20.6: Реакції амінів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 23112

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Аміни як нуклеофіли

Аміни рідко служать покидають групи в реакціях нуклеофільної заміщення або каталізованих основою реакцій елімінації. Дійсно, вони ще менш ефективні в цій ролі, ніж гідроксильні і алкоксильні групи. Поки ми побачимо ще один розділ про те, що можна примусити амін служити групою, що відходить. Як слабкі основи аміни є хорошими нуклеофілами.

Аміни та карбоніли

Реакція альдегідів і кетонів з аміаком або 1º-амінами утворює похідні іміну, також відомі як основи Шиффа (сполуки, що мають функцію C = N). Вода усувається в реакції, яка каталізується кислотою і оборотна в тому ж сенсі, що і ацетальне утворення. РН для реакцій, які утворюють імінові сполуки, необхідно ретельно контролювати. Швидкість, з якою утворюються ці імінові сполуки, як правило, найбільша поблизу рН 5, і падає при вищому і нижчому pH. При високому рН не буде достатньо кислоти для протонації ОН в проміжному, щоб забезпечити видалення як Н ₂ О. При низькому рН більша частина амін-реагенту буде пов'язана як його амонійна кон'югатна кислота і стане ненуклеофільної.

Іміноутворення оборотне. Іміни можуть бути гідролізовані назад до відповідного первинного аміну в кислих водних умовах.

Більшість альдегідів і кетонів реагують з 2º-амінами, даючи продукти, відомі як емалі.

Слід зазначити, що, як і ацетальне та іміноутворення, це каталізовані кислотою оборотні реакції, при яких втрачається вода. Отже, емалі легко перетворюються назад у свої карбонільні попередники шляхом кислотно-каталізованого гідролізу.

Аміни та хлориди кислот

Хлориди кислот вступають в реакцію з аміаком, 1 ^o амінами і 2 ^o амінами з утворенням амідів

Приклади:

Аміни та сульфонілхлорид

Сульфонільна група є сірчано-аналогом карбонільної групи. Обидві групи містять електрофільний карбонільний вуглець з хлоридом як відмінну групу, що залишає. Оскільки сірка є третім елементом оболонки, вона може утворювати «розширені октети».

CH 20 сект 6 сульфоніл generic.png

Аміни реагують з сульфонільними групами з утворенням сульфаніламідів. Сульфаніламіди застосовуються як протимікробні засоби терапевтично і називаються сульфаніламідами. Реакція на утворення сульфаніламідів відбувається в лужних умовах, щоб зберегти нуклеофільний амін. Будь-який раз, коли аміни присутні у водному розчині, вимірюваний гідроксид присутній. Механізм реакції сульфонації аналогічний механізму ацилювання, як показано нижче.

CH 20 сект 6 сульфаніламід mechanism.png

Кінець цієї глави включає деяку додаткову інформацію про сульфаніламіди.

алкіляції

Повчально досліджувати реакції заміщення азоту, використовуючи загальні алкілгалогеніди як електрофіли. Таким чином, реакція первинного алкілброміду з великим надлишком аміаку дає відповідний 1º-амін, імовірно за механізмом S _N 2. Отриманий в реакції бромід водню з'єднується з деякою часткою надлишку аміаку, даючи бромід амонію в якості побічного продукту. Вода зазвичай не реагує з 1º-алкілгалогенідами, щоб дати спирти, тому чітко продемонстрована підвищена нуклеофільність азоту щодо кисню.

2 RCH ₂ Br + NH ₃ (великий надлишок)

RCH ₂ NH ₂ + NH ₄ ⁽⁺⁾ Br ^(—)

Звідси випливає, що прості аміни також повинні бути більш нуклеофільними, ніж їх спиртові або ефірні еквіваленти. Якщо, наприклад, ми хочемо провести реакцію S _N 2 алкоголю з алкілгалогенідом для отримання ефіру (синтез Вільямсона), необхідно перетворити слабонуклеофільний спирт на його більш нуклеофільну кон'югатну основу для реакції. На відміну від цього, аміни реагують з алкілгалогенідами безпосередньо, щоб дати N-алкіліровані продукти. Оскільки ця реакція виробляє HBr як побічний продукт, також будуть утворюватися гідробромідні солі алкільованого аміну або не прореагував стартового аміну (в рівновазі).

2 РНХ ₂ + С ₂ Н ₅ Бр

РНХК ₂ Н ₅ + РНХ ₃ ⁽⁺⁾ Бр ^(—)

РНХ ₂ С ₂ Н ₅ ⁽⁺⁾ Бр ^(—) + РНХ ₂

На жаль, пряме алкілування 1º або 2º-амінів для отримання більш заміщеного продукту не відбувається чисто. Якщо використовується співвідношення аміну до алкілгалогеніду 1:1, лише 50% аміну буде реагувати, оскільки решта аміну буде зв'язана як сіль галогеніду амонію (пам'ятайте, що виробляється один еквівалент сильної кислоти HX). Якщо використовується співвідношення аміну до алкілуючого агента 2:1, як у наведеному вище рівнянні, питання HX вирішується, але виникає інша проблема. І початковий амін, і амін продукту є нуклеофілами. Отже, як тільки реакція почалася, амін продукту конкурує з вихідним матеріалом на пізніх стадіях алкілування, і також утворюються деякі вищі алкілірованние продукти. Навіть 3º-аміни можуть бути алкіліровані з утворенням четвертинних (4º) амонійних солей. Коли потрібні солі тетраалкілу амонію, як показано в наступному прикладі, основа Хюніга може бути використана для очищення HI, що утворюється в трьох реакціях S _N 2. Стерична перешкода запобігає метилюванню цього 3º-аміну (основа Хюніга).

C ₆ H ₅ NH ₂ + 3 CH ₃ I + Hünig база C ₆ H ₅ N (CH ₃) ₃ ⁽⁺⁾ I ^(—) + HI сіль основи Хюніга

Ви отримуєте складну серію реакцій на нагріванні первинних амінів галогеноалканами для отримання суміші продуктів - ймовірно, один з найбільш заплутаних наборів реакцій, які ви зустрінете на цьому рівні. До продуктів реакцій відносяться вторинні і третинні аміни і їх солі, а також солі четвертинного амонію.

Виготовлення вторинних амінів і їх солей

На першій стадії реакції ви отримуєте сіль утворюється вторинного аміну. Наприклад, якщо ви почали з етиламіну та брометану, ви отримаєте бромід діетиламмонію.

При наявності надлишку етиламіну в суміші існує ймовірність оборотної реакції. Етиламін видаляє водень з іона діетиламонію, щоб отримати вільний діетиламін - вторинний амін.

Виготовлення третинних амінів і їх солей

Але це не зупиняється на цьому! Діетиламін також вступає в реакцію з брометаном - в ті ж дві стадії, що і раніше. Тут реакція почнеться, якщо ви відреагували вторинний амін галогеноалканом.

На першому етапі ви отримуєте триетиламмонію бромід.

Знову ж таки існує можливість оборотної реакції між цією сіллю і надлишком етиламіну в суміші.

Етиламін видаляє іон водню з іона триетиламонію, щоб залишити третинний амін - триетиламін.

Виготовлення четвертинної амонійної солі

Заключний етап! Триетиламін вступає в реакцію з брометаном з отриманням броміду тетраетиламонію - четвертинної амонійної солі (тієї, в якій всі чотири водню були замінені алкільними групами).