A-Level Chemistry · A-Level 化学 · Topic 19 · トピック 19
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窒素化合物
ジャケットの糸、ロープ、ストッキングの糸を見てみてください。それらはすべてナイロンです。これらには二種類の分子が組み合わさっており、その一つは窒素基を含んでいます…
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Source: Cambridge International syllabus · 出典: Cambridge International シラバス
An amine 胺 has an $\text{–NH}_2$ group (the nitrogen replaces a hydrogen of ammonia).
Heat a halogenoalkane 卤代烷 with ammonia dissolved in ethanol, under pressure:
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.
アミンは$\text{–NH}_2$基を持つ（窒素がアンモニアの水素を置換したもの）。
圧力下で、エタノールに溶解させたアンモニアとハロゲンアルカンを加熱する：
これは求核置換反応です。アンモニアの窒素原子に存在する非共有電子対が、わずかに正電荷を帯びた炭素原子に攻撃し、ハロゲン原子を押し出します。過剰量のアンモニアを使用するか、生成したアミンが再度反応することを防ぎます。
Classify amine examples by basicity and nucleophilic behaviour. · アミンの例を、塩基性と求核性に基づいて分類せよ。
| English | 日本語 |
|---|---|
| amine/ˈæmaɪn/ | アミン |
| halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ | ハロゲン化アルキル |
| nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ | 求核置換 |
Source: Cambridge International syllabus · 出典: Cambridge International シラバス
Heat a halogenoalkane with potassium cyanide ($\text{KCN}$) in ethanol:
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.
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.
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:
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.
ハロゲン化アルキルにエタノール中シアン化カリウム（$\text{KCN}$）を加えて加熱する：
これも求核置換反応であり、$\text{CN}^-$イオンが求核剤として働きます。この反応は有用であるのは、炭素鎖に炭素を1つ追加できるからです。生成物はニトリルとなります。
アルデヒドまたはケトンに$\text{HCN}$（触媒として$\text{KCN}$を用い、加熱下で）を加える。$\text{H}$と$\text{CN}$がC=O結合に付加してヒドロキシニトリルが生成する。試薬はシアン化水素であり、反応メカニズムは求核付加反応である。
ニトリルに希酸（または希塩基 subsequently 酸処理）を加えて温める。この加水分解により$\text{–CN}$基が$\text{–COOH}$基に変化し、カルボン酸が生成する：
ニトリルは水素と触媒によって還元され、アミンが生成することがあります。これは炭素数が多いアミンへ向かう還元法です。
** worked example. ** ブromoethaneからプロパノ酸を合成する。まず炭素数を比較する：bromoethaneは炭素2個、プロパノ酸は炭素3個なので、炭素を追加する必要がある——その$\text{KCN}$工程がそれに相当する。ステップ1：bromoethaneをエタノール中$\text{KCN}$と温める。求核置換反応によりプロパネニトリル$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$が生成し、$\text{CN}$炭素が鎖に結合するため炭素数が3になる。ステップ2：ニトリルを希$\text{HCl}$中で還流する。加水分解によりプロパノ酸が生成する。計画を立てる前に炭素数を数えよ：標的物質が開始物質よりちょうど1つ多い場合、ニトリル経由法がほぼ必ず意図された解答であり、$\text{CN}$炭素が新しい鎖の一部であることを忘れるな。
Follow nitriles and hydroxynitriles as carbon-chain extension tools. · ニトリルおよびヒドロキシニトリルを炭素鎖伸長ツールとして学ぶ。
| English | 日本語 |
|---|---|
| nitrile/ˈnaɪtraɪl/ | ニトリル |
| aldehyde/ˈældɪhaɪd/ | アルデヒドが得られる |
| ketone/ˈketəʊn/ | ケトン |
| hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ | ヒドロキシニトリル |
| hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ | シアン水素酸 |
| nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ | 求核付加 |
| hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ | 加水分解反応 |
| carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ | カルボン酸 |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 還元 |
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