Przeczytaj
Z czego wynika reaktywność amin?
Spójrz na poniższe wzory kilku wybranych amin:
Jak myślisz, co je łączy?
Wszystkie aminy posiadają w swojej budowie atom azotu z wolną parą elektronową. Reaktywność amin wynika z możliwości jej wykorzystania i utworzenia wiązań z innymi pierwiastkami przez atom azotu.
Aminy są reaktywne dzięki wolnej parze elektronowej atomu azotu, która jest zdolna do tworzenia wiązań koordynacyjnych (donorowo‑akceptorowych).
Reakcje amin z wodą
Reakcja aminamin z wodą pozwala wykazać ich zasadowy odczyn. Powstają wówczas sole amoniowe oraz aniony wodorotlenkowe. Zauważ, że zgodnie z teorią kwasów i zasad Brönsteda i Lowry’ego amina pełni funkcję zasady, ponieważ przyjmuje atom wodoru od cząsteczki wody, która wg tej teorii jest kwasem, czyli dawcą protonu.
amina pierwszorzędowa
amina drugorzędowa
amina trzeciorzędowa
amina aromatyczna
W powstających kationach wiązanie koordynacyjne powstaje pomiędzy atomem azotu (donorem pary elektronowej) a atomem wodoru (akceptorem pary elektronowej), pochodzącym od wody.
Reakcje amin z kwasami
Powyższe równania – zapisane zgodnie z teorią Brönsteda i Lowry’ego – potwierdziły, że aminy są zasadami. Reagują więc z kwasami tworząc sole. Tworzenie soli z kwasami nieorganicznymi i organicznymi polega na odwracalnym przyłączaniu protonu do wolnej pary elektronów atomu azotu, jak pokazano na wzorach ogólnych amin o różnej rzędowości, gdzie R oznacza grupę węglowodorową:
Wzory chemiczne, powstających w reakcjach z kwasami produktów, można zapisać na trzy sposoby, jak pokazano w poniższych równaniach reakcji etyloaminy oraz aniliny z kwasem solnym.
Powstałe w tych reakcjach sole poddaje się działaniu mocnych zasad (np. lub ), uzyskując wówczas aminy, które jako słabsze zasady są wypierane z soli przez mocniejszą zasadę.
Reakcja etyloaminy z kwasem solnym:
Reakcja chlorowodorku etyloaminy z wodorotlenkiem sodu
Reakcja aniliny z kwasem solnym
Reakcja chlorowodorku aniliny z wodorotlenkiem sodu
Warto również wspomnieć o reakcjach amin z kwasem azotowym(III) (), którego roztwór przygotowuje się „na świeżo” (np. poprzez reakcję z ) ze względu na jego nietrwałość. Z tego samego powodu reakcje prowadzi się oziębiając układ. Służą one do wykrywania amin o różnej rzędowości.
W zależności od rodzaju użytej aminy, powstają różne produkty:
Aminy I‑rzędowe
alifatyczne
RMVPezcebiLDJ aromatyczne
Aminy II‑rzędowe
aromatyczne
Aminy III‑rzędowe
alifatyczne - reakcja nie zachodzi
aromatyczne
Otrzymywanie amin II‑rzędowych oraz III‑rzędowych
Aminy I‑rzędowe wykorzystuje się do otrzymania amin II‑rzędowych w reakcji z odpowiednim halogenkiem alkilowymhalogenkiem alkilowym oraz amoniakiemamoniakiem. W analogiczny sposób otrzymywane są aminy III‑rzędowe, z tą różnicą, że substratem jest odpowiednia amina II‑rzędowa, tak jak na poniższych przykładach otrzymywania dimetyloaminy oraz trimetyloaminy.
Zróżnicowanie reaktywności amin alifatycznych
Reaktywność amin I- oraz II- rzędowych o zbliżonych masach cząsteczkowych jest porównywalna. Natomiast aminy III‑rzędowe są mniej reaktywne od amin I- i II- rzędowych. Jest to spowodowane występowaniem trzech podstawników przy atomie azotu. Takie rozmieszczenie podstawników utrudnia dostęp protonu do wolnej pary elektronowej atomu azotu. Jest to tzw. zawada steryczna.
Reakcje substytucji elektrofilowej amin aromatycznych
Aminy aromatyczne są mniej reaktywnymi zasadami niż aminy alifatyczne. Wynika to z oddziaływania wolnej pary elektronowej atomu azotu z chmurą elektronów pierścienia aromatycznego. Powoduje to obniżenie zdolności atomu azotu do przyłączenia protonu.
Grupa aminowa () to grupa elektronodonorowagrupa elektronodonorowa, wzbogacająca pozycje orto i para w elektrony, jest więc podstawnikiem I rodzaju. Grupa aminowa tak silnie aktywuje pierścień, że w reakcjach substytucji (podstawienia) nie jest potrzebny katalizator.
Do typowych reakcji podstawienia (substytucji elektrofilowej) amin aromatycznych należy bromowanie aniliny (fenyloaminy):
rozcieńczonym roztworem bromu
W wyniku reakcji powstają monobromopochodne orto i para.
stężonym roztworem bromu
W wyniku reakcji powstaje tribromopochodna. Wszystkie pozycje orto i para są podstawione atomami bromu. Obie reakcje zachodzą bez udziału katalizatora.
Słownik
organiczne pochodne amoniaku, zawierające w swojej budowie atom azotu z wolną parą elektronową
związki organiczne, w których grupa aminowa przyłączona jest bezpośrednio do łańcucha alifatycznego (węglowodorowego)
związki organiczne, w których grupa aminowa przyłączona jest bezpośrednio do pierścienia aromatycznego
liczba podstawionych atomów wodoru, związanych z atomem azotu, odpowiada rzędowości aminy; w aminach I‑rzędowych z atomem azotu jest połączona jedna grupa węglowodorowa R1, w aminach II‑rzędowych – dwie grupy węglowodorowe RIndeks dolny 11, RIndeks dolny 22 a w aminach III‑rzędowych – trzy grupy RIndeks dolny 11, RIndeks dolny 22, RIndeks dolny 33 ; grupy węglowodorowe RIndeks dolny 11, RIndeks dolny 22, RIndeks dolny 33 mogą być takie same lub różne
nieorganiczny związek chemiczny azotu i wodoru; jest bezbarwnym gazem o ostrym zapachu; rozpuszczony w wodzie tworzy zasadę amonową, wykazującą odczyn zasadowy
pochodne alkanów, w którym jeden lub więcej atomów wodoru zostało zastąpionych atomem halogenu (np. chlorem lub bromem)
podstawniki, które „dostarczają” elektrony do pierścienia aromatycznego. Wówczas ulegają sprzężeniu z pierścieniem aromatycznym
reakcja substytucji (podstawienia), w której czynnikiem atakującym jest elektrofil
Bibliografia
Cieślik I., Migdał W., Aminy biogenne w żywności, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, XLIV, 4, 1087–1096, 2011.
Danikiewicz W., Część III. Chemia organiczna, Wydawnictwo Oficyna Edukacyjna, Warszawa, 2009.
Jamrozik M., Reakcje charakterystyczne amin i aminokwasów, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie.
Kaznowski K., CHEMIA Vademecum maturalne, Wydawnictwo Oficyna Edukacyjna, Warszawa, 2016.
McMurry J., Chemia organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2000.
McMurry J., Chemia organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2016.
Morrison R.T., Boyd R.N., Chemia organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1985.