Hợp chất Amin

Chơng 22
HợP CHấT AMIN

Mục tiêu
1. Giải thích đợc cấu tạo của các amin và gọi đợc tên chúng theo danh pháp
quốc tế.
2. Nêu đợc hóa tính của amin mạch thẳng và amin thơm đồng thời nêu đợc
phơng pháp phân biệt các bậc của amin thẳng cũng nh amin thơm.
Nội dung
1. Cấu tạo

Amin là những hợp chất có các gốc alkyl, gốc aryl liên kết trực tiếp với
nguyên tử nitơ. Có thể xem amin là dẫn xuất của amoniac (cũng nh alcol, ether
là dẫn xuất của nớc).
Amoniac NH
3
RNH
2

R
2
NH

R
3
N R là gốc alkyl hoặc aryl - Ar
Nớc H
2
O ROH R
2
O

1.1. Phân loại amin

Amin bậc nhất: Có một gốc hydrocarbon liên kết với nguyên tử nitơ: RNH
2

Amin bậc hai: Có hai gốc hydrocarbon liên kết với nguyên tử nitơ: RR 'NH
Amin bậc ba: Có ba gốc hydrocarbon liên kết với nguyên tử nitơ: RR 'R''N

Ion amoni bậc 4: R
4
N
+

1.2. Cấu trúc không gian của amin

Phân tử amoniac có cấu trúc hình tháp. Độ dài liên kết N
_
H là 1.008 . Góc
liên kết HNH là 1073. Nguyên tử nitơ ở trạng thái gần nh lai hóa sp
3
và tạo
thành 3 liên kết (sp
3
_
s) giữa 3 orbital sp
3

của nitơ với orbital s của 3 nguyên tử
hydro. Cặp điện tử không liên kết nằm trên orbital sp
3

thứ t. Các amin cũng có
cấu tạo nh thế.
H
N
H
H
H
N
H
R
R''
N
R
R'
H
N
R'
R
. .
. .
. .
. .
Amoniac
Amin


288
Do cấu trúc kiểu tứ diện, amin với các gốc R khác nhau có tính đối quang
(chiral). Hai đối quang dễ dàng chuyển hóa lẫn nhau. ở trạng thái chuyển tiếp,
nguyên tử nitơ có trạng thái lai hóa sp

2
.
N
CH
3
C
2
H
5
H
. .
. .
N
C
2
H
5
H
CH
3
C
2
H
5
N
CH
3
H
. .
. .

Ethylmethylamin Trạng thái chuyển tiếp
Ethylmethylamin

Cặp điện tử không liên kết có vai trò quan trọng trong tính chất hóa học của
amin: tính base và tính ái nhân.
2. Danh pháp

Có các cách gọi tên, tùy thuộc cách sử dụng thuật ngữ amin.
2.1. Amin là tiếp vĩ ngữ (suffixe). Gọi tên các gốc hydrocarbon và thêm amin
Tên gốc hydrocarbon + amin
N-Ethyl,N-p-Tolylbenzenamin
N-Methyl,N-Ethyletanamin
N-Ethyletanamin
Metanamin
Methylamin
CH
3
NH
2
Diethylamin
(CH
3
CH
2
)
2
NH
Diethylmethylamin
CH
2

CH
3
N
CH
2
CH
3
CH
3
C
6
H
5
N
CH
2
CH
3
C
6
H
4
CH
3
p
Ethyl, phenyl,p-tolylamin

2.2. Theo danh pháp IUPAC
Gọi tên hydrocarbon tơng ứng và thêm tiếp vĩ ngữ amin
Tên hydrocarbon tơng ứng + amin

4-MethylbenzenaminN,N-DimethylbenzenaminBenzenamin
CH
3
NH
2
N(CH
3
)
2
NH
2

2.3. Amin là tiếp đầu ngữ (prefixe)
Theo danh pháp IUPAC. Gọi tên hydrocarbon tơng ứng, thêm tiếp đầu
ngữ amino.

Amino + Tên hydrocarbon tơng ứng
CH
3
NH
2

CH
2
=CHCH
2
NH
2
CH
3

CH
2
N(CH
3
)
2

C
6
H
5
NHCH
3
Aminometan 3-Amino-1-propen Dimethylaminoetan Methylaminobenzen


289
Chú ý đọc tên các gốc:
C
6
H
5
NH
_
CH
3
(C
2
H
5

)N
_

p-CH
3
C
6
H
4
NH- - C
10
H
7
NH-
Phenylamino Methylethylamino p-Toluylamino -Naphtylamino
Sử dụng tiếp đầu ngữ amino để gọi tên những hợp chất có nhóm chức amin.
p-Toluidin
Acid Sulfanilic
Acid p-Aminobenzensulfonic
p-Aminotoluen
Acid p-Aminobenzoic
NH
2
COOH
NH
2
CH
3
NH
2

SO
3
H

2.4. Danh pháp các amin thơm
Theo danh pháp IUPAC, quy ớc aminobenzen là anilin. Các amin thơm đơn
giản đợc đọc tên theo anilin.
N,N-dimethylanilin
m-Bromoanilin
Anilin
NH
2
NH
2
Br
N(CH
3
)
2

3. Điều chế

3.1. Alkyl hóa trực tiếp amoniac và các amin khác
Phản ứng giữa amoniac và alkylhalogenid bậc nhất tạo thành amin bậc
nhất. Phản ứng xảy ra theo cơ chế S
N2
.
-H
2
O

-NaBr
+ NaOH
-
+
CH
3
CH
2
NH
2CH
3
CHNH
3
Br
CH
3
CH
2
Br + NH
3

Trong thực tế thờng thu đợc hỗn hợp các amin có bậc khác nhau.
RX + NH
3
RNH
2
RX
RNHR
(R)
3

N
RX
-HX
-HX
-HX

Các amin bậc nhất tác dụng với alkylhalogenid thu đợc amin bậc hai. Tính
chất ái nhân của amin thơm yếu hơn amin mạch thẳng. Anilin tác dụng với alkyl
halogenid chủ yếu thu đợc amin bậc hai.
NH
2
NH
2
CH
2
C
6
H
5
+ C
6
H
5
CH
2
Cl
NaHCO
3
Cl
+

-
NHCH
2
C
6
H
5
-NaCl
-CO
2
-H
2
O
Anilin Benzylclorid Benzylphenylamoniclorid
Benzylphenylamin


290
3.2. Tổng hợp Gabriel. Alkyl hóa không trực tiếp
Xuất phát từ phtalimid, alkylhalogenid sẽ thu đợc alkylamin bậc nhất.
Phản ứng xảy ra nh sau:
Ion phtalat
Alkylamin
Alkylphtalimid
Ion phtalimid
Phtalimid
C
N
C
H

O
O
- H
2
O
+ NaOH
- X
-
C
NR
C
O
O
+ R
_
X
-
C
N
C
O
O
HO
-
H
2
O
R
_
NH

2
-
-
+
COO
COO

Ion phtalimid là một tác nhân ái nhân, tác dụng với alkylhalogenid (RX) tạo
alkylphtalimid. Alkylphtalimid bị thủy phân tạo alkyl amin bậc nhất.
3.3. Khử hóa hợp chất nitro
Khử hóa hợp chất nitro tạo hợp chất amin. Chất khử thờng dùng là kim
loại trong môi trờng acid, hoặc hydro phân tử có xúc tác.
ArNO
2

+ 3Fe + 6HCl ArNH
2

+ 3FeCl
2
+2H
2
O
2-Nitro-5-isopropyltoluen
2-Methyl-5-isopropylanilin
+ 2H
2
O
,
t

o
Ap suaỏt
+ 3H
2
/ Ni
NH
2
CH
3
CH(CH
3
)
2
NO
2
CH
3
CH(CH
3
)
2

Đây là phơng pháp thờng sử dụng để điều chế các amin thơm.
3.4. Khử hóa hợp chất nitril (RC N)
Khử hóa hợp chất nitril bằng hydro phân tử có xúc tác hoặc bằng LiAlH
4

trong môi trờng ether tạo amin bậc nhất.
RC N
H

2
/ xúc tác
hoặc LiAlH
4
RCH
2
NH
2

3.5. Khử hóa hợp chất imin (RCH =NH)
Xuất phát từ aldehyd hoặc ceton và amoniac thu đợc hợp chất imin. Trong
trờng hợp này imin là hợp chất không bền dễ bị khử hoá và tạo thành amin. Khử
hóa imin bằng hydro phân tử có xúc tác.
RCH=NH + H
2
O
+ NH
3
RCHO

xúc tác
RCH=NH + 2H
2
RCH
2
NH
2
Aldimin
Amin bậc nhất

291
Xuất phát từ ceton và amoniac thu đợc cetimin (cetoimin). Khử hóa
cetimin thu đợc amin bậc hai.
3.6. Khử hóa hợp chất amid (RCONH
2
)
Khử hóa hợp chất amid bằng LiAlH
4
thu đợc amin.
+ H
2
O
+ Al
3+
+ Li
++ LiAlH
4
RCH
2
NH
2
RC
O
NH
2
+
. . .

+ LiAlH

4
CN(CH
3
)
2
O
H
CH
2
N(CH
3
)
2
H
N,N-Dimethylcyclohexancarboxamid N,N-Dimethylcyclohexylmetanamin
. . .
+

3.7. Phơng pháp chuyển vị Hofmann
Các amid tác dụng với halogen trong môi trờng kiềm tạo amin. Phản ứng
qua giai đoạn chuyển vị Hofmann.
CH
3
(CH
2
)
8
CONH
2

+ Cl
2
+ HO
-
CH
3
(CH
2
)
8
NH
2
+ CO
2
+ HCl + Cl
-
Decanamid Nonanamin
Cơ chế chuyển vị Hofmann (xem phần amid).
4. Tính chất lý học
Các amin aliphatic là những chất không màu, tan trong nớc. Các amin có từ 3
nguyên tử carbon ở dạng lỏng. Độ tan trong nớc giảm khi phân tử lợng tăng.
Các amin thơm là chất lỏng hoặc rắn không màu. Bị hóa nâu và đen dần khi
tiếp xúc với không khí.
Các amin thơm đều có mùi khó chịu. Các amin bậc nhất, bậc hai có liên kết
hydro giữa các phân tử. Vì vậy nhiệt độ sôi của amin cao hơn các hydrocarbon
tơng ứng.
Tính chất vật lý của amin đợc trình bày trong bảng 22-1.
Amin bậc nhất có nhiệt độ sôi cao hơn amin bậc hai và bậc ba có cùng trọng
lợng phân tử. Nguyên nhân là amin bậc nhất dễ tạo liên kết hydro giữa các phân tử.
5. Tính base của amin

Với sự hiện diện của cặp điện tử không liên kết trên nguyên tử nitơ, amin
đợc xem là những base Lewis nh alcol, ether. Nhng độ âm điện của nitơ nhỏ
hơn oxy do đó amin có tính base mạnh hơn alcol và ether.


292
Bảng 22.1: Tính chất lý học của các amin
Công thức Tên gọi
t

c t

s
pKa
CH
3
NH
2
Methylamin - 92,5 - 6,5 10,62
(CH
3
)
2
NH Dimethylamin - 96,0 7,4 10,77
(CH
3
)
3
N Trimethylamin - 124,0 3,5 9,80
CH

3
CH
2
NH
2
Ethylamin - 80,6 16,6 10,63
(CH
3
CH
2
)
2
NH Diethylamin - 50,0 55,8 10,93
(CH
3
CH
2
)
3
N Triethylamin - 11,5 89,5 10,87
CH
3
CH
2
CH
2
NH
2
Propylamin - 83,0 48,7 10,58
C

6
H
5
NH
2
Anilin, aminobenzen 6,2 184,4 4,58
C
6
H
5
NHCH
3
N-Methylanilin - 5,7 196,3 4,85
C
6
H
5
N(CH
3
)
2
N,N-Dimethylanilin 2,5 192,5 5,06
o-CH
3
C
6
H
4
NH
2

o-Toluidin,
2-Aminotoluen
- 27,7 199,7 4,39
m-CH
3
C
6
H
4
NH
2
m-Toluidin,
3-Aminotoluen
- 43,6 203,2 4,69
p-CH
3
C
6
H
4
NH
2
p-Toluidin,
4-Aminotoluen
43,7 200.4 5,12
C
6
H
5
CH

2
NH
2
Benzylamin

-Aminotoluen
185,0 -
C
6
H
5
NH C
6
H
5
Diphenylamin 54,0 302,0 -
NH
2


-Naphtylamin
1-Aminonaphtalen

50,0

301,0

-
NH
2

-Naphtylamin
2-Aminonaphtalen

50,0

306,0

-

Trong dung dịch nớc các amin có cân bằng nh sau:
RNH
2
+ H
2
O RNH
3
+ HO
-

RNH
3
+ H
2
O RNH
2
+ H
3
O

+

K
bK
a
+
+
;

+
K
b
=
[RNH
3
][HO
-
]
[RNH
2
]

+
+
K
a
=
[RNH
2

][H
3
O ]
[RNH
3
]

Có mối quan hệ Ka.Kb = 1O
-14

và pKa

+ pK
b
= 14
Giá trị pKb của một số amin và giá trị pKa của các ion amoni tơng ứng
(acid liên hợp) đợc trình bày trong bảng 22-2.

293