A-Level Química · Topic 19 · Tema 19
7:46
Compuestos de nitrógeno
Mira el hilo en una chaqueta, una cuerda, un par de medias: nailon. Está construido con dos tipos de moléculas, unidas una y otra vez —una con un grupo de nitrógeno…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla
Source: Cambridge International syllabus · Fuente: Plan de estudios 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.
Una amina 胺 tiene un grupo $\text{–NH}_2$ (el nitrógeno reemplaza a un hidrógeno del amoníaco).
Calienta un haloalcano 卤代烷 con amoníaco disuelto en etanol, bajo presión:
Esta es una sustitución nucleofílica 亲核取代: el par solitario del nitrógeno del amoníaco ataca al carbono ligeramente positivo y expulsa al halógeno. Se utiliza un exceso de amoníaco, ya que si no, la amina formada podría reaccionar nuevamente.
Clasificar ejemplos de aminas según su basicidad y comportamiento nucleofílico.
| English · Inglés | Chinese · Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| amine/ˈæmaɪn/ | 胺 | àn |
| halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ | 卤代烷 | lǔ dài wán |
| nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ | 亲核取代 | qīn hé qǔ dài |
Source: Cambridge International syllabus · Fuente: Plan de estudios 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.
Calienta un haloalcano con cianuro de potasio ($\text{KCN}$) en etanol:
También se trata de una sustitución nucleofílica, con el ion $\text{CN}^-$ como nucleófilo. Es útil porque añade un átomo de carbono a la cadena. El producto es un nitrilo 腈.
Añade $\text{HCN}$ (con $\text{KCN}$ como catalizador, y calor) a un aldehído 醛 o cetona 酮. El $\text{H}$ y el $\text{CN}$ se adicionan sobre el enlace C=O para dar lugar a una hidroxicianhidrina 羟基腈. El reactivo es el cianuro de hidrógeno 氰化氢, y el mecanismo es una adición nucleofílica 亲核加成.
Calienta suavemente un nitrilo con ácido diluido (o base diluida, luego acidifica). Esta hidrólisis 水解 convierte el grupo $\text{–CN}$ en un grupo $\text{–COOH}$, dando lugar a un ácido carboxílico 羧酸:
Un nitrilo también puede ser reducido por hidrógeno y un catalizador para formar una amina, que es la ruta de reducción 还原 hacia una amina de cadena más larga.
Ejemplo resuelto. Partiendo de bromoetano, sintetizar ácido propanoico. Compare primero los carbonos: el bromoetano tiene 2 y el ácido propanoico tiene 3, por lo que se debe añadir un carbono; y la $\text{KCN}$ paso es la reacción que lo hace. Paso 1: caliente el bromoetano con etanolico $\text{KCN}$; la sustitución nucleofílica da propanonitrilo, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, que ahora tiene 3 carbonos porque el $\text{CN}$ carbono se une a la cadena. Paso 2: hierva a reflujo el nitrilo con diluido $\text{HCl}$; la hidrólisis produce ácido propanoico. Cuente los carbonos antes de planificar: siempre que el producto tenga exactamente uno más que el material de partida, la ruta del nitrilo es casi siempre la respuesta esperada, y recuerde que el $\text{CN}$ carbono forma parte de la nueva cadena.
Seguir a los nitrilos y hidroxinitrilos como herramientas para la extensión de la cadena de carbono.
| English · Inglés | Chinese · Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| nitrile/ˈnaɪtraɪl/ | 腈 | jīng |
| aldehyde/ˈældɪhaɪd/ | 醛 | quán |
| ketone/ˈketəʊn/ | 酮 | tóng |
| hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ | 羟基腈 | qiǎng jī jīng |
| hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ | 氰化氢 | qíng huà qīng |
| nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ | 亲核加成 | qīn hé jiā chéng |
| hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ | 水解 | shuǐ jiě |
| carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ | 羧酸 | suō suān |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 还原 | huán yuán |
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.
Past Papers · Exámenes Anteriores
Loading subjects… · Cargando asignaturas…