Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Nitrogen compounds · ⁨תרכובות חנקן⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 19 · ⁨נושא 19⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
7:46

תרכובות חנקן

הסתכלו על חוט באריג, בחבל או בגרבי ניילון: ניילון. הוא מורכב משני סוגים של מולקולות, המחוברות שוב ושוב — אחת עם קבוצת חנקן…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

19.1

Primary amines · ⁨אמينات ראשוניים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. recall the reactions by which amines can be produced: (a) reaction of a halogenoalkane with $\text{NH}_3$ in ethanol heated under pressure Classification of amines will not be tested at AS Level.
עברית
  1. זכור את התגובות שבהן אמינים יכולים להיות מופקים: (a) תגובה של הלוגנואלקאן עם $\text{NH}_3$ באתנול מחומם בלחץ סיווג של אמינים לא ייבחן ברמת AS.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

An amine 胺 has an $\text{–NH}_2$ group (the nitrogen replaces a hydrogen of ammonia).

Making a primary amine

Heat a halogenoalkane 卤代烷 with ammonia dissolved in ethanol, under pressure:

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

This is a nucleophilic substitution 亲核取代: the lone pair on the nitrogen of ammonia attacks the slightly positive carbon and pushes out the halogen. You use an excess of ammonia, or the amine made can react again.

עברית
גבולות צמר צבועים באדום, כחול, צהוב וקרם, תלויים לייבוש על מוט עץ
צביעת בד: כימיה של אזו ואמינים היא מה שמכניסה צבע בהיר ועמיד לסיבים

ל-אמין יש קבוצת $\text{–NH}_2$ (הניטרוגן מחליף מימן של אמוניה).

הכנת אמין ראשוני

חיממו הלוגנואלקן עם אמוניה המומסת באתנול, תחת לחץ:

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

זוהי החלפה גרעינית: הזוג האלקטרוני החסר בניטרוגן של האמוניה תוקף את הפחמן החיובי מעט וגורם להפלאת ההלוגן. משתמשים בעודף אמוניה, או שהאמין הנוצר יכול להגיב שוב.

הלוגנואלקן מגיב עם אמוניה: הזוג האלקטרוני החסר של הניטרוגן תוקף את הפחמן החיובי מעט והברום יוצא, ונותן אמין ראשוני ו-HBr
הכנת אמין ראשוני: הזוג האלקטרוני החסר של האמוניה תוקף את הפחמן δ+ וגורם להפלאת ההלוגן — החלפה גרעינית
Explore · ⁨חקור⁩

Amine reaction lab · ⁨מעבדת תגובות אמינים⁩

Classify amine examples by basicity and nucleophilic behaviour. · ⁨סווגו דוגמאות אמינים לפי בסיסיות והתנהגות נוקליופילית.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
amine/ˈæmaɪn/ אמין
halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ אלקן הלוגני
nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ החלפת נוקליופילית
19.2

Nitriles and hydroxynitriles · ⁨ניטרילים והידרוקסיניטרילים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. recall the reactions by which nitriles can be produced: (a) reaction of a halogenoalkane with $\text{KCN}$ in ethanol and heat
  2. recall the reactions by which hydroxynitriles can be produced: (a) the reaction of aldehydes and ketones with $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ as catalyst, and heat
  3. describe the hydrolysis of nitriles with dilute acid or dilute alkali followed by acidification to produce a carboxylic acid
עברית
  1. זכור את התגובות שבהן ניטרילים יכולים להיות מופקים: (a) תגובה של הלוגנואלקאן עם $\text{KCN}$ באתנול ובחום
  2. זכור את התגובות שבהן הידרוקסוניטרילים יכולים להיות מופקים: (a) תגובה של אלדהידים וקטונים עם $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ כקטליזטור, וחום
  3. לתאר את ההידרוליזה של ניטרילים עם חומצה דלילה או בסיס דליל ולאחר מכן חומצת ליצירת חומצה קרבוקסילית

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Making a nitrile

Heat a halogenoalkane with potassium cyanide ($\text{KCN}$) in ethanol:

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

This is also a nucleophilic substitution, with the $\text{CN}^-$ ion as the nucleophile. It is useful because it adds one carbon to the chain. The product is a nitrile 腈.

Making a hydroxynitrile

Add $\text{HCN}$ (with $\text{KCN}$ as catalyst, and heat) to an aldehyde 醛 or ketone 酮. The $\text{H}$ and $\text{CN}$ add across the C=O bond to give a hydroxynitrile 羟基腈. The reagent is hydrogen cyanide 氰化氢, and the mechanism is nucleophilic addition 亲核加成.

Hydrolysis of nitriles

Warm a nitrile with dilute acid (or dilute alkali, then acidify). This hydrolysis 水解 turns the $\text{–CN}$ group into a $\text{–COOH}$ group, giving a carboxylic acid 羧酸:

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

A nitrile can also be reduced by hydrogen and a catalyst to form an amine, which is the reduction 还原 route to a longer-chain amine.

Worked example. Starting from bromoethane, make propanoic acid. Compare the carbons first: bromoethane has 2, propanoic acid has 3, so a carbon must be added - and the $\text{KCN}$ step is the reaction that does it. Step 1: warm bromoethane with ethanolic $\text{KCN}$; nucleophilic substitution gives propanenitrile, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, which now has 3 carbons because the $\text{CN}$ carbon joins the chain. Step 2: reflux the nitrile with dilute $\text{HCl}$; hydrolysis gives propanoic acid. Count the carbons before you plan: whenever the target has exactly one more than the starting material, the nitrile route is almost always the intended answer, and remember the $\text{CN}$ carbon is part of the new chain.

עברית

הכנת ניטריל

חימם הלוגנואלקן עם אשלגן ציאניד ($\text{KCN}$) באתנול:

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

זו גם כן תחליף נוקאופילי, כאשר יון $\text{CN}^-$ משמש כנוקאופיל. התהליך שימושי מכיוון שהוא מוסיף פחמן אחד לשרשרת. המוצר הוא ציאניד.

הכנת הידרוקסציאניד

הוסף $\text{HCN}$ (עם $\text{KCN}$ כקטליזטור, בחום) אל אלדהיד או קטון. ה$\text{H}$ וה$\text{CN}$ נוספים על גבי קשר C=O ויוצרים הידרוקסציאניד. החומר המגיב הוא מימן ציאניד, והמנגנון הוא תוספת נוקאופילית.

שתי תגובות: יון ציאניד מחליף הלוגנואלקן לציאניד, ומימן ציאניד מוסיף לקרבוניל להידרוקסציאניד
שתי דרכים שבהן ציאניד מוסיף פחמן: KCN עם הלוגנואלקן מבצע תחליף לציאניד; HCN עם קרבוניל מבצע תוספת להידרוקסציאניד

הידרוליזה של ציאנידים

חמם ציאניד עם חומצה מדוללת (או בסיס מדולל, ולאחר מכן חומצן). ההידרוליזה הזו ממירה את קבוצת ה$\text{–CN}$ לקבוצת ה$\text{–COOH}$, ומניבה חומצה קربוקסילית:

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

ציאניד יכול גם כן להיות מופחת על ידי מימן וקטליזטור ליצירת אמין, שהיא הדרך להפחתה לאמין בעל שרשרת ארוכה יותר.

תרשים: הלוגנואלקן הופך לציאניד עם KCN (הוספת פחמן אחד), ולאחר מכן הציאניד עובר הידרוליזה לחומצה קربوكسילית או הפחתה לאמין
ציאנידים הם צומת שימושי: KCN מוסיף פחמן ליצירת הציאניד, שאז עובר הידרוליזה לחומצה קربوكسילית או הפחתה לאמין
חבילת גרבי ניילון
הפחתת ציאניד נותנת אמין; אמינים וחומצות די-קربوكسיליות מתחברים ליצירת פוליאמידים כמו ניילון — הסיב שזכה לפרסום ראשוני בגרבים

דוגמה פתורה. מהברומואתן, הכנת חומצה פרופיונית. השוו תחילה את מספרי הפחמנים: לברומואתן יש 2, לחומצה הפרופיונית יש 3, ולכן יש להוסיף פחמן - והשלב $\text{KCN}$ הוא התגובה שמבצעת זאת. שלב 1: חמם ברומואתן עם $\text{KCN}$ אתנולי; תחליף נוקאופילי נותן פרופננטריל, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, שיש לו עכשיו 3 פחמנים כי פחמן ה$\text{CN}$ הצטרף לשרשרת. שלב 2: רפלס את הציאניד עם $\text{HCl}$ מדולל; הידרוליזה נותנת חומצה פרופיונית. ספור את הפחמנים לפני שתתכנן: בכל פעם שהמוצר הסופי מכיל בדיוק פחמן אחד יותר מהחומר ההתחלתי, הדרך הציאנידית היא כמעט תמיד התשובה הנכונה, וזכור שהפחמן ה$\text{CN}$ הוא חלק מהשרשרת החדשה.

Explore · ⁨חקור⁩

Nitrile synthesis route · ⁨מסלול סינתזה של ניטרילים⁩

Follow nitriles and hydroxynitriles as carbon-chain extension tools. · ⁨עקבו אחרי ניטרילים והידרוקסיניטרילים ככלי להרחבת שרשרת הפחמן.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
nitrile/ˈnaɪtraɪl/ ניטריל
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ אלדזהיד
ketone/ˈketəʊn/ קרבונית
hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ הידרוקסיניטריל
hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ ציין מימן
nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ הוספה נוקליופילית
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ הידרוליזה
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ חומצה קרבוקסילית
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
19.2

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Amines are bases (the N lone pair accepts $\text{H}^+$); aliphatic amines are stronger bases than ammonia.
  • Making amines: reduce a nitrile, or react a halogenoalkane with excess ammonia.
  • KCN adds one carbon (halogenoalkane → nitrile) — track the carbon count carefully in synthesis routes.
  • State reagents and conditions precisely for each conversion.
עברית
  • אמינים הם בסיסים (הזוג האלקטרוני הבלתי-קושר ב-N מקבל $\text{H}^+$); אמינים אלifatיים הם בסיסים חזקים מאמونيا.
  • הכנת אמינים: הפחתת ציאניד, או תגובה של הלוגנואלקן עם עודף אמونيا.
  • KCN מוסיף פחמן אחד (הלוגנואלקן → ציאניד) – מעקב מדויק אחר ספירת הפחמנים חיוני במסלולי סינתזה.
  • ציין את החומרים והתנאים בצורה מדויקת לכל המרה.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP