3.7 Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот

Видеоурок: Амины: Химические свойства

Лекция: Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот

Амины, особенности их строения

Исходя из данного утверждения, т.е. по числу аминогрупп NH₂ амины подразделяются на: 

• первичные, 

• вторичные и 

• третичные. 

В зависимости от типа радикала, связанного с атомом азота, амины подразделяются на: 

• алифатические (CH₃-N<) и 

• ароматические (C₆H₅-N<).

Ароматические амины проявляют более слабые основные свойства по сравнению с аммиаком. Это объясняется тем, что неподеленная электронная пара атома азота сдвигается в сторону ароматической π-системы бензольного кольца. Впоследствии, электронная плотность на атоме азота постепенно снижается. 

Химические свойства аминов

Наличие электронной пары на атоме азота наделяет амины основными свойствами. Первичные предельные амины, в силу более сильных основных свойств, взаимодействуют с водой несколько лучше аммиака. В свою очередь, основность вторичных предельных аминов больше первичных. Проявление основных свойств третичными аминами не так однозначно, потому что атом азота в них, нередко экранирован углеводородными радикалами, что мешает проявлению его основных свойств. 

• Амины вступают в обратимые реакции с водой. Водный р-р аминов является щелочной средой, что является следствием диссоциации образующихся оснований. Общий вид реакции выглядит следующим образом: 

RNH₂ + H₂O <-> RNH₃⁺ + OH^-

• Свободные предельные амины и их водные р-ры взаимодействуют с кислотами с образованием солей. К примеру:

CH₃NH₂ + H₂SO₄ → [CH₃NH₃]HSO₄

C₆H₅NH₂ + HCl → [C₆H₅NH₃]Cl

• Соли аминов представляют собой аналоги солей аммония и являются твердыми веществами. Они хорошо растворяются в воде и плохо в неполярных органических растворителях. В реакциях с щелочами при нагревании из солей аминов высвобождаются свободные амины:

• Первичные предельные амины взаимодействуют с азотистой кислотой с образованием спиртов, газообразного азота N₂ и воды:

RNH₂ + HNO₂→ ROH + N₂↑ + H₂O

Это качественная реакция первичных предельных аминов и применяется для их различения от вторичных и третичных. 

Вторичные амины в такой же реакции образуют масляные жидкости с запахом - N-нитрозамины:

R₂NH + HO-N=O → R₂N-N=O + H₂O

• Амины вступают в реакции нуклеофильного замещения:

• Взаимодействие первичных и вторичных аминов с карбоновыми кислотами приводит к их ацилированию, в результет образуются важнейшие органические соединения амиды:

• Полное сгорание любых аминов приводит к образованию углекислого газа, воды и азота:

Рассмотрим характерные химические свойства анилина (аминобензола) - простейшего ароматического амина. Аминогруппа в молекуле данного вещества непосредственно соединена с ароматическим кольком. Основные свойства анилина намного слабее алифатических аминов. Поэтому реакция анилина с водой и слабыми кислотами (например, угольной) не идёт.  

• Анилин реагирует с сильными и средними неорганическими кислотами с образованием фениламмония. К примеру:

С₆Н₅NН₂ + HCl → С₆Н₅NН₃Сl

Соли фениламмония C₆H₅NH₃⁺ хорошо растворимы в воде, но не­растворимы в неполярных органических растворителях.

• Аминогруппа ароматических аминов, в частности анилина, втянутая в ароматическое кольцо снижает электронную плотность на атоме азота, но увеличивает ее в ароматическом ядре. Поэтому реакции электрофильного замещения (с галогенами) протекают значительно легче, особенно в орто- и пара- положениях. К примеру, анилин с легкостью вступает во взаимодействие с бромной водой, образуя белый осадок 2,4,6-триброманилина:

Это качественная реакция на анилин. 

• Анилин реагирует с азотистой кислотой при t 0⁰С, образуются соли диазония, имеющие большое практическое значение и применяемые для синтеза азокрасителей и других соединений:

C₆H₅NH₂ + KNO₂ + 2HCl → [C₆H₅N=N]⁺Cl^- + KCl + 2H₂O

C₆H₅NH₂ + NaNO₂ + H₂SO₄ → C₆H₅-OH + N₂↑ + NaHSO₄ + H₂O

• Алкилирование анилина галогенпроизводными углеводородов образует вторичные и третичные амины.  

Химические свойства аминокислот

Общая формула аминокислот: (NH2)xR(COOH)y, где x и y чаще всего равны 1 или 2. 

Наличие в молекулах данных соединений амино- и карбокси- групп объясняет химические свойства аминокислот, схожие с аминами и карбоновыми кислотами. Поэтому аминокислоты проявляют основные свойства, характерные для соединений, содержащих аминогруппы и ксилотные свойства, характерные для соединений, содержащих карбоксильную группу. Следовательно, аминокислоты - амфотерные органические соединения.

• В реакциях с щелочами аминокислоты проявляют кислотные свойства:

H₂N-СH₂-СООН + NаOН → H₂N-СH₂-СООН^-Nа⁺ + H₂O

• В реакциях этерификации со спиртами также проявляют кислотные свойства:

• В реакциях с сильными кислотами проявляют основные свойства:

• Реакция с азотистой кислотой протекает как в случаях с первичными аминами:

NH₂-CH₂-COOH + HNO₂ → НО-CH₂-COOH + N₂↑ + H₂O

•  Алкилирование аминокислоты: 

NH₂CH₂COOH + CH₃I → [CH₃NH₂CHCOOH]⁺I^— 

• В реакциях друг с другом аминокислоты образуют дипептиды – соединения, содержащие в своих молекулах пептидную связь –C(O)-NH-. К примеру, в реакции глицина и аланина образуется дипептид глицилаланин:

Проведение данной реакции без соблюдения специфических условий синтеза приведет к образованию не глицилаланина, а аланилглицина.