Амины: основность и свойства

Амины — производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены углеводородными радикалами. По числу радикалов при атоме азота различают первичные амины \(\ce{R-NH2}\) (метиламин \(\ce{CH3-NH2}\), этиламин \(\ce{CH3-CH2-NH2}\)), вторичные амины \(\ce{R2NH}\) (диметиламин \(\ce{(CH3)2NH}\)) и третичные амины \(\ce{R3N}\) (триметиламин \(\ce{(CH3)3N}\)). По радикалу различают алифатические и ароматические амины; простейший ароматический амин — анилин \(\ce{C6H5-NH2}\). Общая формула предельных аминов \(\ce{C_nH_{2n+3}N}\).

Метиламин, диметиламин, триметиламин и этиламин — газы с запахом аммиака и рыбы, хорошо растворимые в воде; высшие амины — жидкости и твёрдые вещества. Анилин — маслянистая бесцветная жидкость, темнеющая на воздухе, плохо растворимая в воде и ядовитая.

Почему амины — основания

У атома азота в аминах, как и в аммиаке, есть неподелённая электронная пара. За счёт неё азот присоединяет протон по донорно-акцепторному механизму, образуя катион замещённого аммония. Поэтому амины — органические основания: их водные растворы имеют щелочную среду, а с кислотами они образуют соли.

Сила основания зависит от электронной плотности на атоме азота. Алкильные радикалы отдают электроны и усиливают основные свойства: метиламин сильнее аммиака, а диметиламин сильнее метиламина. Бензольное кольцо, наоборот, втягивает неподелённую пару азота в сопряжение и ослабляет основность: анилин намного слабее аммиака, а дифениламин ещё слабее.

\[ \ce{(CH3)2NH} > \ce{CH3-NH2} > \ce{NH3} > \ce{C6H5-NH2} > \ce{(C6H5)2NH} \]

Реакции с водой и кислотами

Растворяясь в воде, алифатические амины частично присоединяют протон от воды, как аммиак; раствор окрашивает лакмус в синий цвет, а фенолфталеин — в малиновый:

\[ \ce{CH3-NH2 + H2O <=> CH3-NH3+ + OH-} \]

С кислотами амины образуют соли — твёрдые, растворимые в воде вещества без запаха:

\[ \ce{CH3-NH2 + HCl -> [CH3-NH3]Cl} \quad (\text{хлорид метиламмония}) \]

\[ \ce{2CH3-NH2 + H2SO4 -> [CH3-NH3]2SO4}; \qquad \ce{(CH3)2NH + HBr -> [(CH3)2NH2]Br} \]

Щёлочь вытесняет амин из его соли, как аммиак из соли аммония: \(\ce{[CH3-NH3]Cl + NaOH -> CH3-NH2 ^ + NaCl + H2O}\). Анилин настолько слабое основание, что раствор его в воде не меняет окраску лакмуса, но с сильными кислотами он реагирует: \(\ce{C6H5-NH2 + HCl -> [C6H5-NH3]Cl}\).

Горение и другие реакции

Амины горят; азот при этом выделяется в виде простого вещества:

\[ \ce{4CH3-NH2 + 9O2 -> 4CO2 + 10H2O + 2N2} \]

Первичные алифатические амины реагируют с азотистой кислотой с выделением азота, превращаясь в спирты: \(\ce{CH3-CH2-NH2 + HNO2 -> CH3-CH2-OH + N2 ^ + H2O}\). Амины реагируют с галогеналканами, образуя амины с большим числом радикалов (см. «Анилин. Получение аминов»).