Первинні та вторинні аміни реагують з галогенангідридами, ангідридами та складними ефірами карбонових кислот з утворенням амідів. Всі ці реакції слід класифікувати як нуклеофільне заміщення у карбонільного. sp 2-гібридного атома вуглецю, їх механізм та застосування в синтезі амідів розглянуто в розділі 18.
21.6.3.Взаємодія первинних та вторинних амінів з карбонільними сполуками. Отримання імінів та єнамінів,
Альдегіди та кетони у реакції з первинними та вторинними амінами утворюють відповідно іміни та єнаміни (див. розділ 16).
Ці реакції слід розглядати як нуклеофільне приєднання карбонільної групи.
21.6.4.Взаємодія амінів із сульфонілгалогенідами. Тест Хінсберга
Первинні та вторинні аміни реагують із сульфонілгалогенідами з утворенням сульфамідів.
Механізм утворення сульфамідів аналогічний отриманню амідів з ацилгалогенідів та амінів. Одержання сульфамідів лежить в основі універсального тесту на первинні, вторинні та третинні аміни. Цей простий і дуже доступний метод розпізнавання амінів був запропонований в 1890 Хінсбергом і носить назву тесту Хінсберга. Суміш досліджуваного аміну та бензолсульфохлориду С 6 Н 5 SО 2 Сl або п-толуолсульфохлориду струшують з надлишком холодного водного розчину гідроксиду натрію Через 10-15 хвилин суміш підкислюють до яскраво вираженої кислої реакції. Первинні, вторинні та третинні аміни по-різному поводяться у цьому двостадійному процесі. Первинні аміни при взаємодії з бензолсульфохлоридом дають N-заміщені сульфаміди, які містять при атомі азоту досить "кислий" атом водню, розчиняються у водній лугу з утворенням гомогенного розчину натрієвої солі сульфаміду. При підкисленні з цього розчину осад випадає нерозчинний у воді N-заміщений сульфамід.
Побічні аміни реагують з бензолсульфохлоридом у водному розчині лугу з утворенням N,N-дизаміщеного сульфаміду. Він нерозчинний у водному лугу, т.к. не містить кислого атома водню за азоту. Підкислення реакційної суміші в цьому випадку не викликає жодних зовнішніх змін - N,N-дизаміщений сульфамід залишається у вигляді осаду.
Нерозчинний у воді третинний амін не зазнає змін при обробці водним розчином лугу, що утворюється спочатку іонний N-бензолсульфоніл-N,N-триалкіламонійхлорид розщеплюється під дією гідроксид-іону до бензолсульфонату натрію та третинного аміну:
При підкисленні реакційної суміші третинний амін розчиняється внаслідок утворення розчинної у воді солі
Сульфаміди знайшли застосування в хіміотерапії після того, як у 1935 році було виявлено, що амід сульфанілової кислоти п-NН 2 С 6 Н 4 SО 2 NН 2 має сильну антистрептококову дію. Це виключно важливе для сучасної медициниі хіміотерапії відкриття було зроблено абсолютно випадково. Історія його коротко така. Дочка одного із співробітників великої фірми, яка виробляє азобарвники, в результаті шпилькового уколу внесла стрептококову інфекцію. Вона була вже практично приречена, коли батько навмання ризикнув дати їй дозу пронтозила - одного з барвників, що його фірма випускає. Раніше пронтозил був з успіхом випробуваний на мишах, де він пригнічував зростання стрептококів. Через короткий час дівчинка повністю оговталася від хвороби, що спонукало Е. Фурно у Пастерівському інституті в Парижі зайнятися вирішенням цієї чудодійної проблеми. Фурно виявив, що в організмі людини пронтозил, що отримав назву червоний стрептоцид, розщеплюється ферментами до п-амінобензолсульфаміду, який і є істинним діючим початком проти різних стрептококів, пневмококів і гонококів. Амід сул'фанілової кислоти отримав назву лікарського препарату білий стрептоцид.
Це відкриття викликало лавиноподібний потік досліджень активності різних пара-амінобензолсульфаніламідів, що відрізняються лише природою заступника Х в п-NН 2 З 6 Н 4 SО 2 NНХ. Із приблизно десяти тисяч таких похідних, одержаних синтетичним шляхом, до медичної практики увійшло менше тридцяти. Серед них добре знайомі за своїми торговим назвамлікарські препарати сульфідин, норсульфазол, сульфадимезин, етазол, сульфадиметоксин, фталазол та ін. Деякі з них були отримані до Другої світової війни і врятували життя сотень тисяч людей, які зазнали запальних процесів, спричинених пневмококами та стрептококами після поранення. Нижче наведено деякі із сучасних сульфамідних препаратів.
Сульфамідні препарати одержують за наступною типовою схемою:
Всі ці препарати подібно до "чудесної кулі" (термін введений основоположником хіміотерапії П.Ерліхом) влучно вражають бактерії і не завдають шкоди живим клітинам.
Хоча механізм дії лікарських препаратів у більшості випадків детально невідомий, сульфаніламід є рідкісним винятком. Сульфаніламід вбиває бактерії, включаючись у біосинтез фолієвої кислоти. Синтез фолієвої кислоти є надзвичайно важливим для життєдіяльності бактерій. Тварини самі не здатні синтезувати фолієву кислоту, проте вона є необхідним компонентом в їх "раціоні". Ось чому сульфаніламід токсичний для бактерій, але не для людини.
Фолієву кислоту можна уявити з трьох фрагментів - похідного птеридину, молекули пара-амінобензойної кислоти та глутамінової кислоти (дуже поширеної амінокислоти). Сульфаніламід заважає біосинтезу фолієвої кислоти, конкуруючи з пара-амінобензойною кислотою за включення в молекулу фолієвої кислоти За своєю структурою та розмірами сульфаніламід та п-амінобензойна кислота дуже близькі (рис.21.1), що дозволяє молекулі сульфаніламіду "ввести в оману" ферменти, що відповідають за зв'язування всіх трьох частин молекули фолієвої кислоти. Таким чином, сульфаніламід займає місце пара-амінобензойної кислоти в "хибній" молекулі фолієвої кислоти, яка не здатна виконувати життєві функції істинної фолієвої кислоти всередині бактерії У цьому і полягає секрет протибактеріальної активності сульфаніламіду та його структурних аналогів.
Мал. 21.1. Структурна подоба пара-амінобензойної кислоти та сульфаніламіду
Відкриття механізму дії сульфаніламіду спричинило відкриття багатьох інших нових антиметаболітів. Одним з них є метотрексат, що має яскраво виражену протипухлинну активність. Неважко помітити його близьку структурну аналогію з фолієвою кислотою.
1. Синтез із спиртів. Пропусканням парів спирту та аміаку при 400 0 С над каталізатором отримують суміш первинних, вторинних та третинних спиртів:
2. Реакція Гофмана. Дія аміаку на галогенпохідні дозволяє отримати суміш солей різних амінів:
3. Реакція Зініна. Нітросполуки відновлюються воднем у присутності каталізатора:
4. Відновлення нітрилів:
5. Синтез з амідів кислот:
6. Взаємодія хлорбензолу з аміаком:
Кислотно-основні властивості амінів.Аміни мають яскраво виражені основні властивості. Це типові підстави з теорії Бренстеда, за якою до підстав належать структури, схильні приєднувати протон. У ряді аліфатичних амінів більш яскраво виражені основні властивості третинного аміну, що пояснюється донорним індукційним ефектом алкільних груп (R), що збільшує електронну щільність на азоті і здатність азоту приєднувати протон виражена яскравіше.
У ряді ароматичних амінів більш яскраво вираженими основними властивостями має анілін і дотримується наступна послідовність:
Хімічні властивості.У хімічному відношенні аміни дуже подібні до аміаку і вступають у різні реакції, як нуклеофільні реагенти. Типовими реакціями амінів є реакції з аміногрупи.
1. Приєднання хлороводню:
2. Приєднання води:
3. Алкілювання:
4. Реакція ацелювання:
5. Реакція діазотування:
Охолоджені розчини діазосолів використовуються для одержання азобарвників. Як азосоставляющая в реакціях азосполучення використовуються феноли або ароматичні аміни.
Реакція азосполучення:
Реакцію азосполучення можна розглядати як реакцію електрофільного заміщення в ароматичному бензольному кільці. Електрофільною частинкою виступає діазокатіон і заміщення йде переважно в пара-положення.
Отриманий продукт є барвником. Барвниками називають органічні сполуки, що мають забарвлення і здатні фарбувати різні тканини. Барвники повинні обов'язково утримувати у своєму складі хромоформнігрупи:
і мати високий рівень поєднання молекули.
Для того щоб барвник зв'язувався з тканиною, у його складі повинні бути ауксохромнігрупи: OH, NH 2 , СН 3 .
Існують різні способифарбування тканин. При крижаномуфарбуванні тканину просочують азосоставляющей (фенол, амін), а малюнок наносять крижаним розчином солі діазонію, тобто реакція азосполучення протікає на тканині.
6. Відношення амінів до азотистої кислоти (якісні реакції на аліфатичні аміни). Первинні аміни реагують із виділенням азоту та утворенням спирту. Вторинні аміни реагують з азотистою кислотою з утворенням нітрозоамінів. Треті аміни в реакцію не вступають.
Для отримання амінів сьогодні відкрито велика кількістьнайрізноманітніших методів. Найважливіші з них будуть розглянуті в окремих розділах:
- Пряме алкілування аміаку та амінів;
- Непряме алкілування;
- Відновлювальні методи;
- Одержання первинних амінів із карбонових кислот. Перегрупування Гофмана, Курціуса та Шмідта.
Наведені методи одержання амінів розрізняються за областями свого застосування, за своєю доступністю та за кількістю побічних продуктів. У цьому розділі коротко будуть розглянуті загальні закономірностіотримання амінів та деякі інші специфічні шляхиїх отримання.
Загальні методи одержання амінів
Вони відбуваються при реакціях розщеплення: амідів (перегрупування Гофмана), гідроксамових кислот та їх похідних (перегрупування Лоссена), азидів (перегрупування Курціуса, Шмідта), оксимів, кетонів (перегрупування Бекмана). Рухаючою силоюцих перегрупування є утворення електронодефіцитного атома азоту.
Перегрупування Лоссена
Ця реакція має принципово той самий проміжний продукт, що у перегрупуваннях Гофмана і Курциуса. Для здійснення такого перегрупування використовують гідроксамові кислоти та їх похідні, які під дією агентів, що дегідратують ($P_2O_5$, $SOCl_2$, поліфосфорна кислота та ін.) послідовно утворюють ацилнітрен, потім - ізоціанат і потім - амін.
Деякі первинні аліфатичні аміни одержують відновленням нітроалканів.
Метиламіни та етиламіни отримують, пропускаючи суміш спирту та аміаку під тиском над поверхнею каталізатора, наприклад оксиду алюмінію:
Аліфатичні аміни також отримують за допомогою реакцій між галогеноалканами та аміаком.
Феніламін одержують відновленням нітробензолу.
Застосування
Барвники та пігменти. Використання природних барвників, як індиго, було відомо ще за 3000 років до нашої ери. У Європі мальовнича галузь текстильної промисловості почала розвиватися у XVI ст. із застосування індиго. У 1856 р. англійський хімік Вільям Генрі Перкін відкрив барвник аніліновий фіолетовий.
У цей час Перкін займався дослідженням феніламіну (аніліну). Ця сполука є похідною кам'яновугільної смоли. Згодом Перкін створив підприємство для одержання цієї речовини. Першим природним барвником, який стали отримувати синтетичним шляхом, був алізарин. Цей барвник міститься в природній речовині кошенілі і був вперше отриманий в 1868 р. У 1880 вдалося синтезувати індиго.
Барвниками називаються речовини, що хімічно зв'язуються з матеріалом, який вони фарбують. На відміну від них, пігменти хімічно не пов'язуються з матеріалом, який вони фарбують. Багато органічних барвників і пігментів містять аміногрупи або є похідними азобензолу:
Барвники іноді поділяють їх хімічної будови. Наприклад, барвники прямий зелений і метиловий помаранчевий (табл. 19.20) є прикладами азобарвників. Алізарин є антрахіноновим барвником. Барвники із структурою індиго називаються індигоїдними барвниками. Аніліновий ліловий є оксазиновим барвником, а кристалічний фіолетовий - ароматичне з'єднаннятріарілметан. Існують і інші різновиди барвників. Але частіше барвники поділяють за способом фарбування тканин.
Кубові барвники. Ці барвники характеризуються дуже швидкою дією. Барвник вважається швидким, якщо на нього не впливають умови застосування, наприклад, температура, вологість і дія світла. Кубові барвники нерозчинні у воді. Перед фарбуванням тканини їх відновлюють у кубовому розчині з метою перетворення на водорозчинну форму. Потім здійснюється фарбування тканини, після чого її піддають дії повітря або якогось окислювача. В результаті окислення барвник знову перетворюється на нерозчинну форму. Приклад кубових барвників є індиго. Він використовується для фарбування бавовняних тканин. У
Таблиця 19.20. Приклади органічних барвників
(Див. скан)
Останнім часом виробництво індиго різко зросло через те, що його використовують для фарбування тканин, з яких шиють сині джинси.
Протравні барвники. Застосування цих барвників вимагає попередньої обробки тканин будь-якої протравої, наприклад галуном, без чого такі барвники не адсорбуються волокном. Прикладом протруйних барвників є алізарин.
Прямі барвники. Ці барвники не вимагають попереднього оброблення волокна протравами. Прикладом таких барвників є прямий зелений.
Дисперсні барвники Ці барвники нерозчинні у воді. Вони використовуються у вигляді тонких (майже колоїдних) водних дисперсій. Приклад таких барвників є дисперсний червоний-9. Дисперсні барвники використовують для фарбування поліефірних волокон.
Кислотні (аніонні) барвники. Ці барвники зазвичай є натрієві солісульфонових кислот. Вони використовуються для фарбування найлону, вовни та шовку. Як приклад вкажемо метиловий оранжевий.
Основні (катіонні) барвники. Ці барвники зазвичай містять четвертинну амонієву групу. Вони використовуються для фарбування бавовняного, шовкового та поліакрилонітрилового волокна. Прикладом таких барвників є кристалічний фіолетовий.
Стабілізатори. Аміни застосовуються також як стабілізатори. Стабілізаторами називаються сполуки, які перешкоджають псуванню різних речовин або уповільнюють її. Стабілізатори широко застосовуються в нафтохімічній, харчовій, косметичній та полімерній промисловості. Оскільки псування практично корисних речовинзазвичай пов'язані з їх окисленням, стабілізатори зазвичай називають антиоксидантами (антиокислителями).
Властивості антиоксидантів мають ароматичні аміни, наприклад N-феніл-нафтил-1-амін. Його використовують для стабілізації синтетичних каучуків, які застосовуються, наприклад, для виготовлення автомобільних шин; концентрація цього антиоксиданту в каучуках, що стабілізуються, становить від 0,5 до 2%. Вартість N-фенілнафтил-1-аміну невисока завдяки простоті його отримання:
Продукти тонкого та основного органічного синтезу. Барвники та антиоксиданти є продуктами тонкого органічного синтезу. Такі продукти виробляються в порівняно малих кількостях, які зазвичай не перевищують десятків або сотень тисяч тонн на рік. До продуктів тонкого органічного синтезу відносяться пестициди, фармацевтичні препаратита фотореактиви. Продукти основного органічного синтезу виробляють у дуже великих кількостях, що вимірюються мільйонами тонн на рік. Прикладами продуктів основного органічного синтезу є оцтова кислотата етилен.
Лікарські засоби. Аміни широко застосовуються в фармацевтичної промисловості. Прикладом є антигістамінні препарати. Гістамін – це природна сполука, яка виявляється майже у всіх тканинах людського організму:
Таблиця 19.21. Антигістаміни
Гістамін посилено виділяється в організмі за таких алергічних станів, як, наприклад, сінна лихоманка. Для полегшення подібних алергічних реакційзастосовуються антигістамінні засоби. Деякі їх зазначені в табл. 19.21.
Таблиця 19.22. Приклади амінів, що використовуються як лікарські засоби
Аміни та їх похідні застосовуються також як транквілізатори, анальгетики та бактерицидні засоби. Крім того, їх застосовують для лікування деяких тропічних захворювань, наприклад, трипаносомозу (сонної хвороби) і малярії. У табл. 19.22 наведено три приклади таких лікарських засобів.
Інші застосування. Пестициди. Аміни використовуються як сировина для отримання деяких пестицидів. Наприклад, токсичну сполуку метилізоціанат, яку використовують для отримання пестицидів (див. передмову до цього розділу), одержують з метиламіну та іншої дуже токсичної сполуки - фосгену:
Пластики. Аміни використовуються у виробництві таких пластиків, як найлон та поліуретан (див. гл. 20).
Отже, ще раз повторимо!
1. Типові реакціїамінів та солей діазонію:
Реакції з азотистою кислотою HONO:
Солі діазонію
Так як аміни, будучи похідними аміаку, мають подібну з ним будову (тобто мають неподілену пару електронів в атомі азоту), то вони і виявляють подібні до нього властивості. Тобто. аміни, як і аміак, є основами, оскільки атом азоту може надавати електронну пару для утворення зв'язку з електронедостатніми частинками за донорно-акцепторним механізмом (відповідність визначенню основності за Льюїсом).
I. Властивості амінів як основ (акцепторів протонів)
1. Водні розчини аліфатичних амінів виявляють лужну реакцію, т.к. при їх взаємодії з водою утворюються гідроксиди алкіламонію, аналогічні гідроксиду амонію:
CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH 3 + + OH −
Анілін із водою практично не реагує.
Водні розчини мають лужний характер:
Зв'язок протона з аміном, як і з аміаком, утворюється за донорно-акцепторним механізмом за рахунок неподіленої електронної пари атома азоту.
Аліфатичні аміни – сильніші підстави, ніж аміак, т.к. алкільні радикали збільшують електронну густину на атомі азоту за рахунок + I-ефекту. З цієї причини електронна параатома азоту утримується менш міцно та легше взаємодіє з протоном.
2. Взаємодіючи з кислотами, аміни утворюють солі:
C 6 H 5 NH 2 + HCl → (C 6 H 5 NH 3)Cl
хлорид феніламонію
2CH 3 NH 2 + H 2 SO 4 → (CH 3 NH 3) 2 SO 4
сульфат метиламонію
Солі амінів – тверді речовини, добре розчинні у воді та погано розчинні у неполярних рідинах. При реакції з лугами виділяються вільні аміни:
Ароматичні аміни є більш слабкими основами, ніж аміак, оскільки неподілена електронна пара атома азоту зміщується у бік бензольного кільця, вступаючи в пару з π-електронами ароматичного ядра, що зменшує електронну щільність на атомі азоту (-М-ефект). Навпаки, алкільна група є добрим донором електронної щільності (+I-ефект).
або 
Зменшення електронної густини на атомі азоту призводить до зниження здатності відщеплювати протони від слабких кислот. Тому анілін взаємодіє лише з сильними кислотами (HCl, H 2 SO 4), а його водний розчинне забарвлює лакмус у синій колір.
Атом азоту в молекулах амінів має неподілену пару електронів, яка може брати участь в утворенні зв'язку по донорно-акцепторному механізму.
анілін аміак первинний амін вторинний амін третинний амін
електронна густина на атомі азоту зростає.
Через наявність у молекулах неподіленої пари електронів аміни, як і аміак, виявляють основні властивості.
анілін аміак первинний амін вторинний амін
основні властивості посилюються, через вплив типу та числа радикалів.
C 6 H 5 NH 2< NH 3 < RNH 2 < R 2 NH < R 3 N (в газовой фазе)
ІІ. Окислення амінів
Аміни, особливо ароматичні, легко окислюються на повітрі. На відміну від аміаку, вони здатні спалахувати від відкритого полум'я. Ароматичні аміни мимоволі окислюються на повітрі. Так, анілін швидко буріє на повітрі внаслідок окислення.
4СH 3 NH 2 + 9O 2 → 4CO 2 + 10H 2 O + 2N 2
4C 6 H 5 NH 2 + 31O 2 → 24CO 2 + 14H 2 O + 2N 2
ІІІ. Взаємодія з азотистою кислотою
Азотиста кислота HNO 2 – нестійка сполука. Тому вона використовується лише у момент виділення. Утворюється HNO 2 як усі слабкі кислоти, дією на її сіль (нітрит) сильною кислотою:
KNO 2 + HCl → НNO 2 + KCl
або NO 2 − + H + → НNO 2
Будова продуктів реакції з азотистою кислотою залежить від характеру аміну. Тому дана реакціявикористовується для розрізнення первинних, вторинних та третинних амінів.
· Первинні аліфатичні аміни з HNO 2 утворюють спирти:
R-NH 2 + HNO 2 → R-OH + N 2 + H 2 O
- Величезне значеннямає реакція діазотування первинних ароматичних амінів під дією азотистої кислоти, одержуваної по реакції нітриту натрію з соляною кислотою. А згодом утворюється фенол:
· Вторинні аміни (аліфатичні та ароматичні) під дією HNO 2 перетворюються на N-нітрозопохідні (речовини з характерним запахом):
R 2 NH + H-O-N = O → R 2 N-N = O + H 2 O
алкілнітрозамін
· Реакція з третинними амінами призводить до утворення нестійких солей та не має практичного значення.
IV. Особливі властивості:
1. Утворення комплексних з'єднань з перехідними металами:
2. Приєднання алкілгалогенідів Аміни приєднують галогеналкани з утворенням солі:
Обробляючи сіль лугом, можна отримати вільний амін:
V. Ароматичне електрофільне заміщення в ароматичних амінах (реакція аніліну з бромною водою або азотною кислотою):
В ароматичних амінах аміногрупа полегшує заміщення в орто-і пара-положеннях бензольного кільця. Тому галогенування аніліну відбувається швидко і відсутність каталізаторів, причому заміщаються відразу три атоми водню бензольного кільця, і випадає білий осад 2,4,6-триброманіліну:
Ця реакція бромної води використовується як якісна реакція на анілін.
У цих реакціях (бромування та нітрування) переважно утворюються орто- І пара-Похідні.
4. Способи одержання амінів.
1. Реакція Гофмана. Один з перших методів отримання первинних амінів - алкілування аміаку алкілгалогенідами:
Це не самий найкращий метод, тому що в результаті виходить суміш амінів всіх ступенів заміщення:
і т.д. Алкілуючі агенти можуть виступати не тільки алкілгалогеніди, але і спирти. Для цього суміш аміаку та спирту пропускають над оксидом алюмінію за високої температури.
2. Реакція Зініна- Зручний спосіб отримання ароматичних амінів при відновленні ароматичних нітросполук. Як відновники використовуються: H 2 (на каталізаторі). Іноді водень генерують безпосередньо в момент реакції, навіщо обробляють метали (цинк, залізо) розведеною кислотою.
2HCl + Fe (стружка) → FeCl 2 + 2H
C 6 H 5 NO 2 + 6[H] C 6 H 5 NH 2 + 2H 2 O.
У промисловості ця реакція протікає при нагріванні нітробензолу з водяною парою у присутності заліза. У лабораторії водень "у момент виділення" утворюється реакції цинку з лугом або заліза з соляною кислотою. В останньому випадку утворюється хлорид анілінію.
3. Відновлення нітрилів. Використовують LiAlH 4:
4. Ферментатичне декарбоксилювання амінокислот:
5. Застосування амінів.
Аміни застосовуються у фармацевтичній промисловості та органічному синтезі (CH 3 NH 2 , (CH 3) 2 NH, (C 2 H 5) 2 NH та ін.); при виробництві найлону (NH 2 -(CH 2) 6 -NH 2 - гексаметилендіамін); як сировина для виробництва барвників та пластмас (анілін), а також пестицидів.
Список використаних джерел:
- О.С. Габрієлян та ін. Хімія. 10 клас. Профільний рівень: підручник для загальноосвітніх установ; Дрофа, Москва, 2005 р.;
- «Репетитор з хімії» за редакцією А. С. Єгорова; "Фенікс", Ростов-на-Дону, 2006р;
- Р. Е. Рудзітіс, Ф. Г. Фельдман. Хімія 10 кл. М., Просвітництво, 2001;
- https://www.calc.ru/Aminy-Svoystva-Aminov.html
- http://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=144
- http://www.chemel.ru/2008-05-24-19-21-00/2008-06-01-16-50-05/193-2008-06-30-20-47-29.html
- http://cnit.ssau.ru/organics/chem5/n232.htm
