Азотсодержащие соединения Амины Вы растете и живете Словно

Азотсодержащие соединения Амины Вы растете и живете, Словно, плавая в …. ! Знайте, в воздухе у нас Это самый первый газ. Все живое – все цветы, Все деревья и кусты Все животные не могут Без аминокислоты! А в составе тех кислот Непременно есть …! 10 класс

Цели урока • Дать понятие об аминах, их классификации, изомерии и номенклатуре, свойствах в сравнении с аммиаком • Рассмотреть способы получения аминов и особенно анилина • Показать основные области применения аминов • Дать понятие об амидах и на их основе о синтетических полиамидных материалах

Что такое аммиак? Н

Амины Производные аммиака (NH 3), в молекулах которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные группы NH 2 – CH 3 -NH-CH 3 -N-CH 3 метиламин диметиламин триметиламин аминометан NH 2 -группа аминогруппа

Классификация аминов 1. По строению углеводородной группы Алифатические Предельные Непредельные (енамины) Циклические Ароматические Алициклические Cn. H 2 n+1 NH 2 Cn. H 2 n+3 N для первичных для предельных аминов алифатических аминов R – CH = CH – NR 1 циклогексиламин анилин (от араб. аnil-синий) фениламин

Классификация аминов 2. По числу аминогрупп 1) Моноамины 2) Диамины СН 2 – СН 2 | | NH 2 этилендиамин 1, 2 -диаминоэтан бензидин (4, 4'-диаминодифенил)

Классификация аминов (по теории Жерара – тип аммиака) 3. По числу замещенных атомов водорода в молекуле аммиака 1) Первичные 2) Вторичные 3) Третичные СН 3 -СН 2 -NH 2 CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 пропиламинопропан метилэтиламин CH 3 -CH 2 -N-CH 3 | CH 3 диметилэтиламин

Электронное и пространственное строение аминов Каково положение азота в ПС? Каков заряд ядра атома азота? Сколько энергетических уровней у атома азота? Сколько электронов имеет атом этого элемента на каждом уровне? Составьте электронную формулу атома азота

Атом азота в аминах находится в состоянии sp 3 -гибридизации и имеет тетраэдрическую ориентацию орбиталей Наличие неподеленной электронной пары способствует присоединению катиона водорода Н+ по донорноакцепторному механизму, поэтому амины проявляют свойства органических оснований

Изомерия аминов Структурная изомерия - углеродного скелета, начиная с С 4 H 9 NH 2: - положения аминогруппы, начиная с С 3 H 7 NH 2: - изомерия аминогруппы, связанная с изменением степени замещенности атомов водорода при азоте:

Изомерия аминов Пространственная изомерия Возможна оптическая изомерия, начиная с С 4 H 9 NH 2:

Изомерия ароматических аминов о - толуидин 2 -аминотолуол | СН 3 м - толуидин 3 -аминотолуол | СН 3 п - толуидин 4 -аминотолуол Общая формула ароматических аминов Сn. H 2 n-7 NH 2

Получение аминов 1. Общий метод – восстановление нитросоединений Анилин образуется при восстановлении нитробензола (восстановители - водород в присутствии металлических катализаторов, Fe + HCl, сульфиды): С 6 Н 5 NO 2 + 3 (NH 4)2 S → С 6 Н 5 NH 2 + 2 H 2 O + 3 S↓ + 6 NH 3↑ Реакция Н. Н. Зинина, 1842 г.

ЗИНИН Николай Николаевич (25. VIII. 1812 - 18. II. 1880) Русский химик-органик, акад. Петербургской Академии Наук (с 1865 г. ). Родился в Шуше (Азербайджан). Окончил Казанский университет (1833). Работал там же, с 1837 г. - в лабораториях и на заводах в Германии, Франции, Англии. В 1841 -1848 профессор Казанского университета, в 1848 -1874 - Медико-хирургической академии в Петербурге. Один из организаторов Русского химического общества и первый его президент (1868 -1877). Научные исследования посвящены органической химии. Открыл (1842) реакцию восстановления ароматических нитросоединений, послужившую основой отрасли химической промышленности - анилино-красочной. Разработал (1841) один из универсальных способов получения ароматических кетонов (бензоиновая конденсация). Показал, что амины - основания, способные образовывать соли с различными кислотами. Впервые синтезировал большое число новых соединений различных классов (аллиловый спирт, аллиловый эфир изотиоциановой кислоты - "летучее горчичное масло", ди- и тетрахлорбензолы, толан, стильбен и др. ). Открыл "бензидиновую перегруппировку" (1845), уреиды (1854) и др. Совместно с А. А. Воскресенским является основателем большой школы русских химиков. В числе его учеников были А. М. Бутлеров, Н. Н. Бекетов, А. П. Бородин и др.

Вклад И. Н. Зинина в развитие химии «Если бы Зинин не сделал ничего более, кроме превращения нитробензола в анилин, то имя его и тогда осталось бы записанным золотыми буквами в историю химии» (Август Вильгельм Гофман)

2. Восстановление амидов (восстановитель - алюмогидрид лития Li. Al. H 4): CH 3 – CONH 2 + KOH → CH 3 -NH 2 + K 2 CO 3 + H 2 O уменьшение углеродной цепи

Получение аминов 3. Восстановление нитрилов с образованием первичных аминов: R-C≡N + 4[H] → R-CH 2 NH 2 Ni или Na cпирт. р-р С 2 Н 5 -С ≡ N + 2 H 2 → С 2 Н 5 – СН 2 – NH 2 Этим способом в промышленности получают гексаметилендиамин, который используется в производстве полиамидного волокна найлон.

4. Получение аминов путём введения алкильных групп в молекулы аммиака и аминов (реакции алкилирования) При нагревании галогеналканов с аммиаком образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов. • В основе этих превращений лежит реакция нуклеофильного замещения галогена в галогеналканах. • Роль нуклеофила играют молекулы аммиака и аминов, имеющие неподеленную пару электронов на атоме азота.

Получение аминов В промышленности алкилирование аммиака в большинстве случаев проводится не галогеналканами, а спиртами, в молекулах которых происходит нуклеофильное замещение ОНгруппы на аминогруппу. Действием галогеналканов на первичные алифатические и ароматические амины получают вторичные и третичные амины, в том числе, смешанные.

Получение аминов

Физические свойства аминов Первые представители – метиламин CH 3 NH 2, диметиламин (CH 3)2 NH, триметиламин (CH 3)3 N и этиламин C 2 H 5 NH 2 – при комнатной температуре газообразные С 3 – С 9 – жидкости С 10 и более – кристаллические вещества Растворимость аминов в воде убывает по мере увеличения длины цепи R и при возрастании числа органических групп, связанных с азотом (переход к вторичным и третичным аминам). C 1 -C 4 – (р) неограниченно, высшие (н) Запах аминов напоминает запах аммиака, высшие (с большими R) амины практически лишены запаха. Могут образовывать межмолекулярные водородные связи Анилин – яд, бесцветная маслянистая (ж) со слабым бензинным запахом, быстро окисляется на воздухе, переходя в темную желто -коричневую окраску Соли анилина хорошо растворимы в воде (в отличие от самого анилина)

Химические свойства аминов Амины, являясь производными аммиака, имеют сходное с ним строение и проявляют подобные ему свойства Как в аммиаке, так и в аминах атом азота имеет неподеленную пару электронов: Поэтому амины подобно аммиаку проявляют свойства оснований

1. Свойства аминов как оснований (акцепторов протонов) Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию • Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак, т. к. алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на атоме азота за счет +I-эффекта. • По этой причине электронная пара атома азота удерживается менее прочно и легче взаимодействует с протоном

Взаимодействие с кислотами Соли аминов – твердые вещества, хорошо растворимые в воде. При нагревании щелочи вытесняют из них амины

Особенности строения ароматических аминов Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его pэлектронами • Уменьшение электронной плотности на атоме азота приводит к снижению способности отщеплять протоны от слабых кислот. Поэтому анилин взаимодействует лишь с сильными кислотами (HCl, H 2 SO 4), а его водный раствор не окрашивает лакмус в синий цвет.

Взаимное влияние групп в анилине NH 2 -группа на бензольное кольцо - Увеличение подвижности атомов водорода бензольного кольца в орто- и пара-положениях, облегчение протекания реакций замещения в молекуле анилина Бензольное кольцо на NH 2 -группу - Ослабление основных свойств анилина в сравнении с аммиаком и алифатическими аминами

Как изменяются основные свойства у аммиака и аминов? C 6 H 5 NH 2 < NH 3 < RNH 2 < R 2 NH < R 3 N (в газовой фазе) Увеличение основных свойств

2. Окисление аминов Амины, особенно ароматические, легко окисляются на воздухе. В отличие от аммиака, они способны воспламеняться от открытого пламени 4 СH 3 NH 2 + 9 O 2 → 4 CO 2 + 10 H 2 O + 2 N 2

3. Взаимодействие с азотистой кислотой Азотистая кислота HNO 2 – неустойчивое соединение. Поэтому она используется только в момент выделения. Образуется HNO 2, как все слабые кислоты, действием на ее соль (нитрит) сильной кислотой: KNO 2 + HCl = НNO 2 + KCl NO 2 - + H+ = НNO 2 (сокращенное ионное уравнение) Строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различения первичных, вторичных и третичных аминов.

Взаимодействие с азотистой кислотой Первичные алифатические амины c HNO 2 образуют спирты: R-NH 2 + HNO 2 → R-OH + N 2 + H 2 O Первичные ароматические амины при повышенной температуре реагируют аналогично, образуя фенолы. При низкой температуре (около 0° С) реакция идет иначе Вторичные амины (алифатические и ароматические) под действием HNO 2 превращаются в нитрозосоединения (вещества с характерным запахом): R 2 NH + H-O-N=O → R 2 N-N=O + H 2 O алкилнитрозамин Реакция с третичными аминами приводит к образованию неустойчивых солей и не имеет практического значения.

Реакции с участием анилина белый осадок

4. Алкилирование Получение вторичных и третичных аминов Составьте уравнения реакций взаимодействия по цепочке превращений: -HCl + С 2 Н 5 Cl С 6 Н 5 NH 2 + C 2 H 5 Cl → С 6 Н 5 NHС 2 Н 5 → анилин N-этиланилин -HCl → С 6 Н 5 N(С 2 Н 5)2 N, N - диэтиланилин (СН 3) 3 N + CH 3 -Br → [(CH 3) 4 N]+Brбромид тетраметиламмония

5. Образование амидов (реакции ацилирования) С 2 Н 5 – NH 2 + CH 3 – COCl → С 2 Н 5 – NH – COCH 3 + HCl этиленамид уксусной кислоты

Ацетилирование анилина Ацетилирование (т. е. замещение водорода на остаток уксусной кислоты - ацетил) анилина производят или нагревая его с избытком ледяной уксусной кислоты, или (что более удобно) путем взаимодействия анилина с уксусным ангидридом: ацетанилид

Синтетические полиамидные материалы С 20 -х гг. 20 в. американская химическая компания «Дюпон» стала лидером в разработке и производстве полимеров 1928 г. – Уоллес Хьюм Карозерс- получение синтетических полиамидов из диаминов и дикарбоновых кислот реакция поликонденсации → найлон

Стадии получения полиамидного волокна Технологический процесс получения полиамидные волокна включает следующие основные стадии: 1) синтез полимера, 2) формование и вытяжка, 3) текстильная обработка волокна.

Полиамидные волокна Синтетические волокна, формуемые из полиамидов. около 98% от общего производства полиамидные волокна составляют волокна из алифатических полиамидов, основная масса производится из поли-ε-капроамида (выпускается под торговыми названиями капрон, найлон-6, амилан, дедерон, стилон, лилион, релон, перлон, видлон, хемлон, энкалон и др. ) и полигексаметиленадипинамида (найлон-6, 6). Производство других видов алифатических полиамидных волокон очень незначительно, что объясняется экономическими проблемами, связанными с получением мономеров, техническими трудностями синтеза полимеров, переработки их в волокна и отсутствием у большинства этих волокон конкурентоспособных потребительских свойств.

Полиамиды Пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, содержащих в основной цепи амидные группы —CONH—. Основная часть полиамидов — частично кристаллические термопластические полимеры, которые отличаются высокой прочностью, жесткостью и вязкостью, стойкостью к воздействию внешней среды. Большая часть свойств объясняется наличием амидных групп, которые связаны между собой с помощью водородных связей. Ряд свойств полиамидов зависит от их кристаллического устройства, в частности от содержания воды. Полиамиды взаимодействуют с окружающей средой обратимо впитывая влагу. Например в окружении воздуха, полиамид - 6 принимает примерно 2, 5 -3, 5% воды, а полиамид -6, 10 около 0, 5%. Влагопоглощение полиамидов напрямую влияет на их долговечность.

Применение полиамидов В машиностроении - конструкционный материал, армирован следующими компонентами: стекловолокно, тальк, графит, масло, дисульфид молибдена Антикоррозийный материал для защиты металлов и бетона. В медицинской промышленности полиамидные волокна используются для изготовления протезов, хирургических нитей, искусственных кровеносных сосудов. В текстильной промышленности из полиамида изготавливают нити, ткани. В народном хозяйстве полиамид часто используется в качестве пленки, клеёв. В пищевой промышленности из полиамида производят различные оболочки для колбасных изделий.

Найлон-6, 6 и 6, 10 n H 2 N-(CH 2)6 -NH 2 + n. HOOC- (CH 2)4 -COOH → 1, 6 -диаминогексан адипиновая (гексадикарбоновая) кислота [-NH- (CH 2)6 -NH-CO- (CH 2)4 -CO-]n + 2 n H 2 O n H 2 N-(CH 2)6 -NH 2 + n. Cl. OC- (CH 2)8 -COCl → 1, 6 -диаминогексан дихлорангидрид декандикарбоновой (себациновой) кислоты [-NH- (CH 2)6 -NH-CO- (CH 2)8 -CO-]n + 2 n HCl 1935 г. – синтез Карозерса, 1938 г. – первая зубная щетка с синтетической щетиной, 1939 г. – первые найлоновые чулки, искусственный шелк, парашюты

Суперволокно- кевлар n H 2 N-C 6 H 4 -NH 2 + n. HOOC-C 6 H 4 -COOH → 1, 4 -диаминобензол терефталевая кислота [-NH-C 6 H 4 -NH-CO-C 6 H 4 -CO-]n + 2 n H 2 O Огнестойкий, гибкий материал, плотность в 4 раза меньше стали, но в 5 раз прочнее Изготавливают канаты, защитные костюмы пожарных и гонщиков «Формулы-1» , детали крыльев самолетов, корды для автомобильных шин, пуленепробиваемые жилеты, куртки фехтовальщиков

Применение аминов Алифатические амины поражают нервную систему, вызывают нарушение проницаемости стенок кровеносных сосудов, клеточных мембран, развитие дистрофии, ароматические амины – канцерогены! Производство красителей Лекарственные препараты (сульфаниламиды, антигистамины) Ингибиторы коррозии Амины Полимеры (полиамиды. полиуретаны) Взрывчатые вещества Пестициды Косметичес кие средства

Осуществите цепочку превращений Этан → этилен → ацетилен → бензол → → нитробензол → анилин → 2, 4, 6 -триброманилин Метан → хлорметан → метиламин → → сульфат метиламмония Метан → нитрометан → метиламин → азот

Составьте формулы аминов Этиламин 2 -аминопропан Метилпропиламин Пропиламин Метилэтиламин Триэтиламин 2 -пропиланилин Диметилфениламин Диаминоэтан 2. Напишите структурные формулы всех изомерных первичных аминов состава С 4 Н 11 N и назовите их. 3. По молекулярным формулам определите, к каким гомологическим рядам можно отнести следующие соединения: С 3 Н 8, С 3 Н 6, С 3 Н 4, С 3 Н 8 О, С 3 Н 6 О, С 3 Н 6 О 2, С 3 Н 9 N. Какие из формул могут принадлежать веществам различных классов и почему? Напишите структурные формулы всех возможных изомеров азотсодержащего вещества

Определите формулу вещества Органическое вещество содержит 38, 7% углерода, 45, 15% азота, 16, 15% водорода. Относительная плотность его паров по водороду равна 15, 5. определите формулу вещества При сгорании 5, 64 г органического вещества, состоящего из углерода, водорода, азота, образовалось 3, 84 г воды, 15, 94 г углекислого газа. Определите молекулярную формулу вещества.

Расположите вещества в порядке усиления основных свойств 1) аммиак, этиламин, анилин 2) о-толуидин, анилин, п-нитроанилин, аммиак, гидроксид антрия, метиламин Осуществите цепочку превращений: Ca. C 2 →C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 NO 2 → C 6 H 5 NH 2 → → C 6 H 2 Br 3 NH 2 2) CH 4 → CH 3 Br → CH 3 -NH 2 →(CH 3) 2 NH → →[(CH 3) 2 NH]HSO 4 C 6 H 5 CH 3 →C 6 H 5 CH 2 Cl →C 6 H 5 CH 2 NH 2 1)

Решите задачи Смешали 10 л газообразного метиламина и 10 г хлороводорода. Какой газ останется в избытке и каков его объем в тех же условиях? Смесь фенола и анилина полностью прореагировала с 40 г 5%-ного раствора гидроксида натрия. Такая же масса этой смеси может реагировать с бромной водой, содержащей 72 г брома. Определите массы фенола и анилина в исходной смеси

Химический диктант Инструкция: Прочитайте внимательно тексты. Вставьте пропущенные слова, словосочетания, формулы. 1 вариант 2 вариант 1. Амины по числу углеводородных радикалов можно разделить на три группы: …. , …, …. 2. Вещество с формулой С 2 Н 5 –NН–С 2 Н 5 называется … 1. Амины — производные …, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородный радикал. 2. Вещество с формулой С 2 Н 5 – NН 2 называется … 3. Метиламин — …. с резким 3. Анилин — …. . в воде жидкость с неприятным аммиачным запахом, быстро хорошо растворим в воде темнеющая на воздухе, очень ядовитая.

Химический диктант 1 вариант 2 вариант 4. Горение метиламина выражается уравнением: 4 СН 3 NH 2 + 9 О 2 → 4… + 10…+ 2 N 2 5. Характерное химическое свойство аминов заключается в образовании солей при взаимодействии с кислотами, поэтому амины — органические …. 6. Качественной реакцией на анилин является реакция с …. 7. Впервые анилин получил русский химик … 4. Горение анилина выражается уравнением: 2 С 6 Н 5 NH 2 + 15, 5 О 2 → 12 … + + 7 … + N 2 5. Анилин более слабое …. , чем амины и аммиак. 6. При взаимодействии анилина с бромной водой образуется …. осадок. 7. В основе получения анилина лежит реакция восстановления …

Ответы 1 вариант Первичные, вторичные, третичные. 1. Диэтиламин. 2. Бесцветный газ. 3. СО 2 Н 2 О. 4. Основания. 5. Бромной водой. 6. Зинин. 1. 2 вариант 1. Аммиака. 2. Этиламин. 3. Бесцветная нерастворимая. 4. СО 2 Н 2 О. 5. Основание. 6. Белый. 7. Нитробензола.

Домашнее задание Параграф 25 Упражнения 3 – 9 (с. 226) Составить синквейн по теме 1. В первой строчке тема называется одним словом (обычно существительным). 2. Вторая строчка — это описание темы в двух словах (двумя прилагательными). 3. Третья строчка — это описание действия в рамках этой темы тремя словами (глаголами). 4. Четвертая строка — это фраза из четырех слов, показывающая отношение к теме. 5. Последняя строка — это синоним из одного слова, который повторяет суть темы. Например: 1. Анилин. 2. Бесцветный, ядовитый. 3. Пахнет, не растворяется, горит. 4. Без анилина нет красителей. 5. Амин.

Литература О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов. Настольная книга учителя химии 10 класс, «Блик и Ко» , 2001 Органическая химия. Весь школьный курс в таблицах, Минск, «Современная школа» , «Кузьма» , 2011 http: //www. chemistry. ssu. samara. ru http: //www. krugosvet. ru http: //c-books. narod. ru http: //www. newchemistry. ru http: //ru. wikipedia. org festival. 1 september. ru