1. Азотсодержащие органические соединения
1.1. Амины
Аминами называются производные аммиака NH3, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены остатками углеводородов.
Аминами можно рассматривать и как производные углеводородов, образованные замещением атомов водорода в углеводородах на группы
NH2 (первичный амин); NHR (вторичный амин); NR'R" (третичный амин).
В зависимости от числа атомов водорода у атома азота, замещенных радикалами, амины называют первичными, вторичными или третичными.
Группа - NH2, входящая в состав первичных аминов, называется аминогруппой. Группа >NH во вторичных аминах называется иминогруппой.
Номенклатура аминов
Обычно амины называют по тем радикалам, которые входят в их молекулу, с прибавлением слова амин.
СН3NH2 – метиламин; (СН3 )2NH – диметиламин; (СН3 )3N – триметиламин.
Ароматические амины имеют особенности номенклатуры.
С6Н5NH2 – фениламин или анилин.
Физические свойства аминов
Первые представители аминов – метиламин, диметиламин, триметиламин – представляют собой при обычной температуре газообразные вещества. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие амины – твердые вещества.
Первые представители, подобно аммиаку, растворяются в воде в больших количествах; высшие амины в воде нерастворимы.
Низшие представители обладают сильным запахом. Метиламин CH3NH2 содержится в некоторых растениях, имеет запах аммиака; триметиламин в концентрированном состоянии имеет запах, сходный с запахом аммиака, но в малых концентрациях, с которыми обычно приходится встречаться, имеет очень неприятный запах гнилой рыбы.
Триметиламин (CH3)3N в довольно больших количествах содержится в селедочном рассоле, а также в ряде растений, например, в цветах одного вида боярышника.
Диамины – это группа соединений, которые можно рассматривать как углеводороды, в молекулах которых два атома водорода замещены аминогруппами (NH2).
Путресцин был впервые найден в гное. Он представляет собой тетраметилендиамин:
Н2С – СН2– СН2– СН2
тетраметилендиамин
NH2NH2
Кадаверин, гомолог путресцина, был найден в разлагающихся трупах (cadaver – труп), он является пентаметилендиамином:
Н2С – СН2– СН2– СН2– СН2
пентаметилендиамин
NH2NH2
Путресцин и кадаверин образуются из аминокислот при гниении белковых веществ. Оба вещества – сильные основания.
Органические основания, образующиеся при гниении трупов (в том числе путресцин и кадаверин), объединяют общим названием птомаины. Птомаины ядовиты.
Следующий представитель диаминов – гексаметилендиамин – применя-ется для получения ценного синтетического волокна – найлона.
Н2С – СН2– СН2– СН2– СН2– СН2
гексаметилендиамин
NH2NH2
Способы получения аминов
1. Действие аммиака на алкилгалогениды (галогенуглеводороды) - реакция Гофмана.
Начальная реакция:
СН3I+NH3= [CH3NH3]I
иодметан метиламмонийиодид
Далее реакции идут следующим образом:
[CH3NH3]I+NH3CH3NH2+NH4I
метиламин
CH3NH2+ СН3I[(CH3)2NH2]I
диметиламмонийиодид
[(CH3)2NH2]I + NH3 (CH3)2NH + NH4I
диметиламин
(CH3)2NH + СН3I [(CH3)3NH]I
триметиламмонийиодид
[(CH3)3NH]I + NH3 (CH3)3N + NH4I
триметиламин
(CH3)3N + СН3I [(CH3)4N]I
тетраметиламмонийиодид –
соль четырехзамещенного аммония
Исходный метиламин может быть получен и следующим образом:
[CH3NH3]I + NaOH = CH3NH2 + NaI + H2O
метиламин
В результате этих реакций получается смесь замещенных солей аммония ( на первых стадиях реакцию остановить невозможно).
Подобная реакция позволяет получать так называемые инвертные мыла, мыла, которые используются в кислой среде.
(CH3)3N+ С16Н33Cl[(CH3)3NС16Н33]Cl
триметилцетиламмоний хлорид
Моющим действием здесь обладает не анион, как в обычных мылах, а катион. Особенность этого мыла в том, что они используются в кислой среде.
Такие мыла не сушат кожу, имеющую, как известно, кислую среду с
рН = 5,5.
В структуру инвертного мыла можно ввести заместитель, проявляющий антимикробную активность. В этом случае синтезируют бактерицидные мыла, используемые в хирургической практике.
2. Восстановление нитросоединений (катализатор никель)
СН3NO2+ 3H2=CH3NH2+ 2Н2О
3. В природных условиях алифатические амины образуются в результате гнилостных бактериальных процессов разложения азотистых веществ – в первую очередь при разложении аминокислот, образующихся из белков. Такие процессы происходят в кишечнике человека и животных.
Химические свойства аминов
1. Взаимодействие с кислотами
Амин + кислота = соль
Реакция аналогична реакции образования солей аммония:
NH3+HCl=NH4Cl
аммиак хлорид аммония
CH3NH2+HCl= [CH3NH3]Cl
метиламин хлорид метиламмония
2. Реакция с азотистой кислотой
Эта реакция дает возможность различать первичные, вторичные и третичные алифатические, а также ароматические амины, т.к. они по-разному относятся к действию азотистой кислоты.
Азотистая кислота используется в момент выделения по реакции разбавленной соляной кислоты с нитритом натрия, проводимой на холоду:
NaNO2(тв) +HCl(водн)NaCl(водн) +HON=O(водн)