Амины

Амины

Амины

По систематической номенклатуре амины называют путем добавления приставки амин к названию углеводорода. По рациоальной номенклатуре их рассматривают как алкил или ариламины.

Метанамин Этанамин N-Метилэтанамин N-Этилэтанамин

(метиламин) (этиламин) (метилэтиламин) (диэтиламин)

N,N-Диэтилэтанамин 2-Аминоэтанол 3-Аминопропановая

триэтиламин) (этаноламин) кислота

Циклогексанамин Бензоламин N-Метилбензоламин 2-Метилбензоламин

(циклогексиламин) (анилин) (N-метиланилин) (о-толуидин)

Гетероциклические амиы называют по соответствующему углеводороду вставляя приставку аза-, диаза- или триаза- для обозачения количества атомов азота.

1-Азациклопета- 1,2-Диазациклопета- 1,3-Диазациклопета-

2,4-диен 2,4-диен 2,4-диен

1. Основность аминов

Аммиак и амины благодаря наличию на их атомах азота неподеленной пары электронов обладают нуклеофильными свойствами, т.е. предоставляют эту пару обедненному электронами атому углерода. Они способны предоставлять ее и протону, т.е. обладать основностью.

Основные свойства аминов (Kb = 10-4) обусловлены способностью свободных (неподеленных) электронов атомов азота присоединять протон. Подобно аммиаку амины при действии минеральных кислот превращаются в соли:

(22)

Метиламмонийхлорид

Основность аминов тем выше, чем больше электронная плотность на атоме азота (чем выше электронодонорный характер атома азота).

Все простейшие алифатические амины, взаимодействуя с водой, генерируют гидроксид-анион и, следовательно, окрашивают лакмус в синий цвет:

Сравнивать основность аминов можно и по значениям pKa сопряженных им кислот - аммониевых ионов.

pKa + pKb = 14

Чем выше основность амина, тем сильнее он удерживает протон в аммониевом катионе RNH3+ и наоборот.

Алифатические амины - более сильные основания, чем аммиак, поскольку алкильные группы обладают +I-эффектом.

Нуклеофильность и основность аминов изменяются, как правило, симбатно: они уменьшаются с уменьшением электроннной плотности на атоме азота или при его пространственном экранировании и увеличиваются с увеличением электронной плотности на атоме азота или с увеличением его доступности. В качестве примера можно привести основность метиламинов. По силе основности они располагаются в следующий ряд:

(СH3)2NH > СH3NH2 > (СH3)3N >> NH3

pKb 3,28 3,36 4,30 4,74 9,42 13,00 13,20

pKa 10,72 10,64 9,70 9,26 4,58 1,00 0,80

Влияние пространственного фактора на основность и на нуклеофильность аминов наглядно демонстрируется сравнением свойств некоторых вторичных аминов.

Анилин и другие ароматические амины являются слабыми основаниями.

рKb 3,36 9,42 8,92

Это может быть объяснено делокализацией неподеленных электронов:

Делокализация электронной пары делает ее с одной стороны менее доступной для протона, а с другой стороны, что еще важнее, она стабилизирует молекулу. У протонированного анилина имеется лишь две граничные структуры:

В отличие от алифатических аминов ароматические амины водные растворы лакмуса в синий цвет не окрашивают, т.е. не генерируют гидроксид-анион при взаимодействии с водой. Анилин не образует солей с такими слабыми кислотами, как угольная, синильная, сероводород и др. Гидрохлорид анилина гидролизуется в воде, а сульфат анилина в воде не растворим.

Амиды являются гораздо более слабыми основаниями, чем даже ароматические амины (рKb = 14). У амидов неподеленная пара электронов азота также делокализована:

У протонированного амида имеется лишь две граничные структуры:

Однако, наиболее важным фактором, обусловливающим меньшую основность амидов, чем аминов, является электроноакцепторный эффект их карбонильной группы, смещающий ниже следующее равновесие влево

(23)

Атом азота в амидах настолько слабо основен, что их протонизация проходит по атому кислорода несмотря на его большую электроотрицательность, чем азот. Протонизированный по кислороду амид стабилизируется за счет резонанса:

Если в соединении атом азота заряжен положительно, но не связан с протоном, то такие соединения называют четвертичными аммониевыми солями. Например:

Тетрабутиламмонийбромид

Четвертичные аммониевые гидроксиды являются такими же сильными основаниями как и гидроксиды натрия и калия.

(24)

Почти все алкиламмонийхлориды, бромиды, йодиды и сульфаты растворимы в воде. Растворимость аминов в водных раcтворах кислот позволяет легко отделить их от неосновных и нерастворимых в воде соединений.

Поскольку амиды неосновны, нерастворимые в воде амиды не растворяются и в водных растворах кислот.

Четвертичную аммонийную группу содержат такие важные вещества как холин и ацетилхолин. Ацетилхолин участвует в передаче импульса между нервами и мускулами. При переходе ацетилхолина от нерва к мускулу последний сокращается. Для того чтобы мускул сократился еще раз ацетилхолин должен быть удален. Это осуществляется с помощью энзима холинэстераза, гидролизующего ацетилхолин до холина и уксусной кислоты:

(25)

ацетилхолин холин

Ацетилхолин фиксируется на энзиме группой . Другие соединения, содержащие такую же группу ингибируют холинэстеразу. Например, для расслабления мышц в хирургии используют бромиды декаметония и сукцинилхолина

Восстановление ароматических нитросоединений (1.2.3) в сочетании с нитрованием аренов является главным способом получения аминов.

2.2. Аммонолиз галогенуглеводородов

Наиболее очевидный путь синтеза аминов заключается в алкилировании аммиака или амина алкилгалогенидами. Однако, при проведении этой реакции возможно многократное алкилирование. Недостатком этой реакции является то, что ее трудно остановить на какой-либо стадии. Первичные амины все же можно получать при использовании большого избытка аммиака, например:

(26)

(27)

бутилбромид бутиламин

Упр.8. Напишите продукты реакции аммиака с (а) метилиодидом,

(б) этилбромидом, (в) 1-бромбутаном

Упр.9. Напишите реакции, позволяющие получить (а) аллиламин из пропена,

(б) бензиламин из толуола и (в) этилендиамин из этилена.

Ароматические амины тоже можно получать из арилхлоридов и аммиака, но для этого требуются очень жесткие условия. Однако, если в орто- и пара-положениях к хлору находятся такие сильно электроноакцепторные группы, как нитрогруппа, замещение происходит сравнительно легко, например:

(28)

o-Хлорнитробензол о-Нитроанилин о-Фенилендиамин

Упр.10. Предложите схемы получения из бензола (а) о-фенилендиамина,

(б) м-фенилендиамина и (в) п-нитроанилина.

2.3. Замена гидроксильной группы в спиртах на аминную

(алкилирование аммиака и аминов спиртами)

При нагревании спиртов с галогенидами аммония в зависимости от соотношения реагентов могут быть получены первичные, вторичные или третичные амины. Алкилирование анилина обычно ведется спиртами в присутствии кислот, причем получают смесь N-алкил- и N,N-диалкиланилинов:

(29)

Процесс осущетствляют также каталитическим путем - пропуская аммиак и соответствующий спирт над Al2O3 при 300оС. Катализ, очевидно, сводится к протонированию спирта активными гидроксильными группами, имеющимися на поверхности катализатора, и реакция протекает, следовательно, по той же схеме, что и в кислой среде.

В промышленности алкилирование аммиака проводится первичными спиртами в присутствии хромита меди или окиси алюминия и других катализаторов при 300оС. При этом образуется смесь аминов, которую далее разделяют ректификацией.

(30)

Упр.11. Напишите реакцию этилового спирта с анилинийхлоридом при нагревании и опишите ее механизм.

Упр.12. Напишите продукты реакции этилового спирта с аммиаком в присутствии окиси алюминия при нагревании.

2.4. Фталимидный метод Габриэля

Аммонолиз алкилгалогенидов и алкилирование аммика спиртами приводят к образованию смесей аминов, разделение которых представляет большую трудность. Индивидуальные первичные амины можно получать фталимидным методом Габриэля.

фталимид фталимид калия N-этилфталимид фталазин-1,4-дион этиламин

Упр.13. Напишите реакции получения (а) пропиламина, (б) аллиламина,

(в) бензиламина, и (г) 2-фенилэтиламин фталимидным методом Габриэля.

2.5. Восстановление алкилазидов

Восстановление алкилазидов, получаемых взаимодействием алкилгалогенидов с азидом натрия, также приводит к образованию индивидуальных первичных аминов:

(31)

(в) циклогексиламина восстановительным аминированием соответствующих альдегидов или кетонов.

2.7. Расщепление амидов по Гофману (16.7.2.5)

Первичные амины могут быть получены при действии на амиды брома в щелочной среде. Реакция проходит по механизму (16-М6).

(33)

Фенилацетамид Бензиламин

Упр.16. Напишите реакции получения (а) пропиламина и (б) изопропиламина,

расщеплением соответствующих амидов по Гофману и опишите их механизм.

2.8. Восстановление нитрилов

Нитрилы при действии восстановителей или водорода в присутствии катализаторов превращаются в первичные амины:

(34)

Бутаннитрил Бутанамин

Упр. 17. Напишите реакции, приводящие к превращению адипиновой кислоты в гексаметилендиамин.

2.9. Гидрирование азотсодержащих гетероциклических соединений

При гидрировании пиррола образуется пирролидин, а пиридин восстанавливается водородом в момент выделения в пиперидин.

(35) (36)

Пиррол Пирролидин Пиридин Пиперидин

Упр.18. Завершите реакции

(а) (б)

(в) (г)

(д)