Как составить название аминов

Номенклатура аминов

Алифатическими аминами называются производные алканов, в молекулах которых атомы водорода замещены аминогруппой $-NH_2$. Иx также рассматривают как производные аммиака $NH_3$, в котором атомы водорода замещены алкильными или другими углеводородными остатками. Из насыщенных соединений различают первичные, вторичные и третичные амины:

1. Первичные амины:

   $CH_3CH_2CH_2NH_2$; $(CH_3)_2CHNH_2$; $(CH_3)_3CNH_2$

2. Вторичные амины:

   $(CH_3CH_2CH_2)_2NH$; $(CH_3)_2CH-NH-CH_2CH_3$; $(CH_з)_зC-NH-CH_2CH_з$

3. Третичные амины:

   $(CH_3)_3N$; $C_6H_{11}N(CH_3)_2$; $(CH_3)_3C-N(CH_3)_2$

Номенклатура аминов

По номенклатуре IUPAC названия аминов образуют присоединением окончания -амин к названию алкана с цифрой, которая показывает положение аминогруппы.

По рациональной номенклатуре их рассматривают как производные аммиака.

Так простые амины по этой номенклатуре называют исходя из алкильных групп, связанных с атомом атома азота с добавлением к их названию суффикса амин:

Вторичные и третичные амины по номенклатуре IUPAC называют таким образом, чтобы приставка в названии включала наибольший заместитель:

Зарубежная номенклатура

С недавнего времени за рубежом введена новая, более удобная система названий для аминов, которая значительно отличается от номенклатуры, IUPAC.

«Амины. Номенклатура и строение аминов» 👇

В этой новой системе название аминов образуется аналогично названиям спиртов. К названию углеводородов, которые образуют амин прибавляется окончание «амин»:

По этой номенклатуре вторичные и третичные аминов называются таким образом, что как основообразующим выбирается углеводород, с наиболее длинной цепью атомов углерода. А остальные углеводородные группы считаются заместителями и именуются приставками с префиксом $N-$.

По этой номенклатуре, анилин становится бензоламином, а производные анилин именуются как его замещенные производные:

Строение аминов

Как известно, аммиак имеет пирамидальное строение. Подобное же строение характерно и для всех типов аминов.

Длины связей $N-H$ в метиламине равны равны 1,011 $Å$, а длины связей $C-N$ 1,474 $Å$. Валентный угол $H-N-H$ составляет 105,9$^circ$, угол $H-N-C$ — 112,9$^circ$. В триметиламине длины связей $C-N$ равны 1,47 $Å$, а валентный угол $C-N-C$ 108$^circ$.

Из-за пирамидального строения амины, имеющие три различные заместителя у атома азота, должны быть хиральны, поскольку четвертую вершину воображаемого тетраэдра занимает несвязывающая пара электронов.

Изомерия аминов

Количество структурных изомеров для аминов возрастает вследствие появления вариантов замещения у атома азота. Так, для углеводородов брутто-формулы $C_4H_{10}$ существует два изомера, для спиртов брутто-формулы $C_4H_9OH$-четыре, а для аминов $C_4H_{11}N$ — уже восемь.

И начиная именно с $C_4H_9NH_2$ у аминов наблюдается структурная изомерия углеродного скелета

Начиная с $C_3H_7NH_2$ у аминов наблюдается изомерия связанная с положением аминогруппы:

Аминам также характерна изомерия между типами аминов:

У аминов также возможна и оптическая изомерия, начиная с $C_4H_9NH_2$

Номенклатура аминасахаров

В основу номенклатуры аминасахаров положена номенклатура моносахаридов — соединений состава $C_n(H_2O)_n$ с прямой цепью углеродных атомов типа 1.1. Атомы $С$-цепи нумеруют таким образом, чтобы углерод карбонильной группы имел наименьший номер. Атомы кислорода, водорода и др., соединенные с определенным атомом углерода, приобретают тот же номер. В названиях производных углеводов кроме положения заместителя указывается также атом, с которым связан заместитель ($O$, $N$, $C$). Например, соединение 1.2 будет называться 2-амино-2-дезокси-4-О-метил-5-С-метилгексоза.

Амины — органические соединения, продукты замещения атомов водорода в аммиаке NH₃ различными углеводородными радикалами. Функциональная
группой аминов является аминогруппа — NH₂.

Классификация аминов

По числу углеводородных радикалов амины подразделяются на первичные, вторичные и третичные.

Запомните, что основные свойства аминов выражены тем сильнее, чем больше электронной плотности присутствует на атоме азота. Однако, у третичных аминов три углеводородных радикала создают значительные затруднения для химических реакций.

Таким образом,
у третичных аминов основные свойства выражены слабее, чем у вторичных аминов. Основные свойства возрастают в ряду: третичные амины (слабые основные свойства) → первичные амины → вторичные амины (основные свойства хорошо выражены).

Номенклатура и изомерия аминов

Названия аминов формируются путем добавления суффикса «амин» к названию соответствующего углеводородного радикала: метиламин, этиламин,
пропиламин, изопропиламин, бутиламин и т.д. В случае если радикалов несколько, их перечисляют в алфавитном порядке.

Общая формула предельных аминов C_nH_2n+3N. Атомы углерода находятся в sp₃ гибридизации.

Для аминов характерна структурная изомерия: углеродного скелета, положения функциональной группы и изомерия аминогруппы.

Получение

• Нагревание галогеналканов с аммиаком

В основе этой реакции лежит замещение атома галогена в галогеналканах на аминогруппу, при этом образуются амин и соль аммония.



• Восстановление нитросоединений

При такой реакции нитрогруппа превращается в аминогруппу, образуется вода.



Знаменитой является предложенная в 1842 году Н.Н. Зининым реакция получения аминов восстановления ароматических нитросоединений (анилина
и других). Она возможна в нескольких вариантах, главное, чтобы в начале реакции выделился водород.



• Восстановление амидов

Реакция сопровождается разрушением карбонильной группы и отщеплении ее от молекулы амида в виде воды.



• Восстановление нитрилов

Этим способом в промышленности получают гексаметилендиамин, используемый в изготовлении волокна — нейлон.



• Реакция аммиака со спиртами

В промышленности амины получают реакцией аммиака со спиртами, в ходе которой происходит замещение гидроксогруппы на аминогруппу.



• Реакция галогеналканов с аминами

В ходе реакции галогеналканов с аммиаком, аминами, становится возможным получение первичных, вторичных и третичных аминов.

Химические свойства аминов

• Основные свойства

Как и аммиак, амины обладают основными свойствами, их растворы окрашивают лакмусовую бумажку в синий цвет.

В реакции с водой амины образуют гидроксиды алкиламмония, которые аналогичны гидроксиду аммония. Анилин с водой не реагирует, так как является слабым основанием.



Как основания, амины вступают в реакции с различными кислотами и образуют соли алкиламмония.



• Реакция с азотистой кислотой

Данная реакция помогает различить первичные, вторичные и третичные амины, которые по-разному с ней взаимодействуют.



• Конденсация аминов с альдегидами и кетонами

При конденсации первичных аминов с альдегидами и кетонами получают основания Шиффа, соединения, которые содержат фрагмент «N=C».



• Разложение солей аминов

Соли аминов легко разлагаются щелочами (растворимыми основаниями). В результате образуется исходный амин, соль кислоты и вода.



• Горение аминов

При горении аминов азот чаще всего выделяется в молекулярном виде, так как для реакции азота с кислородом необходима очень высокая
температура. Выделение углекислого газа и воды обыкновенно при горении органических веществ.

4C₂H₅NH₂ + 15O₂ → 8CO₂ + 14H₂O + 2N₂

Амины – это органические производные аммиака NH₃, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.

R-NH₂,   R₁-NH-R₂,   R₁-N(R₂)-R₃

Строение аминов

Атом азота находится в состоянии sp³-гибридизации, поэтому молекула имеет форму треугольной пирамиды.

Также атом азота в аминах имеет неподелённую электронную пару, поэтому амины проявляют свойства органических оснований.

Классификация аминов

По количеству углеводородных радикалов, связанных с атомом азота, различают первичные, вторичные и третичные амины.

По типу радикалов амины делят на алифатические, ароматические и смешанные.

Амины	Первичные	Вторичные	Третичные
Алифатические	Метиламин CH3-NH2	Диметиламин CH3-NH-CH3	Триметиламин (CH3)3N
Ароматические	Фениламин C6H5-NH2	Дифениламин (C6H5)2NH	Трифениламин (C6H5)3N
Смешанные		Метилфениламин CH3-NH-C6H5	Диметилфениламин (CH3)2N-C6H5

Номенклатура аминов

• Названия аминов образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса амин. Различные радикалы перечисляются в алфавитном порядке.

При наличии одинаковых радикалов используют приставки ди и три.

CH₃-NH₂                   Метиламин                       

СH₃CH₂-NH₂            Этиламин  

CH₃-CH₂-NH-CH₃    Метилэтиламин  

 (CH₃)₂NH                 Диметиламин

• Первичные амины могут быть названы как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы -NH₂.

В этом случае аминогруппа указывается в названии приставкой  амино-:

1-Аминопропан	1,3-Диаминобутан
CH3-CH2-CH2-NH2	NH2-CH2-CH2-CH(NH2) -CH3

• Для смешанных аминов, содержащих алкильные и ароматические радикалы, за основу названия обычно берется название первого представителя ароматических аминов – анилин.

Например, N-метиланилин:

   Символ N- ставится перед названием алкильного радикала, чтобы показать, что этот радикал связан с атомом азота, а не является заместителем в бензольном кольце.

Изомерия аминов

Для аминов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения аминогруппы и изомерия различных типов аминов.

Изомерия углеродного скелета

Для   аминов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с С₄H₉NH₂).

Например. Формуле С₄Н₉NH₂ соответствуют два амина-изомера углеродного скелета.

Изомерия положения аминогруппы

Для аминов характерна изомерия положения аминогруппы (начиная с С₃H₉N).

Например.Формуле С₄Н₁₁N соответствуют амины положения аминогруппы.

1-Аминобутан (н-бутиламин)	2-Аминобутан (втор-бутиламин)

Изомерия между типами аминов

Например. Формуле  С₃Н₉N соответствуют первичный, вторичный и третичный амины. 

Пропиламин (первичный амин)	Метилэтиламин (вторичный амин)	Триметиламин (третичный амин)

Физические свойства аминов

При обычной температуре низшие алифатические амины CH₃NH₂, (CH₃)₂NH и (CH₃)₃N – газы (с запахом аммиака), средние гомологи – жидкости (с резким рыбным запахом), высшие – твердые вещества без запаха.      

Ароматические амины – бесцветные жидкости с высокой температурой кипения или твердые вещества.

Первичные и вторичные амины образуют слабые межмолекулярные водородные связи:

Это объясняет относительно более высокую температуру кипения аминов по сравнению с алканами с близкой молекулярной массой.

 Амины также способны к образованию водородных связей с водой:

Поэтому низшие амины хорошо растворимы в воде.

 С увеличением числа и размеров углеводородных радикалов растворимость аминов в воде уменьшается. Ароматические амины в воде не растворяются.

Химические свойства аминов

Аммиак  :NH3	Первичный амин    R–:NH2

Поэтому амины и аммиак обладают свойствами оснований.

1. Основные свойства аминов

Алифатические амины являются более сильными основаниями, чем аммиак, а ароматические — более слабыми.

Это объясняется тем, что радикалы СН₃–, С₂Н₅–  увеличивают электронную плотность на атоме азота:

Это приводит к усилению основных свойств.

Основные свойства аминов возрастают в ряду:

1.1. Взаимодействие с водой

В водном растворе амины обратимо реагируют с водой. Среда водного раствора аминов — слабощелочная:

1.2. Взаимодействие с кислотами

Амины реагируют с кислотами, как минеральными, так и карбоновыми, и аминокислотами, образуя соли (или амиды в случае карбоновых кислот):

При взаимодействии аминов с многоосновными кислотами возможно образование кислых солей:

1.3. Взаимодействие с солями

Амины способны осаждать гидроксиды тяжелых металлов из водных растворов.

Например, при взаимодействии с хлоридом железа (II) образуется осадок гидроксида железа (II):

2. Окисление аминов

Амины сгорают в кислороде, образуя азот, углекислый газ и воду. Например, уравнение сгорания этиламина:

3. Взаимодействие с азотистой кислотой

Первичные алифатические амины при действии азотистой кислоты превращаются в спирты:

Это качественная реакция на первичные амины – выделение азота.

Вторичные амины (алифатические и ароматические) образуют нитрозосоединения — вещества желтого цвета:  

4. Алкилирование аминов

Первичные амины  способны взаимодействовать с галогеналканами с образованием соли вторичного амина:

Из полученной соли щелочью выделяют вторичный амин, который можно далее алкилировать до третичного амина.

Особенности анилина

Анилин С₆H₅-NH₂ – это ароматический амин.

Анилин – бесцветная маслянистая жидкость с характерным запахом. На воздухе окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.  В воде практически не растворяется.

При 18 ^оС  в 100 мл воды растворяется 3,6г анилина. Раствор анилина не изменяет окраску индикаторов.

Видеоопыт изучения среды раствора анилина можно посмотреть здесь.

Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу.

• Бензольное кольцо уменьшает основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком:

Анилин не реагирует с водой, но реагирует с сильными кислотами, образуя соли:

• Бензольное кольцо в анилине становится более активным в реакциях замещения, чем у бензола.

Реакция с галогенами идёт без катализатора во все три орто- и пара- положения.

Качественная реакция на анилин: реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок ↓).

Видеоопыт бромирования анилина можно посмотреть здесь.

Получение аминов

Восстановление нитросоединений

Первичные амины можно получить восстановлением нитросоединений.

• Гидрирование водородом:

• Восстановление сульфидом аммония:

• Алюминий в щелочной среде.

Алюминий реагирует с щелочами с образованием гидроксокомплексов.

В щелочной и нейтральной среде получаются амины.

Восстановлением нитробензола получают анилин.

• Металлами в кислой среде – железом, оловом или цинком в соляной кислоте.

При этом образуются не сами амины, а соли аминов:

Амины из раствора соли  выделяют с помощью щелочи: 

Алкилирование аммиака и аминов

При взаимодействии аммиака с галогеналканами происходит образование соли первичного амина, из которой действием щелочи можно выделить сам первичный амин.

Если проводить реакцию с избытком аммиака, то сразу получится амин, а галогеноводород образует соль с аммиаком:

Гидрирование нитрилов

Таким образом получают первичные амины. Возможно восстановление нитрилов водородом на катализаторе:

.

Соли аминов

• Соли аминов — это  твердые вещества без запаха, хорошо растворимые в воде, но не растворимые в органических растворителях (в отличие от аминов).

• При действии щелочей на соли аминов выделяются свободные амины:

Видеоопыт взаимодействия хлорида диметиламмония с щелочью с образованием диметиламина можно посмотреть здесь.

• Соли аминов вступают в обменные реакции в растворе:

• Взаимодействие с аминами.

Соль амина с более слабыми основными свойствами может реагировать с другим амином, образуя новую соль (более сильные амины вытесняют менее сильные из солей):

Номенклатура аминов

При построении названий аминов используются различные способы, принятые правилами ИЮПАК.

1. Названия большинства аминов образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса амин:

   CH₃–NH₂     метиламин,
   CH₃CH₂–NH₂     этиламин,
   C₆H₅–NH₂     фениламин (анилин).

   Различные радикалы перечисляются в алфавитном порядке:

   C₂H₅–NH–CH₃     метилэтиламин,
   н-C₄H₉–NH–CH₃     н-бутилметиламин.

   При наличии одинаковых радикалов используют приставки ди и три (или тетра – в аммониевых соединениях):

   (CH₃)₂NH     диметиламин,

   (C₆H₅)₃N     трифениламин,
   [(CH₃)₄N]⁺ Cl^–     хлорид тетраметиламмония.

2. Первичные амины называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы NH₂. В этом случае аминогруппа указывается в названии суффиксами амин (одна группа NH₂), диамин (две группы NH₂) и т.д. с добавлением цифр, отражающих положение этих групп в главной углеродной цепи:

   CH₃–CH₂–CH₂–NH₂     пропанамин-1,
   H₂N–CH₂–CH₂–CH(NH₂)–CH₃     бутандиамин-1,3.

3. Для аминов, содержащих две группы -NH₂, соединенных с неразветвленнойНеразветвлённая углеродная цепь состоит из звеньев –CH₂– (метилен), число которых указывают умножительной приставкой. углеродной цепью или с циклом, используется название двухвалентного углеводородного радикала и суффикс диамин:

   H₂N–(CH₂)₄–NH₂     тетраметилендиамин,
   
   H₂N–(CH₂)₆–NH₂     гексаметилендиамин,
   
   п-H₂N–C₆H₄–NH₂     пара-фенилендиамин

4. В названиях смешанных аминов, содержащих алкильные и ароматические радикалы, за основу обычно берётся название первого представителя ароматических аминов C₆H₅NH₂ — анилин.



Символ N- ставится перед названием алкильного
радикала, чтобы показать, что этот
радикал связан с атомом азота, а не является заместителем в бензольном кольце.

5. Если в гетерофункциональном соединенииГетерофунциональное соединение — соединение, содержащее различные функциональные группы. аминогруппа не является старшей
   Порядок старшинства функциональных групп и их обозначение суффиксами или префиксами установлен правилами ИЮПАК. Самая старшая группа указывается суффиксом, остальные группы — префиксами (в алфавитном порядке)., по правилам ИЮПАК она обозначается префиксом амино:

   H₂N–CH₂CH₂CH₂–OH     3-аминопропанол-1,

   H₂N–CH(СН₃)–COOH     2-аминопропановая кислота (аланин).