Разработка открытого урока по органической химии на тему: «Амины. Строение и свойства аминов предельного ряда. Анилин как представитель ароматических аминов».

министерство образования Ставропольского края

ГБПОУ «нефтекумский региональный политехнический колледж»

Разработка открытого урока по органической химии на тему:

«Амины. Строение и свойства аминов предельного ряда. Анилин как представитель ароматических аминов».

Преподаватель ГБПОУ НРПК

Николайчук Л.Н.

Тема урока «Амины. Строение и свойства аминов предельного ряда. Анилин как представитель ароматических аминов».

Тип урока: комбинированный урок-исследование.

Цель урока:

Образовательная: сформировать понятие об аминогруппе, аминах как органических основаниях; показать сходство и отличие в молекулах аммиака и аминов; рассмотреть классификацию аминов; научить обучающихся называть амины; рассмотреть изомерию, свойства аминов (в сравнении с аммиаком); продолжить формировать навыки в составлении уравнений реакций между органическими веществами на примере аминов.

Воспитательная: формировать ответственное отношение к учебе.

Развивающая:развивать умения обобщать, устанавливать аналогии, выдвигать гипотезы и приводить доказательства, развивать навыки логического мышления.

Тип урока: изучение новых знаний.

Основные понятия: амины, аминогруппа.

Планируемые результаты обучения: знать состав аминов, уметь составлять молекулярные и структурные формулы аминов, знать химические свойства аминов, уметь составлять химические реакции с участием аминов.

Основные виды деятельности учащихся:выводить формулы аминов из формул соответствующих алканов и аммиака, классифицировать амины, составлять уравнения реакций с участием аминов, объяснять характер свойств аминов.

Используемые технологии: интенсификации обучения на основе схемных и знаковых моделей учебного материала (по В.Ф. Шаталову), проблемного обучения, здоровьесбережения, групповые технологии, ИКТ (источник учебной информации, наглядное пособие).

Оборудование: презентация, раздаточные дидактические материалы.

Ход урока.

1. Организационный момент. Проверка домашнего задания.

Самостоятельная работа.

Вариант 1.

1.Напишите уравнения химических реакций для осуществления превращений, соответствующих схеме:

крахмал глюкоза этиловый спирт этилацетат

глюконовая кислота

Вариант 2.

1.Напишите уравнения химических превращений, соответствующих схеме:

глюкоза Х этилацетат Х этилат натрия С₂Н₅ОС₃Н₇

Контрольные вопросы.

- Что такое моно-, ди- и полисахариды? Их значение в клетках организмов? Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?

- Как образуется крахмал в природе?

- Как доказать, что при производстве дешевых сортов колбас в качестве наполнителя добавляют крахмал?

- Перечислите основные структурные отличия крахмала и целлюлозы.

2. Подготовка учащихся к усвоению новых знаний (5мин.)

Учитель предлагает учащимся вспомнить классы органических соединений, которые были изучены ранее. Имеется большое число соединений, содержащих кроме углерода, водорода и кислорода элемент азот (азотсодержащие соединения). Далее учитель предлагает учащимся самостоятельно решить задачу на нахождение молекулярной формулы азотсодержащего вещества. Один ученик (по желанию) выполняет это задание на скрытой части доски. (Слайд1)

Определите формулу органического вещества, если известно, что плотность его паров по водороду равна 22,5, массовая доля углерода – 0,533,массовая доля водорода – 0,156 и массовая доля азота – 0,311. (Ответ: С₂Н₇N.)

Во время самостоятельной работы учитель оказывает помощь дифференцированно слабоуспевающим учащимся.

После проверки решения задачи и оценивания выполнения переходим к следующему этапу урока.

3.Рассматривая состав вещества, формула которого была определена в ходе решения задачи, учащиеся делают вывод, что в его составе не может присутствовать нитрогруппа, так как отсутствует кислород, а следовательно, это вещество нельзя отнести к классу нитросоединений.. Значит, должна быть какая-то другая функциональная группа, содержащая атом азота. (Первое исследование).Затем на экране проектора возникает эта формула, правильность написания каждый проверяет сам (слайд №2). Учитель поясняет, что такая группа, действительно, существует, записывает её состав и название:

-NH2 - аминогруппа – функциональная группа.

В исследуемый класс соединений входит углеводородный радикал и аминогруппа.

После обсуждения, учитель, предлагает дать определения этого класса веществ. Для облегчения работы учащихся, на экране проектора возникает слайд с изображением формул аминов и аммиака (слайд №3). Учащиеся дают определение:

Амины – производные углеводородов, в молекулах которых, атом водорода замещен на аминогруппу. И амины можно считать производными аммиака, в молекулах которых, один или несколько атомов водорода замещены на углеводородный радика.

Учитель: Сегодня начинается изучение нового класса органических соединений, содержащих гетероатом, - азот. Такие соединения называют азотосодержащими. Предлагаю назвать известные вам азотосодержащие вещества и их способы получения.

Многие ребята назовут нитробензол, пикриновую кислоту, тротил, вспомнят реакции нитрования. Все перечисленные соединения содержат хорошо известную учащимся функциональную группу -NO₂.

Учитель: К азотосодержащим соединениям относятся также амины, аминокислоты белки. Простейшими азотосодержащими соединениями являются амины. Аминов как органических производных аммиака, в котором один, два или все три атома водорода замещены УВ радикалами. Свое название данный класс соединений получил по названию ФГ входящей в состав первичных аминов – аминогруппы - NH₂. Ребята, сравните две азотосодержащие ФГ и обратите внимание на их названия.

Запись на доске:

- NH₂(аминогруппа) и - NO₂ (нитрогруппа).

Номенклатура аминов

 1. В большинстве случаев названия аминов образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса амин.

CH₃-NH₂     Метиламин

CH₃-CH₂-NH₂     Этиламин

 Различные радикалы перечисляются в алфавитном порядке.

CH₃-CH₂-NH-CH₃      Метилэтиламин

 При наличии одинаковых радикалов используют приставки ди и три.

 (CH₃)₂NH    Диметиламин

  2. Первичные амины часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы -NH₂. В этом случае аминогруппа указывается в названии суффиксами амин (одна группа -NH₂), диамин (две группы -NH₂) и т.д. с добавлением цифр, отражающих положение этих групп в главной углеродной цепи.

Например:

CH₃-CH₂-CH₂-NH₂      пропанамин-1

H₂N-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-CH₃      бутандиамин-1,3

1. Классификация аминов

Демонстрация формул аминов

CH₃-NH₂ CH₃-NH-CH₃ CH₃ -N-CH₃

│

CH₃

Чем они отличаются?

1. По числу углеводородных радикалов, замещающих атомы водорода в молекуле аммиака, все амины можно разделить на три группы:

Составление схемы, отражающей классификацию аминов

Амины

Первичные Вторичные Третичные

Задание для групп: Выписать из предложенного перечня – метиламин, метилпропиламин, диэтиламин, бутилдиметиламин, бутиламин, метилпропилэтиламин - амины

1 группа: первичные

2 группа: вторичные

3 группа: третичные.

Составьте структурные формулы выбранных вами веществ.

2.В зависимости от природы радикала амины могут быть алифатическими (предельными и непредельными), ароматическими и др.

Амины

Алифатические

Алифатические

Ароматические

CH₃ - NH₂ CH₆ - NH₂

(метиламин) (фениламин, анилин)

Простейшим амином является производное аммиака, в котором один водородный атом замещен на метильный радикал – метиламин CH₃NH₂. Начиная со следующего представителя гомологического ряда, возникает изомерия: этиламин CH₃ - CH₂ - NH₂ и диметиламин CH₃ - NH - CH₃.Общая формула предельных алифатических аминов CnH₂n+1NH₂, выделив при этом аминогруппу.

Простейшим ароматическим амином является фениламин C₆H₅ - NH₂, называемый анилином. Следующий представитель гомологического ряда, отличающийся от анилина на группу CH₂ (гомологическая разность), имеет три изомера. Они различаются взаимным положением метильной и аминогруппы в кольце. Четвертый изомер того же состава (N – метиланилин) относится к жирно – ароматическим аминам.Общая формула ароматических аминов CnH2n-7NH2. Для ближайших гомологов анилина обычно используются тривиальные названия ( о-, м- и n-толуиды).

Изомерия и номенклатура.

1.Для аминов характерна структурная изомерия:

• Изомерия углеродного скелета:

CH₃-СН₂-СН₂-СН₂- NH2 СН₃-СН-СН₂- NH2

СН₃

бутиламин изобутиламин

• Изомерия положения функциональной группы:

СН₃-СН₂-СН₂- NH2 СН₃-СН-СН₃

NH2

пропиламин изопропиламин

• Межклассовая изомерия(первичные, вторичные и третичные амины изомерны друг другу):

СН₃-СН₂-СН₂- NH2 СН₃-СН₂- NH-СН₃ СН₃-N-СН₃

СН₃

первичный амин вторичный амин третичный амин

пропиламин метилэтиламин триметиламин

Как видно из приведенных примеров, для того чтобы назвать амин, перечисляют заместители, связанные с атомом азота (по порядку старшинства), и добавляют суффикс –амин.

2.Пространственная изомерия

Возможна оптическая изомерия, начиная с С₄H₉NH₂:

Учащиеся делают соответствующие записи в тетрадях.

Задание: составьте все возможные изомеры пропиламина и назовите их.

Физические свойства аминов.

 Метиламин, диметиламин и триметиламин — газобразные вещества, с запахом аммиака, хорошо растворяются в воде, так как их молекулы образуют водородные связи с молекулами воды. Средние члены алифатического ряда – жидкости со слабым запахом тухлой рыбы, с постепенно повышающейся температурой кипения.Высшие амины (начиная с С₁₆Н₃₅N — твердые нерастворимые вещества, не имеющие запаха. Ароматические амины – бесцветные высококипящие жидкости или твердые вещества, практически нерастворимые в воде. Связь N–H является полярной, поэтому первичные и вторичные амины образуют межмолекулярные водородные связи (несколько более слабые, чем Н-связи с участием группы О–Н). Это объясняет относительно высокую температуру кипения аминов по сравнению с неполярными соединениями со сходной молекулярной массой.

Третичные амины не образуют ассоциирующих водородных связей (отсутствует группа N–H). Поэтому их температуры кипения ниже, чем у изомерных первичных и вторичных аминов (триэтиламин кипит при 89 °С, а н-гексиламин – при 133 °С). По сравнению со спиртами алифатические амины имеют более низкие температуры кипения (т. кип. метиламина -6 °С, т. кип. метанола +64,5 °С). Это свидетельствует о том, что амины ассоциированы в меньшей степени, чем спирты, поскольку прочность водородных связей с атомом азота меньше, чем с участием более электроотрицательного кислорода.

Анилин (фениламин) С₆H₅NH₂ – важнейший из ароматических аминов. Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом (т. кип. 184 °С, т. пл. – 6 °С). На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.

1. Строение аминов в сравнении с аммиаком. Взаимное влияние атомов в молекуле.

Атом азота в молекулах аминов, как и в молекуле аммиака, находится в состоянии sp³-гибридизации. На трех sp³-гибридных орбиталях находятся по одному электрону, эти орбитали участвуют в образовании связей N-C и N-H. На четвертой орбитали находится неподеленная электронная пара, которая определяет основные свойства как аммиака , так и аминов. Свободная электронная пара атома азота способна взаимодействовать с вакантной орбиталью атома водорода (протона) по донорно-акцепторному механизму, поэтому амины, проявляя основные свойства образуют гидроксиды, соли.

. .

H – N – H Н

..

H Н – С – N – H

H H

Как и аммиак, амины по месту неподеленной электронной пары могут присоединять протон (ион водорода) – донорно-акцепторная связь, т.е. проявляют основные свойства. Амины – органические основания.

H

. . . .

H – N – H + Н⁺ [ Н – N - H ]⁺

H H

H

. . . .

R – N – H +Н⁺ [R – N – H]⁺

H H

Основные свойства у аминов выражены сильнее, чем у аммиака (т.е. амины более сильные основания, чем аммиак). Это объясняется увеличением отрицательного заряда на атоме азота в аминах по сравнению с аммиаком, т.к. в аммиаке азот оттягивает электронные пары от трёх атомов водорода, а в метиламине от пяти – от двух непосредственно и от трех через атом углерода. Чем больше отрицательный заряд, тем сильнее атом азота притягивает к себе протон (ион водорода), а, следовательно, основные свойства увеличиваются.

Как доказать основный характер свойств? (Изменение окраски индикатора, взаимодействие с кислотами)

Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его π-электронами.

Ряд увеличения основных свойств аминов:

В растворах оснoвные свойства третичных аминов проявляются слабее, чем у вторичных и даже первичных аминов, так как три радикала создают пространственные препятствия для сольватации образующихся аммониевых ионов. По этой же причине основность первичных и вторичных аминов снижается с увеличением размеров и разветвленности радикалов.  

1. Химические свойства аминов

1– взаимодействие с водой (свойство по аминогруппе) – сходство с аммиаком.

При взаимодействии с водой амины, как и аммиак, присоединяют протон (ион водорода Н⁺) по месту свободной неподеленной пары атома азота, что ведет к накоплению гидроксид-ионов в растворе. Поэтому растворы аминов проявляют щелочную реакцию. Индикаторы изменяют свою окраску в растворах аминов следующим образом: лакмус – синий, метилоранж – желтый, фенолфталеин – малиновый.

_..

CH₃ – NH₂ + HOH [CH₃ – NH₃]⁺OH^- гидроксид метиламмония

 Анилин с водой не реагирует и не изменяет окраску индикатора!!!

Взаимодействие с кислотами (донорно-акцепторный механизм):

 CH₃-NH₂ + H₂SO₄ → [CH₃-NH₃]HSO₄        

(соль - гидросульфат метиламмония)

2CH₃-NH₂ + H₂SO₄ → [CH₃-NH₃]₂SO₄         

(соль - сульфат метиламмония)

 Соли неустойчивы,  разлагаются щелочами:

 [CH₃-NH₃]₂SO₄  + 2NaOH   →    2CH₃-NH₂ ↑ + Na₂SO₄  + H₂O

 Способность к образованию растворимых солей с последующим их разложением под действием оснований часто используют для выделения и очистки аминов, не растворимых в воде. Например, анилин, который практически не растворяется в воде, можно растворить в соляной кислоте и отделить нерастворимые примеси, а затем, добавив раствор щелочи (нейтрализация водного раствора), выделить анилин в свободном состоянии.

  Реакции окисления.

Реакция горения (полного окисления) аминов на примере метиламина:

4СH₃NH₂ + 9O₂ → 4CO₂ + 10H₂O + 2N₂

Ароматические амины легко окисляются даже кислородом воздуха. Являясь в чистом виде бесцветными веществами, на воздухе они темнеют. Неполное окисление ароматических аминов используется в производстве красителей. Эти реакции обычно очень сложны.

ВИДЕО:

         Получение диметиламина и его горение

  Особые свойства анилина.

 Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов.

1). Для анилина характерны свойства бензольного кольца – действие аминогруппы на бензольное кольцо приводит к увеличению подвижности водорода в кольце в орто- и пара- положениях:

С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими аминами и даже с аммиаком.

С другой стороны, под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол.
Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок). Эта реакция может использоваться для качественного и количественного определения анилина:

ВИДЕО:

Бромирование анилина

2). Свойства аминогруппы:

С₆Н₅NН₂ + HCl → [С₆Н₅NН₃ ]⁺Сl^-

                               хлорид фениламмония

ВИДЕО:

Взаимодействие анилина с соляной кислотой

ВИДЕО:

Окисление анилина раствором хлорной извести – качественная реакция

Взаимодействие анилина с дихроматом калия – получение красителей

Получение аминов

 Из-за запаха низшие амины долгое время принимали за аммиак, пока в 1849 году французский химик Шарль Вюрц не выяснил, что в отличие от аммиака, они горят на воздухе с образованием углекислого газа. Он же синтезировал метиламин и этиламин.

 1842 г Н. Н. Зинин получил анилин восстановлением нитробензола - в промышленности

 Восстановление нитросоединений:

 R-NO₂ + 6[H] ^t,kat-Ni → R-NH₂ + 2H₂O

или

R-NO₂+3(NH₄)₂S ^{t, Fe в кислой среде} →R-NH₂ +3S↓ +6NH₃↑ + 2H₂O (р. Зинина)

 Другие способы:

 1). Алкилирование аммиака осуществляют нагреванием галогеноалканов с аммиаком под давлением. ( Промышленный способ).

CH₃Cl + 2NH₃  ^{t, ↑p} → CH₃-NH₂ + NH₄Cl

 2). Лабораторный   - Действие щелочей на соли алкиламмония

(получение первичных, вторичных, третичных аминов):

 [R-NH₃]Г + NaOH ^t → R-NH₂ + NaГ + H₂O

 3).Пропусканием паров спирта и аммиака при 300^оС над катализатором.

С₂Н₅ОН + NН₃ С₂Н₅-NН₂ +Н₂О

Применение.

 Амины используют при получении лекарственных веществ, красителей и исходных продуктов для органического синтеза. Гексаметилендиамин при поликонденсации с адипиновой кислотой дает полиамидные волокна.

Анилин находит широкое применение в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты).

Задания для закрепления материала.

Задание 1

Назовите амины, формулы которых:

1-й уровень

А) СН₃-СН₂- NH2

Б) СН₃-СН-СН₃

NH₂

В) СН₃- NH-СН₂-СН₂-СН₃

2-й уровень

А) СН₃-СН₂-СН₂- NH2

Б) СН₃-СН₂- NH-СН₃

В) СН₃-СН₂-N-СН₂-СН₃

СН₂-СН₃

NH₂

Г) СН₂-СН₂-СН₃

Д) СН₃-N-СН₃

Е) Н₂N-СН₂-СН₂-НN₂

Задание 2

1-й уровень

Напишите структурные формулы всех изомерных первичных аминов состава С₄Н₁₁N и назовите их.

2-й уровень

Определите, к каким гомологическим рядам можно отнести соединения, формулы которых: С₃Н₈, С₃Н₆, С₃Н₄,С₃Н₈О, С₃Н₆О, С₃Н₆О₂, С₃Н₉N. Какие из формул могут принадлежать веществам разных классов и почему? Напишите структурные формулы всех возможных изомеров азотосодержащего вещества и назовите их.

Задание 3

1-й уровень

Органическое вещество содержит 38,7% углерода, 45,15% азота и 16,15% водорода. Относительная плотность паров по водороду равна 15,5. Определите формулу вещества.

2-й уровень

При сгорании 5,64 г органического вещества, состоящего из углерода, водорода, и азота, образовалось 3,84 г воды и 15,94 г оксида углерода (Iv). Определите молекулярную формулу вещества.

Задание 4

1-й уровень

Составьте уравнения химических реакций, соответствующих схеме:

гексан циклогексан бензол нитробензол анилин

2-й уровень

ацетилен бензол нитробензол хлорид фениламония

1. Домашнее задание. Прочитать § 36 (с. 169 – 171), выучить конспект, выполнить упражнение 3 на с. 173.

2. VII. Итог урока.

IX. Рефлексия