Амины и аминокислоты

Начинаем проходить химию азотсодержащих органических веществ, первым важным классом таких соединений являются – амины. Амины можно рассматривать как производные аммиака NH₃, в котором атомы водорода замещены на углеводородные заместители (радикалы). Примеры некоторых аминов и их агрегатное состояние (при н.у.) приведены в таблице:

Амин	Название	Агрегатное состояние (при н.у.)
CH3NH2	Метиламин	Газ
CH3CH2NH2	Этиламин	Газ
(CH3)2NH	Диметиламин	Газ
	Анилин	Жидкость

В зависимости от числа углеводородных заместителей, связанных с азотом, выделяют:

• Первичные амины;
• Вторичные амины;
• Третичные амины;
• Четвертичные амины.

Для аминов характерны:

• Проявление основных свойств за счёт неподелённой электронной пары азота (кроме четвертичных аминов, в которых пара азота уже участвует в образовании донорно-акцепторной связи), что обеспечивает, например, водным растворам аминам слабощёлочную реакцию среды;
• Проявление структурной изомерии: изомерия положения углеводородных заместителей, изомерия углеродного скелета, изомерия положения амино-группы.

Химические свойства аминов

• Основные свойства аминов

Для начала начнём с определения силы основных свойств разных водных растворов аминов:

Основные свойства возрастают

Видны следующие тенденции:

• С увеличением числа алифатических углеводородных заместителей основность аминов растёт;
• С увеличением числа ароматических углеводородных заместителей основность аминов уменьшается, что связано с вовлечением электронной пары азота в сопряжение с ароматическим кольцом.

Из этих правил немного выбиваются третичные амины: у них более низкая основность в водных растворах из-за плохой доступности электронной пары – она скрыта тремя объёмными углеводородными заместителями.

Основные свойства аминов также проявляются в реакциях с кислотами:

А также в реакциях алкилирования (реакция Гофмана):

Данную реакцию можно рассматривать как способ получения вторичного амина из первичного амина.

Важно: в солях аминов обязательно необходимо указывать заряды.

Основные свойства аминов также обеспечивают их реакцию со спиртами при нагревании:

CH₃CH₂NH + CH₃CH₂OH → (CH₃CH₂)₂N + H₂O

• Реакция с бромной водой

Анилин за счёт вовлечения электронной пары азота в ароматическое кольцо сильно активирует свою ароматическую систему, что позволяет относительно легко реагировать с бромной водой:

Поскольку амино-группа сильно активирует бензольное кольцо, то замещение идёт в орто-положения и пара-положение. Эту реакцию можно считать качественной реакцией на анилин, поскольку в ходе неё выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина.

• Реакция с азотистой кислотой

Азотистая кислота позволяет различать амины по продуктам реакции. Первичные амины реагируют с азотистой кислотой, давая воду, азот и соответствующий спирт:

CH₃CH₂NH₂ + HNO₂ → CH₃CH₂OH + N₂ + H₂O

Вторичные амины переходят в нитрозо-соединения:

(CH₃)₂NH + HNO₂ → (CH₃)₂N-NO + H₂O

Третичные амины образуют неустойчивые нитрозо-соединения, которые затем разрушаются:

Аминокислоты

Среди аминов сильно выделяются вещества, сочетающие в своей структуре сразу две функциональные группы:

• Амино-группу NH₂ – она обеспечивает основные свойства;
• Карбоксильную группу COOH – она обеспечивает кислотные свойства.

Такие вещества называют амфотерными или амфолитами. Два характерных представителя природных аминокислот представлены в таблице:

Аминокислота	Название
	Аминоуксусная кислота, глицин
	2-аминопропановая кислота, аланин

Природные аминокислоты отличаются от аминокислот неприродного происхождения тем, что амино-группа должна находиться у соседнего атома углерода с карбоксильной группой (быть во втором или α-положении).

Химические свойства аминокислот

Для аминокислот справедливы абсолютно все те же реакции, что и для остальных аминов, перечисленные выше. К ним добавляются реакции за счёт карбоксильной группы, а именно реакции с основаниями (и активными металлами), реакция этерификации:

H₂N-CH₂-COOH + NaOH → H₂N-CH₂-COONa + H₂O

H₂N-CH₂-COOH + CH₃CH₂OH → H₂N-CH₂-COOCH₂CH₃ + H₂O

Особое положение занимает реакция поликонденсации, которая идёт между амино-группой одной аминокислоты и карбоксильной группой второй аминокислоты:

Показанный зелёным цветом фрагмент называется пептидной связью, а конечное органическое вещество дипептидом. Эта реакция является ключевой в сборке аминокислот в сложные последовательности аминокислот – пептиды. В ходе неё также образуется низкомолекулярное соединение – вода, поэтому эту реакцию и называют реакцией поликонденсации.

Резюме

• Амины – азотсодержащие органические вещества, которые можно себе представить как аммиак, в котором часть атомов водорода замещены на углеводородные заместители.
• Для аминов характерны основные свойства: реакции с кислотами, алкилгалогенидами, спиртами. Также амины по-особому реагируют с азотистой кислотой.
• Качественная реакция на анилин – его реакция с бромной водой, дающая осадок 2,4,6-триброманилина.
• Аминокислоты сочетают в своей структуре одновременно амино-группу с карбоксильной группой, что позволяет им проявлять как кислотные свойства, так и основные свойства.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №11 (тестовая часть)

Из предложенного перечня выберите два вещества, в молекулах которых все атомы углерода находятся в sp²-гибридном состоянии.

1. анилин;
2. этан;
3. пропадиен;
4. 2,4,6-триброманилин;
5. циклопропан.

Задание 2. Задача № 14 (тестовая часть)

Установите соответствие между исходными веществами и органическим продуктом, который преимущественно образуется при их взаимодействии с HNO₂: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА                                 ПРОДУКТ

А)  метиламин                                                  1) C₂H₅OH

Б) диметиламин                                               2) (CH₃)₂NNO

В)  этиламин                                                     3) (C₂H₅)₂NNO

Г)  диэтиламин                                                 4) N₂

                                                                         5) H₂O

                                                                         6) CH₃OH

Задание 3. Задача № 32 (вторая часть))

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Al₄C₃ → X₁ → CH₃Cl → X₂ → X₃→ CH₃OH

Определения:

1. Амины – класс органических веществ, содержащих азот, которые представляют собой аммиак NH₃, в котором часть атомов водорода замещены на углеводородные радикалы.
2. Первичные амины – амины, в которых азот связан лишь с одним углеводородным радикалом, например CH₃NH₂.
3. Вторичные амины – амины, в которых азот связан с двумя углеводородными радикалами, например (C₂H₅)₂NH.
4. Третичные амины – амины, в которых азот связан с тремя углеводородными радикалами, например (CH₃)₃N.
5. Четвертичные амины – соли, в которых азот связан с четырьмя углеводородными заместителями, например, [(CH₃)₄N]⁺Br^—.
6. Изомерия положения углеводородных заместителей заключается, например, в том, что первичные амины могут быть изомерны вторичным аминам:
   
7. Изомерия углеродного скелета в случае аминов ярко выражается, например, в паре изомеров н-пропиламин CH₃CH₂CH₂NH₂ и изопропиламин (CH₃)₂CHNH₂.
8. Изомерия положения амино-группы определяется тем у какого атома углерода находится амино-группа.