403221-amine 1

403221 เคมี�อิ�นทรี�ย์� อะมี�นและสารประกอบไนโตรเจน

(amines and nitrogen compounds)

ผศ . ดร . วราภรณ์� พาราส�ข ภาคว�ชาเคมี� คณ์ะว�ทยาศาสตร�

มีหาว�ทยาล$ยเกษตรศาสตร�

403221-amine 2

โครีงสรี�าง• Amine เป&นอน�พ$นธ์�ของแอมีโมีเน�ย NH3 แบ)งเป&น

– 1o amineRNH2

– 2o amineR2NH

– 3o amine R3N

• โครงสร*างของ N เป&น trigonal pyramid

403221-amine 3

• Nitrogen inversion (pyramid inversion)– ถ้*าหมี,) R ของ amine ไมี)เหมี-อนก$น amine น$.นจะ

เป&น chiral molecule ซึ่01งมี� 2 enantiomers – ในทางปฏิ�บ$ต�ไมี)สามีารถ้แยกท$.งสอง enantiomers

ออกจากก$นได*– ท$.งสอง enantiomers มี�การเปล�1ยนกล$บไปมีาได*

อย)างรวดเร4วผ)าน transition state แบบ sp2-N เร�ยกว)า Nitrogen inversion

403221-amine 4

• ช-1อสามี$ญ– เร�ยกช-1อหมี,)แอลค�ลท�1ต)อก$บ N ท�ละหมี,) ลงท*ายด*วย amine

CH3

CH

CH3 NH2

isopropylamine

CH3CH2NH2

NH2

cyclohexylamineethylamine

CH3CH2NHCH3

ethylmethylamine

CH3

CH

CH3CH2CH2 NH2

1-methylbutylamine

CH3CH2 N CH2CH3

CH2CH3

triethylamine

การีเรี�ย์กชื่��อิอิะมี�น (Amine)R NH2

403221-amine 5

• ช-1อ IUPAC– เร�ยกช-1อสายโซึ่)ท�1มี�หมี,) -NH2 อย,)ด*วยเป&นช-1อหล$ก alkanamine

– ถ้*า หมี,) -NH2 ไมี)อย,)บนคาร�บอนปลาย ต*องระบ�ต6าแหน)งด*วย

CH3

CH

CH3 NH2

2-propanamine

CH3CH2NH2

NH2

cyclohexanamineethanamine

CH3

CH

CH3CH2CH2 NH2

2-pentanamine

403221-amine 6

– ถ้*ามี�หมี,)แทนท�1ท�1 N ระบ� N-alkyl หร-อ N,N-dialkyl หน*าช-1อหล$ก alkanamine

N CH3

CH2CH3

N-ethyl-N-methylcyclohexanamine

CH3CH2 N CH2CH3

CH2CH3

N,N-diethylethanamineN-methylethanamine

CH3CH2 NH

CH3

403221-amine 7

– aniline เป&นช-1อหล$กของ benzene ท�1มี�หมี,) -NH2 แทนท�1

NH

CH3

Cl

O2N

4-chloro-N-methyl-3-nitroaniline

NH2

aniline

403221-amine 8

– ถ้*าช-1อสายโซึ่)หล$กมี�หมี,)ฟั8งก�ช$นอ-1น เร�ยกหมี,) -NH2 เป&นหมี,)แทนท�1ว)า amino

HOCH2CH2 NH2

2-aminoethanol

NH2C

O

H

p-aminobenzaldehyde

403221-amine 9

สมีบั�ติ�ทางกาย์ภาพ•จุ�ดเด�อิด

MW จ�ดเด-อด (oC)

(CH3)3N 59 3

CH3OCH2CH3 60 8

CH3NHCH2CH3 59 37

CH3CH2CH2NH2 59 48

CH3CH2CH2OH 60 97

3o amine bp. ใกล*

เค�ยงก$บ ether

1o 2o amine bp.

ต61ากว)า alcohol

403221-amine 10

•จุ�ดเด�อิด– 1o, 2o amine มี�พ�นธะไฮโดรีเจุน

ระหว)างโมีเลก�ล ท6าให*มี�จ�ดเด-อดส,งกว)า 3o amine ซึ่01งไมี)มี�พ$นธ์ะไฮโดรเจน

CH3N

HHCH3

NH

H

CH3N

HH

403221-amine 11

•การีละลาย์– amine C1-C6 ละลายน6.าได* เพราะเก�ด พ�นธะ

ไฮโดรีเจุนก$บน6.า– amine ส)วนใหญ)ละลายในต$วท6าละลายอ�นทร�ย�

•กล��น – CH3NH2 , CH3CH2NH2 กล�1นคล*าย ammonia

– amine มี�กล�1นคล*ายคาวปลา

403221-amine 12

• สภาพเบัสขอิง amine

–aliphatic amine เป&นเบสมีากกว)า ammonia เพราะ inductive effect ท6าให*cation ท�1เก�ดข0.นเสถ้�ยร

403221-amine 13

–aromatic amine เป&นเบสน*อยกว)า aliphatic amine เพราะ resonance effect

– elecctron บนอะตอมี N เคล-1อนเข*าในวง aromatic ท6าให*ความีหนาแน)นของ electron ลดลง ความีสามีารถ้ในการร$บ H+ จ0งลดลงด*วย

403221-amine 14

1. ปฏิ�ก�รี�ย์า reduction 11. reduction สารประกอบ nitriles

การีเติรี�ย์มี amine

R C N R CH2 NH21o amine

H2/ Pt

R C N R CH2 NH22. H2O

LiAlH41.

+ H2CH3CH2CH2CH2 C N Pt CH3CH2CH2CH2 CH2 NH2

CH2 C N CH2 NH2CH22. H2O

LiAlH41.

403221-amine 15

12. reduction สารประกอบ nitro

R NO2 R NH22. OH-

1. Fe/HCl or Sn/HCl or Zn/HCl

NO2CH3

OH-Fe/HCl NH2CH3 HCl NH2CH3

CH3CH2CH2 NO2 CH3CH2CH2 NH22. OH-

1. Sn/HCl

403221-amine 16

2. ปฏิ�ก�รี�ย์า alkylation ขอิง ammonia หรี�อิ amine

1o amine

R-XNH3

R'-XNH2R

R"-XNHR R' NR R'

R"3o amine

2o amine

NH3NH2CH3

CH3-Br CH3CH2-BrNHCH3 CH2CH3

CH3-BrNCH3 CH2CH3

CH3

NH3CH2-Br CH2NH2

2 CH3-BrCH2N

CH3

CH3

ถ้*าต*องการ 1 o amine ต*องใช* NH3 มีากเก�นพอ

403221-amine 17

3. Grabriel synthesis ( ส�งเครีาะห� 1o amine)

1o amine

R-XNH

O

C

O

C

NaOHH2O

N

O

C

O

C

Na+

N

O

C

O

C

RNaOH

NH2 R

O

C

O

C

O

O+

phthalamide

NH

O

C

O

C

NaOH

H2O

N

O

C

O

C

Na+

N

O

C

O

C

CH2CH2CH3

NaOHNH2 CH2CH2CH3

O

C

O

C

O

O

+

CH3CH2CH2Cl

403221-amine 18

4. เติรี�ย์มีจุากอิน�พ�นธ�ขอิงกรีดคารี�บัอิกซิ�ล�ก4.1 Hofmann degradation

+C

NH2

O

Br

Br2/NaOHCO3

2-

NH2

Br

+C

NH2

O

CH3(CH2)7CH2

OBr -

CO32-CH3(CH2)7CH2 NH2

+CNH2R

OOBr -

CO32-R NH2

1o amine

OBr- ได* จาก

NaOH + Br2

403221-amine 19

4.2 Curtius reaction

CCl

O

H

NaN3 NH2

HC

O

N3

H

H2O ,

+CClR

ONaN3 CO2R NH2

acyl azide

CR

O

N3

H2O , + N2

403221-amine 20

4.3 Schmidt reaction

COH

O

Cl

NaN32. NaOH

+1. H2SO4

NH2

Cl

COHR

O

NaN3 R NH22. NaOH+

1. H2SO4

403221-amine 21

1. ความีเป)นเบัส ปฏิ�ก�รี�ย์าขอิง amine

NH2CH3 + HCl NH3

+CH3 Cl-

+ HNO3 NO3-NH CH3 NH2

+

CH3

403221-amine 22

หมี,) R ให* e- ความีเป&นเบสเพ�1มีข0.น

หมี,) G เป&น e- withdrawing gr. ความีเป&นเบส ลดลง หมี,) G เป&น e- donating gr. ความีเป&นเบส เพ��มีข*+น

ต$วอย)างล6าด$บความีเป&นเบส

403221-amine 23

2 . AlkylationR'-X

NH2RR"-X

NHR R' NR R'

R"

R-XN

+R R'

R"

R

quarternary ammonium salt

X

R-XNH2Ar

R-XNHAr R NAr R

R

R-XN

+Ar R

R

R

X

NH2CH3CH2CH2

CH3-INHCH3CH2CH2 CH3

CH3-IN CH3CH3CH2CH2

CH3

ICH3-I

N+

CH3CH3CH2CH2

CH3

CH3

N CH3CH3CH2CH2

CH3

403221-amine 24

3 . Hofmann elimination

C C

NR3

H

+

OH-

C C NR3+ + H2O

alkene 3o amine

กลไกปฏิ�ก�ร�ยา

ผล�ตภ$ณ์ฑ์�หล$กเป&น alkene ท�1มี�หมี,)แทนท�1ท�1พ$นธ์ะค,)น*อยท�1ส�ด

403221-amine 25

N+

CH3CH3CH2CH2

CH3

CH3

C CH

N(CH3)3

CH

H

H

H

CH2CH3

H

+

H2O

C CCH2CH3

HCH3

H

2

N(CH3)3+

+

Ag2O CH3CH=CH2

2

OH-

C C

H

CH2CH2CH3H

H

96 % 4 %N(CH3)3+

I

CH3-I

CH3 CH

NH2

CH2CH2CH3

มีากเก�นพอ

403221-amine 26

4 . การีเก�ด amide

NH2R

no reaction

CNHR'

O

RCClR'

O

+

NHRR

CNR'

O

R

R

CClR'

O

+

NRR

R CClR'

O

+

1o amine

3o amine

2o amine

N-substitutedamide

N, N-disubstitutedamide

ปฏิ�ก�ร�ยาน�.ใช*ทดสอบชน�ดของamine

403221-amine 27

S Cl

O

O

NH2R +

1o amine

S

O

O

NH

R

KOH

S

O

O

N RK

+

ละลายน6.า

H+

S

O

O

NH

R

ไมี)ละลายน6.า

S Cl

O

O

CClR'

O

แทนHinsberg test ใช*

403221-amine 28

S Cl

O

O

NHRR

+

2o amine

S

O

O

N R

R

KOH or

H+

ไมี)ละลายน6.า

S

O

O

N R

R

ไมี)เปล�1ยนแปลง

403221-amine 29

S Cl

O

O

NRR

R +

3o amine

KOH

H+

, ไมี)เก�ดปฏิ�ก�ร�ยา ไมี)ละลายน6.า

ละลายน6.า

NRR

R

NH+

RR

R

403221-amine 30

5. ปฏิ�ก�รี�ย์าก�บั กรีดไนติรี�ส (HONO <-- NaNO2 + HCl)

NH2R

1o amine

aromatic

aliphatic HONOcold

N+

R N

NH2ArHONOcold

N+

Ar N

diazonium ion

ไมี)เสถ้�ยร

H2O OHR

+ N N

+ alkene

ปฏิ�ก�ร�ยาน�.ใช*ทดสอบชน�ดของamine

403221-amine 31

403221-amine 32

NRR

R +

3o amine

aromatic

aliphatic

NRR

HONOcold

HONOcold

NRR

N O

NH+

RR

RN

+R

R

RN O

p-nitrosocompound

aldehyde, ketone

403221-amine 33

NH2CH3CH2CH2CH2

benzenediazonium ion

HONOcold

NH2

HONOcold

OHCH3CH2CH2CH2

+ N N+

N+

N

CH3CH2CH=CH2

HONOcold

NH

CH3

NCH3

N O

HONOcold

NCH3

CH3NO N

CH3

CH3

p-nitroso-N,N-dimethylaniline

403221-amine 34

6. ปฏิ�ก�รี�ย์าขอิง diazonium salt6.1 ปฏิ�ก�ร�ยาแทนท�1หมี,) N2

diazonium salt

ClZ

N+

N z

H2O OH

H3PO2 H

CuXX

CuCNCN

heat

403221-amine 35

6.2 ปฏิ�ก�ร�ยา coupling

p-hydroxyazobenzene

ClN+

N OH+ N N OH

NCH3

CH3

+methyl orange

N N NCH3

CH3

403221-amine 36

ต$วอย)างการส$งเคราะห�สารโดยใช*diazonium salt

benzeneจาก

Br

OH

ส$งเคราะห�