Амины: Часть 2

Видео

Конспект

Алкилирование аминов:

Взаимодействие с галогеналканами. Реакции между аминами и галогеналканами протекают по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения $S_{N}2$. Роль нуклеофила в этой реакции выполняет молекула амина. Продукт замещения в реакционной смеси присутствует в виде соли. Обработкой соли водным раствором гидроксида натрия получают продукт алкилирования амина в свободном виде.

18image12

18image12.1

Недостатком данной реакции является образование в результате её протекания смеси первичных, вторичных, третичных аминов и солей тетралкиламмония. Использование этого метода оправдано при алкилировании аминов в присутствии избытка галогеналкана с целью получения четвертичной аммониевой соли:

18image13

Взаимодействие со спиртами. Реакции между аминами и спиртами являются альтернативным методом алкилирования аминов и занимают важное место в промышленности. Данные превращения протекают при температурах $300-500^{о}С$ в присутствии катализаторов дегидратации ($Al_{2}O_{3}$, $SiO_{2}$ и т.п.):

18image14

Как и в предыдущем случае, при аммонолизе спиртов образуется смесь продуктов, однако промышленные методы позволяют разделить первичные, вторичные и третичные амины и найти каждому из них своё применение.

Ацилирование аминов. Первичные и вторичные амины гладко реагируют с галогенангидридами и ангидридами кислот. В результате ацилирования аминов образуются амиды кислоты. При применении в качестве ацилирующих агентов галогенангидридов выделяющийся галогеноводород связывают избытком амина или добавлением основания. Эти реакции известны как N-ацилирование аминов:

18image15

Также в качестве ацилирующих агентов могут выступать сложные эфиры и карбоновые кислоты. При использовании карбоновых кислот сначала образуются соли, пиролиз которых приводит к образованию амидов.

Взаимодействие с карбонильными соединениями. Реакции аминов с альдегидами и кетонами представляют собой нуклеофильное присоединение по карбонильной группе с промежуточным образованием аминоспирта и последующим отщеплением молекулы воды. Взаимодействие первичных аминов с карбонильными соединениями приводит к иминам или основаниям Шиффа:

18image16

Вторичные амины образовать имины не могут, вместо них получаются иминиевые соли. При наличии атома водорода в $\alpha$-положении относительно карбонильной группы иминиевые соли превращаются в енамины.

18image17

Процесс образования иминов и енаминов обратим, поэтому выделяющуюся воду обычно удаляют отгонкой. При взаимодействии с разбавленными кислотами имины и енамины образуют исходное карбонильное соединение. Третичные амины с карбонильными соединениями не реагируют.

Взаимодействие с азотистой кислотой. Первичные и вторичные амины реагируют с азотистой кислотой, образующейся при добавлении нитрита натрия к разбавленной азотистой кислоте. Первичные амины под действием азотистой кислоты превращаются в спирты:

$$

RNH_2 + HNO_2 \longrightarrow ROH + N_2\uparrow + H_2O

$$ Промежуточным соединением в этой реакции является неустойчивая соль диазония. Вторичные амины дают с азотистой кислотой N-нитрозамины – маслянистые жидкости с характерным запахом.

$$

R_2NH + HO--N=O \longrightarrow R_2N--N=O + H_2O

$$ Третичные амины реагируют с азотистой кислотой в течение долгого времени. Таким образом, азотистая кислота – реагент, позволяющий определить тип амина.

Элиминирование по Гофману. Четвертичные аммониевые соли под действием влажного оксида серебра(I) переходят в гидроксиды тетраалкиламмония. При нагревании четвертичные аммониевые основания подвергаются расщеплению. Это расщепление называется элиминированием по Гофману. В результате реакции образуется менее замещённый алкен (правило Гофмана).

18image20

Получение

Алкилирование аммиака и аминов. Как было сказано ранее, алкилирование аммиака и аминов алкилгалогенидами или спиртами в присутствии $Al_{2}O_{3}$ позволяет получать лишь смесь аминов различной степени замещённости. Реакции переалкилирования, определяющие низкую селективность данного подхода, могут быть подавлены использованием большого избытка аммиака или амина, который подвергается алкилированию. Этот прием имеет практическое значение, если амин относительно дешев и летуч, что позволяет удалить его по окончании реакции.

$$

\underset{\textit{н}-бутилбромид}}{CH_3CH_2CH_2CH_2Br} + NH_3 \xrightarrow[\substack{(вода-- \\ этанол)}]{} \xrightarrow[H_2O]{NaOH} \underset{\textit{н}-бутиламин}}{CH_3CH_2CH_2CH_2NH_2}

$$

Синтез аминов по Габриэлю. Метод Габриэля представляет собой старый метод получения первичных аминов без примеси вторичных и третичных аминов. В основе метода лежит реакция нуклеофильного замещения между фталимидом калия и галогеналканом. Гидролиз или обработка N-алкилфталимида гидразином дают чистый моноалкиламин.

18image22

Синтез аминов из азидов. Первичные амины могут быть получены путём восстановления органических азидов. Азиды, как правило, образуются в результате реакции нуклеофильного замещения алкилгалогенидов под действием азида натрия в ДМФА. В качестве восстановителей выступают $H_{2}$ на катализаторе, $LiAlH_{4}$ или $Ph_{3}P, H_{2}O$.

$$

RN_3 \xrightarrow{[H]} RNH_2 \qquad [H] = LiAlH_4 или 1)~PPh_3 и 2)~H_2O (по Штаудингеру)

$$

Реакция Гофмана. Помимо прочего, первичные амины получают реакцией амидов карбоновых кислот со щелочным раствором галогена (хлора, брома или иода). В ходе превращения углеродная цепь укорачивается на один атом углерода. Эту реакцию также называют перегруппировкой Гофмана.

18image24

Восстановление азотсодержащих соединений. Важным методом получения аминов различной степени замещённости является восстановление азотсодержащих органических соединений.

$$

\begin{array}{l@{\qquad}l}

RCN \xrightarrow{[H]} RCH_2NH_2 & [H] = LiAlH_4 или H_2/Pd или B_2H_6 \\[0.5em]

RCONH_2 \xrightarrow{[H]} RCH_2NH_2 & [H] = LiAlH_4 или B_2H_6 \\[0.5em]

AlkNO_2 \xrightarrow{[H]} AlkNH_2 & [H] = LiAlH_4 или H_2/Pd

\end{array}

$$

Восстановительное аминирование. Амины различного строения могут быть получены восстановлением реакционноспособных иминов, образующихся в результате взаимодействия карбонильных соединений с амином или аммиаком. Для этого реакцию между карбонильным соединением и, например, аммиаком проводят в присутствии восстановителя. В качестве восстанавливающих агентов используют $H_{2}$ на катализаторе, муравьиную кислоту или мягкие гидридные восстановители ($NaBH_{3}CN$).

c C_6H_5–CHO + NH_3 C_6H_5CH_2NH_2

бензальдегид бензиламин