A-Level Chemistry · A-Level Химия · Topic 19 · Тема 19
7:46
Соединения азота
Посмотрите на нить в куртке, верёвке или чулках: нейлон. Он состоит из двух видов молекул, соединённых снова и снова — одной с азотсодержащей группой…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
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.
У амина есть группа $\text{–NH}_2$ (азот заменяет один атом водорода аммиака).
Нагревайте галогеноалкан с аммиаком, растворенным в этаноле, под давлением:
Это нуклеофильное замещение: неподелённая электронная пара на атоме азота аммиака атакует слегка положительный углерод и вытесняет галоген. Используется избыток аммиака, иначе образующийся амин может вступить в реакцию снова.
Classify amine examples by basicity and nucleophilic behaviour. · Классифицируйте примеры аминов по основности и нуклеофильному поведению.
| English | Русский |
|---|---|
| amine/ˈæmaɪn/ | амин |
| halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ | галогеналкан |
| nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ | нуклеофильное замещение |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
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.
Нагревайте галогеналкан с цианидом калия ($\text{KCN}$) в этаноле:
Это также нуклеофильное замещение, где нуклеофилом является ион $\text{CN}^-$. Это полезно, потому что оно добавляет один атом углерода к цепи. Продуктом является нитрил.
Добавьте $\text{HCN}$ (с $\text{KCN}$ в качестве катализатора и нагрев) к альдегиду или кетону. $\text{H}$ и $\text{CN}$ присоединяются по двойной связи C=O, образуя гидроксинитрил. Реагентом является циановодород, а механизм — нуклеофильное присоединение.
Подогревайте нитрил с разбавленной кислотой (или разбавленным щелочью, затем подкислите). Этот гидролиз превращает группу $\text{–CN}$ в группу $\text{–COOH}$, образуя карбоновую кислоту:
Нитрил также можно восстановить водородом и катализатором до амина; это путь восстановления для получения амина с более длинной цепью.
Разобранный пример. Начиная с бромоэтана, получите пропановую кислоту. Сначала сравните количество атомов углерода: в бромоэтане их 2, в пропановой кислоте — 3, значит, необходимо добавить углерод — и шаг с $\text{KCN}$ выполняет эту функцию. Шаг 1: подогревайте бромоэтан со спиртовым раствором $\text{KCN}$; нуклеофильное замещение дает пропанонитрил, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, который теперь имеет 3 атома углерода, так как $\text{CN}$ атом углерода присоединяется к цепи. Шаг 2: перегоняйте нитрил с разбавленной $\text{HCl}$; гидролиз дает пропановую кислоту. Считайте углероды до составления плана: когда целевое соединение имеет ровно на один атом углерода больше исходного, маршрут через нитрил почти всегда является ожидаемым ответом, и помните, что $\text{CN}$ атом углерода становится частью новой цепи.
Follow nitriles and hydroxynitriles as carbon-chain extension tools. · Рассмотрите нитрилы и гидроксинитрилы как инструменты удлинения углеродной цепи.
| English | Русский |
|---|---|
| nitrile/ˈnaɪtraɪl/ | нитрил |
| aldehyde/ˈældɪhaɪd/ | альдегид |
| ketone/ˈketəʊn/ | кетон |
| hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ | гидроксинитрил |
| hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ | цианистый водород |
| nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ | нуклеофильное присоединение |
| hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ | гидролиз |
| carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ | карбоновая кислота |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | восстановление |
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Past Papers · Архив экзаменационных работ
Loading subjects… · Загрузка предметов…