bg‑cyan

Co to jest amonoliza?

bg

Reakcja halogenopochodnych węglowodorów z amoniakiem należy do typu reakcji, zwanych amonoliząamonolizaamonolizą. Jest to reakcja wymiany, zachodząca pomiędzy amoniakiem a związkiem organicznym – w tym przypadku halogenopochodną węglowodoruhalogenopochodne węglowodorów (halogenki alkilowe)halogenopochodną węglowodoru, czyli inaczej halogenkiem alkilowym. W wyniku tej reakcji powstają sole amoniowe, z których w następnym etapie otrzymuje się aminyaminyaminy.

RX+NH3RNH3++X-
RNH3++OH-RNH2+H2O

Indeks dolny R oznacza grupę węglowodorową, a X oznacza atom halogenu. Indeks dolny koniec

W wyniku działania wodnym lub alkoholowym roztworem amoniaku na halogenek alkilowy, następuje zastąpienie atomu halogenu (na przykład -Cl, -I, -Br) sprotonowaną grupą aminową -NH 3 + i powstanie soli amoniowej. Pod wpływem wodnego roztworu mocnego wodorotlenku (np. NaOH ) wydziela się wolna amina.

Na przykład, w wyniku reakcji chlorometanu z amoniakiem powstaje sól metanoaminy, czyli chlorowodorek metyloaminy, który, reagując z zasadą sodową, daje metanoaminę.

H3C-Cl+NH3H3C-NH3++Cl-
H3C-NH3++NaOHH3C-NH2+H2O+Na+
bg‑cyan

Amonoliza halogenków zachodzi zgodnie z mechanizmem substytucji nukleofilowej

Amoniak pełni rolę nukleofila, ze względu na występującą wolną parę elektronową na atomie azotu. W pierwszym etapie (1) następuje atak nukleofilowy na atom węgla, obdarzony ładunkiem dodatnim, spowodowanym polaryzacją wiązania węgiel‑chlor. Powstaje wówczas związek przejściowy, w którym następuje osłabienie tego wiązania, a tworzy się nowe: węgiel‑azot. W drugim etapie (2) następuje całkowite utworzenie wiązania węgiel‑azot oraz rozerwanie wiązania węgiel‑chlor, które odchodzi jako anion chlorkowy. W tym czasie powstaje sól amoniowa, stanowiąca nowy produkt.

RXofPXjKTtvBC1
Ilustracja interaktywna przedstawia dwie reakcje amonolizy halogenków. Pierwsze równanie: Cl z ujemnym ładunkiem połączone z grupą CH3 przy pomocy wiązania w kształcie trójkąta: podstawa trójkąta znajduje się przy atomie chloru. Grupa CH3 posiada ładunek dodatni. Cząsteczka ta reaguje z NH3, atom azotu posiada jedną wolną parę elektronową w postaci dwóch kropek. od cząsteczki NH3 do atomu węgla wcześniej opisanej cząsteczki prowadzi zaokrąglona strzałka. Po prawej stronie tych dwóch cząsteczek znajduje się pozioma strzałka skierowana w praco prowadząca do nawiasu kwadratowego, w którym umieszczono cząsteczkę o następującej budowie: atom chloru z ładunkiem ujemnym, wiązanie pojedyncze przedstawione za pomocą przerywanej kraski, grupa CH3, wiązanie pojedyncze przedstawione za pomocą przerywanej kraski, grupa NH3 z ładunkiem ujemnym. Po prawej stronie tego nawiasu znajduje się pozioma strzałka skierowana w praco prowadząca do dwóch cząsteczek: grupy CH3połączonej z grupą NH3 z ładunkiem dodatnim oraz anion chlorkowy Cl-. Drugie równanie znajdujące się pod pierwszym: cząsteczka zbudowana z grupy CH3połączonej z grupą NH3 z ładunkiem dodatnim reaguje z anionem hydroksylowym OH-. Od atomu azotu cząsteczki pierwszej do Cl- prowadzi strzałka. Po prawej znajduje się pozioma strzałka skierowana w prawo, a za nią: H3C-NH2 + H2O. 1. Atak nukleofilowy Amoniak pełni rolę nukleofila ze względu na występującą parę elektronową na atomie azotu. W pierwszym etapie (1) następuje atak nukleofilowy na atom węgla obdarzony ładunkiem dodatnim spowodowanym polaryzacją wiązania węgiel - chlor. Powstaje wówczas związek przejściowy, w którym następuje osłabienie wiązania węgiel - chlor i rozpoczęcie tworzenia nowego wiązania węgiel - azot., 2. Sól amonowa W drugim etapie (2) następuje całkowite utworzenie wiązania węgiel – azot oraz rozerwanie wiązania węgiel – chlor, który to odchodzi jako anion chlorkowy. W tym czasie powstaje sól amoniowa stanowiąca nowy produkt., 3. Reakcja kwasowo-zasadowa Otrzymywanie czystej aminy w wyniku działania na powstającą sól amoniową wodnym roztworem wodorotlenku jest reakcją kwasowo - zasadową polegającą na wymianie protonu (3).
Amonoliza halogenków zachodzi zgodnie z mechanizmem substytucji nukleofilowej.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Otrzymywanie czystej aminy w wyniku działania na powstającą sól amoniową wodnym roztworem wodorotlenku jest reakcją kwasowo‑zasadową, polegającą na wymianie protonu (3).

Największą wydajność produktów amonolizy uzyskuje się w przypadku reakcji halogenków pierwszorzędowych z amoniakiem. W przypadku halogenków drugo- i trzeciorzędowych, reakcja substytucji nukleofilowejsubstytucja nukleofilowasubstytucji nukleofilowej konkuruje z reakcją eliminacji, przy czym eliminacja praktycznie zawsze przeważa.

Ciekawostka

Należy pamiętać, że w wyniku syntezy aminy pierwszorzędowej, z pierwszorzędowego halogenku i amoniaku, możliwe jest powstanie amin o różnej rzędowości w ciągu następujących przemian:

R1c5RGGZjI5jL1
Ilustracja przedstawia cztery reakcje omawiające różną rzędowość amin. Pierwsza: halogenek alkilowy reaguje z amoniakiem i tworzy się sól aminy pierwszorzędowej: R-X + NH3 → R-NH3+X-. Równanie drugie: sól aminy pierwszorzędowej w reakcji z amoniakiem Tworzy aminę pierwszorzędową i sól amonową. R-NH3+ + NH3 → R-NH2 + NH4+. Trzecie równanie: R-NH2 + R-X → R2-NH2+X-. Powstająca sól aminy trzeciorzędowej, pod wpływem amoniaku tworzy aminę drugorzędową: R2-NH. Czwarte równanie: amina drugorzędowa: R2-NH w reakcji z RX daje sól aminy trzeciorzędowej, w której do atomu azotu przyłączono trzy grupy R, atom wodoru H. cząsteczka ma ładunek dodatni, tworzy sól z anionem X-. Pod wpływem amoniaku tworzy aminę trzeciorzędową: R3-NH.
Różna rzędowość amin
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Indeks dolny R oznacza grupę węglowodorową, a X oznacza atom halogenu. Indeks dolny koniec

Dlatego reakcja halogenopochodnych węglowodorów z amoniakiem nie pozwala na otrzymanie wyłącznie aminy pierwszorzędowej bez domieszek amin o wyższej rzędowości. Aby otrzymać aminę pierwszorzędową, należy użyć nadmiaru amoniaku w stosunku do halogenopochodnej węglowodoru.

R1NV1PyPXA4Ap1
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.

Słownik

amonoliza
amonoliza

reakcja wymiany zachodząca między amoniakiem i związkiem organicznym, na przykład bezwodnikiem kwasowym, halogenkiem kwasowym, węglowodorowym lub estrem

halogenopochodne węglowodorów (halogenki alkilowe)
halogenopochodne węglowodorów (halogenki alkilowe)

węglowodory, których cząsteczki zawierają jeden lub więcej atomów fluorowca: fluoru — fluoropochodne, chloru — chloropochodne, bromu — bromopochodne, jodu — jodopochodne

substytucja nukleofilowa
substytucja nukleofilowa

reakcja substytucji (podstawienia), w której czynnikiem atakującym jest nukleofil (inddywiduum z nadmiarem elektronów); substytucja nukleofilowa polega na podstawieniu grupy X związanej z atomem węgla odczynnikiem nukleofilowym; grupą X jest przeważnie grupa elektronoakceptorowa, która polaryzuje wiązanie C‑X (np. -Cl, -Br, -OH), następnie odchodzi z parą elektronową

aminy
aminy

pochodne amoniaku w cząsteczce, którego jeden lub więcej atomów wodoru zostało zastąpionych grupami węglowodorowymi

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek  M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Związki organiczne zawierające azot oraz wielofunkcyjne pochodne węglowodorów. Repetytorium i zadania, Kraków 2021.

Encyklopedia PWN

McMurry J., Chemia organiczna, Warszawa 2000.

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, Warszawa 1985.