Merkmale der Eigenschaften von Anilin. Herstellung und Verwendung von Aminen

Die Struktur von Anilin

Der einfachste Vertreter der Klasse der aromatischen Amine ist Anilin. Es ist eine ölige Flüssigkeit, die in Wasser schwer löslich ist (Abb. 1).

Reis. 1. Anilin

Einige andere aromatische Amine (Abbildung 2):

ortho-Toluidin 2-Naphthylamin 4-Aminobiphenyl

Reis. 2. Aromatische Amine

Wie wirkt sich die Kombination eines Benzolrings und eines Substituenten mit einem freien Elektronenpaar auf die Eigenschaften einer Substanz aus? Das Elektronenpaar des Stickstoffs wird in das aromatische System hineingezogen (Abb. 3):

Reis. 3. Aromasystem

Wozu führt das?

Grundlegende Eigenschaften von Anilin

Das Elektronenpaar des Anilins wird in das allgemeine aromatische System „gezogen“ und die Elektronendichte am Anilinstickstoff wird verringert. Das bedeutet, dass Anilin eine schwächere Base ist als Amine und Ammoniak. Anilin verändert die Farbe von Lackmus und Phenolphthalein nicht.

Elektrophile Substitution in Anilin

Die erhöhte Elektronendichte im Benzolring (aufgrund der Absorption eines Stickstoffelektronenpaars) führt zu einer leichteren elektrophilen Substitution, insbesondere an den ortho- und para-Positionen.

Anilin reagiert mit Bromwasser, in diesem Fall bildet es sich sofort

2,4,6-Tribromanilin - weißer Niederschlag (qualitative Reaktion auf Anilin und andere Aminbenzole).

Erinnern wir uns: Benzol reagiert mit Brom nur in Gegenwart eines Katalysators (Abb. 4).

Reis. 4. Wechselwirkung von Anilin mit Brom

Anilinoxidation

Die hohe Elektronendichte im Benzolring erleichtert die Oxidation von Anilin. Anilin ist in der Regel braun gefärbt, da ein Teil davon bereits unter normalen Bedingungen durch Luftsauerstoff oxidiert wird.

Anwendung von Anilin und Aminen

Aus den Oxidationsprodukten des Anilins werden Anilinfarbstoffe gewonnen, die sich durch Haltbarkeit und Helligkeit auszeichnen.

Anästhesin und Novocain, die zur Lokalanästhesie eingesetzt werden, werden aus Anilin und Aminen gewonnen; antibakterielles Mittel Streptozid; das beliebte Schmerzmittel und fiebersenkende Medikament Paracetamol (Abb. 5):

Anestezin Novocain

Streptozid Paracetamol

(para-Aminobenzolsulfamid (para-Acetoaminophenol)

Reis. 5. Anilin-Derivate

Anilin und Amine sind Rohstoffe für die Herstellung von Kunststoffen, Photoreagenzien und Sprengstoffen. Explosives Hexyl (Hexanitrodiphenylamin) (Abb. 6):

Reis. 6. Hexyl

Herstellung von Anilin und Aminen

1. Erhitzen von Halogenalkanen mit Ammoniak oder weniger substituierten Aminen (Hoffmann-Reaktion).

CH3Br + NH3 = CH3NH2 + HBr (richtiger CH3NH3Br);

СH3NH2 + CH3Br = (CH3)2NH + HBr (richtiger (CH3)2NH2Br);

(CH3)2NH + CH3Br = (CH3)3N + HBr (richtiger (CH3)3NHBr).

2. Verdrängung von Aminen aus ihren Salzen durch Erhitzen mit Alkalien:

CH3NH3Cl + KOH = CH3NH2- + KCl + H2O.

3. Reduktion von Nitroverbindungen (Zinin-Reaktion):

С6Н5NO2 + 3Fe + 6HCl = C6H5NH2 + 3FeCl2 + 2H2O;

С6Н5NO2 + 3H2 С6Н5NH2 + 2H2O.

Zusammenfassung der Lektion

In dieser Lektion ging es um das Thema „Merkmale der Eigenschaften von Anilin“. Herstellung und Verwendung von Aminen. In dieser Lektion haben Sie die Eigenschaften von Anilin untersucht, die durch die gegenseitige Beeinflussung der aromatischen Struktur und des an den aromatischen Ring gebundenen Atoms bestimmt werden. Wir haben uns auch mit Methoden zur Herstellung von Aminen und deren Anwendungsgebieten befasst.

Referenzliste

Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chemie: Organische Chemie. 10. Klasse: Lehrbuch für allgemeinbildende Einrichtungen: Grundstufe / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14. Auflage. - M.: Bildung, 2012. Chemie. 10. Klasse. Profilniveau: akademisch. für die Allgemeinbildung Institutionen/ V. V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin, A. A. Drozdov, V. I. Terenin. - M.: Bustard, 2008. - 463 S. Chemie. Klasse 11. Profilniveau: akademisch. für die Allgemeinbildung Institutionen/ V. V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin, A. A. Drozdov, V. I. Terenin. - M.: Bustard, 2010. - 462 S. Khomchenko G. P., Khomchenko I. G. Sammlung von Problemen der Chemie für Studienbewerber. - 4. Aufl. - M.: RIA "New Wave": Verlag Umerenkov, 2012. - 278 S.

Hausaufgaben

Nr. 5, 8 (S. 14) Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chemie: Organische Chemie. 10. Klasse: Lehrbuch für allgemeinbildende Einrichtungen: Grundstufe / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14. Auflage. - M.: Bildung, 2012. Vergleichen Sie die Eigenschaften von Aminen und Anilinen der Grenzreihe. Erklären Sie am Beispiel von Anilin das Wesen des Einflusses von Atomen in einem Molekül.

Organische Chemie. Website zum Thema Chemie. Internetportal Promobud.

Basierend auf der Art der Kohlenwasserstoffsubstituenten werden Amine unterteilt in:

Allgemeine Strukturmerkmale von Aminen

Genau wie im Ammoniakmolekül verfügt das Stickstoffatom im Molekül eines beliebigen Amins über ein einzelnes Elektronenpaar, das auf eine der Ecken des verzerrten Tetraeders gerichtet ist:

Aus diesem Grund weisen Amine wie Ammoniak deutlich ausgeprägte basische Eigenschaften auf.

So reagieren Amine, ähnlich wie Ammoniak, reversibel mit Wasser und bilden schwache Basen:

Die Bindung zwischen dem Wasserstoffkation und dem Stickstoffatom im Aminmolekül erfolgt über einen Donor-Akzeptor-Mechanismus aufgrund des freien Elektronenpaars des Stickstoffatoms. Gesättigte Amine sind im Vergleich zu Ammoniak stärkere Basen, weil In solchen Aminen haben Kohlenwasserstoffsubstituenten einen positiv induktiven (+I) Effekt. Dabei erhöht sich die Elektronendichte am Stickstoffatom, was dessen Wechselwirkung mit dem H+-Kation erleichtert.

Aromatische Amine weisen im Vergleich zu Ammoniak schwächere Grundeigenschaften auf, wenn die Aminogruppe direkt mit dem aromatischen Ring verbunden ist. Dies liegt daran, dass das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms in Richtung des aromatischen π-Systems des Benzolrings verschoben wird, wodurch die Elektronendichte am Stickstoffatom abnimmt. Dies führt wiederum zu einer Verschlechterung der Grundeigenschaften, insbesondere der Fähigkeit zur Wechselwirkung mit Wasser. Anilin reagiert beispielsweise nur mit starken Säuren, reagiert jedoch praktisch nicht mit Wasser.

Chemische Eigenschaften gesättigter Amine

Wie bereits erwähnt, reagieren Amine reversibel mit Wasser:

Wässrige Lösungen von Aminen reagieren aufgrund der Dissoziation der entstehenden Basen alkalisch:

Gesättigte Amine reagieren aufgrund ihrer stärkeren basischen Eigenschaften besser mit Wasser als Ammoniak.

Die Grundeigenschaften gesättigter Amine nehmen in der Reihe zu.

Sekundäre gesättigte Amine sind stärkere Basen als primäre gesättigte Amine, die wiederum stärkere Basen als Ammoniak sind. Was die Grundeigenschaften tertiärer Amine betrifft, so sind die Grundeigenschaften tertiärer Amine bei Reaktionen in wässrigen Lösungen deutlich schlechter ausgeprägt als die sekundärer Amine und sogar etwas schlechter als die primärer Amine. Dies ist auf sterische Hinderungen zurückzuführen, die die Geschwindigkeit der Aminprotonierung erheblich beeinflussen. Mit anderen Worten: Drei Substituenten „blockieren“ das Stickstoffatom und stören dessen Wechselwirkung mit H+-Kationen.

Wechselwirkung mit Säuren

Sowohl freie gesättigte Amine als auch ihre wässrigen Lösungen reagieren mit Säuren. Dabei entstehen Salze:

Da die basischen Eigenschaften gesättigter Amine stärker ausgeprägt sind als die von Ammoniak, reagieren solche Amine auch mit schwachen Säuren, wie etwa Kohlensäure:

Aminsalze sind Feststoffe, die in Wasser gut löslich und in unpolaren organischen Lösungsmitteln schlecht löslich sind. Die Wechselwirkung von Aminsalzen mit Alkalien führt zur Freisetzung freier Amine, ähnlich der Verdrängung von Ammoniak bei der Einwirkung von Alkalien auf Ammoniumsalze:

2. Primäre gesättigte Amine reagieren mit salpetriger Säure unter Bildung der entsprechenden Alkohole, Stickstoff N2 und Wasser. Zum Beispiel:

Ein charakteristisches Merkmal dieser Reaktion ist die Bildung von Stickstoffgas. Sie ist daher qualitativ für primäre Amine und wird verwendet, um sie von sekundären und tertiären Aminen zu unterscheiden. Es ist zu beachten, dass diese Reaktion am häufigsten durchgeführt wird, indem das Amin nicht mit einer Lösung der salpetrigen Säure selbst, sondern mit einer Lösung eines Salzes der salpetrigen Säure (Nitrit) gemischt wird und dieser Mischung dann eine starke Mineralsäure zugesetzt wird. Bei der Wechselwirkung von Nitriten mit starken Mineralsäuren entsteht salpetrige Säure, die dann mit dem Amin reagiert:

Sekundäre Amine ergeben unter ähnlichen Bedingungen ölige Flüssigkeiten, sogenannte N-Nitrosamine, diese Reaktion tritt jedoch in echten USE-Tests in der Chemie nicht auf. Tertiäre Amine reagieren nicht mit salpetriger Säure.

Die vollständige Verbrennung etwaiger Amine führt zur Bildung von Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff:

Wechselwirkung mit Haloalkanen

Es ist bemerkenswert, dass genau das gleiche Salz durch die Einwirkung von Chlorwasserstoff auf ein stärker substituiertes Amin erhalten wird. In unserem Fall, wenn Chlorwasserstoff mit Dimethylamin reagiert:

Herstellung von Aminen:

1) Alkylierung von Ammoniak mit Halogenalkanen:

Bei Ammoniakmangel wird statt Amin dessen Salz gewonnen:

2) Reduktion durch Metalle (in der Aktivitätsreihe zu Wasserstoff) in saurer Umgebung:

Anschließend erfolgt die Behandlung der Lösung mit Alkali, um das freie Amin freizusetzen:

3) Die Reaktion von Ammoniak mit Alkoholen beim Durchleiten ihrer Mischung durch erhitztes Aluminiumoxid. Je nach Alkohol-/Amin-Verhältnis entstehen primäre, sekundäre oder tertiäre Amine:

Chemische Eigenschaften von Anilin

Anilin - der Trivialname für Aminobenzol mit der Formel:

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist im Anilinmolekül die Aminogruppe direkt mit dem aromatischen Ring verbunden. Solche Amine haben, wie bereits erwähnt, deutlich weniger ausgeprägte basische Eigenschaften als Ammoniak. So reagiert Anilin insbesondere praktisch nicht mit Wasser und schwachen Säuren wie Kohlensäure.

Reaktion von Anilin mit Säuren

Anilin reagiert mit starken und mittelstarken anorganischen Säuren. Dabei entstehen Phenylammoniumsalze:

Reaktion von Anilin mit Halogenen

Wie bereits zu Beginn dieses Kapitels gesagt wurde, wird die Aminogruppe in aromatischen Aminen in den aromatischen Ring hineingezogen, was wiederum die Elektronendichte am Stickstoffatom verringert und dadurch im aromatischen Ring erhöht. Eine Erhöhung der Elektronendichte im aromatischen Ring führt dazu, dass elektrophile Substitutionsreaktionen, insbesondere Reaktionen mit Halogenen, insbesondere in ortho- und para-Position zur Aminogruppe deutlich leichter ablaufen. Daher reagiert Anilin leicht mit Bromwasser und bildet einen weißen Niederschlag von 2,4,6-Tribromanilin:

Diese Reaktion ist für Anilin qualitativ und ermöglicht häufig die Identifizierung unter anderen organischen Verbindungen.

Reaktion von Anilin mit salpetriger Säure

Anilin reagiert mit salpetriger Säure, erscheint aber aufgrund der Spezifität und Komplexität dieser Reaktion nicht im eigentlichen Einheitlichen Staatsexamen in Chemie.

Anilin-Alkylierungsreaktionen

Durch sequentielle Alkylierung von Anilin am Stickstoffatom mit Halogenkohlenwasserstoffen können sekundäre und tertiäre Amine erhalten werden:

Chemische Eigenschaften von Aminosäuren

Aminosäuren sind Verbindungen, deren Moleküle zwei Arten von funktionellen Gruppen enthalten – Aminogruppen (-NH 2) und Carboxygruppen (-COOH).

Mit anderen Worten: Aminosäuren können als Derivate von Carbonsäuren betrachtet werden, in deren Molekülen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Aminogruppen ersetzt sind.

Somit kann die allgemeine Formel von Aminosäuren als (NH 2) x R(COOH) y geschrieben werden, wobei x und y am häufigsten gleich eins oder zwei sind.

Da Aminosäuremoleküle sowohl eine Aminogruppe als auch eine Carboxylgruppe enthalten, weisen sie ähnliche chemische Eigenschaften auf wie Amine und Carbonsäuren.

Saure Eigenschaften von Aminosäuren

Bildung von Salzen mit Alkalien und Alkalicarbonaten

Veresterung von Aminosäuren

Aminosäuren können unter Veresterung mit Alkoholen reagieren:

NH 2 CH 2 COOH + CH 3 OH → NH 2 CH 2 COOCH 3 + H 2 O

Grundlegende Eigenschaften von Aminosäuren

1. Bildung von Salzen bei Wechselwirkung mit Säuren

NH 2 CH 2 COOH + HCl → + Cl —

2. Wechselwirkung mit salpetriger Säure

NH 2 -CH 2 -COOH + HNO 2 → HO-CH 2 -COOH + N 2 + H 2 O

Hinweis: Die Wechselwirkung mit salpetriger Säure verläuft auf die gleiche Weise wie mit primären Aminen

3. Alkylierung

NH 2 CH 2 COOH + CH 3 I → + I —

4. Wechselwirkung von Aminosäuren untereinander

Aminosäuren können miteinander reagieren und Peptide bilden – Verbindungen, die in ihren Molekülen die Peptidbindung –C(O)-NH- enthalten.

Dabei ist zu beachten, dass bei einer Reaktion zwischen zwei unterschiedlichen Aminosäuren ohne Einhaltung bestimmter Synthesebedingungen gleichzeitig die Bildung unterschiedlicher Dipeptide erfolgt. So kann beispielsweise anstelle der oben beschriebenen Reaktion von Glycin mit Alanin, die zu Glycylananin führt, die Reaktion stattfinden, die zu Alanylglycin führt:

Darüber hinaus reagiert das Glycinmolekül nicht unbedingt mit dem Alaninmolekül. Peptisierungsreaktionen treten auch zwischen Glycinmolekülen auf:

Und Alanin:

Da die Moleküle der resultierenden Peptide außerdem wie die ursprünglichen Aminosäuremoleküle Aminogruppen und Carboxylgruppen enthalten, können die Peptide selbst aufgrund der Bildung neuer Peptidbindungen mit Aminosäuren und anderen Peptiden reagieren.

Aus einzelnen Aminosäuren werden synthetische Polypeptide oder sogenannte Polyamidfasern hergestellt. So wird Nylon in der Industrie insbesondere durch die Polykondensation von 6-Aminohexan (ε-Aminocapronsäure) synthetisiert:

Das dabei entstehende Nylonharz wird zur Herstellung von Textilfasern und Kunststoffen verwendet.

Bildung innerer Salze von Aminosäuren in wässriger Lösung

In wässrigen Lösungen liegen Aminosäuren überwiegend in Form innerer Salze vor – bipolare Ionen (Zwitterionen).

Die häufigste Eigenschaft aller organischen Verbindungen ist ihre Brennfähigkeit. Ammoniak selbst brennt und zwar im Allgemeinen leicht, aber es in Brand zu setzen ist nicht immer einfach. Im Gegensatz dazu entzünden sich Amine leicht und brennen meist mit einer farblosen oder leicht gefärbten Flamme. Dabei wird der Stickstoff von Aminen traditionell zu molekularem Stickstoff oxidiert, da Stickoxide instabil sind.

Amine entzünden sich an der Luft leichter als Ammoniak.

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;

4C 2 H 5 NH 2 + 15O 2 = 8CO 2 + 14H 2 O + 2N 2.

Grundeigenschaften

Primäre, sekundäre und tertiäre Amine enthalten notwendigerweise ein freies Elektronenpaar, wie es sich für dreiwertigen Stickstoff gehört. Das heißt, Amine in Lösung weisen basische Eigenschaften auf oder ihre Lösungen sind Basen. Aus diesem Grund färben sich Amine in einer wässrigen Lösung Lackmus blau und Phenolphthalein purpurrot. Reis. 12.

Reis. 1 .

Reis. 2 .

Dank dieses Elektronenpaares kann eine Donor-Akzeptor-Bindung mit einem Wasserstoffion gebildet werden:

C 2 H 5 NH 2 + H + = C 2 H 5 NH 3 +.

Somit weisen Amine wie Ammoniak die Eigenschaften von Basen auf:

NH 3 + H 2 O NH 4 OH;

C 2 H 5 NH 2 + H 2 O C 2 H 5 NH 3 OH.

Ammoniak bildet mit Säuren Salze Ammonium und Amine sind Alkylammonium :

NH 3 + HBr = NH 4 Br ( Ammoniumbromid)

C 2 H 5 NH 2 + HBr = C 2 H 5 NH 3 Br ( Ethylammoniumbromid)

So wie Ammoniak mit Säuren Ammoniumsalze bildet, bilden Amine die entsprechenden Salze. Diese Salze können, wie im Fall von Ammoniak, nicht nur bei der Reaktion wässriger Lösungen, sondern auch in der Gasphase entstehen, wenn die Amine ausreichend flüchtig sind.

Das heißt, wenn Sie Gefäße mit konzentrierter Salzsäure oder sogar mit einem flüchtigen organischen Stoff, zum Beispiel Essigsäure, und ein Gefäß mit einem flüchtigen Amin neben Gefäße stellen, erscheint im Raum zwischen ihnen bald etwas, das Rauch ohne Feuer ähnelt, d. h. Es bilden sich Kristalle, die einem Alkylaminsalz entsprechen. Reis. 3.

Reis. 3 .

Alkalien verdrängen Amine , das wie Ammoniak schwach Basen, aus Alkylammoniumsalzen:

NH 4 Cl + KOH = NH 3 - + KCl + H 2 O;

CH 3 NH 3 Cl + KOH = CH 3 NH 2 - + KCl + H 2 O.

Die Grundeigenschaften von Aminen sind höher als die von Ammoniak. Warum? Die Bildung einer Donor-Akzeptor-Bindung mit einem Wasserstoffion erfolgt umso leichter, je höher die Elektronendichte am Stickstoffatom ist. Kohlenwasserstoffradikale enthalten viele Elektronen und „teilen“ diese leicht mit dem Stickstoffatom (Abb. 4).

Reis. 4. Donor-Akzeptor-Bindung mit einem Wasserstoffion

Allerdings sind die Grundeigenschaften tertiärer Amine geringer als die sekundärer Amine (vergleiche die Basizitätskonstanten). Warum? In einem tertiären Amin ist das Stickstoffatom allseitig von Kohlenwasserstoffresten umgeben und dadurch in seiner Reaktionsfähigkeit eingeschränkt.

Amine können wie Ammoniak mit Halogenalkanen reagieren und dabei das Halogenatom ersetzen:

CH 3 Br + NH 3 = CH 3 NH 2 + HBr;

CH 3 NH 2 + CH 3 Br = (CH 3) 2 NH + HBr;

(CH 3) 2 NH + CH 3 Br = (CH 3) 3 N + HBr.

Tertiäre Amine können auch Halogen ersetzen, sodass die Reaktion weitergehen kann. Es entsteht ein quartäres Ammoniumsalz – Tetramethylammoniumbromid (CH 3) 4 NBr:

(CH 3) 3 N + CH 3 Br = (CH 3) 4 N+ + Br-.

Zusammenfassung der Lektion

In dieser Lektion ging es um das Thema „Aminoverbindungen. Klassifikation, Isomerie, Namen und physikalische Eigenschaften.“ Sie haben die Entstehung sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen besprochen und einige allgemeine Eigenschaften von Ammoniak und Wasser in Erinnerung gerufen. Dann haben wir uns angeschaut, wie man Aminoverbindungen erhält. Wir haben ihre Klassifizierung, Isomerie, Namen und ihre inhärenten physikalischen Eigenschaften untersucht. .

Referenzliste

1. Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chemie: Organische Chemie. 10. Klasse: Lehrbuch für allgemeinbildende Einrichtungen: Grundstufe/G. E. Rudzitis, F.G. Feldmann. - 14. Auflage. - M.: Bildung, 2012.
2. Chemie. 10. Klasse. Profilniveau: akademisch. für die Allgemeinbildung Institutionen/V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin, A.A. Drozdov, V.I. Terenin. - M.: Bustard, 2008. - 463 S.
3. Chemie. Klasse 11. Profilniveau: akademisch. für die Allgemeinbildung Institutionen/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin, A.A. Drozdov, V.I. Terenin. - M.: Bustard, 2010. - 462 S.
4. Chomtschenko G.P., Chomtschenko I.G. Sammlung von Problemen der Chemie für Studienanfänger. - 4. Aufl. - M.: RIA "New Wave": Verlag Umerenkov, 2012. - 278 S.

1. Webseite ().
2. Chemie.ssu.samara.ru ().
3. Khimik.ru ().
4. Promobud.ua ().

Hausaufgaben

1. Nr. 3, 4 (S. 14) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chemie: Organische Chemie. 10. Klasse: Lehrbuch für allgemeinbildende Einrichtungen: Grundstufe/G. E. Rudzitis, F.G. Feldmann. - 14. Auflage. - M.: Bildung, 2012.
2. Vergleichen Sie die Eigenschaften limitierender Amine und Alkohole.
3. Schreiben Sie Reaktionsgleichungen, die die Basizität von Aminen bestätigen.

Chemiehausaufgabe für die 11. Klasse

zum Lehrbuch „Chemie. 11. Klasse“, G.E. Rudzitis, F.G. Feldman, M.: „Enlightenment“, 2000

PÄDAGOGISCHER UND PRAKTISCHER LEITFADEN

Kapitel XI. Amine. Aminosäuren. Stickstoffhaltig
heterozyklische Verbindungen................................................ ... ....................
Aufgaben zu §§1, 2 (S. 14) .................................... .. ....................................
Aufgaben zu §3 (S. 17) ........................................ ......... ........................................
Kapitel XII. Proteine ​​und Nukleinsäuren................................................ ......
Aufgaben zu §§1, 2 (S. 24) .................................... . ....................................
Kapitel XIII. Synthetische hochmolekulare Substanzen und
darauf basierende Polymermaterialien................................................ ...... ..........
Aufgaben zu §1 (S. 31) ........................................ ..... ........................................
Aufgaben zu §§2, 3 (S. 36) .................................... . ....................................
Kapitel XIV. Verallgemeinerung des Wissens im Studiengang Organische Chemie............
Aufgaben zu §§1-5 (S. 53) .................................... . ....................................
Kapitel II. Periodengesetz und Periodensystem
DI. Mendeleev basierend auf der Lehre vom Aufbau des Atoms.................................
Aufgaben zu §§1-3 (S. 70) .................................... . ....................................
Kapitel III. Struktur der Materie................................................. .... ....................
Aufgaben zu §§1–4 (S. 84) .................................... . ....................................
Kapitel IV. Chemische Reaktionen................................................ ........ .........
Aufgaben zu §§1, 2 (S. 93) .................................... . ....................................
Kapitel V. Metalle................................................ .....................................................
Aufgaben zu §§1-10 (S. 120) ...................................... ........................................
Kapitel VI. Nichtmetalle................................................. ......... .................................
Aufgaben zu §§1-3 (S. 140) .................................... . .................................
Kapitel VII. Genetische Beziehung zwischen organischem und anorganischem
Substanzen................................................. ....................................................... ............. ......
Aufgaben zu §§1, 2 (S. 144) .................................... . .......................................

Kapitel XI. Amine. Aminosäuren. Stickstoffhaltige heterozyklische Verbindungen

Aufgaben zu §§1, 2 (S. 14)

Frage Nr. 1

Schreiben Sie die chemischen Formeln von Stoffen (jeweils zwei Beispiele), die sich auf Folgendes beziehen: a) Nitroverbindungen; b) zu Salpetersäureestern.

a) Nitroverbindungen umfassen Nitroethan und 2-Nitropropan:

CH3 –CH2 –NO2	CH3 –CH–CH3
	NO2
Nitroethan	2-Nitropropan

b) Beispiele für Salpetersäureester sind Methylnitrat (Methylester der Salpetersäure) und Ethylnitrat (Ethylester der Salpetersäure).

CH3 –O–NO2 CH3 –CH2 –O–NO2 Methylnitrat Ethylnitrat

Frage Nr. 2

Was sind Amine und welche Struktur haben ihre Moleküle?

Amine sind kohlenwasserstoffhaltige Derivate

V Molekülaminogruppe–NH2. Amine können auch als Ammoniakderivate angesehen werden, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Kohlenwasserstoffreste ersetzt sind. Die Struktur der Moleküle gesättigter Amine ähnelt der Struktur des Ammoniakmoleküls. Im Methylaminmolekül CH3–NH2 ist das Kohlenstoffatom

im Zustand der sp3-Hybridisierung. Die Bindung zwischen den Stickstoff- und Kohlenstoffatomen wird durch eines der hybriden sp3-Orbitale des Kohlenstoffatoms und des p-Orbitals des Stickstoffatoms gebildet.

Frage Nr. 3

Zeigen Sie anhand der Struktur der Moleküle die ähnlichen und unterschiedlichen Eigenschaften von Aminen und Ammoniak an.

In Ammoniak- und Aminmolekülen verfügt das Stickstoffatom über ein freies Elektronenpaar. Aufgrund dieses Elektronenpaares ist eine Wechselwirkung mit Wasserstoffionen H+ möglich:

Н3 N: + Н+ = NН4 +

CH3 –H2 N: + H+ = CH3 –NH3 +

Wenn Amine und Ammoniak mit Säure reagieren, entstehen Ammoniumsalze:

NH3 + HCl = NH4 Cl (Ammoniumchlorid)

Beim Lösen von Ammoniak oder Aminen in Wasser entstehen in geringem Maße Hydroxidionen und die Lösung wird alkalisch. Ammoniak und Amine sind schwache Basen:

NH3 + H2 O = NH4 + + OH–

CH3 –NH2 + H2 O = CH3 –NH3 + + OH–

Allerdings sind Amine im Vergleich zu Ammoniak stärkere Basen (Erklärung siehe Antwort auf Frage 4).

Frage Nr. 4

Als Amine werden angegeben: a) Methylamin; b) Dimethylamin; c) Trimethylamin. Schreiben Sie ihre Strukturformeln auf und erklären Sie, welche davon stärker ausgeprägte und welche schwächere Grundeigenschaften hat. Warum?

Die Haupteigenschaften von Aminen wie Ammoniak beruhen auf dem Vorhandensein eines freien Elektronenpaars am Stickstoffatom. Je größer also die Elektronendichte am Stickstoffatom ist, desto ausgeprägter sind die Grundeigenschaften des Amins. Im Methylaminmolekül ist das Stickstoffatom mit einem Methylrest verbunden. Die Elektronegativität von Wasserstoff ist geringer als die von Kohlenstoff und Stickstoff, daher verschieben sich Elektronen von drei Wasserstoffatomen zu einem Kohlenstoffatom und dann

– zum Stickstoffatom (in der Abbildung durch Pfeile dargestellt):

H C NH2

Dadurch erhöht sich die Elektronendichte am Stickstoffatom und Methylamin ist eine stärkere Base als Ammoniak. Im Dimethylaminmolekül ist ein Wasserstoffatom mit zwei Methylradikalen verbunden und die Elektronendichte von sechs Wasserstoffatomen wird auf das Stickstoffatom übertragen, sodass die Elektronendichte am Stickstoffatom größer ist als im Methylaminmolekül und Dimethylamin ist ein stärkere Base als Methylamin. Schließlich gibt es im Trimethylaminmolekül drei Methylradikale am Stickstoffatom, und es kommt zu einer Elektronenverschiebung von neun Wasserstoffatomen zum Stickstoffatom. Daher ist Trimethylamin wiederum eine stärkere Base als Dimethylamin. Somit hat Methylamin die schwächsten basischen Eigenschaften, während Trimethylamin die stärksten Eigenschaften besitzt.

Frage Nr. 5

Schreiben Sie Reaktionsgleichungen auf, die zu folgenden Transformationen führen können:

						NH3 HSO4
						CH3 NH2
		(CH3				NH3 )2 SO4

Wenn Methylamin mit Schwefelsäure reagiert, entsteht Methylammoniumsulfat (CH3 –NH3)2SO4 (mit einem Überschuss an Methylamin) oder Methylammoniumhydrogensulfat CH3 –NH3HSO4 (mit einem Überschuss an Schwefelsäure):

2CH3 –NH2 + H2 SO4 = (CH3 –NH3 )2 SO4

CH3 –NH2 + H2 SO4 = CH3 –NH3 HSO4

Wenn Methylammoniumsulfat oder -hydrogensulfat einer alkalischen Lösung ausgesetzt wird, wird Methylamin freigesetzt:

(CH3 –NH3 )2 SO4 + 2NaOH = 2CH3 –NH2 + Na2 SO4 + 2H2 O CH3 –NH3 НSO4 + 2NaOH = CH2 –NH2 + Na2 SO4 + 2H2 O

Frage Nr. 6

Vergleichen Sie die Eigenschaften von: a) Aminen der Grenzreihe und Anilin; b) Begrenzung von Alkoholen und Phenol. Welche Eigenschaften dieser Stoffe sind ähnlich und wie unterscheiden sie sich voneinander? Warum? Schreiben Sie Reaktionsgleichungen, um Ihre Schlussfolgerungen zu untermauern.

a) Sowohl gesättigte Amine als auch Anilin weisen basische Eigenschaften auf. Beispielsweise reagieren alle Amine mit Säuren unter Bildung von Salzen:

СН3 –NH2 + НCl = СН3 –NН3 Сl (Methylammoniumchlorid)

Phenol reagiert jedoch mit Natriumhydroxid, Alkohol jedoch nicht:

	H2 O

So weisen Alkohole und Phenole saure Eigenschaften auf, bei Phenolen sind sie jedoch stärker ausgeprägt. Dies erklärt sich dadurch, dass der Benzolring Elektronen vom Sauerstoffatom anzieht, wodurch die Elektronen des Wasserstoffatoms stärker in Richtung des Sauerstoffatoms verdrängt werden. Die Bindung zwischen den Wasserstoff- und Sauerstoffatomen wird polarer und bricht daher leichter als bei Alkoholen.

Frage Nr. 7

Erklären Sie am Beispiel von Anilin das Wesen der gegenseitigen Beeinflussung von Atomgruppen in einem Molekül.

Im Anilinmolekül verschiebt sich die Elektronendichte von der Aminogruppe zum Benzolring. Dadurch nimmt die Elektronendichte am Stickstoffatom ab, die Grundeigenschaften der Aminogruppe schwächen sich im Vergleich zur Aminogruppe in gesättigten Aminen ab. Dies führt andererseits dazu, dass die Elektronendichte im Benzolring zunimmt, sodass Substitutionsreaktionen im Anilin leichter ablaufen als im Benzol. Wenn beispielsweise Benzol Brom ausgesetzt wird, findet die Substitutionsreaktion nur in Gegenwart eines Katalysators – Eisenbromid – statt und nur ein Wasserstoffatom wird ersetzt, es entsteht Brombenzol:

Frage Nr. 8

Schreiben Sie Reaktionsgleichungen auf, die zur Synthese von Anilin aus den folgenden Ausgangsmaterialien führen können: a) Methan; b) Kalkstein, Kohle und Wasser.

a) Acetylen kann durch starkes Erhitzen aus Methan gewonnen werden:

2CH4		HC≡CH + 3H2

Aus drei Acetylenmolekülen kann ein Benzolmolekül gebildet werden (Trimerisierungsreaktion):

3HC≡ CH t, Kat

Wenn Benzol mit einer Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure behandelt wird, wird das Wasserstoffatom durch eine Nitrogruppe ersetzt und es entsteht Nitrobenzol:

b) Bei starker Erhitzung zerfällt Calciumcarbonat in Calciumoxid und Kohlenmonoxid (IV):

CaCO3 = CaO + CO2

Calciumoxid reagiert bei hohen Temperaturen mit Kohle zu Calciumcarbid:

2CaO + 5C = 2CaC2 + CO2

Wenn Calciumcarbid Wasser ausgesetzt wird, entsteht Acetylen:

CaC2 + 2H2 O = HC≡ CH + Ca(OH)2

Frage Nr. 9

Zeichnen Sie die Strukturformeln isomerer Stoffe, deren Summenformel C5 H13 N ist. Geben Sie unter den Formeln die Namen der Stoffe an.

Es gibt 15 isomere Amine, die der Formel entsprechen

C5 H13 N:

CH3 –CH2 –CH2 –CH2 –CH2 –NH2	CH3 –CH2 –CH2 –CH–CH3
	NH2
1-Aminopentan	2-Aminopentan
CH3 –CH2 –CH–CH2 –CH3	CH3 –CH2 –CH–CH2 –NH2
NH2	CH3
3-Aminopentan	1-Amino-2-methylbutan

				NH2
CH3 –CH–CH2 –CH2 –NH2			CH3 –CH2 –C–CH3
CH3				CH3
1-Amino-3-methylbutan			2-Amino-2-methylbutan
				CH3
CH3 –CH–CH–CH3
			СН3 –С–СН2 –NН2
CH3 NH2				CH3
2-Amino-3-methylbutan			1-Amino-2,2-dimethylpropan
CH3 –CH2 –CH2 –CH2 –NH		CH3 –CH2 –CH2 –NH–CH2 –CH3
	CH3
Methylbutylamin			Ethylpropylamin
CH3 –CH–CH2 –NH			CH3 –CH–NH–CH2 –CH3
CH3	CH3			CH3
Methylisobutylamin			Ethylisopropylamin
				CH3
CH3 –CH2 –CH–NH			СН3 –С–NН–СН3
CH3	CH3			CH3
Methylsec-butylamin			Methyl-tert-butylamin
				CH3
CH3			CH3
				CH3 –CH2 –N
CH3 –CH2 –CH2 –N		CH3 –CH–N
				CH2
CH3		CH3	CH3
				CH3
Dimethylpropylamin	Dimethylisopropylamin			Diethylmethylamin

Frage Nr. 10

Wie werden Aminosäuren gewonnen? Schreiben Sie Reaktionsgleichungen auf.

Amine- Dies sind organische Verbindungen, in denen ein Wasserstoffatom (möglicherweise mehr als eines) durch einen Kohlenwasserstoffrest ersetzt ist. Alle Amine werden unterteilt in:

• primäre Amine;
• sekundäre Amine;
• tertiäre Amine.

Es gibt auch Analoga von Ammoniumsalzen – quartäre Salze wie [ R 4 N] + Cl - .

Abhängig von der Art des Radikals Amine kann sein:

• aliphatische Amine;
• aromatische (gemischte) Amine.

Aliphatische gesättigte Amine.

Allgemeine Formel CnH 2 N +3 N.

Struktur von Aminen.

Das Stickstoffatom befindet sich in sp3-Hybridisierung. Das 4. Nicht-Hybrid-Orbital enthält ein freies Elektronenpaar, das die grundlegenden Eigenschaften von Aminen bestimmt:

Elektronendonorsubstituenten erhöhen die Elektronendichte am Stickstoffatom und verbessern die Grundeigenschaften von Aminen. Aus diesem Grund sind sekundäre Amine stärkere Basen als primäre, weil 2 Radikale an einem Stickstoffatom erzeugen eine größere Elektronendichte als 1.

Bei tertiären Atomen spielt der räumliche Faktor eine wichtige Rolle: weil 3-Radikale verdecken das freie Stickstoffpaar, an das sich andere Reagenzien nur schwer „annähern“ können; die Basizität solcher Amine ist geringer als die primärer oder sekundärer.

Isomerie von Aminen.

Amine zeichnen sich durch Isomerie des Kohlenstoffgerüsts und Isomerie der Position der Aminogruppe aus:

Wie nennt man Amine?

Der Name listet normalerweise die Kohlenwasserstoffreste auf (in alphabetischer Reihenfolge) und fügt die Endung -amine hinzu:

Physikalische Eigenschaften von Aminen.

Die ersten drei Amine sind Gase, die mittleren Mitglieder der aliphatischen Reihe sind Flüssigkeiten und die höheren Amine sind Feststoffe. Der Siedepunkt von Aminen ist höher als der der entsprechenden Kohlenwasserstoffe, weil In der flüssigen Phase werden im Molekül Wasserstoffbrückenbindungen gebildet.

Amine sind in Wasser gut löslich; mit zunehmendem Kohlenwasserstoffradikal nimmt die Löslichkeit ab.

Herstellung von Aminen.

1. Alkylierung von Ammoniak (Hauptmethode), die auftritt, wenn ein Alkylhalogenid mit Ammoniak erhitzt wird:

Wenn das Alkylhalogenid im Überschuss vorhanden ist, kann das primäre Amin eine Alkylierungsreaktion eingehen und zu einem sekundären oder tertiären Amin werden:

2. Reduzierung von Nitroverbindungen:

Ammoniumsulfid wird verwendet ( Zinins Reaktion), Zink oder Eisen im sauren Milieu, Aluminium im alkalischen Milieu oder Wasserstoff in der Gasphase.

3. Reduktion von Nitrilen. Verwenden LiAlH4:

4. Enzymatische Decarboxylierung von Aminosäuren:

Chemische Eigenschaften von Aminen.

Alle Amine- starke Basen und aliphatische sind stärker als Ammoniak.

Wässrige Lösungen sind alkalischer Natur.