Amine – typische Reaktionen (Vertiefungswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Amine und ihre Reaktionen. Das Video ist gedacht für das Gymnasium, die Kursphase und den dortigen Leistungskurs. Es ist aber auch geeignet für Studenten, wenn sie Chemie als Nebenfach haben. Aber auch für Chemie als Hauptfach, wenn es als Einführungsvideo betrachtet wird. Der Film ist folgendermaßen gegliedert: Im 1. Abschnitt möchte ich über Amine als Basen sprechen. Als Zweites möchte ich ein Beispiel für die Salzbildung von Aminen nennen. Im 3. Punkt wollen wir kurz die Alkylierungsreaktion besprechen. Im Abschnitt 4 möchte ich ein Beispiel für die Amidbildung vorstellen. Im Punkt 5 werden wir die Reaktion von Anilin an der Aminogruppe und am Ring untersuchen. Im Punkt 6 geht es um die Reaktion von Anilin mit salpetriger Säure und die Bildung von Diazoniumsalzen. Und schließlich werde ich 7.die Eliminierung quarternärer Ammoniumsalze nach Hofmann vorstellen.

1. Amine als Basen Wir wollen a), klären warum Amine Lewis-Basen sind? Im Punkt b) wollen wir die Basizität verschiedener Amine vergleichen. Und schließlich wollen wie unter c) die Reaktionen von Aminen mit Wasser betrachten. Ich notiere die Formel für das einfachste Amin: Dimethylamin. Die Aminogruppe kennzeichne ich rot, das nicht bindende Elektronenpaar wird mit blauen Punkten gekennzeichnet. Wir erinnern uns: Chemische Verbindungen, die Elektronenpaare in einer chemischen Reaktion zur Verfügung stellen, nennt man Lewis-Basen. Am Stickstoffatom der Amine befindet sich ein nicht bindendes Elektronenpaar. Folglich sind Amine Lewis-Basen. Basizität bedeutet Basenstärke. Methylamin ist, wir erinnern uns an das Einführungsvideo, ein primäres Amin. Wenn ein Wasserstoffatom der Aminogruppe durch eine Methylgruppe substituiert wird, erhält man Dimethylamin. Das ist ein sekundäres Amin. Wenn das letzte Wasserstoffatom der Aminogruppe auch durch eine Methylgruppe substituiert wird, erhält man Trimethylamin. Trimethylamin ist ein tertiäres Amin. Die Basizität steigt von primär über sekundär zu tertiär. Folglich erhöhen Alkylgruppen am Stickstoffatom die Basizität des Amins. Eine Erklärung dafür findet man in der Wirkung der entsprechenden M- und I-Effekte. Amine reagieren mit Wasser in interessanter Weise. Ein Molekül Methylamin soll mit einem Molekül Wasser reagieren. Sowohl das Methylaminmolekül als auch das Wassermolekül verfügen über nicht bindende Elektronenpaare. Methylamin ist eine stärkere Lewis-Base als Wasser. Daher wirkt Wasser hier nicht als Lewis-Base sondern als Lewis-Säure und stellt bei einer Reaktion ein Wasserstoffion, ein Proton zur Verfügung. Es kommt zu einem Protonenübergang vom Wassermolekül zum Methylaminmolekül. Im Ergebnis entsteht das Methylammonium-Ion. Und außerdem bildet sich das OH-Minus-Ion, das Hydroxidion. Daher reagieren wässrige Aminlösungen basisch. Ihr Ph-Wert ist größer als 7. Da Amine basisches Verhalten zeigen, können sie Salze bilden. Gasförmiges Methylamin reagiert mit gasförmigen HCl, das ist Chlorwasserstoff, zu festem Ethylammoniumchlorid. Bei der Alkylierung von Aminen werden die Wasserstoffatome der Aminogruppe gegen Alkylgruppen ausgetauscht. Methylamin CH3-NH2 reagiert mit Methylchlorid CH3-Cl zu dem sekundären Amin CH3-NH-CH3 und HCl, Chlorwasserstoff wird frei. Chlorwasserstoff HCl bildet mit Methylamin CH3-NH2 ein quarternäres Amoniumsalz. Somit haben wir hier zwei Stufen der Reaktion: Nämlich a) und b). Das Produkt der Reaktion ist Dimethylamin. Als Edukt wurde Methylamin eingesetzt. In der Stufe b) wirkt Methylamin als sogenannter „Protonenfänger“. Es fängt die Protonen des Chlorwasserstoffs weg. Von extrem großer Bedeutung in der organischen Chemie ist die Amidsynthese. Ich möchte eines der vielen Beispiele vorstellen. Das Amin Methylamin soll mit einem Säurechlorid reagieren. Dabei werden ein Wasserstoffatom der Aminogruppe und das Chloratom des Säurechlorids abgespalten und reagieren miteinander. Das Stickstoffatom des Amins und das Kohlenstoffatom des Säurechlorids bilden eine Amidgruppe. Es bildet sich ein Amid. Gleichzeitig wird Chlorwasserstoff HCl frei. Zu dieser Reaktion wird häufig Pyridin im Überschuss dazu gesetzt. Pyridin wirkt als „HCl-Fänger“. Im Einführungsvideo haben wir Anilin kennengelernt. Anilin kann unterschiedliche Reaktionen eingehen. Beim Anilinmolekül ist ein Wasserstoffatom des Benzolmoleküls durch eine Aminogruppe ersetzt. Angenommen wir lassen Anilin mit einer chemischen Verbindung, der Struktur (CH3CO)2O, reagieren. Diese Verbindung heißt Acetanhydrid oder Essigsäureanhydrid. Acetanhydrid entreißt der Aminogruppe ein Wasserstoffatom und es wird Essigsäure CH3COOH frei. An die Stelle des Wasserstoffatoms tritt die Acethylgruppe COCH3. Die synthetisierte Verbindung heißt Acetanilid. Das ist ein Amid. Völlig anders verhält sich Anilin, wenn es mit Brom reagiert. In diesem Fall reagiert der Benzolring. Drei Wasserstoffatome werden gegen Bromatome ausgetauscht. Und zwar an den Orthostellungen und in der Parastellung. Die Reaktion von Aminen mit salpetriger Säure hat eine große präparative Bedeutung. Besonders wichtig sind Reaktionen von aromatischen Aminen, wie von Anilin. In Gegenwart von Salzsäure bilden sich Diazoniumsalze. Diazoniumsalze werden verwendet, um Azofarbstoffe herzustellen. Die entsprechende Reaktion bezeichnet man als Diazotierung. Als Letztes und 7. möchte ich die Eliminierung quarternärer Ammoniumsalze nach Hofmann vorstellen. Angenommen wir haben ein quarternäres Ammoniumsalz, wie abgebildet. Wichtig ist, dass in Nachbarstellung ein Wasserstoffatom enthalten ist. Unter der Einwirkung von Lauge und beim Erhitzen, kommt es zu einer Zersetzung dieses Salzes. Es bildet sich eine ungesättigte Verbindung. Ein Alken. Außerdem entsteht Trimethylamin, ein tertiäres Amin. Bei dieser Reaktion wird Wasser H2O freigesetzt. Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit. Viel Erfolg und alles Gute!