2.2. Амины как нуклеофилы

2.2.1. Алкилирование и ацилирование аминов

Как нуклеофилы, амины могут реагировать с реагентами, имеющими электрофильные центры. При этом могут протекать как реакции замещения, так и реакции присоединения. Взаимодействиями первого типа являются реакции алкилирования и ацилирования аминов.

При алкилированииаминов галогенопроизводными углеводородов реакция может идти по одному из известных механизмов нуклеофильного замещения. В результате образуется соль аммония, которую можно перевести в «свободный» амин действием основания (см. способы получения аминов). Так, алкилированием первичного амина можно получить вторичный амин, алкилированием вторичного амина – третичный, а при алкилировании третичного амина образуется четвертичная соль аммония. Например, взаимодействием бензиламина с этилбромидом получают Ν-этилбензиламин, а последовательное метилирование метиламина с помощью метилиодида приводит к иодиду тетраметиламмония в качестве конечного продукта. Этот же продукт можно получить и при взаимодействии метиламина с тремя эквивалентами метилиодида.

бромид бензилэтиламмония

иодид тетраметиламмония

Ацилированиеаминов до амидов карбоновых кислот осуществляют такими производными карбоновых кислот, как галогенангидриды и ангидриды. Например, взаимодействием пропиламина с бензоилхлоридом в присутствии щелочи получают Ν-пропиламид бензойной кислоты (Ν-пропилбензамид), а реакция анилина с ангидридом уксусной кислоты приводит к Ν-фенилацетамиду.

2.2.2. Взаимодействие первичных и вторичных аминов с альдегидами и кетонами

С альдегидами и кетонами первичные и вторичные амины реагируют по механизму нуклеофильного присоединения. С первичными аминами образуются азометины (основания Шиффа):

Так, например, анилин реагирует с бензальдегидом с образованием безилиденанилина.

Вторичные амины с альдегидами и кетонами, имеющими атом водорода в α-положении, дают аддукт, который стабилизируется также в результате дегидратации, однако, поскольку при атоме азота в этом аддукте нет атома водорода, происходит отщепление воды с образованием двойной связи между бывшим карбонильным атомом углерода и α-атомом углерода. Такие продукты называют енаминами. Рассмотрим эту реакцию на примере взаимодействия циклогексанона с диметиламином с образованием 1-(Ν,Ν-диметиламино)циклогексена.

2.2.3. Взаимодействие аминов с азотистой кислотой

Взаимодействие аминов с азотистой кислотой осуществляют, действуя на амины нитритом щелочного металла в кислой среде, чаще всего в соляной кислоте. При этом используется избыток кислоты, необходимый для образования электрофильной частицы – нитрозил-катиона, который и реагирует с амином, находящимся в равновесии с его протонированной формой.

Первичные алифатические амины реагируют с нитритом натрия в избытке соляной кислоты по механизму, который можно рассмотреть на конкретном примере пропиламина.

Образовавшийся при взаимодействии амина с нитрозил-катионом Ν-нитрозопропиламин находится в равновесии с его таутомером (таутомеры – структурные изомеры, находящиеся в динамическом равновесии и превращающиеся друг в друга в результате перемещения какого-либо атома или группы атомов, чаще всего – атома водорода, см. Альдегиды и кетоны), из которого после протонирования и отщепления воды образуется катион пропилдиазония, чрезвычайно неустойчивый, как и все алифатические диазониевый катионы.

Этот катион с отщеплением молекулы азота превращается в карбокатион, с которым могут происходить различные превращения: присоединение воды с образованием спирта, присоединение хлорид-аниона с образованием пропилхлорида, отщепление протона с образованием пропена, а также изомеризация в изопропилкатион и образование изопропилового спирта и изопропилхлорида. В качестве основного продукта при взаимодействии первичных алифатических аминов с азотистой кислотой получаются спирты, поскольку реакция проходит в большом избытке воды.

Первичные ароматические аминыреагируют с азотистой кислотой аналогично первичным алифатическим аминам, однако образующиеся катионы арилдиазония в отличие от соответствующих алифатических катионов достаточно устойчивы, особенно при низкой температуре. Таким образом, при взаимодействии первичного ароматического амина с азотистой кислотой при 5-10^ОС в качестве продукта реакции образуетсясоль арилдиазония. Эта реакция получила названиереакциидиазотирования. Для анилина уравнение этой реакции выглядит следующим образом:

хлорид фенилдиазония

Вторичные аминылюбого строения с азотистой кислотой вступают в реакцию, которая заканчивается на стадии нитрозирования атома азота. При этом образуются Ν-нитрозоамины.

Ν-метиланилин Ν-метил-Ν-нитрозоанилин

Третичные алифатические амины с азотистой кислотой не взаимодействуют. Но третичные ароматические аминывступают с азотистой кислотой в реакцию электрофильного замещения в бензольное кольцо, причем электрофильной частицей в этой реакции является нитрозил-катион. В результате образуется продукт замещения атома водорода впара-положении на нитрозогруппу, т.е. происходит нитрозирование по атому углерода ароматического кольца. Так, например, при взаимодействии Ν,Ν-диметиланилина с нитритом натрия в соляной кислоте образуетсяпара-нитрозо-Ν,Ν-диметиланилин: