Тема 5. НІТРОГЕНОЗДІЙНІ ОРГАНІЧНІ З'ЄДНАННЯ
Урок 51
Тема урока. Анілін, його склад, будова молекули, Фізичні властивості. Хімічні властивості аніліну: взаємодія із неорганічними кислотами, бромною водою.
Взаємний вплив атомів у молекулі аніліну. Отримання аніліну
Цілі уроку: ознайомити учнів з аніліном як представником нітросполук, його фізичними властивостями; дати уявлення про будову молекули аніліну; розглянути Хімічні властивостіаніліну, способи його отримання та застосування.
Тип уроку: комбінований урок засвоєння знань, умінь та навичок та творчого застосування їх на практиці.
Форми роботи: оповідання вчителя, евристична бесіда, лабораторна робота.
Демонстрація 1. Взаємодія аніліну із хлоридною кислотою.
Демонстрація 2. Взаємодія аніліну із бромною водою.
Обладнання: схема будови молекули аніліну.
1. Чому аміни називають органічними основами?
Три учні біля дошки, решта у зошитах виконують завдання.
2. Складіть рівняння реакцій взаємодії:
а) метиламіну із сірчаною кислотою;
б) диметиламіну з нітратною кислотою;
в) метилетиламіну із хлоридною кислотою.
3. Отримайте етиламін:
а) з відповідної нітросполуки;
б) із відповідного спирту;
в) з етиламоній хлориду.
4. Як класифікуються аміни на кшталт вуглеводневого радикала?
ІІІ. Вивчення нового матеріалу
1. Історія відкриття аніліну
Анілін (феніламін) - органічне з'єднанняз формулою C 6 H 5 NH 2 найпростіший ароматичний амін. є безбарвною маслянистою рідиною з характерним запахом, трохи важчою за воду і погано в ній розчинний, добре розчиняється в органічних розчинниках. На повітрі анілін швидко окислюється і набуває червоно-бурого забарвлення. Отруйний.
Вперше анілін отримав у 1826 р. у процесі перегонки індиго із вапном німецький хімік, який дав йому назву «кристалін». 1834 р. Ф. Рунге виявив анілін у кам'яновугільній смолі та назвав «кіанолом». 1841. Ю. Ф. Фрішце отримав анілін у результаті нагрівання індиго з розчином КОН та назвав його «аніліном». 1842 анілін отримав М. М. Зінін шляхом відновлення нітробензену (NH 4)2SO 3 і назвав його «бензидамом». 1843. А. В. Гофман встановив ідентичність перелічених сполук. Слово «анілін» походить від назви однієї з рослин, що містять індиго - Indigofera anil (сучасна міжнародна назва рослини - Indigofera suffruticosa).
Анілін – найпростіший ароматичний амін. Аміни є слабшими основами, ніж аміак, оскільки нерозділена електронна пара атома Азота зміщується убік бензольного кільця, поєднуючись з р-электронами бензольного ядра.
Зменшення електронної щільності на атомі Азоту призводить до зниження здатності відщеплювати протони від слабких кислот. Тому анілін – слабша основа, ніж аліфатичні аміни та аміак, взаємодіє тільки з сильними кислотами (HCl, H 2SO 4), а його водний розчин не забарвлює лакмус у синій колір.
2. Отримання аніліну
♦ Запропонуйте способи одержання аніліну.
Відновлення нітросполук зазвичай використовують для отримання первинних амінів ароматичного ряду (реакція Зініна).
Атомарний водень утворюється в момент виділення внаслідок реакції цинку (або алюмінію) з кислотою або лугом.
Спочатку анілін отримували шляхом відновлення нітробензен молекулярним воднем; практичний вихід аніліну не перевищував 15%. 1842 р. професор Казанського університету Н. М. Зінін розробив раціональніший спосіб отримання аніліну відновленням нітробензену (реакція Зініна):
У процесі взаємодії концентрованої соляної кислоти із залізом виділяється атомарний водень, більш хімічно активний у порівнянні з молекулярним.
3. Хімічні властивості аніліну
Анілін – слабка основа. Із сильними кислотами анілін здатний утворювати солі.
Демонстрація 1. Взаємодія аніліну із хлоридною кислотою
Приготуємо суміш аніліну із водою. Додамо до суміші хлоридну кислоту. Відбувається розчинення аніліну. У розчині утворюється феніламоній хлорид, або солянокислий анілін.
Завдання 1. Запишіть рівняння взаємодії аніліну із сірчаною кислотою.
Аміногрупа впливає на бензольне кільце, викликаючи збільшення рухливості атомів Гідрогену в порівнянні з бензеном, причому, внаслідок сполучення неподіленої електронної пари з п-електронною ароматичною системою, збільшується електронна щільність в орто- та пара-положеннях.
У процесі нітрування та бромування анілін легко утворює 2,4,6-тризаміщені продукти реакції. Наприклад, анілін енергійно реагує з бромною водою з утворенням білого осаду 2,4,6-триброманіліну. Ця реакція використовується для якісного та кількісного визначення аніліну:
Демонстрація 2. Взаємодія аніліну з бромною водою Анілін легко окислюється. На повітрі анілін буріє, внаслідок дії інших окисників утворює речовини різноманітного забарвлення. З хлорним вапном CaOCl 2 дає характерне фіолетове фарбування. Це одна з найчутливіших якісних реакцій на анілін.
*Практичне значення має реакція аніліну з нітритною кислотою за зниженої температури (близько 0 °С). В результаті цієї реакції (реакції діазотування) утворюються солі діазонію, які використовуються у синтезі нітробарвників та низки інших сполук.
При вищій температурі реакція відбувається із виділенням азоту, а анілін перетворюється на фенол:
4. Застосування аніліну. Шкідливий вплив на людину
1) Основна сфера застосування аніліну - синтез барвників та лікарських засобів.
Промислове виробництво фіолетового барвника мовеїну на базі аніліну почалося у 1856 р. Шляхом окислення аніліну хромовою сумішшю (K 2Cr 2O 7 + H 2SO 4) одержують «аніліновий чорний – барвник для тканини.
Наразі переважна частина (85 %) виробленого у світі аніліну використовується для виробництва метилдіізоціанатів, що надалі застосовуються для виробництва поліуретанів. Анілін також використовується при виробництві штучних каучуків (9%), гербіцидів (2%) та барвників (2%).
Отже, анілін застосовується переважно як напівпродукт у виробництві барвників, вибухових речовин та лікарських засобів (сульфаніламідні препарати), але з огляду на очікуване зростання обсягів виробництва поліуретанів можлива значна зміна картини споживачів у середньостроковій перспективі.
2) Анілін впливає на центральну нервову систему, викликає кисневе голодування організму за рахунок утворення в крові метгемоглобіну, гемолізу та дегенеративних змін еритроцитів В організм анілін потрапляє під час дихання, у вигляді пари, а також через шкіру та слизові оболонки. Всмоктування через шкіру посилюється у разі нагрівання повітря або вживання алкоголю.
У разі легкого отруєння аніліном спостерігаються слабкість, запаморочення, біль голови, синюшність губ, вушних раковин і нігтів. У разі отруєнь середньої тяжкості також спостерігаються нудота, блювання, іноді хитання під час ходьби, почастішання пульсу. Тяжкі випадки отруєння є вкрай рідкісними.
У разі хронічного отруєння аніліном (анілізм) виникають токсичний гепатит, а також нервово-психічні розлади, розлади сну, погіршення пам'яті.
У разі отруєння аніліном необхідно насамперед вивести потерпілого з осередку отруєння, обмити теплою (але не гарячою!) водою. Також потрібне вдихання кисню з карбогеном. Крім цього застосовують кровопускання, введення антидотів (метиленова синь), серцево-судинних засобів. Слід забезпечити постраждалому спокій.
IV. Підбиття підсумків уроку
Підбиваємо підсумки уроку, оцінює роботу учнів під час уроку.
V. Домашнє завдання
Пропрацювати матеріал параграфа, відповісти на запитання щодо нього, виконати вправи.
Творче завдання: знайти інформацію на тему «Вплив аніліну на навколишнє середовище».
Завдання уроку:на прикладі анілізу закріпити знання учнів про хімічні властивості амінів; дати уявлення про ароматичні аміни; показати практичну значимість аніліну як найважливішого продукту хімічної промисловості.
Обладнання:на демонстраційному столі – анілін, вода, фенолфталеїн, соляна кислота, розчин лугу, пробірки.
Анілін вивчається з метою конкретизації загального поняття про амін і як найважливіший представник цього класу сполук.
У зв'язку з цим урок можна провести у формі оповідання з максимальним залученням учнів для обговорення завдань та питань:
Назвіть гомологічні ряди вуглеводнів і вкажіть особливості їхньої будови.
Які речовини відносяться до амінів?
Яка формула ароматичного аміну?
Як довести, що анілін виявляє основні властивості? Складіть рівняння хімічної реакції.
Далі увагу учнів привертають до реакції взаємодії аніліну з бромом, не зупиняючись на вплив аміногрупи на бензольне кільце, лише вказуючи, що особливості будови молекули аніліну зумовлюють можливість здійснення цієї реакції.
Про отримання та застосування аніліну для виготовлення барвників, різноманітних фармацевтичних препаратів, фотореагентів, вибухових речовин, пластичних мас тощо. розповідає учитель.
На цьому уроці, на нашу думку, доцільно відзначити в розповіді про виробництво та застосування аніліну та токсичну дію викидів як виробництва, так і побічних продуктів при використанні аміносполук.
Розгорнутий план-конспект уроку
При вивченні цієї теми треба закріпити основну ідею розвитку органічних речовині причини, що породжують їх різноманіття; поглибити поняття про ковалентний зв'язок на прикладах амінів; розширити знання про водневі зв'язки та амфотерні сполуки.
Приступаючи до розгляду теми, пропонують учням згадати які сполуки, що містять азот, їм відомі. Учні називають нітробензол, нітрогліцерин, тринітроклітковину. Коротко повторюють відомості про властивості нітробензолу та його одержання в лабораторії. При цьому складають на дошці рівняння реакції, відзначають її тип (заміщення) та дають назву (реакція нітрування). На питання, чи можуть бути проведені реакції нітрування граничних вуглеводнів, учні дають ствердну відповідь. Після цього записують рівняння реакцій нітрування до п'ятого гомолога. Вчитель зазначає, що ці реакції були проведені російським ученим М.І. Коноваловим в 1886 р. за аналогією з нітробензолом дає назви знову отриманим азотовмісним речовин - нітрометан, нітроетан і т.д. Далі коротко вчитель знайомить учнів із фізичними властивостями одержаних гомологів. З хімічних властивостей нітросполук слід підкреслити їхню здатність відновлюватися воднем. Для того, щоб учні переконалися в утворенні гомологічного ряду нових азотовмісних речовин і самостійно їх назвали, складають рівняння реакцій:
СН 3 NО 2 + 3Н 2 2Н 2 Про + СН 3 NН 2
З 2 Н 5 NO 2 + 3Н 2 2Н 2 Про + З 2 Н 5 NН 2
З 3 Н 7 NO 2 + 3Н 2 2Н 2 Про + З 3 Н 7 NН 2 і т.д.
Звертають увагу на освіту нової функціональної групи атомів - NН 2 - аміногрупи. Тут треба зазначити, що амінами їх називають за тими радикалами, що входять до складу молекули, з додаванням слова «амін». Після цього учні легко дають назви отриманим речовинам: метиламін, етиламін та ін. Порівнюючи записані раніше рівняння реакцій нітрування з реакціями відновлення, роблять висновок про генетичного зв'язкуміж гомологічними рядами органічних речовин: вуглеводні можна перетворити на нітросполуки, а нітросполуки - на аміни:
СН 4 + НNО 3 Н 2 О + СН 3 NО 2;
СН 3 NО 2 + 3Н 2 2Н 2 Про + СН 3 NH 2 .
Ці сполуки є амінами жирного ряду, оскільки вони отримані від граничних вуглеводнів. Потім описують фізичні властивості перших представників низки амінів. Перш ніж перейти до вивчення їх хімічних властивостей, звертають увагу до складу функціональної групи. Аміногрупа – залишок від аміаку, в якому один атом водню заміщений на вуглеводневий радикал. Далі пропонують розглянути аміни як похідні аміаку. Учні відзначають, що в аміаку можуть бути замінені на вуглеводневі радикали та два інші атоми водню. Тоді в залежності від кількості залишків вуглеводнів, що входять до молекули, аміни можуть бути
СН 3 NH 2 , С 2 Н 5 NH 2
первинні
вторинні
третинні
В природіаміни зустрічаються при розкладанні білкових сполук; наприклад, в оселедцевому розсолі міститься метиламін, диметиламін, три-метиламін. Всі аміни є похідними від аміаку, тому вони повинні мати і схожість з ним. Це питання учні можуть вирішувати самостійно (до цього уроку вони мають повторити властивості аміаку). Наприклад, один із учнів записує в лівій частині дошки рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості аміаку (взаємодія з водою, з кислотами, горіння в струмі кисню). Тут же демонструють ці досліди, особливо наголошуючи на здатності аміаку горіти лише у струмі кисню.
Потім проводять такі досліди з амінами (див. пп. 1.1.3.1.). З досвідів роблять висновки про властивості амінів.
На відміну від аміаку, аміни горять на повітрі.Роблять висновок: аміни за хімічними властивостями подібні до аміаку, але на відміну від нього горять на повітрі. Ця властивість привела вченого Вюрца до відкриття амінів у 1848 р. Під час пояснень у правій частині дошки паралельно з властивостями аміаку записують рівняння реакцій з амінами. Через війну зіставлення властивостей аміаку і амінів учні переконуються, що з органічних речовин існують речовини з властивостями основ органічні основи. Пояснюють це, виходячи з електронної будови, розглядаючи на прикладі утворення іона амонію. Нагадують, що в атома азоту з п'яти валентних електронів три неспарені йдуть на утворення ковалентних зв'язків з атомами водню, утворюючи молекулу аміаку, а два спарені електрони залишаються неузагальненими, вільними. За рахунок їх атома азоту встановлюється ковалентний зв'язок з іоном (протоном) водню води або кислоти. При цьому у першому випадку звільняються іони гідроксилу, які визначають властивості основ, у другому – іони кислотного залишку. Розглядають електронну будову амінів:
Особливу увагу звертають на неподілену електронну пару азоту, яка, як і в аміаку, йде освіту ковалентного зв'язку з протоном водню. При цьому утворюється органічна сполука з властивостями основ (1) або солі (2), якщо протон (іон) водню був від кислоти:
Формула солі може бути записана і інакше:
СН 3. NH 2. НС1
Хлористоводородний метиламін
Учням відомо, що властивості речовин визначаються їхньою будовою. Порівнюючи електронну будову гідрооксиду амонію та метиламонію. вони можуть встановити, які речовини - аміни або аміак - є сильнішими основами.
Доцільно нагадати, що металевий радикал здатний витісняти від себе електронну щільність. Тоді на азоті виникає підвищена електронна щільність і він міцніше утримуватиме протон водню в молекулі. Іон гідроксилу звільняється, концентрація його в розчині збільшується, тому аміни жирного ряду є сильнішими основами, ніж аміак. Для закріплення матеріалу вчитель пропонує питання: посилення чи ослаблення основних властивостей очікується у диметиламіну та триметиламіну? Учні знають, що радикал здатний відтісняти від себе електронну щільність, тому вони самостійно роблять висновок, що дво- та тризаміщені аміни в порівнянні з однозаміщеними повинні бути сильнішими основами. Два радикалу більшою мірою збільшать електронну щільність на азоті, і, отже, азот сильніше утримуватиме іон водню, а гідроксильні іони будуть надходити в розчин, тобто. сила основних властивостей амінів залежить від величини негативного заряду на атомі азоту: що він більше, то більше вписувалося сила підстав. Здавалося б, третинний амін має бути найсильнішим підставою, але експеримент показує протилежне. Мабуть, три метальних радикали екранують неподілену пару електронів азоту, заважають вільному приєднанню іонів водню, а, отже, розчин мало надходить іонів гідроксилу, тому середовище слабоосновное.
Для того, щоб учні краще засвоїли генетичний зв'язок між класами органічних речовин, розбирають утворення ароматичних амінів від «родоначальника» всіх ароматичних вуглеводнів – бензолу через нітросполуки. Насамперед коротко нагадують способи отримання амінів жирного ряду від граничних вуглеводнів, потім пропонують згадати властивості вивченого раніше бензолу і пояснити їх, виходячи з електронної будови бензолу. І тому бажано вивісити таблицю електронного будівлі бензолу, підготувати модель його молекули. Таким чином, учні самі «протягнуть ниточку» від бензолу до феніламіну через нітробензол і легко запишуть відповідні рівняння реакцій.
Тут же демонструють досвід отримання нітробензолу у колбі із зворотним холодильником. На дошці записують рівняння відповідної реакції. Потім проводять досвід відновлення отриманого нітробензолу в аніліну. Під час виконання цього досвіду повідомляють учнів про реакцію Н.М. Зініна та її значення для народного господарства.
Потім демонструють чистий анілін (якщо він є у школі), розповідаючи про його токсичність та про обережне поводження з ним. Демонструють деякі фізичні властивості: агрегатний стан, колір, запах, розчинність у воді.
Потім переходять до вивчення хімічних властивостей аніліну. За аналогією з амінами жирного ряду припускають наявність аніліну основних властивостей. Для цього у склянку, в якій перевіряли розчинність аніліну у воді, доливають кілька крапель фенолфталеїну. Забарвлення розчину не змінюється. Перевіряють взаємодію аніліну з концентрованими соляною та сірчаною кислотами. Після охолодження суміші учні спостерігають кристалізацію солей, отже, анілін виявляє властивості основ, не слабші, ніж аміни жирного ряду. У ході обговорення цих дослідів становлять рівняння реакцій, дають назви речовинам, що утворюються.
Далі демонструють взаємодію солей аніліну з лугом (проводимо аналогію із солями амонію). Тут принагідно ставлять питання: у вигляді яких сполук аміни жирного ряду знаходяться в оселедцевому розсолі, якщо він взаємодіє зі лугом з утворенням амінів? (Як правило, учні відповідають: як солей). Перевіряють розчинність їх у воді та взаємодію солей аніліну з окислювачами, наприклад, з дворомовокислим калієм. Цією реакцією виявляють речовини, різноманітні забарвленням. Повідомляють учням, що на властивостях аніліну засновано виробництво багатьох анілінових барвників (у тому числі й такого цінного, як синтетичне індиго), лікарських речовин, пластичних мас. На закінчення демонструють досвід взаємодії аніліну з хлорним вапном. Зазначають, що ця реакція є характерною для аніліну. Для перевірки пропонують виявити анілін у суміші речовин, отриманих при постановці досвіду відновлення нітробензолу металами. Учні вкотре переконуються у існуванні генетичного зв'язку між класами. Для закріплення вивченого пропонують скласти рівняння реакцій, що підтверджують можливість здійснення наступних перетворень:
Учні з досвіду побачать, що Основні властивості аніліну проти амінами граничного ряду ослаблені.Пояснюється це впливом ароматичного радикалу фенілу С6Н5. Для пояснення знову розглядаємо електронну будову бензолу. Учні згадують, що рухлива електронна хмара бензольного ядра утворена шістьма електронами (добре мати модель молекули або хороший малюнок молекули бензолу). Необхідно підкреслити, що в бензольному ядрі замість одного атома водню стоїть аміногрупа, намалювати електронну будову молекули аміну і ще раз звернути увагу на вільну неподілену пару електронів атома азоту в аміногрупі, яка вступає у взаємодію з електронами бензольного кільця. Внаслідок цього на азоті електронна щільність зменшується, вільна пара електронів з меншою силою утримує протон водню і розчин надходить мало гідроксильних іонів. Все це визначає слабші основні властивості аніліну, що спостерігалося при реакції його з індикаторами.
Неподілена пара електронів азоту аміногрупи, вступаючи у взаємодію Космосу з -електронами бензольного ядра, зміщує електронну щільність в орто- і пара-положення, роблячи ядро бензолу у цих місцях хімічно активнішим. Це легко підтверджується досвідом взаємодії аніліну з бромною водою, який показують:
На закінчення слід звернути увагу учнів на існуючий у природі зв'язок між речовинами, з їхньої розвиток від простого до складного.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу на основі наявних знань
Мета уроку: Узагальнити, розширити та систематизувати знання та поняття учнів з вивченого розділу «Аміни». Акцентувати увагу на ключових поняттях теми «Анілін».
Прогнозований результат: Знання будуть узагальнені та систематизовані з метою.
Завдання уроку:
Освітні:
Перевірити знання з вивченого розділу, закріпити новий матеріал, поглибити знання на тему; узагальнити вивчений матеріал; перевірити засвоєння матеріалу з урахуванням творчих завдань; формувати вміння застосовувати отримані знання на практиці при виконанні вправ та вирішенні завдань;
Розвиваючі:
Сприяти становленню вміння оцінювати товариша і себе розвивати вміння висловлювати свою думку, вести аргументовану розмову, робити висновки з урахуванням аналізу; допомогти учням побачити результати своєї праці; формувати в учнів уміння виділяти головне; розвивати пізнавальну активністьі творчі здібності.
Виховні:
Виховувати активну життєву позицію, чесність, людську порядність; виховувати в учнях засобами уроку впевненість у своїх силах; підвести учнів висновку про самоцінності людських якостей.
Хід уроку
I Організаційно-мотиваційний етап (1 хв)
Ціль етапу (очікуваний результат): мотивувати учнів на активну роботу
Завдання етапу: Налаштувати учнів на високий темп уроку
Привітання учнів під час уроку. Сьогодні наш урок буде дуже насиченим, і перед нами стоятиме низка завдань.
Але спочатку запишіть Д-З Слайд 2 Домашнє завдання
(Запис у щоденник)
1. § 52, § 51 повторити.
2. § 52, № 4-6 письмово, 1-3 усно
I I Зцілення (1,5 хв)
Мета: Узагальнити знання з пройденого розділу «Аміни», набути знання на тему уроку, вміти порівнювати анілін з іншими представниками ароматичних та з аліфатичними амінами
Завдання: Слайд 3 Завдання на уроці
Згадати фізичні та хімічні властивості амінів; продовжувати формувати вміння складати рівняння реакцій, що характеризують властивості амінів; ознайомитися з особливостями хімічних процесів у розділі «Анілін»; продовжувати вчитися бачити причину течії хім. реакцій залежно від будови молекули; оцінити свою роботу на уроці.
ІІІ Основна частина. Вивчення нового із опорою на відомі факти
Будова амінів та аніліну
Вивчення нового матеріалу на базі наявних знань
Аміни - органічні похідні, в молекулі якого один, два або всі три атоми заміщені вуглеводневим залишком.
Відповідно зазвичай виділяють три типи амінів:
первинний амін метиламін
CH3CH2-NH-CH2CH3
вторинний амін діетиламін
H3CСH2-N-CH2CH3
третинний амін триетиламін
Для амінів характерна структурна ізомерія:
Ізомерія вуглецевого скелета
Ізомерія положення функціональної групи
Первинні, вторинні та третинні аміни ізомерні один одному (міжкласова ізомерія).
Тренінг з ізомерії та номенклатури амінів
Вивчення нового матеріалу
Електронна будова аніліну
Аміни, в яких аміногрупа пов'язана безпосередньо з ароматичним кільцем, називаються ароматичними амінами.
Найпростішим представником цих сполук є амінобензол, або анілін.
Основною відмінністю електронної будови амінів є наявність у атома , що входить у функціональну групу, неподіленої електронної пари. Це призводить до того, що аміни виявляють властивості основ.
Існують іони, які є продуктом формального заміщення вуглеводневий радикал всіх атомів водню в іоні амонію.
Ці іони входять до складу солей, схожих на солі амонію. Вони називаються четвертинними солями.
Тренінг з ізомерії та номенклатури ароматичних амінів
Вивчення фізичних властивостей аніліну в порівнянні з фізичними властивостями амінів
Фізичні властивості амінів та аніліну
Найпростіші аміни (метиламін, диметиламін, триметил-амін) - газоподібні речовини. Інші нижчі аміни - рідини, які добре розчиняються у воді. Мають характерний запах, що нагадує запах аміаку.
Первинні та вторинні аміни здатні утворювати водневі зв'язки. Це призводить до помітного підвищення їх температур кипіння порівняно зі сполуками, що мають ту саму молекулярну масу, але не здатні утворювати водневі зв'язки.
Анілін - масляниста рідина, обмежено розчинна у воді, що кипить при температурі 184 °С.
Російський хімік-органік, академік.
відкрив (1842) реакцію відновлення ароматичних нітросполук та отримав анілін. Доказав, що аміни – основи, здатні утворювати солі з різними кислотами. Анілін має таке велике промислове значення, що за лише реакцію ім'я цього вченого може бути вписано «золотими літерами в історію хімії.
Хімічні властивості амінів та аніліну
Хімічні властивості амінів визначаються переважно наявністю в атома азоту неподіленої електронної пари.
1. Аміни як основи. Атом азоту аміногрупи, подібно до атома азоту в молекулі аміаку, за рахунок неподіленої пари електронів може утворювати ковалентний зв'язокза донорно-акцепторним механізмом, виступаючи в ролі донора. У зв'язку з цим аміни, як і аміак, здатні приєднувати катіон водню, тобто виступати у ролі основи.
Як ви вже знаєте з курсу, реакція аміаку з водою призводить до утворення гідроксид-іонів. Розчин аміаку у воді має лужну реакцію. Розчини амінів у воді також дають лужну реакцію. А ось анілін є більш слабкою основою і взаємодіє неохоче.
Аміак, реагуючи із кислотами, утворює солі амонію. Аміни також здатні вступати у реакцію з кислотами.
Основні властивості аліфатичних амінів виражені сильніше, ніж у аміаку. Це з наявністю однієї і більше донорних алкільних заступників, позитивний індуктивний ефект яких підвищує електронну щільність на атомі азоту. Підвищення електронної щільності перетворює азот на сильнішого донора пари електронів, що підвищує його основні властивості.
Так само і анілін у реакціях із кислотами основні властивості, але вони менш виражені, ніж у аліфатичних амінів.
У разі ароматичних амінів аміногрупа і бензольне кільце істотно впливають один на одного.
Аміногрупа є орієнтантом першого роду. Аміногрупа має негативний індуктивний ефект і виражений позитивний мезомерний ефект. Таким чином, реакції електрофільного заміщення (бромування, нітрування) будуть приводити до орто- і паразаміщених продуктів.
Звернемо увагу, що на відміну від бензолу, який бромується лише у присутності каталізатора - хлориду заліза (III), анілін здатний реагувати з бромною водою. Це пояснюється тим, що аміногрупа, підвищуючи електронну щільність у бензольному кільці (згадайте аналогічний вплив замісників у молекулах толуолу та фенолу), активізує ароматичну систему у реакціях електрофільного заміщення. Крім того, анілін, на відміну від бензолу, трохи розчинний у воді.
Поєднання п-системи бензольного кільця з неподіленою електронною парою аміногрупи призводить до того, що анілін є значно слабшою основою, ніж аліфатичні аміни.
Особливості реакцій повного та неповного окиснення амінів та аніліну, взаємний перехід реакцій окиснення та відновлення показати.
ЗАПИСУЮТЬСЯ ВСІ ПРИКЛАДИ УХР, НАЗИВАЮТЬСЯ ПРОДУКТИ (пояснення ведеться у формі евристичної бесіди)
Отримання амінів та аніліну
1. Одержання амінів із галогенопохідних
СН3СН2Вг + NН3 -> СН3СН2NH2 С6Н5Вг + NН3 -> С6Н5NH2
2. Одержання первинних амінів відновленням нітросполук - аліфатичних та ароматичних. Відновником є водень «у момент виділення», який утворюється при взаємодії, наприклад, цинку із лугом або заліза із соляною кислотою.
Застосування амінів та аніліну
Аміни широко застосовуються для одержання ліків, полімерних матеріалів. Анілін - найважливіша сполука даного класу (схема), яку використовують для виробництва анілінових барвників, ліків (сульфаніламідних препаратів), полімерних матеріалів (аніліноформальдегідних смол), вибухових речовин, ракетного палива, пестицидів.
«Активні» або «реактивні» барвники – найкращий вибір із анілінових барвників, що існують на сучасному ринку. Ця група барвників чудово зарекомендувала себе для тканин з волокон рослинного походження (бавовна, льон, віскоза, коноплі, бамбук, папір, джут тощо).
IV Закріплення вивченого матеріалу
1. Вкажіть число зв'язків у молекулі метил-феніл-аміну:
а) 6; б) 5; о 7; г) 4.
2. Які властивості аніліну пояснюються впливом фенільного радикала на аміногрупу:
а) анілін входить у реакції заміщення легше, ніж бензол;
б) електронна густина в ароматичному кільці розподілена нерівномірно;
в) на відміну від аміаку, водний розчин аніліну не змінює забарвлення лакмусу;
г) як основа аніліну слабша, ніж аміак?
3. Напишіть графічні формулиізомерних амінів із загальною молекулярною формулою С4Н11N. Назвіть ці речовини.
4. а) З неорганічної сировини отримайте хлоридфеніл амонію.
HC1 + KOH спирт + HI + NH3 + HC1
б) Пропанол-2 →? →? →? →? →?
5. Знайдіть масу 19,6% розчину сірчаної кислоти, здатного прореагувати з 11,2 л метиламіну (н. у.) з утворенням середньої солі.
6. Суміш фенолу та аніліну повністю прореагувала з 480 р. бромної води з w(Вr2) = 3 %. На нейтралізацію продуктів реакції витратили 36,4 см3 розчину NаОН (w = 10% р=1,2 г/см3). Визначте масові частки речовин у вихідній суміші.
7. На нейтралізацію 30 г суміші бензолу, фенолу та аніліну потрібно 49,7 мл 17% НС1 (p = 1,0 г/мл). У реакції такої кількості суміші з бромною водою утворюється 99,05 г осаду. Знайдіть масові частки компонентів у вихідній суміші.
V Оцінка діяльності класу. Рефлексія.
Будова аніліну
Найпростіший представник класу ароматичних амінів – анілін. Це масляниста рідина, трохи розчинна у воді (рис. 1).
Рис. 1. Анілін
Деякі інші ароматичні аміни (мал. 2):
орто-толуїдин 2-нафтиламін 4-амінобіфеніл
Рис. 2. Ароматичні аміни
Як відбивається на властивостях речовини поєднання бензольного кільця та заступника, що має неподілену електронну пару? Електронна пара азоту втягується в ароматичну систему (рис. 3):
Рис. 3. Ароматична система
До чого це призводить?
Основні властивості аніліну
Електронна пара аніліну "втягнута" в загальну ароматичну систему, і електронна щільність на азоті аніліну знижена. Значить, анілін буде слабшою основою, ніж аміни та аміак. Анілін не змінює забарвлення лакмусу та фенолфталеїну.
Електрофільне заміщення в аніліні
Підвищена електронна щільність у бензольному кільці (за рахунок втягування електронної пари азоту) призводить до полегшення електрофільного заміщення, особливо в орто- та пара-положеннях.
Анілін реагує з бромною водою,при цьому відразу утворюється
2,4,6-триброманілін - білий осад (якісна реакція на анілін та інші амінбензоли).
Згадаймо: бензол взаємодіє з бромом лише у присутності каталізатора (рис. 4).
Рис. 4. Взаємодія аніліну з бромом
Окислення аніліну
Висока електронна щільність у бензольному кільці полегшує окиснення аніліну. Анілін зазвичай пофарбований у коричневий колір через те, що його частина окислюється киснем повітря навіть у нормальних умовах.
Застосування аніліну та амінів
З продуктів окиснення аніліну отримують анілінові барвники, що відрізняються стійкістю та яскравістю.
З аніліну та амінів отримують застосовувані для місцевого наркозу анестезин та новокаїн; протибактеріальний засіб; стрептоцид; популярний знеболюючий та жарознижувальний засіб парацетамол (рис. 5):
Анестезин новокаїн
стрептоцид парацетамол
(пара-амінобензолсульфамід (пара-ацетоамінофенол)
Рис. 5. Похідні аніліну
Анілін та аміни – сировина для виробництва пластмас, фотореактивів, вибухових речовин. Вибухова речовина гексил (гексанітродіфеніламін) (рис. 6):
Рис. 6. Гексіл
Отримання аніліну та амінів
1. Нагрівання галогеналканів з аміаком або менш заміщеними амінами (реакція Гофмана).
СН3Br + NH3 = CH3NH2 + HBr (правильніше CH3NH3Br);
СH3NH2 + CH3Br = (CH3)2NH + HBr (правильніше (CH3)2NH2Br);
(CH3)2NH + CH3Br = (CH3)3N + HBr (правильніше (CH3)3NHBr).
2. Витиснення амінів з їх солей нагріванням із лугами:
CH3NH3Cl + KOH = CH3NH2- + KCl + H2O.
3. Відновлення нітро з'єднань (реакція Зініна):
С6Н5NO2 + 3Fe + 6HCl = C6H5NH2 + 3FeCl2 + 2H2O;
С6Н5NO2+3H2 С6Н5NH2+2H2O.
Підведення підсумку уроку
На цьому уроці було розглянуто тему «Особливості якостей аніліну. Отримання та застосування амінів». На цьому занятті ви вивчили особливості властивостей аніліну, зумовлені взаємним впливом ароматичної структури та атома, приєднаного до ароматичного кільця. Також розглянули способи отримання амінів та області їх застосування.
Список літератури
Рудзітіс Г. Е., Фельдман Ф. Г. Хімія: Органічна хімія. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень / Г. Є. Рудзітіс, Ф. Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012. Хімія. 10 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/ В. В. Єрьомін, Н. Є. Кузьменко, В. В. Лунін, А. А. Дроздов, В. І. Теренін. – М.: Дрофа, 2008. – 463 с. Хімія. 11 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/ В. В. Єрьомін, Н. Є. Кузьменко, В. В. Лунін, А. А. Дроздов, В. І. Теренін. – М.: Дрофа, 2010. – 462 с. Хомченко Г. П., Хомченко І. Г. Збірник завдань з хімії для вступників до вузів. - 4-те вид. – М.: РІА «Нова хвиля»: Видавець Умеренков, 2012. – 278 с.
Домашнє завдання
№ № 5, 8 (с. 14) Рудзітіс Г. Є., Фельдман Ф. Г. Хімія: Органічна хімія. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень / Г. Є. Рудзітіс, Ф. Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012. Порівняйте властивості амінів граничного ряду та аніліну. На прикладі аніліну поясніть суть впливу атомів у молекулі.
Органічна хімія. Сайт про хімію. Інтернет-портал promobud.
У розділі на питання Анілін-представник амінів, будова, функціональна група!? заданий автором Волосокнайкраща відповідь це Анілін (феніламін) - органічна сполука з формулою С6H5NH2, найпростіший ароматичний амін. Містить аміногрупу -NH2. Являє собою безбарвну маслянисту рідину з характерним запахом, трохи важчою за воду і погано в ній розчинний, добре розчиняється в органічних розчинниках. На повітрі швидко окислюється і набуває червоно-бурого забарвлення. Отруйний.
Для аніліну характерні реакції як по аміногрупі, так і ароматичного кільця. Особливості цих реакцій зумовлені взаємним впливом атомів. З одного боку, бензольне кільце послаблює основні властивості аміногрупи порівняно з аліфатичними амінами і навіть з аміаком. З іншого боку, під впливом аміногрупи бензольне кільце стає активнішим у реакціях заміщення, ніж бензол. Наприклад, анілін енергійно реагує з бромною водою з утворенням 2,4,6-триброманіліну (білий осад).
Осн. спосіб виробництва аніліну-каталітич. відновлення нітробензолу воднем у газовій чи рідкій фазі. Газофазний процес здійснюють у трубчастому контактному апараті при 250-350°С на нікель- або мідьвмісному кат.
С6Н5NO2 + 3H2 = C6H5NH2 + 2H2O + 443,8кДж/моль
Анілін відокремлюється від води розшаровуванням та очищається дистиляцією; реакц. вода знешкоджується біохімічно. Для отримання 1 т аніліну витрачається 1,35 т нітробензолу, 800 м3 Н2 та 1 кг каталізатора.
У рідкій фазі анілін отримують при підвищенні. тиск Н2 (до 1,1 МПа) і 160-170 ° С на нікелевому або паладієвому кат. з одночасом. відгонкою води та аніліну завдяки теплоті р-ції.
