Азотсодержащие органические. Органические соединения азота
Органические соединения, в состав которых входит азот, довольно разнообразны и многочисленны. В этом отношении азотсодержащие соединения даже превосходят кислород- и серосодержащие вещества. Причина такого многообразия состоит в том, что азот в составе органических соединений может находиться в различных валентных состояниях и образовывать не только простую, но и двойную и даже тройную связь.
НИТРОСОЕДИНЕНИЯ
Нитросоединения - производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько водородных атомов замещены на соответствующее число нитрогрупп (-N0 2):
Строение. В зависимости от характера углеродного атома, с которым связана нитрогруппа, различают первичные (I), вторичные (II) и третичные (III) нитросоединения:
Строение нитрогруппы можно представить такими структурами:
Однако эти формулы не совсем точно отражают строение нитрогруппы. Установлено, что связи в ней имеют промежуточный характер - с выравненным распределением электронной плотности. Поэтому правильнее строение нитрогруппы можно передать с помощью таких мезо- мерных (граничных) формул:
Номенклатура. По систематической номенклатуре нитросоединения называют, добавляя приставку нитро- к названию соответствующего углеводорода:
Получение. Нитросоединения получают реакцией нитрования алканов
Реакция нитрования алканов, как известно, протекает по радикальному механизму.
Химические свойства. 1. Восстановление нитросоединений. При восстановлении нитросоединений образуются первичные амины:
2. Действие щелочей на нитросоединения. Нитрогруппа, являясь сильным акцептором электронов, способствует подвижности водородных атомов при а-углеродном атоме:
Поэтому первичные и вторичные нитросоединения (I) в щелочной среде образуют новую форму нитросоединения - кислотную аци- нитроформу (II), которая затем переходит в соль (III):
Взаимное превращение двух форм нитросоединений (нитроформы и аци-нитроформы) является примером динамической изомерии (таутомерии).
3. Действие азотистой кислоты на нитросоединения. Первичные нитросоединения с азотистой кислотой образуют нитроловые кислоты, а вторичные - псевдонитролы:
Отдельные представители. Нитрометан СН 3 -N0 2 - бесцветная легкоподвижная жидкость с т.кип. 101, 2 °С, хороший растворитель. Хлорированием нитрометана получают трихлорнитро- метан (хлорпикрин) СС1з~N0 2 , который используют для борьбы с грызунами в хлебохранилищах.
Нитроэтан СзНй - NO2 - жидкость с т.кип. 114 °С. Применяют для получения гидроксиламина.
Аминами называются производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены остатками углеводородов.
Аминами можно рассматривать и как производные углеводородов, образованные замещением атомов водорода в углеводородах на группы
NH 2 (первичный амин); NHR (вторичный амин); NR " R " (третичный амин).
В зависимости от числа атомов водорода у атома азота, замещенных радикалами, амины называют первичными, вторичными или третичными.
Группа - NH 2 , входящая в состав первичных аминов, называется аминогруппой. Группа >NH во вторичных аминах называется иминогруппой .
Номенклатура аминов
Обычно амины называют по тем радикалам, которые входят в их молекулу, с прибавлением слова амин.
СН 3 NH 2 – метиламин; (СН 3) 2 NH – диметиламин; (СН 3) 3 N – триметиламин.
Ароматические амины имеют особенности номенклатуры.
С 6 Н 5 NH 2 – фениламин или анилин.
Физические свойства аминов
Первые представители аминов – метиламин, диметиламин, триметиламин – представляют собой при обычной температуре газообразные вещества. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие амины – твердые вещества.
Первые представители, подобно аммиаку, растворяются в воде в больших количествах; высшие амины в воде нерастворимы.
Низшие представители обладают сильным запахом. Метиламин CH 3 NH 2 содержится в некоторых растениях, имеет запах аммиака; триметиламин в концентрированном состоянии имеет запах, сходный с запахом аммиака, но в малых концентрациях, с которыми обычно приходится встречаться, имеет очень неприятный запах гнилой рыбы.
Триметиламин (CH 3) 3 N в довольно больших количествах содержится в селедочном рассоле, а также в ряде растений, например, в цветах одного вида боярышника.
Диамины – это группа соединений, которые можно рассматривать как углеводороды, в молекулах которых два атома водорода замещены аминогруппами (NH 2).
Путресцин был впервые найден в гное. Он представляет собой тетраметилендиамин:
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2
тетраметилендиамин
Кадаверин, гомолог путресцина, был найден в разлагающихся трупах (cadaver – труп), он является пентаметилендиамином:
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2
пентаметилендиамин
Путресцин и кадаверин образуются из аминокислот при гниении белковых веществ. Оба вещества – сильные основания.
Органические основания, образующиеся при гниении трупов (в том числе путресцин и кадаверин), объединяют общим названием птомаины . Птомаины ядовиты.
Следующий представитель диаминов – гексаметилендиамин – применя-ется для получения ценного синтетического волокна – найлона.
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2
гексаметилендиамин
Способы получения аминов
1. Действие аммиака на алкилгалогениды (галогенуглеводороды) - реакция Гофмана.
Начальная реакция:
СН 3 I+NH 3 = I
I+NH 3 CH 3 NH 2 +NH 4 I
метиламин
CH 3 NH 2 + СН 3 I[(CH 3) 2 NH 2 ]I
диметиламмонийиодид
[(CH 3) 2 NH 2 ]I + NH 3 (CH 3) 2 NH + NH 4 I
диметиламин
(CH 3) 2 NH + СН 3 I [(CH 3) 3 NH]I
триметиламмонийиодид
[(CH 3) 3 NH]I + NH 3 (CH 3) 3 N + NH 4 I
триметиламин
(CH 3) 3 N + СН 3 I [(CH 3) 4 N]I
тетраметиламмонийиодид –
соль четырехзамещенного аммония
Исходный метиламин может быть получен и следующим образом:
I + NaOH = CH 3 NH 2 + NaI + H 2 O
метиламин
В результате этих реакций получается смесь замещенных солей аммония (на первых стадиях реакцию остановить невозможно).
Подобная реакция позволяет получать так называемые инвертные мыла , мыла, которые используются в кислой среде.
(CH 3) 3 N+ С 16 Н 33 Cl[(CH 3) 3 NС 16 Н 33 ]Cl
триметилцетиламмоний хлорид
Моющим действием здесь обладает не анион, как в обычных мылах, а катион. Особенность этого мыла в том, что они используются в кислой среде.
Такие мыла не сушат кожу, имеющую, как известно, кислую среду с
В структуру инвертного мыла можно ввести заместитель, проявляющий антимикробную активность. В этом случае синтезируют бактерицидные мыла, используемые в хирургической практике.
2. Восстановление нитросоединений (катализатор никель)
СН 3 NO 2 + 3H 2 =CH 3 NH 2 + 2Н 2 О
3. В природных условиях алифатические амины образуются в результате гнилостных бактериальных процессов разложения азотистых веществ – в первую очередь при разложении аминокислот, образующихся из белков. Такие процессы происходят в кишечнике человека и животных.
Химические свойства аминов
1. Взаимодействие с кислотами
Амин + кислота = соль
Реакция аналогична реакции образования солей аммония:
NH 3 +HCl=NH 4 Cl
аммиак хлорид аммония
CH 3 NH 2 +HCl= Cl
метиламин хлорид метиламмония
2. Реакция с азотистой кислотой
Эта реакция дает возможность различать первичные, вторичные и третичные алифатические, а также ароматические амины, т.к. они по-разному относятся к действию азотистой кислоты.
Азотистая кислота используется в момент выделения по реакции разбавленной соляной кислоты с нитритом натрия, проводимой на холоду:
NaNO 2 (тв) +HCl(водн)NaCl(водн) +HON=O(водн)
8.1 НИТРОСОЕДИНЕНИЯ: определение, изомерия, номенклатура.
Нитросоединениями называются органические вещества, содержащие в качестве функциональной группы нитрогруппу –NO 2 . Атом азота нитрогруппы непосредственно связан с углеродом в отличие от эфиров азотистой кислоты, содержащих функциональную группу –ОNO, где связь осуществляется через кислород. Эфиры азотистой кислоты изомерны нитросоединениям:
R–NO 2 – нитросоединение
R–ONO – эфир азотистой кислоты
Изомерия. Номенклатура. Строение нитрогруппы
В зависимости от природы органического радикала, с которым соединена нитрогруппа, различают нитросоединения алифатические (предельные и непредельные), алициклические, ароматические и гетероциклические. По характеру углеродного атома, связанного с нитрогруппой, нитросоединения подразделяются на первичные, вторичные и третичные (подобно галогенопроизводным и спиртам). В состав молекулы может входить одна или несколько нитрогрупп.
По номенклатуре ИЮПАК нитрогруппа обозначается как заместитель с указанием ее положения в углеродной цепи цифрой:
Строение нитрогруппы может быть обозначено следующими формулами, в соответствии с которыми один из атомов кислорода образует с азотом двойную, другой – семиполярную связь:
Эти формулы вскрывают причину полярности нитросоединений, однако в реальной молекуле связи обоих атомов кислорода с азотом не отличаются друг от друга. В нитрогруппе появляется мезомерия: связи имеют промежуточный характер, распределение электронной плотности выравнивается. Поэтому более точное строение нитрогруппы передают следующие формулы:
Способы получения
Получение нитросоединений, по М. И. Коновалову, нитрованием в газовой фазе; из галогенопроизводных, а также в ароматическом ряду действием нитрующей смеси рассмотрено в гл.3,8,9
Физические свойства
Нитросоединения жирного ряда – жидкости, обладающие приятным запахом, перегоняющиеся без разложения.
Мононитросоединения ароматических углеводородородов – жидкие или твердые вещества, бесцветные или бледно желтые. Ароматические нитросоединения, а также алифатические с числом углеродных атомов менее четырех – тяжелее воды, а алифатические нитросоединения с числом атомов углерода 4 и более – легче воды. Все нитросоединения малорастворимы в воде, ядовиты, не вызывают коррозии металлов, их водные растворы имеют нейтральную реакцию. Нитросоединения – полярные вещества; их дипольные моменты порядка 1,17÷1,34∙10 -29 Кл/м (3,5÷4,0 Д). Поэтому они кипят при более высоких температурах, чем спирты или карбонильные соединения.
В ИК-спектрах нитросоединений имеются интенсивные полосы в области длин волн 1375 и 1580 см -1 .
Химические свойства
1. Восстановление. Конечными продуктами восстановления нитросоединений являются первичные амины.
2. Действие щелочей. Таутомерия нитросоединений.
Нитрогруппа, обладая сильным положительным зарядом на атоме азота, оттягивает на себя электронную плотность и увеличивает подвижность водородов у соседнего атома углерода – их способность отщепляться в виде протона. Подвижность α-водородных атомов первичных и вторичных нитросоединений проявляется в их способности реагировать со щелочами с образованием солей. Это объясняется тем, что в щелочной среде нитросоединения перегруппировываются в аци-нитроформу (кислотную):
Таким образом, нитросоединения следует рассматривать как таутомерные вещества, реагирующие в нитро- и аци-нитроформах.
Если щелочные растворы нитросоединений обработать минеральной кислотой, то происходит медленный обратный сдвиг равновесия:
Поэтому нитросоединения относят к псевдокислотам. Для псевдокислот характерно, что сами они нейтральны, не обладают электропроводностью, тем не менее, образуют нейтральные соли щелочных металлов. «Нейтрализация» нитросоединений основаниями (образование нейтральных солей) идет медленно, а нейтрализация истинных кислот происходит, как известно, мгновенно.
3. Подвижность α-водородных атомов проявляется при взаимодействии первичных и вторичных нитросоединений с альдегидами:
Эта конденсация идет по альдольно-кротоновому типу.
4. Первичные и вторичные нитросоединения реагируют с азотистой кислотой, а третичные не реагируют:
Щелочные соли нитроловых кислот в растворе имеют красный цвет. Псевдонитролы в растворах и в расплавах окрашены в синий или зеленовато-синий цвет.
5. Соли аци-формы первичных и вторичных нитросоединений на холоду в водных растворах при действии минеральных кислот образуют альдегиды или кетоны (в момент выделения аци-форма подвергается гидролизу):
6. Влияние нитрогруппы в ароматическом ядре.
Нитрогруппа относится к заместителям второго рода: оттягивая электроны из ароматического ядра она уменьшает его активность в реакциях электрофильного замещения. Вступающий заместитель направляется в мета-положение:
Электронная плотность особенно сильно уменьшается в орто- и пара-положениях к нитрогруппе. Обедненные электронной плотностью орто- и пара-положения ядра приобретают частичный положительный заряд, а вместе с тем и способность к необычным для ароматических соединений реакциям нуклеофильного замещения:
Оттягивая электронную плотность из ядра, нитрогруппа повышает кислотность стоящих в орто- и пара-положениях гидроксильных групп. Пикриновая кислота ведет себя, как настоящая кислота (сила ее превышает силу угольной кислоты) – образует соли, эфиры со спиртами.
Под влиянием нитрогруппы увеличивается реакционная способность галогена, стоящего в орто- и пара-положениях:
Задачи для самопроверки
1. Изобразите структурные формулы нитрометана, нитроэтана и 2-нитропропана и укажите вид химической связи в этих соединениях.
2. Назовите следующие соединения:
3. Напишите структурные формулы нитросоединений состава С 5 Н 11 NO 2 и назовите их.
4. Напишите структурные формулы нитросоединений, изомерных бутиловому эфиру азотной кислоты. Укажите первичные, вторичные и третичные нитросоединения.
5. Напишите аци-нитро-таутомерные формы для следующих соединений:
С помощью каких реакций можно доказать наличие таутомерных форм?
6. Предложите способ получения нитроэтана из ацетилена. Напишите реакции нитроэтана с формальдегидом, азотистой кислотой, щелочью, восстановления.
7. Дегидратацией продукта конденсации нитросоединения с карбонильным соединением получен 3-нитро-3-гексен. Установите строение исходных нитросоединения и карбонильного, а также напишите реакцию конденсации.
8.2 АМИНЫ: определение, изомерия, номенклатура
Аминами называются производные аммиака, полученные замещением в нем атомов водорода на углеводородные радикалы
В зависимости от числа атомов водорода, замещенных радикалами, различают первичные, вторичные или третичные амины. При этом не имеет значения, какие радикалы (первичные, вторичные или третичные) являются заместителями.
Изомерия. Номенклатура
Изомерия аминов зависит от положения аминогруппы в углеродной цепи и от количества и строения радикалов, связанных с атомом азота.
Названия аминов обычно производят от названий входящих в их состав радикалов с добавлением окончания – амин:
СН 3 −NH 2 - метиламин, (CH 3 −CH 2) 2 NH - диэтиламин,
(CH 3) 3 N - триметиламин
В номенклатуре ИЮПАК аминогруппу рассматривают как функцию и ее название «амино-» ставят перед названием основной цепи, с указанием ее положения цифрой:
Оба эти амина являются первичными.
Способы получения
1. Действие аммиака на галогенпроизводные (реакция Гофмана). При этом получается смесь различных аминов:
Смесь аминов обрабатывают щелочью и подвергают перегонке с водяным паром, а гидроксид полностью замещенного аммония [(CH 3) 4 N] + OH − остается в перегонной колбе. Разделение аминов производят, пользуясь их различной реакционной способностью.
2. Пропусканием паров спирта и аммиака при 300 0 С над катализатором (Al 2 O 3 ; ThO 2) получают смесь первичных, вторичных и третичных аминов с преобладанием первичных:
3. Амиды кислот при расщеплении гипобромитом или гипохлоритом дают первичные амины (перегруппировка Гофмана):
4. Восстановление различных азотосодержащих соединений: нитросоединений, нитрилов, изонитрилов, оксимов или гидразинов:
Физические свойства
Простейшие амины – газы, хорошо растворимые в воде и обладающие аммиачным запахом (метиламин, диметиламин, триметиламин). Остальные низшие амины – жидкости с запахом аммиака. Более сложные амины – жидкости с запахом рыбы. Высшие амины – твердые вещества лишенные запаха. С увеличением молярной массы аминов увеличивается их плотность, повышается температура кипения и уменьшается растворимость в воде. При равном числе углеродных атомов выше всего температура кипения первичных аминов и ниже всего третичных (за счет ассоциации в результате образования водородных связей).
Простейшие амины в отличие от аммиака горят на воздухе.
В ИК-спектрах первичных и вторичных аминов наблюдается поглощение в области 3300 – 3500 см –1 , отвечающее валентным колебаниям N–H связи. Полосы поглощения располагаются в области длин волн 1100 – 1300 см –1 и трудно идентифицируются.
Химические свойства
В химическом отношении амины очень сходны с аммиаком: вступают в различные реакции как нуклеофильные реагенты. Как и аммиак, амины обладают основными свойствами, что объясняется связыванием протонов в слабо диссоциирующий катион замещенного аммония. Основность ароматических аминов понижена.
1. Амины с минеральными кислотами дают соли, которые под действием более сильного основания вновь дают свободные амины:
2. Амины вступают в реакцию алкилирования. (См. способы получения аминов: реакция Гофмана).
3. Амины можно ацилировать, в частности ацетилировать, действуя уксусным ангидридом или хлористым ацетилом:
4. Первичные амины могут быть окислены до нитросоединений или других продуктов окисления:
Следовательно, при использовании аминов в различных синтезах, аминогруппу необходимо защищать при действии окислителей. Такой защитой является реакция ацилирования аминов (см. пункт3)
5. Действие азотистой кислоты.
Эта реакция имеет важное аналитическое значение, так как позволяет различать первичные, вторичные и третичные амины.
а) При действии азотистой кислоты на первичные алифатические амины (кроме метиламина) выделяется свободный азот и образуется спирт:
Реакцию удобнее вести с солью азотистой кислоты в присутствии минеральной кислоты.
б) При взаимодействии первичных ароматических аминов с азотистой кислотой образуются соли диазония:
в) Алифатические и ароматические вторичные амины с азотистой кислотой образуют N-нитрозамины:
г) Третичные алифатические амины с азотистой кислотой не реагируют, а третичные ароматические амины образуют п-нитрозосоединения:
6. При слабом нагревании ароматических первичных аминов с ароматическими альдегидами легко образуются шиффовы основания или азометины:
7. При нагревании первичных ароматических аминов с хлороформом и спиртовой щелочью получаются карбиламины или изонитрилы.
8. Благодаря склонности к образованию σ-комплексов в о- и п- положениях к аминогруппе ароматические амины легко вступают в реакции электрофильного замещения. При этом получаются главным образом п-продукты:
В реакциях сульфирования аминогруппа не требует защиты.
Понятие о диаминах
Соединении, содержащие две амино группы в молекуле, называются диаминами:
NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 этилендиамин, 1,2-диаминоэтан
NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 тетраметилендиамин, 1,4-диаминобутан
NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 пентаметилендиамин, 1,5-диаминопентан
Диамины могут быть получены теми же способами, что и моноамины: восстановлением динитросоединений, взаимодействием аммиака с дигалогенпроизводными, восстановлением динитрилов и т.д.
Низшие диамины растворимы в воде и являются более сильными основаниями, чем моноамины.
Диамины образуют соли с двумя эквивалентами кислот, могут алкилироваться и ацилироваться с участием как одной, так и обеих аминогрупп.
Некоторые диамины – путресцин и кадаверин (тетраметилендиамин, пентаметилендиамин) образуются при декарбоксилировании аминокислот в результате жизнедеятельности многих микроорганизмов.
Задачи для самопроверки
1. Какова электронная конфигурация атома азота в триметиламине?
2. Напишите структурные формулы всех возможных изомеров аминов состава С 4 Н 11 N. Укажите первичные, вторичные и третичные амины.
3. Напишите реакции, с помощью которых из этилена можно получить: а) этиламин, б) пропиламин, в) метиламин, г) триэтиламин.
4. Предложите реакции, позволяющие осуществить следующие превращения:
а) этиленовый углеводород → 3-метил-2-бутанамин;
б) предельный углеводород → метил-трет-амиламин
Приведите реакции характерные для каждого из этих аминов.
5. Используйте ацетон для получения изопропиламина. Напишите для изопропиламина реакции с хлористым ацетилом, азотистой кислотой, окислителем.
6. Напишите уравнения реакций, соответствующие схеме; назовите все органические вещества:
7. При действии азотистой кислоты на амин, состава С 6 Н 15 N, выделяется азот и образуется спирт С 6 H 14 O и алкен С 6 Н 12 , озонолизом которого получают ацетальдегид и метилэтилкетон. Установите строение амина и напишите все перечисленные реакции.
8.3. ДИАЗО- и АЗОСОЕДИНЕНИЯ: определение, изомерия, номенклатура
Ароматическими диазосоединениями называют различные по строению, однако легко взаимопревращаемые соединения: соли диазония, диазогидроксиды, соли диазогидроксидов – диазотаты, диазоцианиды и другие подобные вещества.
Диазосоединения ArN 2 X – это органические вещества с функциональной группой, составленной из двух атомов азота и соединенных с ароматическим радикалом и неорганическим остатком Х. Среди диазосоединений наиболее важными являются соли диазония.
Соли диазония состоят из диазокатиона и аниона, например + Cl – (хлористый бензол диазоний). По своему характеру они подобны аммонийным солям.
Генетически связаны с солями диазония азосоединения, которые имеют функциональную группу того же состава, имеющую строение –N=N– и стоящую между двумя ароматическими радикалами: Ar–N=N–Ar.
Несимметричные структуры (R-N=N-R′) называют, прибавляя в качестве приставки название радикала R-N=N- (арилазо-) к названию родоначального углеводорода. В качестве родоначального углеводорода RH выбирают ту часть молекулы, которая содержит заместитель, обозначаемый окончанием в названии соединения, например
Способы получения
Общий и важнейший способ получения диазосоединений заключается в действии азотистой кислоты на соли первичных ароматических аминов (реакция диазотирования).
Практически вместо неустойчивой в свободном состоянии азотистой кислоты берут ее соль и сильную минеральную кислоту (соляную, серную) в количестве, достаточном для образования соли амина, выделения азотистой кислоты из ее соли и сохранения кислой среды после окончания процесса. Избыток кислоты необходим для стабилизации соли диазония:
Ar-NH 2 + NaNO 2 + 3HCl → + Cl − + NaCl + 2H 2 O
Диазосоединения почти никогда не выделяют в твердом виде (это опасно из-за взрывчатости сухих диазосоединений), а используют непосредственно раствор для дальнейших превращений.
Если требуется получить свободную соль диазония, то реакцию диазотирования проводят в каком-либо органическом растворителе с помощью эфиров азотистой кислоты. Тогда соль диазония выпадает в осадок:
8.3.2 Физические и химические свойства
Реакции диазосоединений отличаются большим разнообразием. Их обычно разделяют на две группы – реакции с выделением азота и реакции без выделения азота. Первые имеют большое значение для синтеза разнообразных ароматических соединений, вторые – служат основой отрасли промышленности – получение азокрасителей.
Азотсодержащие вещества - аммиак ЫНЬ, ангидриды кислот азотной Ыг03 и азотистой М205-образуются в воде преимущественно а результате разложения белковых соединений, попадающих в нее со сточными водами. Иногда аммиак, встречающийся в воде, может иметь неорганическое происхождение вследствие его образования в результате восстановления нитратов и нитритов гуми-новыми веществами, сероводородом, закисным железом и т. д.[ ...]
Азотсодержащие вещества ионы аммония, нитритные и нитратные) образуются в воде в результате восстановления нитритов и нитратов железа сероводородом, гумусовыми веществами и т. д. либо в результате разложения белковых соединений, вносимых в водоем со сточными водами. В последнем случае вода ненадежна в санитарном отношении. В артезианских водах содержание нитритов достигает десятых долей мг/л, а в поверхностных водах - до тысячных долей мг/л. Формы азотсодержащих соединений, присутствующих в воде, позволяют судить о времени внесения в водйем сточных вод. Например, присутствие ионов аммония и отсутствие нитритов свидетельствуют о недавнем загрязнении воды.[ ...]
Азотсодержащие вещества (белки, например) подвергаются процессу аммонификации, связанному с образованием аммиака, а далее - солей аммония, доступных в ионной форме для ассимиляции растениями. Однако часть аммиака под воздействием нитрифицирующих бактерий подвергается нитрификации, т. е. окислению сначала до азотистой, далее - азотной кислоты, а далее - при взаимодействии последней с основаниями почвы - происходит образование солей азотной кислоты. В каждом процессе участвует особая группа бактерий. В анаэробных условиях соли азотной кислоты подвергаются денитрификации с образованием свободного азота.[ ...]
Азотсодержащие вещества (аммонийные соли, нитриты и нитраты) образуются в воде главным образом в результате разложения белковых соединений, попадающих в водоем со сточными бытовыми и промышленными водами. Реже в воде встречается аммиак минерального происхождения, образовавшийся в результате восстановления органических азотистых соединений. Если причиной образования аммиака является гниение белков, то такие воды не пригодны для питья.[ ...]
Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитритные и нитратные ионы) образуются в воде в результате разложения белковых соединений, попадающих в нее почти всегда со сточными бытовыми водами, стоками коксобензольных, азотнотуковых и других заводов. Белковые вещества под действием микроорганизмов подвергаются распаду, конечный продукт которого - аммиак. Наличие последнего свидетельствует о загрязнении воды сточными водами.[ ...]
Распад азотсодержащих веществ до стадии аммиака (происходит довольно быстро, следовательно, присутствие его в воде свидетельствует о свежем ее загрязнении. О недавнем загрязнении воды говорит также наличие в ней азотистой кислоты.[ ...]
Синтез азотсодержащих веществ в растении происходит за счет неорганического азота и безазотистых органических веществ.[ ...]
Азотистые вещества. Если в плазме крови осадить белки и затем их отделить, то в ней остается ряд азотсодержащих веществ. Азот этих веществ называется остаточным азотом. К этой группе веществ принадлежат мочевина, мочевая кислота, аммиак, амины, креатин, креатинин, триметиламиноксид и др.[ ...]
Первичные вещества в лишайниках в общем те же, что и в других растениях. Оболочки гиф в лишайниковом слоевище составлены в основном углеводами, Часто обнаруживается в гифах хитин (С30 Н60 К4 019). Характерной составной частью гиф является полисахарид лихенин (С6Н10О6)п, называемый лишайниковым крахмалом. Реже встречающийся изомер лихенина - изолихенин - найден, кроме оболочек гиф, в протопласте. Из высокомолекулярных полисахаридов в лишайниках, в частности в оболочках гиф, встречаются гемицеллюлозы, являющиеся, очевидно, резервными углеводами. В межклеточных пространствах у некоторых лишайников обнаружены пектиновые вещества, которые, впитывая в большом количестве воду, набухают и ослизняют слоевище. В лишайниках встречаются также многие ферменты - инвертаза, амилаза, каталаза, уре-аза, зимаза, лихеназа, в том числе и внеклеточные. Из азотсодержащих веществ в гифах лишайников обнаружены многие аминокислоты - аланин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, лизин, валин, тирозин, триптофан и др. Фикобионт продуцирует в лишайниках витамины, но почти всегда в малых количествах.[ ...]
Есть такие вещества, которые синтезируются только в клетках корвя. В работах советского академика А. А. Шмука было показано, что образование таких азотсодержащих веществ, как алкалоиды, происходит в клетках корня. Французский физиолог де Ропп проращивал зародыши пшеницы на питательной среде в стерильных условиях, их корни не соприкасались с питательной средой, но находились во влажной атмосфере, благодаря чему сохраняли жиэнеспо-собпость, а питательные вещества поступали непосредственно через щиток. Проростки развивались нормально. Если корни обрывались, проростки погибали. Эти опыты показывают, что клетки корня необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, они снабжают его какими-то специфическими веществами, возможно, гормонального типа. Немецкий ученый Мотес показал, что если изолированные листья табака поместить в питательную среду и на них образуются корни, то они долгое время сохраняют зеленую окраску. Если корни обрывать, то при выдерживании на питательной смеси листья желтеют. При этом влияние корней оказалось возможным заменить нанесением па листья раствора фитогормона кинетина. Таким образом, живые клетки корня являются источником многих важных и незаменимых органических веществ, в том числе гормонов.[ ...]
По наличию азотсодержащих веществ в воде можно судить о загрязненности ее бытовыми стоками. Если загрязнение произошло недавно, то весь азот, как правило, находится в виде аммиака. Если наряду с ионом 1ЧН4+ имеются нитриты, то это означает, что с момента заражения прошло некоторое время. А если весь азот представлен нитратами, то с момента заражения прошло много времени и вода водоема в месте отбора проб самоочистилась.[ ...]
Разложение азотсодержащих веществ (белков) протекает в два этапа. На первом под влиянием аэробных и анаэробных микроорганизмов белки расщепляются с выделением содержащегося в них азота в виде МНз (стадия аммонификации) и образованием пептонов (продуктов первичного распада белков), а затем аминокислот. Последующее окислительное и восстановительное дезаминирование и декарбок-силированне приводят к полному распаду пептонов и аминокислот. Длительность первого этапа составляет от одного до нескольких лет. На втором этапе ЫНз окисляется сначала до Н1 02, а затем до НЫОз. Окончательное возвращение азота в атмосферу происходит под действием бактерий - денитрификаторов, которые разлагают нитраты молекулярного азота. Продолжительность периода минерализации составляет 30-40 лет и более.[ ...]
Большинство азотсодержащих веществ относят к 3-й и 4-й группам по классификации Л. А. Кульского. Однако из-за присутствующих взвесей механические способы, особенно при биохимической очистке общих стоков, также включают в схему.[ ...]
Однако из всех азотсодержащих веществ наибольшие трудности вызывает определение вьгсокополярных основных соединений- алканоламинов (аминоспиртов). Хотя эти неудобные для анализа соединения в принципе можно определять методом газовой хроматографии, но техника1 прямого анализа неприменима для анализа следов аминоспиртов, поскольку низкие концентрации этих веществ необратимо сорбируются насадкой колонки и хроматографической аппаратурой. Поэтому для корректного определения примесей аминоспиртов в воздухе был разработан метод анализа этих токсичных соединений в концентрациях ниже 10-5% в виде‘производных с фторорг ани-ческими соединениями .[ ...]
Трудноразлагаемые вещества, как например, лигносульфо-новая кислота сточных вод целлюлозной промышленности, требуют, конечно, более продолжительного времени разложения. Во второй ступени происходит нитрификация азотсодержащих веществ.[ ...]
Так же как и у гороха, синтез азотсодержащих веществ в листьях кукурузы нарушался в тех случаях, когда подавлялся синтез сахаров; содержание азотистых веществ при этом возрастало (варианты с симазином, хлоразином и атразином). При воздействии на кукурузу ипазином, пропазином и триэтазином количество общего азота было близким к контролю.[ ...]
Это гетероциклические азотсодержащие вещества щелочного характера, обладающие сильным физиологическим действием. Они также относятся к небелковым азотистым соединениям. В настоящее время известно значительное число алкалоидоносных растений, многие из которых введены в культуру. В листьях табака накапливается алкалоид никотлн (3-7%), в листьях, стеблях и семенах алкалоидных люпинов - лупинин, спар-теин, лупанин и некоторые другие алкалоиды (1-3%), в коре хинного дерева алкалоид хинин (8-12%), в высушенном млечном соке опийного мака (опии) алкалоиды составляют 15-20%, среди которых основными являются морфин, наркотин и кодеин. Алкалоид кофеин находится в зернах кофе (1-3%), в листьях чая (до 5%), в небольшом количестве в бобах какао, орехах кола и других растениях. Алкалоид теобромин содержится (до 3%) в бобах какао, меньше его в листьях чая.[ ...]
Биохимический процесс окисления органических веществ сточных вод (биохимическое окисление) происходит при содействии микроорганизмов-минерализаторов в две фазы: в первой фазе происходит окисление органических веществ, содержащих преимущественно углерод, и азотсодержащих веществ - до начала нитрификации. Поэтому первую фазу часто называют углеродистой. Вторая фаза включает процесс нитрификации, т. е. окисление азота аммонийных солей в нитриты и нитраты. Вторая фаза протекает приблизительно 40 суток, т. е. значительно медленнее, чем первая фаза, занимающая примерно 20 суток, и требует значительно больше кислорода. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) учитывает только первую фазу окисления. В природе, однако, трудно разделить обе фазы окисления, так как они происходят почти одновременно. При расчете самоочищающей способности водоемов для решения вопроса о необходимой степени очистки сточных вод до выпуска их в водоем учитывается только первая фаза окисления, так как для второй фазы практически трудно получить данные.[ ...]
Гуминовые кислоты, извлекаемые из торфа, - высокомолекулярные азотсодержащие вещества циклического строения с молекулярной массой около 30-40 тыс. Гуминовые кислоты образуют Комплексные соединения с алюмосиликатами, окислами металлов, ионами железа и марганца.[ ...]
Аммиак поступает в атмосферу в результате распада органических азотсодержащих веществ и может присутствовать в воздухе вдали от населенных пунктов в концентрации 0,003- 0,005 мг/м3.[ ...]
Другие физиологические группы анаэробов участвуют в круговороте азотсодержащих веществ: разлагают белки, аминокислоты, пурины (протеолитические, пуринолитические бактерии). Многие же способны активно фиксировать атмосферный азот, переводя его в органическую форму. Эти анаэробы способствуют повышению плодородия почв. Количество клеток протеолитических и сахаролитических анаэробов в 1 г плодородных почв достигает даже миллионов. Особое значение имеют те группы микроорганизмов, которые участвуют в разложении труднодоступных форм органических соединений, таких, как пектиновые вещества и целлюлоза. Именно эти вещества составляют большую долю растительных остатков и являются главным источником углерода для почвенных микроорганизмов.[ ...]
В целом приведенные в данной главе материалы показывают, что углеводы и азотсодержащие вещества являются важными трофическими факторами, оказывающими определенное количественное влияние на цветение растений. Опыты с короткодпевны-ми и длиииодневиыми видами показали, что углеводный и азотный обмены растений являются частью метаболического фона, который оказывает активное влияние па синтез более специфических гормональных регуляторов цветения растений.[ ...]
Методами жидкостной хроматографии можно определять любые органические азотсодержащие вещества в газах и жидкостях. В то же время широко используют и традиционные химические методы. Аминогруппу последней связывают формальдегидом, а карбоксильную группу оттитровывают раствором едкого натра.[ ...]
До сих пор мы сопоставляли аналитические данные по содержанию углеводов и азотсодержащих веществ в листьях коротко-дневных и длипподпевных видов растений в зависимости от длины дня, благоприятной или неблагоприятной для цветения. Основной идеей следующей серии опытов было выяснение действия углеводов и азотсодеряшгцих соединений на цветение растений при искусственном обогащении или обедпеиии этими веществами. Такой подход к исследуемому вопросу можно обозначить как синтетический [Чашшхян, 1943].[ ...]
Экскреты и мертвые организмы служат питанием для редуцентов, превращающих органические азотсодержащие вещества в неорганические.[ ...]
Окисление бихроматом калия является более полным, окисляются даже некоторые неорганические вещества (N0 , Б2-, 8203“, Ре2+, ЯОз“). Аммиак и ионы аммония, образующиеся при окислении органического азота, не окисляются. Некоторые азотсодержащие вещества, такие как триметиламин, обычно присутствующий в стоках рыбных производств, циклические соединения азота, такие как пиридин, также не окисляются при анализе ХПК. В общем анализ ХПК вполне позволяет оценить содержание органического вещества в городских стоках, возможно, в диапазоне 90-95% теоретического потребления кислорода, необходимого для полного окисления всех присутствующих органических веществ.[ ...]
В растительных и животных остатках, попадающих в почву и водоемы, всегда содержатся органические азотсодержащие вещества - белок и мочевина. Под действием микроорганизмов происходит минерализация этих веществ, сопровождающаяся накоплением аммиака. Разложение белка связано с развитием гнилостных микроорганизмов. Это сложный, многоступенчатый процесс, начинающийся с расщепления белков на пептоны под действием микробных ферментов про-теиназ. Далее пептоны расщепляются до аминокислот при участии ферментов пептиназ. Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты в свою очередь подвергаются разложению.[ ...]
На заторфованных и заболоченных участках вместе с понижением уровня грунтовых вод происходит разложение органического вещества в породах, что способствует увеличению содержания в воде азотсодержащих веществ и железа, выносимого из пород в результате обогащения воды органическими веществами и углекислым газом.[ ...]
В прудовом рыбоводстве критерием оценки корма принято считать белковое отношение, под которым подразумевают отношение переваримых азотсодержащих веществ в корме к переваримым безазотистым. Белковое отношение до 1:5 называется узким, а выше - широким. Считалось, что чем оно уже, тем ценнее корм, но в практике это не. всегда находит подтверждение. В ряде случаев корма с более широким белковым отношением (например, 1:7) дают тот же эффект, что и корма с узким белковым отношением (например, 1:2). Эт.о можно объяснить тем, что недостаток усвояемого белка в корме пополняется ценной естественной пищей. Ценность естественной пищи и корма определяется не только этим соотношением, а комплексом факторов, создающих наилучшие условия внешней среды, в частности витаминами, которые карп может получать главным образом из естественной пищи.[ ...]
Поэтому, как правило, на химических предприятиях создают установки для глубокой доочистки стоков, где разрушаются остатки токсичных веществ. Жесткие требования к доочистке в большой мере зависят от кумулятивного действия многих токсичных азотсодержащих веществ .[ ...]
Обычную дистиллированную воду подкисляют, прибавляют к ней перманганат калия и перегоняют. Эту операцию повторяют еще раз. Как перегонку воды, так и само определение азотсодержащих веществ надо проводить в комнате, где нет- аммиака в воздухе.[ ...]
Из присутствующих в атмосфере кислородных соединений азота загрязнителями являются окись азота, двуокись азота и азотная кислота. В основном опп образуются в результате разложения азотсодержащих веществ почвенными бактериями. Ежегодно во всем мире в атмосферу поступает 50 107 т окиси азота природного происхождения, тогда как в результате деятельности человека - лишь 5-107 т окиси и двуокиси азота. В атмосфере Земли природное содержание двуокиси азота составляет 0,0018- 0,009 мг/м8, окиси азота 0,002 мг1м3; время жизни двуокиси азота в атмосфере 3 дня, окиси 4 дня .[ ...]
Вместе с тем необходимо отметить, что такая закономерность не универсальна. Она осложняется многими обстоятельствами, в первую очередь особенностями видовой специфики растений. Осложняется она п тем, что содержание углеводов и азотсодержащих веществ имеет свою динамику и изменяется в течение вегетационного сезона, а также с возрастом отдельных органов и тканей [Львов, Обухова, 1941, Жданова, 1951; Реймерс, 1959]. В этих работах было показано также, что общее содержание углеводов и азотсодержащих веществ в растении зависит не только от влияния длины дня иа их синтез и распад, но и от характера их оттока и перераспределения по растению.[ ...]
О вреде, который нитраты причиняют здоровью, уже говорилось выше (разд. 3.3.1). Шпинат и морковь являются важнейшим компонентом детского питания, а детский организм особенно чувствительно реагирует на действие нитратов. В отличие от названных овощей табак при обильном удобрении азотсодержащими веществами обнаруживает чрезмерно повышенное содержание органических аминов. Подобная опасность может возникнуть и в случае ряда других растений, которые употребляются в пищу. С увеличением содержания аминов увеличивается и вероятность образования в желудке нитрозаминов (уравнение 3.16).[ ...]
Азот воздуха является нейтральным газом для большинства организмов, особенно животных. Однако для значительной группы микроорганизмов (клубеньковых бактерий, сине-зеленых водорослей и др.) азот является фактором жизнедеятельности. Названные микроорганизмы, усваивая молекулярный азот, после отмирания и минерализации снабжают корни высших растений доступными формами этого элемента. Тем самым азот включается в азотсодержащие вещества растений (аминокислоты, белки, пигменты и др.). В дальнейшем биомасса этих растений потребляется травоядными животными и т.д. по пищевой цепи.[ ...]
Второй подход, назовем его производственным, при выборе основных показателей исходит из ’’агрономической ценности” тех или иных микроорганизмов и биохимических процессов. Он достаточно условный, поскольку само понятие ’’агрономической ценности” весьма относительно и со временем может изменяться в соответствии с изменением технологии производства и углублением наших знаний. Так, минерализация органического вещества - ’’агрономически ценный” процесс, но при условии полного воспроизводства гумуса и восстановления структуры почвы. В противном случае рано или поздно произойдет дегумификация и деградация почвы со всеми вытекающими для ее плодородия последствиями. Процесс нитрификации является интегральным показателем процессов минерализации азотсодержащих веществ и, несомненно, полезен в естественных ландшафтах.[ ...]
В лабораторных условиях вторая ступень начинается только через 10 дней и длится несколько месяцев. В природе обе ступени протекают одновременно, так как в водоемах смешиваются различные сточные воды при неодинаковой концентрации кислорода. На рис. 5 Териаульт (Theriault) приводит расход кислорода при аэробном разложении городских сточных вод, которое было проведено в лабораторных условиях при 9, 20, 30°. Из этих данных следует, что нитрификация азотсодержащих веществ практически требует столько же кислорода, сколько его расходуется на разложение углеродсодержащих веществ.[ ...]
Окончание фиксации проверяют следующим образом: вынимают из шкафа образцы, разворачивают - растительный материал должен быть влажным и вялым при этом он должен сохранить свою окраску, т.е. не пожелтеть. Дальнейшее высушивание пробы проводят при доступе воздуха в открытых пакетах при температуре 50-60°С в течение 3 - 4 ч. Превышать указанные интервалы температуры и времени не следует. Длительное нагревание при высокой температуре приводит к термическому разложению многих азотсодержащих веществ и карамелизации углеводов растительной массы.[ ...]
Выпадение дождя приводит к тому, что воздух очищается еще одним способом, помимо только что описанного. Ранее мы уже говорили, что внутри облака капельки образуются в результате конденсации на мелких частицах радиусом 0,1 -1,0 мк. Эффективными ядрами конденсации являются частицы морской соли. По мнению ученых, большинство еще более мелких по размерам ядер конденсации составляет серусодержащие частицы, какие выбрасывают в атмосферу источники промышленных загрязнений. Ядрами конденсации могут служить и некоторые соединения азота. При выпадении дождя капельки, находящиеся внутри облака, в результате столкновения п слияния объединяются с дождевыми каплями. Когда они выпадают на землю, то уносят с собой серу- и азотсодержащие вещества. Иногда эти два типа веществ даже удобряют почву, так как добавляют в нее питательные (для растений) вещества.
Используя данный видеоурок, все желающие смогут получить представление о теме "Азотсодержащие органические соединения". При помощи этого видеоматериала вы узнаете об органических соединениях, имеющих в своём составе азот. Учитель расскажет об азотосодержащих органических соединениях, их составе и свойствах.
Тема: Органические вещества
Урок: Азотсодержащие органические соединения
В большинстве природных органических соединений азот входит в состав NH 2 - аминогруппы. Органические вещества, молекулы которых содержат аминогруппу , называются аминами. Строение молекул аминов аналогично строению аммиака, и поэтому свойства этих веществ сходны.
Аминами называют производные аммиака, в молекулах которого один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами. Общая формула аминов - R - NH 2.
Рис. 1. Шаростержневые модели молекулы метиламина ()
Если замещен один атом водорода, то образуется первичный амин. Например, метиламин
(см. Рис. 1).
Если замещены 2 атома водорода, то образуется вторичный амин. Например, диметиламин
При замещении всех 3 атомов водорода в аммиаке, образуется третичный амин. Например, триметиламин
Разнообразие аминов определяется не только числом замещенных атомов водорода, но и составом углеводородных радикалов. С n Н 2 n +1 - N Н 2 - это общая формула первичных аминов.
Свойства аминов
Метиламин, диметиламин, триметиламин - это газы с неприятным запахом. Говорят, что они обладают запахом рыбы. Благодаря наличию водородной связи, они хорошо растворяются в воде, спирте, ацетоне. Из-за водородной связи в молекуле метиламина наблюдается и большое различие в температурах кипения метиламина (t кип.= -6,3 ° С) и соответствующего углеводорода метана CH 4 (t кип.= -161,5 ° С). Остальные амины являются жидкими или твердыми, при нормальных условиях, веществами, обладающие неприятным запахом. Только высшие амины практически не имеют запаха. Способность аминов вступать в реакции, подобные аммиаку, обусловлена также наличием в их молекуле «неподеленной» пары электронов (см. Рис. 2).
Рис. 2. Наличие у азота «неподеленной» пары электронов
Взаимодействие с водой
Щелочную среду в водном растворе метиламина можно обнаружить с помощью индикатора. Метиламин СН 3 - N Н 2 - тоже основание, но иного типа. Его основные свойства обусловлены способностью молекул присоединять катионы H + .
Суммарная схема взаимодействия метиламина с водой:
СН 3 - N Н 2 + Н-ОН → СН 3 - N Н 3 + + ОН -
МЕТИЛАМИН ИОН МЕТИЛ АММОНИЯ
Взаимодействие с кислотами
Подобно аммиаку, амины взаимодействуют с кислотами. При этом образуются твердые солеподобные вещества.
С 2 Н 5 - N Н 2 + НС l → С 2 Н 5 - N Н 3 + + С l -
ЭТИЛАМИН ХЛОРИД ЭТИЛ АММОНИЯ
Хлорид этиламмония хорошо растворяется в воде. Раствор этого вещества проводит электрический ток. При взаимодействии хлорида этиламмония со щелочью образуется этиламин.
С 2 Н 5 - N Н 3 + С l - + N аОН → С 2 Н 5 - N Н 2 + N аС l + Н 2 О
При горении аминов образуются не только оксиды углерода и вода, но и молекулярный азот .
4СН 3 - N Н 2 + 9О 2 → 4 СО 2 + 10 Н 2 О + 2 N 2
Смеси метиламина с воздухом взрывоопасны.
Низшие амины используют для синтеза лекарственных средств, пестицидов, а также при производстве пластмасс. Метиламин - токсичное соединение. Он раздражает слизистые оболочки, угнетает дыхание, отрицательно действует на нервную систему, внутренние органы.
Подведение итога урока
Вы узнали еще один класс органических веществ - амины. Амины относятся к азотсодержащим органическим соединениям. Функциональная группа аминов - NН 2 , называемая аминогруппой. Амины можно рассматривать как производные аммиака, в молекулах которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородный радикал. Рассмотрели химические и физические свойства аминов.
1. Рудзитис Г.Е. Неорганическая и органическая химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, 2009.
2. Попель П.П. Химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / П.П. Попель, Л.С. Кривля. - К.: ИЦ «Академия», 2009. - 248 с.: ил.
3. Габриелян О.С. Химия. 9 класс: Учебник. - М.: Дрофа, 2001. - 224 с.
1. Рудзитис Г.Е. Неорганическая и органическая химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, 2009. - №№ 13-15 (с. 173).
2. Вычислите массовую долю азота в метиламине.
3. Напишите реакцию горения пропиламина. Укажите сумму коэффициентов продуктов реакции.
