Урок 19. Спирты и фенолы
план-конспект урока по химии (10 класс)

 Урок 18. Нитросоединения. Амины

Нитросоединения

Нитросоединения — это органические вещества, содержащие одну или несколько нитрогрупп, соединенных с углеводородным радикалом.

Дополнительная информация

Примеры других ВВ

Примеры других взрывчатых веществ

Используются в качестве взрывчатых веществ (ВВ) и такие нитросоединения:

тетранитрометан C(NO2)4 — слабое жидкое ВВ;

2,4,6–тринитроксилол  — ВВ средней силы, а в смеси со своими изомерами — пластификатор для порохов.

Нитросоединения, как и азотная кислота, являются окислителями. Они восстанавливаются водородом до аминов:

Николай Николаевич Зинин

В промышленности для этого процесса используют молекулярный водород:

Впервые восстановление нитробензола C6H5NO2 в анилин C6H5NH2 осуществил в 1842 г.
Н.Н. Зинин.

Это интересно!

Впервые нитробензол получил в 1837 г. Э. Митчерлих при обработке бензола азотной кислотой, а в 1847 г. был осуществлен его первый промышленный синтез.

Это интересно!

Полинитросоединения такого вида:

— имеют запах, напоминающий мускус, и применяются в парфюмерии, преимущественно для «отдушки» дешевых сортов мыла.

Это интересно!

В тротиловом эквиваленте выражаются мощности не только других взрывчатых веществ, но и ядерного оружия. Например, атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, эквивалентна 20 тыс. т тротила, а самая мощная испытанная водородная бомба имела мощность 50 млн т тротила (20 тыс. груженных тротилом поездов).

Это интересно!

В тротиловом эквиваленте выражаются мощности не только других взрывчатых веществ, но и ядерного оружия. Например, атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, эквивалентна 20 тыс. т тротила, а самая мощная испытанная водородная бомба имела мощность 50 млн т тротила (20 тыс. груженных тротилом поездов).

Это интересно!

Открытие реакции восстановления ароматических нитросоединений Н.Н. Зининым (реакция Н.Н. Зинина) явилось мощным фактором развития химической промышленности в XIX в. На основе анилина были синтезированы уникальные красители, лекарства, ВВ, полимеры. «Если бы Зинин не сделал ничего более, кроме превращения нитробензола в анилин, то и тогда имя его осталось бы записанным золотыми буквами в историю химии», — сказал выдающийся немецкий химик Август Вильгельм Гофман.

Амины: состав и строение

Амины — это органические производные аммиака NH3, в молекулах которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.

Модель молекулы метиламина

Группа —NH2 называется аминогруппой.

Первичные амины — производные углеводородов, в молекулах которых атом водорода замещен на аминогруппу —NH2.

Дополнительная информация

Амины с несколькими аминогруппами

Амины с несколькими аминогруппами

Встречаются амины, содержащие две и более аминогруппы, важнейшие из них:

Изомерия предельных аминов на примере аминов, имеющих состав C4H11N

Дополнительная информация

Оптическая изомерия аминов

Оптическая изомерия аминов

Существует два оптических изомера 2-аминобутана:

Вот изображения этих изомеров, которые являются зеркальными отражениями друг от друга:

Модель молекулы анилина

 Простейшим представителем первичных ароматических аминов является анилин(аминобензол, фениламин): 

Дополнительная информация

Ближайшие гомологи анилина

Ближайшие гомологи анилина

Свойства аминов

Физические свойства

• Простейшие предельные амины — газы с запахом, напоминающим запах аммиака, хорошо растворимы в воде.
• Остальные амины — жидкости с запахом «тухлой рыбы» или твердые вещества, растворимость которых в воде с увеличением Mr уменьшается.
• Анилин — бесцветная маслянистая жидкость с характерным запахом, малорастворим в воде, ядовит.

Химические свойства

1. Амины, как и аммиак, проявляют основные свойства.

Их основные свойства обусловлены электронным строением молекул.

Приведем электронную и электронно-графическую формулы атома азота:

Три непарных р-электрона атома N участвуют в образовании трех ковалентных связей с атомами водорода (в NH3) или с атомами водорода и углерода (в аминах). 2s-электроны остаются «свободными» от связей на атоме азота и в аммиаке, и в аминах:

За счет этой пары электронов атом азота образует еще одну ковалентную связь с катионом водорода по донорно-акцепторному механизму: N — донор, H+ — акцептор электронов.

• Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации):

• Взаимодействие с водой

В водных растворах аминов имеют место равновесия (смещенные влево):

Дополнительная информация

Водные растворы аммиака и аминов

Водные растворы аммиака и аминов

Кд — константа диссоциации, характеризует способность основания, кислоты, воды образовывать в растворе ионы. Чем больше константа диссоциации, тем больше соответствующих ионов образуется в растворе электролита, тем он сильнее.

Основные свойства аминов и аммиака выражены по-разному: сказывается влияние углеводородных радикалов. Усиление основных свойств наблюдается в ряду:

анилин → аммиак → метиламин → диметиламин

Дополнительная информация

Основные свойства аминов и аммиака

Основные свойства аминов и аммиакаНеподеленная пара электронов атома азота в анилине притягивается общей π-связью бензольного кольца, за счет чего снижается электронная плотность на атоме азота по сравнению с аммиаком NH3 и тем более с предельными аминами, в которых алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на азоте.

У третичных аминов основность выше, чем у аммиака, но меньше, чем у первичных, из-за пространственного экранирования пары электронов на азоте тремя радикалами.

Щелочи как более сильные основания вытесняют аммиак и амины из их солей:

2. Газообразные амины горят на воздухе (в отличие от NH3):

Остальные амины окисляются кислородом воздуха при нагревании с образованием тех же продуктов.

3. Анилин — ароматический амин — вступает в реакцию замещения по месту бензольного кольца:

2,4,6-триброманилин — белый осадок. Взаимодействие анилина с бромной водой является качественной реакцией на анилин.

Дополнительная информация

Взаимное влияние атомов в молекуле анилина

Взаимное влияние атомов в молекуле анилина

Аминогруппа в молекуле анилина также оказывает влияние на бензольное кольцо, увеличивая в нем электронную плотность у 2, 4 и 6 атомов углерода (в орто- и пара- положениях).

Поэтому анилин легко (при комнатной температуре, без катализаторов) реагирует с бромной водой.

Аналогично влияет на бензольное кольцо метильная группа в толуоле, поэтому при его галогенировании образуется 2,4,6-галогенопроизводное толуола.

Это интересно!

Неприятный запах изо рта, запах гниющего мяса, запах некоторых животных в большой степени связан с присутствием таких диаминов, как
1,4-диаминобутан NH2—(CH2)4—NH2 и 1,5-диаминопентан NH2—(CH2)5—NH2.

Это интересно!

Синтетический амин — амфетамин

— является психостимулятором, т. е. веществом, которое оказывает возбуждающее действие.

Это интересно!

Один из простейших аминов, триметиламин (CH3)3N, представляет собой газ с отвратительным запахом. Несвежая рыба пахнет именно триметиламином, образующимся при действии ферментов и микроорганизмов на белки рыб. Этот амин выделяют также койоты (луговые волки) и некоторые домашние собаки.

Получение и применение аминов

Получение аминов

Напомним известные вам способы получения аминов.

1. Взаимодействие галогенопроизводных углеводородов с аммиаком:

2. Восстановление нитросоединений:

Применение аминов

Амины применяют для получения лекарств, полимерных материалов, ПАВ.

Наиболее широко используется анилин, являющийся исходным веществом в производстве анилиновых красителей, лекарств (например, сульфамидных препаратов), взрывчатых веществ, высокомолекулярных соединений и т. д.

Применение анилина: 1 — анилиновые красители; 2 — фотография; 3 — лекарственные средства

Это интересно!

Для производства полимера кевлара, из которого делают суперпрочные волокна, используют 1,4-диаминобензол