — метилэтиламин

Третичный:

4) $(CH_3)_3N$ — триметиламин

Ответ: 4 изомера

Задача 2. Основность

Решение

Расположите в порядке убывания основности: анилин, аммиак, диметиламин, метиламин.

$(CH_3)_2NH > CH_3NH_2 > NH_3 > C_6H_5NH_2$

Алкильные радикалы — +I-эффект → усиливают основность. Бензольное кольцо — оттягивает электронную пару N → ослабляет.

Задача 3. Получение анилина

Решение

$C_6H_6 \to C_6H_5NO_2 \to C_6H_5NH_2$. Напишите уравнения.

1) Нитрование:

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

2) Восстановление (реакция Зинина):

$C_6H_5NO_2 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$

Задача 4. Анилин + бром

Решение

Напишите уравнение реакции анилина с бромной водой. Зачем катализатор не нужен?

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2 \downarrow + 3HBr$

Катализатор не нужен, т.к. аминогруппа $-NH_2$ активирует кольцо (как OH у фенола) — электронная плотность увеличивается в орто- и пара-позициях.

Задача 5. Реакции метиламина

Решение

С какими из веществ реагирует метиламин: 1) $HCl$; 2) $NaOH$; 3) $H_2O$; 4) $H_2SO_4$; 5) $CH_3Cl$?

1) Да — $CH_3NH_2 + HCl \to [CH_3NH_3]Cl$

2) Нет — амины не реагируют со щелочами (сами основания)

3) Да — $CH_3NH_2 + H_2O \rightleftharpoons [CH_3NH_3]^+OH^-$

4) Да — $2CH_3NH_2 + H_2SO_4 \to (CH_3NH_3)_2SO_4$

5) Да — алкилирование → $[(CH_3)_2NH_2]Cl$

Ответ: 1, 3, 4, 5