Нитросоединения. Амины.
Нитросоединения- производные углеводородов в которых один или несколько атомов водорода замещены нитрогруппой – NO2.
Нитроалканы - производные алканов, в которых один или несколько атомов водорода замещены нитрогруппой.
Общая формула мононитроалканов CnH2n+1NO2.
При образовании названий нитроалканов выбирается самая длинная углеводородная цепь, нумерация которой начинается с конца, к которому ближе расположена нитрогруппа. Последняя указывается с помощью приставки “нитро”. Например:
Методы синтеза
1. Нитрование алканов
Из метана получают нитрометан, при нитровании гомологов метана образуется смесь нитроалканов:
2. Алкилирование нитритов
R-Br + AgNO2 → R-NO2 + AgBr
R-Br + NaNO2 → R-NO2 + NaBr
Поскольку нитрит-анионы имеют амбидентный характер, для получения высокого выхода нитроалкана используют апротонные неполярные растворители и умеренные температуры.
Физические свойства и строение
Нитроалканы являются бесцветными или желтоватыми жидкостями или кристаллическими веществами со слабым запахом.
Для мононитроалканов характерны большие дипольные моменты. Причиной значительной полярности нитроалканов кроется в электронном строении нитрогруппы, содержащей семиполярную связь
Выравнивание связей N-O подтверждается рентгеноструктурным анализом: связь N-O в нитрогруппе короче связи N-O в гидроксиламине, но длинее связи в нитрозогруппе –N=O.
Высокая электроотрицательность атомов N и О, кратность связи N=O и ее семиполярный характер обусловливают значительные электроноакцепторные свойства нитрогруппы (-I и –М-эффекты).
Для нитроалканов характерно слабое поглощение в УФ-области 270-280 нм. Это связано с электронными переходами типа n → π * неподеленной электронной пары атома кислорода на НСМО.
В ИК-спектрах наблюдаются максимумы поглощения связанные с симметричными и антисимметричными колебаниями связей N=O в областях 1370 см-1 и 1550 см-1.
Химические свойства нитроалканов
Кислотность и таутомерные превращения нитроалканов
Первичные и вторичные нитроалканы являются СН- кислотами.
Кислотность обусловлена стабилизацией образующегося карбаниона за счет электроноакцепторных свойств нитрогруппы.
Кислотность мононитроалканов в водных растворах сравнима с кислотностью фенолов. Если у одного атома углерода находится две или три нитрогруппы, кислотность резко возрастает.
Анион нитроалакана является амбидентным подобно енолят-аниону. Например, при его протонировании может образовываться, кроме нитроалкана, другая таутомерная форма.
Таутомерную форму нитроалкана называю ациформой или нитроновой кислотой, которая в чистом виде не получена. Нитроновая кислота является ОН- кислотой средней силы (рКа=3,2).
Таким образом, нитросоединения следует рассматривать как таутомеры, реагирующие в нитро- и аци-формах.
В обычных условиях концентрация аци-формы ничтожна (10-5-10-7%). Равновесие смещается в правую сторону в щелочной среде вследствие образования солей.
Кристаллические соли щелочных и щелочно-земельных металлов устойчивы и хорошо растворимы в воде. Их иногда называют солями нитроновой кислоты. При подкислении растворов сначала образуется сама нитроновая кислота (ациформа), которая затем изомеризуется в нитроалкан.
Нитросоединения относятся к псевдокислотам, для которых характерно, что сами они нейтральны, не обладают электропроводностью, но тем не менее образуют нейтральные соли щелочных и щелочно-земельных металлов.
“Нейтрализация” нитросоединений основаниями происходит медленно, а истинных кислот - мгновенно.
Из других реакций нитроалканов отметим следующие.
Гидролиз в кислой среде с разрывом связей C-N.
Эта реакция используется в технике для синтеза гидроксиламина и его сульфата.
Замещение Н-атомов при a-С на галогены, остатки азотистой кислоты, альдегидов, кетонов и т.д.
Реакция с HNO2 является качественной на нитроалканы. Третичные нитроалканы не реагируют, вторичные R2CH-NO2 образуют нитрозонитроалканы
Первичные образуют с HNO2 нитрооксимы (нитроловые кислоты)
Эти бесцветные соединения образуют со щелочами соли нитроловых кислот кроваво-красного цвета.
