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Composés azotés

Chimie A-Level · Sujet 19

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7:46

Composés azotés

Regardez le fil d'une veste, d'une corde, d'un bas de nylon. Il est construit à partir de deux sortes de molécules, reliées encore et encore — l'une avec un groupe azote…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

19.1

Amines primaires

Programme
  1. se rappeler les réactions par lesquelles les amines peuvent être produites : (a) réaction d'un halogénure d'alkyle avec $\text{NH}_3$ dans l'éthanol chauffé sous pression La classification des amines ne sera pas testée au niveau AS.

Source : Programme Cambridge International

Bobines de laine teintes en rouge, bleu, jaune et crème, suspendues à sécher sur un support en bois
Teinture des tissus : la chimie azoïque et amine confère aux fibres des couleurs vives et résistantes

Une amine 胺 possède un groupe $\text{–NH}_2$ (l'azote remplace un hydrogène de l'ammoniac).

Préparation d'une amine primaire

Chauffez un halogénure d'alcyle 卤代烷 avec de l'ammoniaque dissoute dans l'éthanol, sous pression :

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{Br} + \text{NH}_3 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{HBr}$$

Il s'agit d'une substitution nucléophile 亲核取代 : la paire libre sur l'azote de l'ammoniaque attaque le carbone légèrement positif et repousse l'halogène. On utilise un excès d'ammoniaque, sinon l'amine formée peut réagir à nouveau.

Un halogénure d'alcyle réagissant avec l'ammoniaque : la paire libre de l'azote attaque le carbone légèrement positif et le brome quitte, donnant une amine primaire et du HBr
Préparation d'une amine primaire : la paire libre de l'ammoniaque attaque le carbone δ+ et repousse l'halogène — une substitution nucléophile
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Lab de réaction des amines

Classifiez les exemples d'amines selon leur basicité et leur comportement nucléophile.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
amine/ˈæmaɪn/ 胺 àn
halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ 卤代烷 lǔ dài wán
nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ 亲核取代 qīn hé qǔ dài
19.2

Nitriles et hydroxynitriles

Programme
  1. se rappeler les réactions par lesquelles les nitriles peuvent être produits : (a) réaction d'un halogénure d'alkyle avec $\text{KCN}$ dans l'éthanol et chaleur
  2. se rappeler les réactions par lesquelles les hydroxynitriles peuvent être produits : (a) la réaction d'aldéhydes et cétones avec $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ comme catalyseur, et chaleur
  3. décrire l'hydrolyse des nitriles avec un acide dilué ou une base diluée suivie d'une acidification pour produire un acide carboxylique

Source : Programme Cambridge International

Préparation d'un nitrile

Chauffez un halogénure d'alcyle avec du cyanure de potassium ($\text{KCN}$) dans l'éthanol :

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{Br} + \text{KCN} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{CN} + \text{KBr}$$

C'est aussi une substitution nucléophile, avec l'ion $\text{CN}^-$ comme nucléophile. C'est utile car il ajoute un atome de carbone à la chaîne. Le produit est un nitrile 腈.

Préparation d'un hydroxynitrile

Ajoutez $\text{HCN}$ (avec $\text{KCN}$ comme catalyseur, et chauffez) à un aldéhyde 醛 ou une cétone 酮. Le $\text{H}$ et le $\text{CN}$ s'additionnent sur la liaison C=O pour former un hydroxynitrile 羟基腈. Le réactif est le cyanure d'hydrogène 氰化氢, et le mécanisme est une addition nucléophile 亲核加成.

Deux réactions : ion cyanure substituant un halogénure d'alcyle en nitrile, et cyanure d'hydrogène s'additionnant sur un carbonyle en hydroxynitrile
Deux façons dont le cyanure ajoute un carbone : KCN avec un halogénure d'alcyle substitue vers un nitrile ; HCN avec un carbonyle s'additionne vers un hydroxynitrile

Hydrolyse des nitriles

Réchauffez un nitrile avec un acide dilué (ou une base diluée, puis acidifiez). Cette hydrolyse 水解 transforme le groupe $\text{–CN}$ en groupe $\text{–COOH}$, donnant un acide carboxylique 羧酸 :

$$\text{CH}_3\text{CN} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NH}_4\text{Cl}$$

Un nitrile peut également être réduit par de l'hydrogène et un catalyseur pour former une amine, ce qui constitue la voie de réduction 还原 vers une amine à chaîne plus longue.

Schéma : un halogénure d'alcyle devenant un nitrile avec KCN (ajout d'un carbone), puis l'hydrolyse du nitrile en acide carboxylique ou sa réduction en amine
Les nitriles sont un point central utile : KCN ajoute un carbone pour former le nitrile, qui se hydrolyse ensuite en acide carboxylique ou se réduit en amine
Un paquet de bas nylon
La réduction d'un nitrile donne une amine ; les amines et les diacides se lient pour former des polyamides comme le nylon — la fibre rendue célèbre par les bas

Exemple résolu. À partir du bromoéthane, fabriquer de l'acide propanoïque. Comparez d'abord les carbones : le bromoéthane en a 2, l'acide propanoïque en a 3, donc un carbone doit être ajouté - et l'étape $\text{KCN}$ est la réaction qui le fait. Étape 1 : chauffer doucement le bromoéthane avec du cyanure d'hydrogène éthanolique $\text{KCN}$ ; une substitution nucléophile donne de la propanenitrile, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, qui possède maintenant 3 carbones car le carbone $\text{CN}$ rejoint la chaîne. Étape 2 : reflux de la nitrile avec une solution diluée de $\text{HCl}$ ; l'hydrolyse donne de l'acide propanoïque. Comptez les carbones avant de planifier : chaque fois que la cible a exactement un carbone de plus que le matériau de départ, la voie de la nitrile est presque toujours la réponse attendue, et souvenez-vous que le carbone $\text{CN}$ fait partie de la nouvelle chaîne.

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Voie de synthèse des nitriles

Suivez les nitriles et hydroxynitriles comme outils d'allongement de chaîne carbonée.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
nitrile/ˈnaɪtraɪl/ 腈 jīng
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ 醛 quán
ketone/ˈketəʊn/ 酮 tóng
hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ 羟基腈 qiǎng jī jīng
hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ 氰化氢 qíng huà qīng
nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ 亲核加成 qīn hé jiā chéng
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ 水解 shuǐ jiě
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ 羧酸 suō suān
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 还原 huán yuán
19.2

Conseils d'examen

  • Les amines sont des bases (la paire libre de N accepte $\text{H}^+$) ; les amines aliphatiques sont des bases plus fortes que l'ammoniac.
  • Fabrication des amines : réduisez un nitrile, ou réagissez un halogénure d'alkyle avec un excès d'ammoniac.
  • KCN ajoute un atome de carbone (halogénure d'alkyle → nitrile) — suivez attentivement le nombre d'atomes de carbone dans les voies de synthèse.
  • State reagents and conditions precisely for each conversion.

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