Урок 4 . Анилин как представитель ароматических аминов
Состав и строение, молекулярная и структурная формулы;
Взаимное влияние атомов в молекуле;
Физические свойства;
Химические свойства: реакции анилина по аминогруппе и ароматическому ядру.
Состав и строение, молекулярная и структурная формулы . Анили́н (аминобензол, фениламин) - органическое соединение с формулой C 6 H 5 NH 2 , состоит из бензольного кольца, в котором один атом водорода замещен на аминогруппу. Простейший ароматический амин. Структурная формула:
Впервые анилин получил в 1826 в процессе перегонки индиго с известью немецкий химик, который дал ему название «кристаллины». 1834 Ф. Рунге обнаружил анилин в каменноугольной смоле и назвал «кианолом». 1841 Ю. Ф. Фришце получил анилин в результате нагрева индиго с раствором КОН и назвал его «анилином». 1842 анилин получил М. М. Зинин путем восстановления нитробензола (NH 4) 2 SO 3 и назвал его «бензидамом». 1843 А. В. Гофман установил идентичность всех перечисленных соединений. Слово «анилин» происходит от названия одного из растений, содержащих индиго.
Взаимное влияние атомов в молекуле .
Влияние аминогруппы на свойства бензольного кольца. По отношению к кольцу аминогруппа выступает донором электронов, т.е. нагнетает на кольцо электронную плотность. Эта избыточная плотность в кольце в основном сосредотачивается в положениях 2,4,6 (орто - и ядра-положениях):
В результате: 1) реакции замещения в кольце для анилина протекают легче, чем для бензола; 2) вступающий в кольцо заместитель направляется аминогруппой преимущественно в положения 2,4,6.
Влияние кольца на свойства аминогруппы. Ароматическое кольцо оттягивает часть электронной плотности с атома азота, вовлекая ее в сопряжение с л-системой. Поэтому основные свойства анилина выражены слабее, чем у аммиака и тем более, чем у алифатических аминов. Водный раствор анилина не изменяет окраску индикаторов. В этом и состоит влияние бензольного кольца на свойства аминогруппы.
Изучение среды раствора анилина http://my.mail.ru/mail/ntl0000/video/29154/31055.html?related_deep=1
Физические свойства . Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит
Физические свойства анилина https://www.youtube.com/watch?v=2c6J-4sNGPc
Химические свойства . Обязательно просмотрите видео .
Химические свойства https://www.youtube.com/watch?v=qQ6zqUXDJdk
Анилин в отличие от бензола легко реагирует с бромной водой с образованием белого нерастворимого в воде осадка 2,4,6-триброманилина:
Аналогично протекает реакция анилина с раствором хлора в СС1 4 , этаноле.
Анилин практически не реагирует с водой (очень слабые основные свойства); основные свойства анилина проявляются в реакциях с сильными минеральными кислотами:
Анилин реагирует с хлорангидридом уксусной кислоты:
При обработке таких солей водными растворами щелочей можно выделить анилин:
Окисление анилина https://www.youtube.com/watch?v=nvxipFGxTRk
Взаимодействие анилина с соляной кислотой https://www.youtube.com/watch?v=VNUTpSaWQ0Q
Бромирование анилина https://www.youtube.com/watch?v=1UPJceDpelY
Пары анилина сгорают в избытке кислорода
4C 6 H 5 –NH 2 + 31O 2 → 24CO 2 + 14H 2 O + 2N 2
Горение анилина https://www.youtube.com/watch?v=cYtCWMczFFs
В разделе на вопрос Анилин-представитель аминов,строение,функциональная группа!? заданный автором Волосок
лучший ответ это Анили́н (фениламин) - органическое соединение с формулой С6H5NH2, простейший ароматический амин. Содержит аминогруппу -NH2. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по ароматическому 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) .
Осн. способ произ-ва анилина-каталитич. восстановление нитробензола водородом в газовой или жидкой фазе. Газофазный процесс осуществляют в трубчатом контактном аппарате при 250-350°С на никель- или медьсодержащем кат
С6Н5NO2 + 3H2 = C6H5NH2 + 2H2O + 443,8кДж/моль
Анилин отделяется от воды расслаиванием и очищается дистилляцией; реакц. вода обезвреживается биохимически. Для получения 1 т анилина расходуется 1,35 т нитробензола, 800 м3 Н2 и 1 кг катализатора.
В жидкой фазе анилин получают при повыш. давлении Н2 (до 1,1 МПа) и 160-170°С на никелевом или палладиевом кат. с одноврем. отгонкой воды и анилина благодаря теплоты р-ции.
Амины вошли в нашу жизнь совершенно неожиданно. Еще недавно это были ядовитые вещества, столкновение с которыми могло привести к смерти. И вот, спустя полтора столетия, мы активно пользуемся синтетическими волокнами, тканями, строительными материалами, красителями, в основе которых лежат амины. Нет, они не стали безопаснее, просто люди смогли их "приручить" и подчинить, извлекая для себя определенную пользу. О том, какую именно, и поговорим далее.
Определение
Для качественного и количественного определение анилина в растворах или соединениях используется реакция с в конце которой на дно пробирки выпадает белый осадок в виде 2,4,6-триброманилина.
Амины в природе
Амины встречаются в природе повсеместно в виде витаминов, гормонов, промежуточных продуктов обмена, есть они и в организме животных и в растениях. Кроме того, при гниении живых организмов также получаются средние амины, которые в жидком состоянии распространяют неприятный запах селедочного рассола. Широко описанный в литературе «трупный яд» появился именно благодаря специфическому амбре аминов.
Длительное время рассматриваемые нами вещества путали с аммиаком из-за похожего запаха. Но в середине девятнадцатого века французский химик Вюрц смог синтезировать метиламин и этиламин и доказать, что при сгорании они выделяют углеводород. Это было принципиальным отличием упомянутых соединений от аммиака.
Получение аминов в промышленных условиях
Так как атом азота в аминах находится в низшей степени окисления, то восстановление азотосодержащих соединений является наиболее простым и доступным способом их получения. Именно он широко распространен в промышленной практике из-за своей дешевизны.
Первый метод представляет собой восстановление нитросоединений. Реакция, во время которой образуется анилин, носит название ученого Зинина и была проведена в первый раз в середине девятнадцатого века. Второй способ заключается в восстановлении амидов при помощи алюмогидрида лития. Из нитрилов тоже можно восстановить первичные амины. Третий вариант - реакции алкилирования, то есть введение алкильных групп в молекулы аммиака.
Применение аминов
Сами по себе, в виде чистых веществ, амины используются мало. Один из редких примеров - полиэтиленполиамин (ПЭПА), который в бытовых условиях облегчает затвердение эпоксидной смолы. В основном первичный, третичный или вторичный амин - это промежуточный продукт в производстве различных органических веществ. Самым востребованным является анилин. Он - основа большой палитры анилиновых красителей. Цвет, который получится в конце, зависит непосредственно от выбранного сырья. Чистый анилин дает синий цвет, а смесь анилина, орто- и пара-толуидина будет красной.
Алифатические амины нужны для получения полиамидов, таких как нейлон и другие Они применяются в машиностроении, а также в производстве канатов, тканей и пленок. Кроме того, алифатические диизоцинаты используются в изготовлении полиуретанов. Из-за своих исключительных свойств (легкость, прочность, эластичность и способность прикрепляться к любым поверхностям) они востребованы в строительстве (монтажная пена, клей) и в обувной промышленности (противоскользящая подошва).
Медицина - еще одна сфера, где применяются амины. Химия помогает синтезировать из них антибиотики группы сульфаниламидов, которые успешно применяют в качестве препаратов второй линии, то есть резервной. На случай, если у бактерий разовьется устойчивость к основным лекарствам.
Вредное воздействие на организм человека
Известно, что амины - это весьма токсичные вещества. Вред здоровью может нанести любое взаимодействие с ними: вдыхание паров, контакт с открытой кожей или попадание соединений внутрь организма. Смерть наступает от нехватки кислорода, так как амины (в частности, анилин) связываются с гемоглобином крови и не дают ему захватывать молекулы кислорода. Тревожными симптомами являются одышка, посинение носогубного треугольника и кончиков пальцев, тахипноэ (учащенное дыхание), тахикардия, потеря сознания.
В случае попадания этих веществ на оголенные участки тела необходимо быстро убрать их ватой, предварительно смоченной в спирте. Делать это надо максимально аккуратно, чтобы не увеличить площадь загрязнения. Если появятся симптомы отравления - обязательно нужно обратиться к врачу.
Алифатические амины - это яд для нервной и сердечно-сосудистой систем. Они могут вызвать угнетение функций печени, ее дистрофию и даже онкологические заболевания мочевого пузыря.
Строение анилина
Простейший представитель класса ароматических аминов - анилин. Это маслянистая жидкость, немного растворимая в воде (рис. 1).
Рис. 1. Анилин
Некоторые другие ароматические амины (рис. 2):
орто-толуидин 2-нафтиламин 4-аминобифенил
Рис. 2. Ароматические амины
Как отражается на свойствах вещества сочетание бензольного кольца и заместителя, имеющего неподеленную электронную пару? Электронная пара азота втягивается в ароматическую систему (рис. 3):
Рис. 3. Ароматическая система
К чему это приводит?
Основные свойства анилина
Электронная пара анилина «втянута» в общую ароматическую систему, и электронная плотность на азоте анилина понижена. Значит, анилин будет более слабым основанием, чем амины и аммиак. Анилин не меняет окраску лакмуса и фенолфталеина.
Электрофильное замещение в анилине
Повышенная электронная плотность в бензольном кольце (за счет втягивания электронной пары азота) приводит к облегчению электрофильного замещения, особенно в орто - и пара-положениях.
Анилин реагирует с бромной водой, при этом сразу образуется
2,4,6-триброманилин - белый осадок (качественная реакция на анилин и другие аминбензолы).
Вспомним: бензол взаимодействует с бромом только в присутствии катализатора (рис. 4).
Рис. 4. Взаимодействие анилина с бромом
Окисление анилина
Высокая электронная плотность в бензольном кольце облегчает окисление анилина. Анилин обычно окрашен в коричневый цвет из-за того, что часть его окисляется кислородом воздуха даже в нормальных условиях.
Применение анилина и аминов
Из продуктов окисления анилина получают анилиновые красители, отличающиеся стойкостью и яркостью.
Из анилина и аминов получают применяющиеся для местного наркоза анестезин и новокаин; противобактериальное средство стрептоцид; популярное обезболивающее и жаропонижающее средство парацетамол (рис. 5):
Анестезин новокаин
стрептоцид парацетамол
(пара-аминобензолсульфамид (пара-ацетоаминофенол)
Рис. 5. Производные анилина
Анилин и амины - сырье для производства пластмасс, фотореактивов, взрывчатых веществ. Взрывчатое вещество гексил (гексанитродифениламин) (рис. 6):
Рис. 6. Гексил
Получение анилина и аминов
1. Нагревание галогеналканов с аммиаком или менее замещенными аминами (реакция Гофмана).
СН3Br + NH3 = CH3NH2 + HBr (правильнее CH3NH3Br);
СH3NH2 + CH3Br = (CH3)2NH + HBr (правильнее (CH3)2NH2Br);
(CH3)2NH + CH3Br = (CH3)3N + HBr (правильнее (CH3)3NHBr).
2. Вытеснение аминов из их солей нагреванием со щелочами:
CH3NH3Cl + KOH = CH3NH2- + KCl + H2O.
3. Восстановление нитро соединений (реакция Зинина):
С6Н5NO2 + 3Fe + 6HCl = C6H5NH2 + 3FeCl2 + 2H2O;
С6Н5NO2 + 3H2 С6Н5NH2 + 2H2O.
Подведение итога урока
На данном уроке была рассмотрена тема «Особенности свойств анилина. Получение и применение аминов». На этом занятии вы изучили особенности свойств анилина, обусловленные взаимным влиянием ароматической структуры и атома, присоединённого к ароматическому кольцу. Также рассмотрели способы получения аминов и области их применения.
Список литературы
Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин, А. А. Дроздов, В. И. Теренин. - М.: Дрофа, 2008. - 463 с. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин, А. А. Дроздов, В. И. Теренин. - М.: Дрофа, 2010. - 462 с. Хомченко Г. П., Хомченко И. Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. - 4-е изд. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. - 278 с.
Домашнее задание
№№ 5, 8 (с. 14) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012. Сравните свойства аминов предельного ряда и анилина. На примере анилина объясните сущность влияния атомов в молекуле.
Органическая химия. Сайт о химии. Интернет-портал promobud.
Аминами называются производные аммиака, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами:
CH 3 – NH 2 C 2 H 5 – NH 2 C 3 H 7 – NH 2
метиламин этиламин пропиламин
Группа - NH 2 называется аминогруппой . Амины – органические основания.
Наибольшее практическое значение имеет ароматический амин анилин. Анилин C 6 H 5 – NH 2 (фениламин)
Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. Анилин более слабое основание, чем амины предельного ряда.
Основные свойства анилина:
а) ароматический амин – анилин имеет большое практическое значение;
б) анилин C 6 H 5 NH 2 – это бесцветная жидкость, которая плохо растворяется в воде;
в) имеет светло-коричневую окраску при частичном окислении на воздухе;
г) анилин сильно ядовит.
Основные свойства у анилина проявляются слабее, чем у аммиака и аминов предельного ряда.
1. Анилин не изменяет окраски лакмуса, но при взаимодействии с кислотами образует соли.
2. Если к анилину прилить концентрированную соляную кислоту, то происходит экзотермическая реакция и после охлаждения смеси можно наблюдать образование кристаллов соли: + Cl - – хлорид фениламмония.
3. Если на раствор хлорида фениламмония подействовать раствором щелочи, то снова выделится анилин: + + Сl - + Nа + + ОН - > Н 2 О + С 6 Н 5 NН 2 + Nа + + СI - . Здесь выражено влияние ароматического радикала фенила – С 6 Н 5 .
4. В анилине C 6 H 5 NH 2 бензольное ядро смещает к себе неподеленную электронную пару азота аминогруппы. При этом электронная плотность на азоте уменьшается и он слабее связывает ион водорода, а это значит, что свойства вещества как основания проявляются в меньшей степени.
5. Аминогруппа влияет на бензольное ядро.
6. Бром в водном растворе не реагирует с бензолом.
Химические свойства
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. С другой стороны, под
влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях
замещения, чем бензол.
1. Анилин энергично реагирует с бромной
водой с образованием
2,4,6-триброманилина (белый осадок). Эта реакция может использоваться для качественного определения анилина:
2. Анилин взаимодействует с кислотами с образованием солей:
C 6 H 5 –NH 2 + HCl → C 6 H 5 NH 3 Cl (хлорид фениламмония)
2C 6 H 5 –NH 2 + H 2 SO 4 → (C 6 H 5 NH 3) 2 SO 4 (сульфат фениламмония)
Получение анилина в промышленности основано на реакции восстановления нитробензола, которую открыл русский учёный Н. Н. Зинин. Нитробензол восстанавливают в присутствии чугунных стружек и соляной кислоты. Вначале выделяется атомарный водород, который и взаимодействует с нитробензолом.
Fe + 2HCl → FeCl 2 + 2H
C 6 H 5 –NO 2 + 6H → C 6 H 5 –NH 2 + 2H 2 O
Способы применения анилина:
1) анилин – один из важнейших продуктов химической промышленности;
2) он является исходным веществом для получения многочисленных анилиновых красителей;
3) анилин используется при получении лекарственных веществ, например сульфаниламидных препаратов, взрывчатых веществ, высокомолекулярных соединений и т. д. Открытие профессором Казанского университета Н.Н. Зининым (1842 г.) доступного способа получения анилина имело большое значение для развития химии и химической промышленности.
1. Промышленность органического синтеза началась с производства красителей.
2. Широкое развитие этого производства стало возможным на основе использования реакции получения анилина, известной сейчас в химии под названием реакции Зинина.
Особенности реакции Зинина:
1) эта реакция заключается в восстановлении нитробензола и выражается уравнением:
С 6 Н 5 -NO 2 + 6Н > С 6 Н 5 -NН 2 + 2Н 2 О;
2) распространенным промышленным способом получения анилина является восстановление нитробензола металлами, например железом (чугунными стружками), в кислой среде;
3) восстановление нитросоединений соответствующего строения – это общий способ получения аминов.
