Химические свойства
Таутомерия нитроалканов и кислотность
Первичные и вторичные алифатические нитросоединения характеризуются СН-кислотностью, что связано с сильно выраженным –I-эффектом нитрогруппы. Эти особенности создают условия для существования аци-форм нитроалканов:
Из двух таутомерных форм более стабильной и преобладающей является нитроформа. Например, для нитрометана концентрация аци-формы не превышает 1∙10-7.
Кислотность мононитроалканов сравнима с кислотностью фенолов, однако она возрастает с увеличением числа нитрогрупп, связанных с одним углеродным атомом:
CH3NO2 O2N–CH2–NO2 H–C(NO2)3
pKα=10,2 pKα=4,0 pKα≈0,15
Анион нитроалкана подобно енолят-аниону является амбидентныманионом, поэтому для него характерными являются галогенирование, нитрозирование, алкилирование, реакции конденсации с карбонильными соединениями, а также аминометилирование (реакция Манниха), присоединение к α,β-непредельным соединениям, восстановление.
Галогенирование нитроалканов в присутствии оснований протекает легко по СН-кислотному центру:
При нитрозировании образуются нитрозонитроалканы, которые далее изомеризуются в нитроновые кислоты:
Взаимодействие с алкилирующими агентами может происходить в направлении О-алкилирования и С-алкилирования, что можно регулировать соответствующими условиями:
Первичные и вторичные нитроалканы в щелочной среде вступают в реакции конденсации с альдегидами и кетонами. В данной реакции участвует анион нитроалкана, поскольку кислотность нитроалканов гораздо выше, чем у альдегидов и кетонов. Если в реакции участвует ароматическое оксосоединение, то промежуточный вторичный спирт легко отщепляет воду, с образованием непредельного соединения:
Нитроалканы взаимодействуют с первичными и вторичными аминами и формальдегидом с образованием аминометильных производных. Аминометильная группа замещает водород в СН–кислотном центре. Эта реакция называется аминометилированием:
Первичные и вторичные нитроалканы способны присоединятся к активированной двойной связи α,β-непредельных карбонильных соединений:
При восстановлении нитроалканов и нитроаренов образуются соответствующие алкил– или ариламины:
(Ar)Alk–NO2 + 6H → (Ar)Alk–NH2 + H2O.
Водород в момент выделения можно получать либо действием кислоты на металл, либо раствором щёлочи на амфотерные металлы (Zn, Sn и др.).
Впервые восстановление нитробензола до анилина было осуществлено выдающимся отечественным химиком Н.Н. Зининым в 1842 году по реакции:
С использованием сульфида аммония в качестве восстановителя впервые были получены не только анилин, но и 2-нафтиламин и м-аминобензойная кислота.
Восстановление нитросоединений в соответствующие амины можно осуществлять действием не только сульфидов, но и самого сероводорода:
R–NO2 + 3H2S → R–NH2 + 3S + H2O.
Восстановление нитроаренов, как и нитроалканов, в кислой среде на первой стадии осуществляется присоединением двух электронов (Н – е–→ Н+) и завершается образованием нитрозопроизводного:
С6Н5–NO2 + 2e– + 2H+ → С6Н5–NO + H2O
нитрозобензол
Нитрозобензол восстанавливается до фенилгидроксиламина, который далее восстанавливается до анилина:
Суммарно: C6H5NO2 + 6H → C6H5NH2 + 2H2O
В щелочной среде нитрозобензол восстанавливается очень медленно, поэтому в реакционной среде накапливаются нитрозобензол и фенилгидроксиламин. Щёлочь в данном случае является катализатором реакции:
Для ароматических нитросоединений характерны реакции электрофильного замещения по ароматическому ядру (подробно см. раздел 10.3.2):
Нитроарены могут вступать также в реакции нуклеофильного замещения. Характерно, что более активными являются динитропроизводные, у которых нитрогруппы находятся в о- и п-положениях. В этом случае одна из нитрогрупп способна замещаться на гидроксигруппу:
Амины
Амины – это производные аммиака, у которого атомы водорода замещены на углеводородные радикалы.
В зависимости от числа углеводородных радикалов различают первичные, вторичные и третичные амины.
Другая группа соединений в этом же ряду – это замещённые соли аммония, которые включают следующие типы соединений: [RN+H3]X–; [R1R2N+H2]X–; [R1R2R3N+H]X–; [R1R2R3R4N+]X–.
Группа –NH2 называется аминогруппой.
По радикально-функциональной номенклатуре простейшие амины можно называть по числу радикалов, связанных с атомом азота с добавлением суффикса «амин»:
Очень удобной системой названий для аминов является та, которая соответствует номенклатуре ИЮПАК: суть её заключается в том, что она аналогична номенклатуре спиртов, только в данном случае к названию соответствующего углеродоводорода добавляют окончание «амин»:
В случае вторичных и третичных аминов названия формируются таким образом, чтобы вначале выбрать наиболее длинную цепь углеродных атомов как основного соединения. Остальные заместители при атоме азота указываются с префиксом N–:
В некоторых случаях для NH2-группы (первичные амины) допускается использование префикса «амино».
Вторичные и третичные амины в этом случае называют так, чтобы префикс включал радикал с наибольшей цепью углеродных атомов:
Дата добавления: 2020-10-01; просмотров: 681;