Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 4
Лекция 10.
Азотсодержащие органические соединения |
1. Введение
Известно множество природных и синтетических органических соединений, содержащих в своем составе атомы азота. Некоторые из таких соединений уже встречались нам в предыдущих частях учебника:
В этой части мы рассмотрим другие важные азотсодержащие соединения: амины (раздел 2), некоторые азотистые гетероциклы (раздел 3) и аминокислоты (раздел 4).
Чтобы лучше понять строение и свойства этих соединений, необходимо вспомнить электронное строение атома азота и дать характеристики его химическим связям с другими атомами (водородом, углеродом, кислородом).
2. Свойства аминов
Изучая новый класс соединений – амины, попробуем предсказать их основные физические и химические свойства. Для этого следует рассмотреть следующие факторы:
- характер химических связей;
- преимущественный тип разрыва связей;
- реакционные центры молекулы;
- характер взаимного влияния атомов на реакционную способность отдельных реакционных центров;
- возможность межмолекулярных взаимодействий (диполь-дипольных, Н-связей и т.п.).
В аминах имеются связи С–Н и С–C (их характеристика уже дана в части II, раздел 2.2), а также связи N–H и N–C. Связи азота с углеродом или водородом – полярные ковалентные. Разрыв полярных связей, как известно, происходит преимущественно гетеролитически. Следовательно, для реакций с участием этих связей характерен ионный механизм.
Исходя из распределения электронной плотности в молекуле и наличия неподеленной пары электронов на азоте, можно считать, что амины обладают основными и нуклеофильными свойствами:
Нуклеофильность - способность частицы предоставить электронную пару на образование связи с углеродом.
Кроме того, атом азота в аминах имеет самую низкую для этого элемента степень окисления (-3). Поэтому амины могут вступать в реакции окисления по связям C–N и N–H, проявляя восстановительные свойства.
3. Получение аминов
В аминах атом азота находится в низшей степени окисления, поэтому многие способы их получения основаны на процессах восстановления азотсодержащих соединений других классов (нитропроизводных углеводородов, амидов, нитрилов).
Наиболее общим методом получения первичных аминов является восстановление нитросоединений:
Эта реакция носит имя русского химика Н.Н. Зинина, осуществившего ее впервые в 1842 г.
R–CºN + 4[H] ¾® R–CH2NH2
Этим способом в промышленности получают гексаметилендиамин, который используется в производстве полиамидного волокна найлон.
При нагревании галогеналканов с аммиаком образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов.
В основе этих превращений лежит реакция нуклеофильного замещения галогена в галогеналканах. Роль нуклеофила играют молекулы аммиака и аминов, имеющие неподеленную пару электронов на атоме азота.
4. Анилин
Анилин (фениламин) С6H5NH2 – важнейший из ароматических аминов:
Он находит широкое применение в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты).
Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом (т.кип. 184°С, т.пл. -6°С). На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов.
С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком.
С другой стороны, под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол.
Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок). Эта реакция может использоваться для качественного и количественного определения анилина:
Аминогруппа - заместитель 1-го рода (активирующий орто-пара-ориентант в реакциях электрофильного замещения в ароматическом ядре).
Такое взаимное влияние атомов в молекуле анилина объясняется сопряжением p-электронов бензольного кольца с неподеленной электронной парой атома азота (+M-эффект аминогруппы):
Практическое значение имеет реакция анилина с азотистой кислотой при пониженной температуре (около 0°С). В результате этой реакции (реакции диазотирования) образуются соли диазония (арилдиазониевые соли), которые используются в синтезе азокрасителей и ряда других соединений.
При более высокой температуре реакция идет с выделением азота и анилин превращается в фенол:
Подобно анилину реагируют с азотистой кислотой и другие первичные ароматические амины.
5. Аминоспирты и аминокислоты
Аминоспирты (HO–R–NH2) и аминокислоты (HOOC–R–NH2) составляют важную группу биологически активных соединений. По протолическим свойствам аминоспирты уступают аминокислотам, которые диссоциируют в растворе с pH между 4 и 9 с образованием катион-аниона (цвиттер-иона):
|
|
→ |
|
Номенклатура аминокислот
По систематической номенклатуре названия аминокислот образуются из названий соответствующих кислот прибавлением приставки амино- и указанием места расположения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе.
Например:
Часто используется также другой способ построения названий аминокислот, согласно которому к тривиальному названию карбоновой кислоты добавляется приставка амино- с указанием положения аминогруппы буквой греческого алфавита. Пример:
Для a-аминокислот R-CH(NH2)COOH, которые играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности животных и растений, применяются тривиальные названия.
Некоторые важнейшие a-аминокислоты
Если в молекуле аминокислоты содержится две аминогруппы, то в ее названии используется приставка диамино-, три группы NH2 – триамино- и т.д.
Пример:
Наличие двух или трех карбоксильных групп отражается в названии суффиксом –диовая или -триовая кислота: