مواضيع المحاضرة: الامينات
background image

 

1

 

Organic chemistry II

  

 

 

Amines

 

Amines may be regarded as the derivatives of ammonia in which one 
or more or all the hydrogen atoms are replaced by organic groups, 
such as alkyl or aryl

 

 

  Structure  The  relation  between  ammonia  and  amines  is  as 

follows: 

 

 

 

  1º Amines have one organic group attached to the N atom 

  2º Amines have two organic groups attached to the N atom 

  3º Amines have three organic groups attached to the N atom 

  In some 2º and 3º amines the N may be part of a ring 

  The  N  atom  in  amines  is  trivalent  and  it  carries  an  unshared 

electron pair 

  The  N  orbitals  are  sp

3

-hybridized,  and  the  overall  geometry  is 

pyramidal (almost tetrahedral) 

 

 

 


background image

 

2

 

 

 

Classification of amines 

 

a) Primary (1°) Amines: - An amine in which one hydrogen of 
ammonia has been replaced by an alkyl or aryl group. 

b) Secondary (2°) Amines: - An amine in which two hydrogen of 
ammonia have been replaced by alkyl or aryl groups. 

c) Tertiary (3°) Amines: - An amine in which all three hydrogens of        
ammonia have been replaced by alkyl or aryl groups. 

 
 

d) Quaternary (4°) ammonium ion:- An ion in which nitrogen is 
bonded to four carbons and bears a positive charge. 

 

 

NH

3

CH

3

NH

2

CH

3

NH

CH

3

CH

3

N

CH

3

CH

3

Ammonia            Methylamine            Dimethylamine             Trimethylamine
                            (1° amine)                 (2° amine)                   (3° amine)

(CH

3

)

4

N

+

Cl

-

NCH

2

(CH

2

)

12

CH

3

Cl

-

CH

2

N(CH

3

)

3

OH

-

Tetramethylammonium       Tetradecylpyridinium chloride               Benzyltrimethylammonium
         chloride                      (Cetylpyridinium chloride)                               hydroxide


background image

 

3

 

e) Aliphatic amines: - An amine in which nitrogen is bonded only 
to alkyl groups. 

 
 
 

 

 
 
 
 

f) Aromatic amine: - An amine in which nitrogen is bonded to one or 
more aryl groups. 

 

 
 

 

g) Heterocyclic amines:-An amine in which nitrogen is one of the atoms 
or a ring. 

 

 

 

NH

2

N H

CH

3

CH

2

N

CH

3

CH

3

          Aniline                              N-Methylaniline                   Benzyldimethylamine
(1° aromatic amine)                (2° aromatic amine)                 (3° aliphatic amine)

N

H

N

H

N

N

H

     Piperidine       Pyrrolidine              Pyrrole          Pyridine
 (heterocyclic aliphatic amines)      (heterocyclic aromatic amines)


background image

 

4

 

Nomenclature of Amines  

 (Common Names)  
Naming Simple Amines  
• Are named as alkylamines.  
• List the names of the alkyl groups bonded to the N atom in 
alphabetical order in front of amine. 

 

 

 

 
 

 

 
 

CH

3

NH

2

CH

3

CNH

2

CH

3

CH

3

N

H

CH

3

CH

2

NCH

2

CH

3

CH

2

CH

3

Methylamine            tert-Butylamine                  Dicyclopentylamine                         Triethylamine


background image

 

5

 

 
 
 
 
 

 

If the nitrogen atom occurs as part of a ring, the compound 
is designated as being heterocyclic

 

 

Each ring system has its own parent name

 

 
 

 

 

 

 

 

IUPAC system   

 

 

 

- The prefix amino and a number designates the position of the 
amino group on an alkane parent chain 

 

 

 

- A substituent on the N uses the –N prefix as with the 
systematic naming

 

 

 

 

 


background image

 

6

 

 

 

 

 

When other functional groups are present, the amino group is named 

as a substituent:                                                                    

 

 

 

Aromatic amine

 

IUPAC nomenclature retains the common name aniline for C

6

H

5

NH

2

the simplest aromatic amine. Its simple derivatives are named using 
the prefixes o-, m-, p-, or numbers to locate substituents. Several 
derivatives of aniline have common names that are still widely used. 
Among those are toluidine for a methyl-substituted aniline and 
anisidine for a  methoxy-substituted aniline.

 

 

H

2

NCH

2

CH

2

OH

C

CH

2

OH

NH

2

H

(CH

3

)

2

CH

CO

2

H

H

2

N

2-Aminoethanol                  ( S)-2-Amino-3-methyl                   4-Aminobenzoic acid
                                                   1-butanol


background image

 

7

 

 

 

When four atoms or groups of atoms are bonded to a nitrogen atom, 
the compound is named as a salt of the corresponding amine. The 
ending -amine (or -aniline, or pyridine, and so on) is replaced by 
ammonium (or anilinium, or pyridinium, etc.) and the name of the 
anion (chloride, acetate, etc.) is added.

 

 

Basicity of amines

 

Amines are the   organic derivatives of ammonia, it is highly 
reasonable to assume that amines may be basic in character. In fact, 
amines, like ammonia, give an alkaline reaction in aqueous solution 
and form salts with acids. In aqueous solution, amine exists in the 
following equilibrium 

 

 

According to this modem concept the strength of any base 
depends upon the simultaneous of two conditions:

 

NH

2

NH

2

NO

2

NH

2

OCH

3

NH

2

CH

3

Aniline                4-Nitroaniline          4-Methylaniline           3-Methoxyaniline
                                                           (p-Toluidine)                (m-Anisidine)


background image

 

8

 

 (1) Availability of electrons

 

 (2) Stability of conjugate acid formed in solution.

 

 Any factor that can increase electron density of the species under 
consideration increases the basicity. Similarly increase in the stability 
of conjugate acid increases the basic strength of the compound, but 
both these factors are to be considered simultaneously. Based on the 
above concept regarding the strength of the bases the observations 
noted in the table may be properly rationalized It has been observed 
that aliphatic secondary amine is most basic among ammonia, primary, 
secondary and tertiary amines, i.e., the order is

 

NH

3

< RNH

2

<R

2

NH>R

3

N>NH

3

 

The greater basicity of all the three types of amines than ammonia is 
attributable to the electron release by alkyl groups which increases the 
electron density on nitrogen and at the same time the conjugate acids 
formed are moderately stable, as a result of which the average effect of

 

Both the factors are greater in these amines than in ammonia, and 
amines are more basic than ammonia. But among the three types of 
amines, average effect of these two factors is not the same.

 

Weak basicity of aromatic amines is due to the resonance stabilization 
as indicated below

 

 

N

H

H

No resonance possible
with alkylamines

N

H

H

N

H

H

N

H

H

N

H

H

N

H

H

Interaction of the electron
pair on nitrogen with the pi
system of the aromatic ring.


background image

 

9

 

Owing to the above resonance, the lone pair of electrons on nitrogen is 
less available for coordinating with a proton and at the same time, the 
small charge on nitrogen atom would tend to repel a proton. Further, 
the conjugate acid, the anilinum ion is less stable than parent amine 
due to lesser number of resonating structures (only two)

 

 

 

 

 

Electron releasing groups (e.g., methyl, ethyl, and other 
alkyl groups) increase the basicity of aromatic amines, whereas 
electron-withdrawing groups (halogen, nitro, and carbonyl) 
decrease their basicity. The decrease in basicity on halogen 
substitution is due to the electron withdrawing inductive effect 
of the electronegative halogen. 

 

 

Physical properties

 

 

The lower members of the amine family are gases and soluble in 
water, amine containing three To eleven carbon atoms are solid. 

Amines are polar compounds, and both primary and secondary 

amines form intermolecular hydrogen bonds. An N-H---N hydrogen 
bond is not as strong as an O-H---O hydrogen bond because the 
difference in electronegativity between nitrogen and hydrogen (0.9) is 
not a great as that between oxygen and hydrogen (1.4). The effect of 
intermolecular hydrogen bonding can be illustrated by comparing the 
boiling points of methylamine and methanol. Both compounds have 
polar molecules that interact in the pure liquid by hydrogen bonding. 
Hydrogen bonding is stronger in methanol than in methylamine, and, 
therefore, methanol has the higher boiling point. All classes of amines 
form hydrogen bonds with water and are more soluble in water than 
hydrocarbons of comparable molecular weight. Most low-molecular-
weight amines are completely soluble in water. Higher molecular-
weight amines are only moderately soluble or insoluble. 


background image

 

10

 

 

 

Preparation of amines

 

Alkylation of ammonia 

 

Ammonia reacts as a nucleophile with alkyl halides to give primary 
amines  in  a nucleophilic  substitution  reaction.  A  yield      are  often 
poor  as  the  product,  a  primary  amine, RNH

2

,  is itself  a 

nucleophile and  can  react  with  more  alkyl  halide.  The  result  is 
mixtures  containing  primary  amines,  secondary  amines,  tertiary 
amines  and  quaternary  ammonium  salts.This  can  be  avoided  if  a 
large excess of ammonia is used. 

Aryl halides do not undergo simple nucleophilic substitution, 
they cannot be prepared using this method. 

 

 

 

N

H

R

R

H

R

R

N

d+

d-

d-

d+

hydrogen bonding


background image

 

11

 

 

 
  

 

 

                   

 

Gabriel Synthesis

 

Pure primary amines can be prepared by this method by using 
phthalimide  with alkyl halid in presence of potassium hydroxide.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

12

 

Hofmann rearrangement 

Hofmann  rearrangement,  also  known  as  Hofmann  degradation  is  the 
reaction  of  a  primary  amide  with  a  halogen  (chlorine  or  bromine)  in 
strongly  basic  (sodium  or  potassium  hydroxide)  aqueous  medium,  in 
this  reaction  the  amide  converts  to  a  primary  amine with  one 
fewer carbon atoms. 

 

 

 

 

 

 

Reduction of reducible compounds

 

Easily reducible compounds like nitriles, oxime, amides, and nitro 
compounds on reduction yield amines

 


background image

 

13

 

a)  Reduction of Nitro Groups 

 

b) Reduction of Oximes, Nitriles, and Amides by Lithium 
Aluminum Hydride 

 

 

 

Action of ammonia on alcohols

 

When a mixture of alcohol and ammonia is passed over heated 
alumina all the three types of amines are obtained.

 

Ni

3 H

2

N

O

O

N

O

O

NH

3

  Cl

NH

2

NH

2

Fe / HCl

-

OH

Catalytic

Chemical


background image

 

14

 

 

 

 

 

 

Curtius rearrangement 

The Curtius rearrangement is an organic reaction used to convert an 
acyl azide to an isocyanate under thermal conditions. The mechanism 
consists of an alkyl shift of the R group from the carbonyl carbon to 
the closest nitrogen with the release of nitrogen gas. The release of gas 
drives the reaction forward and results in the formation of the 
isocyanate product which can potentially react further in the presence 
of nucleophiles in solution.  
 

 

 

 

 

 

 


background image

 

15

 

 

Ritter method 

This method involves the reaction of tertiary alcohol with alkyl 
cyanide in presence of strong sulphuric acid. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chemical properties 

a) Reactions with acids 

Amines react with mineral acids to form salt .Salt formation with 
mineral acids is analogous to ammonium salt and is formed both in 
aqueous and anhydrous condition.

 

 

 


background image

 

16

 

Reaction with nitrous acid

 

to form 

 

)

2

(HNO

 

acid

reacts with nitrous 

 

aliphatic amine

Primary 

-

1
initially an unstable diazonium compound which decomposes to 
evolve nitrogen. Nitrous acid is unstable and it is prepare d in situ by 
reaction of sodium nitrite with hydrochloric 

 

 

 

The carbocation formed combines with water in aqueous solution to 
form alcohol

 

 

Thus primary aliphatic amines normally yield primary alcohols on 
reaction with nitrous acid.

 

 

 

 

 


background image

 

17

 

Primary aromatic amines 

-

2

 

The nitrosation of primary aromatic amines with nitrous acid 
(generated in situ from sodium nitrite and a strong acid, such as 
hydrochloric acid, sulfuric acid) leads to diazonium salts. 

 

Diazonium salts are important intermediates for the preparation of 
halides (Sandmeyer Reaction), and azo compounds as the following. 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

18

 

3

 

Secondary aliphatic and aromatic amines form N- nitrosoamine   

with nitrous acid. 

 

 

4)  Tertiary Amines 

 

 

 

 

Tertiary Amines

Aliphatic

Aromatic

No Reaction

Nitrosoamines

N

CH

3

CH

3

N

O

N

CH

3

CH

3

NaNO

2

 / HCl / O°

NaOH / H

2

O

1.

2.

N,N-Dimethylaniline  

N,N-Dimethyl-4-nitrosoaniline


background image

 

19

 

Reactions of Amines with compounds containing a 

carbonyl group  

Amines react with compounds having carbonyl function as 

electron donor species(nucleophile), therefore the reaction aldehyde 
and primary amine produce Schiff-base ,while Secondary amines 
reacts with aldehydes having α-hydrogen atom produce enamines 
.Tertiary amines do not react with aldehyde 

 

 

 

 

 

 


background image

 

20

 

Reaction with acid-chloride and acid-anhydride 

Primary  and  secondary  amines  on  reaction  with  acid-chloride 

and  anhydride  form  acyl  derivatives. But  tertiary  amines do not  form 
acyl derivative as they have no replaceable hydrogen atom. 

 

 

 

 

 

Reaction with carbon disulphide

 

When primary amine is warmed with carbon disulphide in presence of 
mercuric chloride as catalyst, isothiocyanate is formed.

 


background image

 

21

 

 

Secondary amines react with carbon disulphide to form dithiocarbamic 
acid

 

Tertiary amines   don't react   with carbondisulphide. 

Mannich condensation reaction

 

Mannich condensation is a reaction of a compound containing at least 
one active hydrogen atom with formaldehyde and ammonia or 
ammonia derivatives. Only primary and secondary amines can 
participate in Mannich condensation reaction in this reaction active 
hydrogen atom is replaced by amino methyl group.

 

 

 

 


background image

 

22

 

 

 

 

Mechanism of reaction 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

23

 

 

Detection of amines(

 Hinsberg reaction 

 

 

for  the  detection

 

chemical  test

 

a

 

is

 

Hinsberg  reaction

 

The

It is an excellent test for distinguishing primary, secondary 

amines

 

of

y  amines.  In  this  test,  the  amine  is  shaken  well  with 

and  tertiar
Hinsberg  reagent  in  the  presence  of  aqueous  alkali  (either  KOH  or 

solution 

 

oxide

sodium hydr

 

). A reagent containing an aqueous

 

NaOH

ry 

prima

 

is  added  to  a  substrate.  A

 

benzenesulfonyl  chloride

 

and

after 

 

ecipitates

pr

 

salt  which

 

sulfonamide

 

will  form  a  soluble

 

amine

A secondary amine in the same 

hydrochloric acid

 

addition of diluted
reaction will directly form an insoluble sulfonamide. A tertiary amine 

In  this  way  the  reaction 

.

 

yl  chloride

sulfon

benzen

ct  with 

will  not  rea

.                          

can distinguish between the three types of amines

 

   

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

24

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dunya Isam
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 233 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل