Química do A-Level · Topic 19 · Tópico 19
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Compostos nitrogenados
Olhe para o fio de uma jaqueta, uma corda, um par de meias: nylon. É construído a partir de dois tipos de molécula, unidos repetidamente — uma com um grupo nitrogênio…
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Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa 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.
Uma amina 胺 tem um grupo $\text{–NH}_2$ (o nitrogênio substitui um hidrogênio da amônia).
Aqueça um halogeneto de alquila 卤代烷 com amônia dissolvida em etanol, sob pressão:
Esta é uma substituição nucleofílica 亲核取代: o par solitário no nitrogênio da amônia ataca o carbono levemente positivo e expulsa o halogênio. Usa-se um excesso de amônia, ou a amina formada pode reagir novamente.
Classifique exemplos de aminas por basicidade e comportamento nucleofílico.
| English · Inglês | Chinese · Chinês | 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 · Fonte: Programa 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.
Aqueça um halogeneto de alquila com cianeto de potássio ($\text{KCN}$) em etanol:
Este também é uma substituição nucleofílica, com o íon $\text{CN}^-$ como nucleófilo. É útil porque adiciona um carbono à cadeia. O produto é uma nitrila 腈.
Adicione $\text{HCN}$ (com $\text{KCN}$ como catalisador, e calor) a um aldeído 醛 ou cetona 酮. Os $\text{H}$ e $\text{CN}$ adicionam-se à ligação C=O para dar uma hidroxi-nitrila 羟基腈. O reagente é cianeto de hidrogênio 氰化氢, e o mecanismo é adição nucleofílica 亲核加成.
Aqueça uma nitrila com ácido diluído (ou base diluída, depois acidifique). Esta hidrólise 水解 transforma o grupo $\text{–CN}$ em um grupo $\text{–COOH}$, dando um ácido carboxílico 羧酸:
Uma nitrila também pode ser reduzida por hidrogênio e catalisador para formar uma amina, que é a rota de redução 还原 para uma amina de cadeia mais longa.
Exemplo resolvido. Começando com bromoetano, faça ácido propanoico. Compare os carbonos primeiro: bromoetano tem 2, ácido propanoico tem 3, então um carbono deve ser adicionado — e o passo $\text{KCN}$ é a reação que faz isso. Passo 1: aqueça bromoetano com $\text{KCN}$ etanólica; substituição nucleofílica dá propanonitrila, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CN}$, que agora tem 3 carbonos porque o carbono $\text{CN}$ se liga à cadeia. Passo 2: refluxe a nitrila com $\text{HCl}$ diluído; hidrólise dá ácido propanoico. Conte os carbonos antes de planejar: sempre que o alvo tiver exatamente um a mais que o material inicial, a rota da nitrila é quase sempre a resposta pretendida, e lembre-se que o carbono $\text{CN}$ faz parte da nova cadeia.
Explore nitrilos e hidroxonitrilos como ferramentas de extensão da cadeia de carbono.
| English · Inglês | Chinese · Chinês | 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. · Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.
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