Bài 8. Amine – Tóm tắt Hoá học 12

1. Khái niệm, phân loại và công thức của amine

Định nghĩa

Amine là hợp chất hữu cơ trong phân tử có một, hai hay ba nguyên tử hydrogen của ammonia ( $\mathrm{NH_3}$ ) được thay thế bởi gốc hydrocarbon. Nhóm chức amine gồm nguyên tử nitrogen liên kết trực tiếp với carbon của gốc hydrocarbon.

Công thức tổng quát của amine đơn chức theo bậc:

Amine bậc 1: $\mathrm{R{-}NH_2}$ .
Amine bậc 2: $\mathrm{R_2NH}$ .
Amine bậc 3: $\mathrm{R_3N}$ .

Quy tắc xác định bậc của amine.

Bậc của amine được xác định bởi số gốc hydrocarbon liên kết trực tiếp với nguyên tử nitrogen (chứ không phải bởi độ dài mạch carbon hay gốc hydrocarbon có bao nhiêu carbon).

Phân loại	Đặc điểm nhóm chức	Ví dụ
Bậc 1	Một gốc hydrocarbon gắn vào N: $\mathrm{RNH_2}$	$\mathrm{CH_3NH_2}$ (methylamine); $\mathrm{C_6H_5NH_2}$ (aniline)
Bậc 2	Hai gốc hydrocarbon gắn vào N: $\mathrm{R_2NH}$	$\mathrm{(CH_3)_2NH}$ (dimethylamine)
Bậc 3	Ba gốc hydrocarbon gắn vào N: $\mathrm{R_3N}$	$\mathrm{(CH_3)_3N}$ (trimethylamine)

Nguyên tử nitrogen của amine còn một cặp electron tự do, đây là lý do amine có tính base và tạo được liên kết hydrogen với phân tử nước.

2. Đồng đẳng, đồng phân và danh pháp

Dãy đồng đẳng của amine no, mạch hở, đơn chức có công thức chung:

\mathrm{C_nH_{2n+3}N}\qquad (n\ge 1).

Kiểu đồng phân của amine:

Đồng phân mạch carbon: mạch gốc hydrocarbon có thể phân nhánh, thẳng.
Đồng phân vị trí nhóm amine: nhóm $\mathrm{-NH_2}$ có thể nằm ở các vị trí khác nhau trên mạch.
Đồng phân về bậc: cùng một công thức phân tử nhưng chất này là amine bậc 1, chất kia là amine bậc 2 hoặc bậc 3.

Tên thay thế: tên hydrocarbon mạch chính (bỏ e) + số chỉ vị trí + amine; với amine bậc 2, bậc 3 thì thêm tiền tố N-alkyl cho các gốc còn lại. Ví dụ: $\mathrm{CH_3NH_2}$ là methanamine, $\mathrm{(CH_3)_2NH}$ là N-methylmethanamine.

Tên gốc chức (tên thông dụng): $\mathrm{CH_3NH_2}$ là methylamine, $\mathrm{CH_3CH_2NH_2}$ là ethylamine, $\mathrm{(CH_3)_2NH}$ là dimethylamine, $\mathrm{(CH_3)_3N}$ là trimethylamine, $\mathrm{C_6H_5NH_2}$ là aniline (phenylamine).

3. Tính chất của amine

3.1 Tính chất vật lí

Amine no, mạch hở có ít nguyên tử carbon như $\mathrm{CH_3NH_2}$ , $\mathrm{C_2H_5NH_2}$ , $\mathrm{(CH_3)_2NH}$ , $\mathrm{(CH_3)_3N}$ ở điều kiện thường là chất khí, mùi khai; các amine có nhiều carbon hơn ở thể lỏng hoặc rắn. Aniline là chất lỏng, ít tan trong nước.
Các amine có ít nguyên tử carbon tạo được liên kết hydrogen với nước nên dễ tan trong nước; độ tan giảm dần khi số nguyên tử carbon tăng.
Nhiệt độ sôi của amine cao hơn hydrocarbon có khối lượng phân tử tương đương, nhưng thấp hơn alcohol có khối lượng phân tử tương đương.

3.2 Tính chất hóa học

1) Tính base.

Dung dịch các amine no, mạch hở có ít carbon (methylamine, ethylamine…) có tính base, làm quỳ tím hoá xanh:

\mathrm{R{-}NH_2 + H_2O \rightleftharpoons RNH_3^+ + OH^-}

Amine tác dụng với acid tạo muối:

\mathrm{CH_3NH_2 + HCl \longrightarrow CH_3NH_3Cl}

Aniline có tính base rất yếu (yếu hơn ammonia), không làm quỳ tím đổi màu, nhưng vẫn tác dụng với acid mạnh:

\mathrm{C_6H_5NH_2 + HCl \longrightarrow C_6H_5NH_3Cl}

Dung dịch amine no (như methylamine) tác dụng với dung dịch muối $\mathrm{FeCl_3}$ tạo kết tủa nâu đỏ; hoà tan $\mathrm{Cu(OH)_2}$ tạo phức màu xanh lam đậm:

\mathrm{3CH_3NH_2 + FeCl_3 + 3H_2O \longrightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3CH_3NH_3Cl}

2) Phản ứng với nitrous acid ( $\mathrm{HNO_2}$ ).

Với amine bậc 1 mạch hở no, thu được alcohol và khí nitrogen:

\mathrm{R{-}NH_2 + HONO \longrightarrow R{-}OH + N_2\uparrow + H_2O}

Với aniline (amine bậc 1 thơm), ở nhiệt độ $0\text{--}5^\circ\mathrm{C}$ tạo thành muối diazonium:

\mathrm{C_6H_5NH_2 + NaNO_2 + 2HCl \xrightarrow{0\text{--}5\,^\circ\mathrm{C}} C_6H_5N_2Cl + NaCl + 2H_2O}

3) Phản ứng thế nguyên tử hydrogen trên vòng benzene của aniline.

Aniline phản ứng với nước bromine ngay ở điều kiện thường (không cần xúc tác), tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline:

\mathrm{C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \longrightarrow C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr}

4. Điều chế và ứng dụng

Điều chế.

Thay thế nguyên tử hydrogen của ammonia bằng gốc hydrocarbon: cho ammonia tác dụng với dẫn xuất halogen, ví dụ:

$\mathrm{CH_3I + NH_3 \longrightarrow CH_3NH_2 + HI}$
Khử hợp chất nitro: khử nitrobenzene bằng hydrogen mới sinh (Fe + HCl) thu được aniline.

$\mathrm{C_6H_5NO_2 + 6[H] \xrightarrow{Fe/HCl,\ t^\circ} C_6H_5NH_2 + 2H_2O}$

Ứng dụng. Aniline là nguyên liệu sản xuất phẩm nhuộm, polymer, dược phẩm. Nhiều hợp chất có nhóm amine có hoạt tính sinh học, được dùng làm thuốc.

5. Phương pháp giải một số dạng bài tập

Hướng dẫn làm bài với amine

1.
Xác định bậc amine: đếm số gốc hydrocarbon liên kết trực tiếp với N. Một gốc là bậc 1, hai gốc là bậc 2, ba gốc là bậc 3.
2.
Liên hệ công thức: amine no, mạch hở, đơn chức có dạng $\mathrm{C_nH_{2n+3}N}$ ; từ đó suy ra công thức, viết đồng phân theo mạch carbon, vị trí nhóm $\mathrm{-NH_2}$ và bậc amine.
3.
Nhận biết aniline: cho nước bromine; nếu có kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline là có aniline.
4.
Giải bài tính toán số lượng: dùng phương trình phản ứng để tính $n$ theo tỉ lệ số mol, đặc biệt chú ý $\mathrm{1\ mol}$ aniline phản ứng với $\mathrm{3\ mol}$ bromine và tạo $\mathrm{1\ mol}$ kết tủa.

6. Ví dụ có lời giải

Ví dụ 1

Cho công thức phân tử $\mathrm{C_3H_9N}$ . Viết các đồng phân cấu tạo và cho biết mỗi chất thuộc bậc mấy.

Lời giải · 2 bước

Các đồng phân gồm:

$\mathrm{CH_3CH_2CH_2NH_2}$ : propan-1-amine (propylamine), amine bậc 1.
$\mathrm{CH_3CH(NH_2)CH_3}$ : propan-2-amine (isopropylamine), amine bậc 1.
$\mathrm{CH_3NHCH_2CH_3}$ : N-methylethanamine (ethylmethylamine), amine bậc 2.
$\mathrm{(CH_3)_3N}$ : N,N-dimethylmethanamine (trimethylamine), amine bậc 3.

Bước 2

Vậy $\mathrm{C_3H_9N}$ có 4 đồng phân cấu tạo: hai amine bậc 1, một amine bậc 2, một amine bậc 3.

Ví dụ 2

Cho 9,3 gam methylamine ( $\mathrm{CH_3NH_2}$ ) tác dụng vừa đủ với dung dịch hydrochloric acid. Tính khối lượng muối thu được.

Lời giải · 3 bước

Phương trình phản ứng:

\mathrm{CH_3NH_2 + HCl \longrightarrow CH_3NH_3Cl}

Bước 2

Số mol methylamine:

n(\mathrm{CH_3NH_2})=\frac{9{,}3}{31}=0{,}3\ \mathrm{mol}.

Bước 3

Theo phương trình, $\mathrm{1\ mol}$ $\mathrm{CH_3NH_2}$ tạo $\mathrm{1\ mol}$ $\mathrm{CH_3NH_3Cl}$ , nên $n(\mathrm{CH_3NH_3Cl})=0{,}3\ \mathrm{mol}$ . Khối lượng muối:

m=0{,}3 \times 67{,}5 = 20{,}25\ \mathrm{gam}.

Ví dụ 3

Cho aniline lần lượt tác dụng với: a) dung dịch bromine; b) hỗn hợp $\mathrm{NaNO_2}$ và $\mathrm{HCl}$ ở $0\text{--}5^\circ\mathrm{C}$ . Viết phương trình hóa học.

Lời giải

Với nước bromine:

$\mathrm{C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \longrightarrow C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr}$
Với $\mathrm{NaNO_2}$ và $\mathrm{HCl}$ lạnh (tạo muối diazonium):

$\mathrm{C_6H_5NH_2 + NaNO_2 + 2HCl \xrightarrow{0\text{--}5\,^\circ\mathrm{C}} C_6H_5N_2Cl + NaCl + 2H_2O}$

7. Lưu ý hay gặp

Các điểm dễ nhầm

Bậc amine do số gốc hydrocarbon gắn vào N quyết định, không phải do số carbon của phân tử. Ví dụ $\mathrm{N(CH_3)(C_2H_5)_2}$ vẫn là amine bậc 3.
Aniline là base yếu hơn ammonia; còn các amine no, mạch hở thường có tính base mạnh hơn aniline.
Aniline bromine hóa dễ hơn benzene: tác dụng ngay với nước bromine, không cần xúc tác $\mathrm{FeBr_3}$ .
Muối diazonium chỉ hình thành ở nhiệt độ thấp ( $0\text{--}5^\circ\mathrm{C}$ ); tăng nhiệt độ muối sẽ bị phân hủy.
Cân bằng phương trình bromine hóa aniline phải để hệ số 3 cho $\mathrm{Br_2}$ và 3 cho $\mathrm{HBr}$ .
Không nhầm lẫn amine với ammonium: amine có nguyên tử N liên kết trực tiếp với carbon; hợp chất ammonium là muối của amine (nitrogen mang điện tích dương, không còn cặp electron tự do).

Nhớ nhanh