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Ammine: struttura, nomi, preparazione, basicità e reazioni

Un'ammina è l'ammoniaca in cui uno, due o tre atomi di H sono sostituiti da gruppi di carbonio. L'N mantiene un doppietto solitario, quindi le ammine sono basi e nucleofili. Conta gli atomi di C legati all'N per capire se è 1°, 2° o 3°. Si preparano riducendo composti nitro, nitrili o ammidi, da alogenuri alchilici + NH₃, con la sintesi di Gabriel (solo 1°) o con la degradazione di Hofmann (un C in meno). I gruppi alchilici spingono elettroni e aumentano la basicità; l'anello dell'anilina porta via il doppietto e la diminuisce. Reazioni principali: sali con gli acidi, acilazione, test della carbilammina (1°), test di Hinsberg (1°/2°/3°), acido nitroso e sostituzione sull'anello dell'anilina.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Parti dall'ammoniaca, NH₃. Sostituisci un H con un gruppo CH₃ e ottieni la metilammina, un'ammina. La nuvola viola è il doppietto solitario sull'N.
  2. Conta i carboni legati all'N: un C è primaria (1°), due C secondaria (2°), tre C terziaria (3°).
  3. Nomi: trova la catena più lunga che contiene l'N, numerala dall'estremità più vicina a NH₂, togli la 'o' finale dell'alcano e aggiungi 'ammina': propan-1-ammina.
  4. Per fare un'ammina si riduce un gruppo nitro. I due atomi di O se ne vanno come acqua ed entrano atomi di H: R–NO₂ → R–NH₂.
  5. Perché le ammine sono basi: il doppietto afferra un H⁺. I gruppi alchilici spingono elettroni verso l'N e quindi lo afferrano più forte; l'anello dell'anilina invece li porta via.
  6. Gioco libero: scegli un'ammina e un reagente. Guarda quale parte reagisce: gli idrogeni N–H oppure il doppietto solitario.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché la forma è piramidale e non piatta?

L'N ha tre legami e un doppietto solitario. I quattro gruppi di elettroni si dispongono come un tetraedro; tu 'vedi' solo i tre atomi, quindi sembra una piramide.

Perché (CH₃)₃CNH₂ è primaria anche se il suo carbonio è terziario?

Per le ammine conta solo l'N. All'N è legato un solo C, quindi è primaria. Nel 3D, conta gli atomi di C che toccano l'N giallo.

Quando uso il prefisso N- nei nomi?

Quando un gruppo sta sull'N invece che sulla catena principale, per esempio N-metiletanammina.

Perché in industria si usa Fe/HCl invece di Sn/HCl?

Il ferro costa poco, e il FeCl₂ che si forma si idrolizza e restituisce HCl, quindi basta una piccola quantità di acido.

Perché le alchilammine sono basi più forti dell'ammoniaca?

I gruppi alchilici spingono densità elettronica sull'N, quindi il doppietto afferra H⁺ più facilmente e il catione che si forma è più stabile.

Perché l'anilina è una base più debole dell'ammoniaca?

Il suo doppietto è condiviso con l'anello benzenico per risonanza, quindi meno di esso è libero di catturare H⁺.

Perché il prodotto di Hinsberg della 1° si scioglie in KOH e quello della 2° no?

Il prodotto della 1° ha ancora un H sull'N che è acido (vicino al gruppo SO₂), quindi il KOH lo toglie e forma un sale solubile. Il prodotto della 2° non ha H sull'N.

Struttura delle ammine

Un'ammina è un derivato dell'ammoniaca (NH₃). Se sostituisci uno o più atomi di H con gruppi alchilici o arilici ottieni un'ammina, per esempio CH₃NH₂.

L'atomo di N usa tre legami e mantiene un doppietto solitario (due elettroni che non sono in un legame). Perciò la forma attorno all'N è piramidale, come nell'ammoniaca. L'angolo C–N–C o C–N–H è circa 108°, un po' meno di un tetraedro perfetto (109,5°) perché il doppietto spinge i legami più vicini.

Nell'anilina (C₆H₅NH₂) l'N è legato a un anello benzenico. Il suo doppietto si distribuisce in parte nell'anello. Tienilo a mente: spiega perché l'anilina è una base più debole.

Classificazione: primarie, secondarie, terziarie

Conta i gruppi di carbonio legati all'N:

Le ammine semplici hanno tutti i gruppi uguali; quelle miste li hanno diversi. Se l'N è legato direttamente a un anello benzenico è un'ammina arilica (aromatica) (anilina). La benzilammina C₆H₅CH₂NH₂ è comunque un'ammina alchilica, perché l'N è legato a un CH₂ e non all'anello.

Attenzione: per gli alcoli si contano i C legati al carbonio che porta l'OH. Per le ammine si contano i C legati all'N stesso. Quindi (CH₃)₃C–NH₂ è un'ammina primaria.

Nomenclatura (come dare il nome alle ammine)

Nomi comuni: si nominano i gruppi alchilici in ordine alfabetico e si aggiunge 'ammina' in un'unica parola: metilammina, etilmetilammina, trimetilammina.

Nomi IUPAC:

  1. Prendi la catena più lunga che contiene l'N. Togli la 'o' finale dell'alcano e aggiungi 'ammina': etano → etanammina.
  2. Numera dall'estremità più vicina a NH₂: CH₃CH₂CH₂NH₂ è propan-1-ammina; CH₃CH(NH₂)CH₃ è propan-2-ammina.
  3. Gli altri gruppi sull'N prendono il prefisso N-: CH₃NHC₂H₅ è N-metiletanammina; (CH₃)₂NC₂H₅ è N,N-dimetiletanammina.
  4. Due gruppi NH₂: si mantiene la 'o': H₂N–CH₂CH₂–NH₂ è etano-1,2-diammina.
  5. Aromatiche: C₆H₅NH₂ è l'anilina, che è anche il nome IUPAC benzenammina. Con un metile sull'anello: 2-metilanilina (o-toluidina).

Preparazione delle ammine

  1. Riduzione dei composti nitro: R–NO₂ o Ar–NO₂ con H₂/Pd, oppure Sn + HCl, oppure ferro + HCl (preferito in industria, perché il FeCl₂ che si forma viene idrolizzato e libera di nuovo HCl, quindi basta poco acido). Nitrobenzene → anilina.
  2. Ammonolisi degli alogenuri alchilici: R–X + NH₃ → R–NH₂ (come sale). L'ammina formata è a sua volta un nucleofilo, quindi reagisce ancora → una miscela di ammine 1°, 2°, 3° e del sale quaternario R₄N⁺X⁻. Un grande eccesso di NH₃ favorisce l'ammina 1°.
  3. Riduzione dei nitrili: R–C≡N + 4[H] (LiAlH₄ o H₂/Ni) → R–CH₂–NH₂. Alla catena si aggiunge un C (salita).
  4. Riduzione delle ammidi: R–CONH₂ + LiAlH₄, poi acqua → R–CH₂–NH₂ (stesso numero di C).
  5. Sintesi di Gabriel con ftalimmide: ftalimmide + KOH → ftalimmide di potassio; + R–X → N-alchilftalimmide; idrolisi alcalina → R–NH₂. Dà solo ammine 1° pure. Non può produrre l'anilina, perché gli alogenuri arilici non fanno la reazione di sostituzione.
  6. Degradazione di Hofmann (bromoammide): R–CONH₂ + Br₂ + 4NaOH → R–NH₂ + Na₂CO₃ + 2NaBr + 2H₂O. L'ammina ha un C in meno dell'ammide (discesa).

Proprietà fisiche

Le ammine alifatiche piccole sono gas o liquidi con odore di pesce; l'anilina è un liquido che in aria diventa marrone (si ossida).

Legame a idrogeno: le ammine 1° e 2° hanno N–H, quindi le loro molecole si legano tra loro con legami a idrogeno. Le ammine 3° non hanno N–H e non possono. Perciò, a parità di massa, il punto di ebollizione è: 1° > 2° > 3°.

L'N è meno elettronegativo dell'O, quindi i legami N–H···N sono più deboli di O–H···O. Le ammine bollono più in basso degli alcoli di massa simile ma più in alto degli alcani.

Le ammine piccole si sciolgono in acqua (formano legami a idrogeno con l'acqua). La solubilità diminuisce quando la parte di carbonio cresce. Ordine dei punti di ebollizione a parità di massa: alcano < ammina < alcol < acido carbossilico.

Basicità delle ammine

Una base accetta H⁺. Lo fa il doppietto sull'N: R–NH₂ + H₂O ⇌ R–NH₃⁺ + OH⁻. La forza si misura con Kb o pKb (pKb = −log Kb). pKb più piccolo = base più forte.

Reazioni chimiche delle ammine

  1. Con gli acidi (formazione di sali): C₆H₅NH₂ + HCl → C₆H₅NH₃⁺Cl⁻. I sali si sciolgono in acqua; con NaOH si riottiene l'ammina. Serve per separare le ammine dai composti neutri.
  2. Alchilazione: con R–X, 1° → 2° → 3° → sale di ammonio quaternario.
  3. Acilazione: le ammine 1° e 2° (con N–H) reagiscono con cloruri acilici/anidridi e danno ammidi; la piridina elimina l'HCl. C₆H₅NH₂ + CH₃COCl → C₆H₅NHCOCH₃ (acetanilide). Con il cloruro di benzoile si parla di benzoilazione. Le ammine 3° non reagiscono (niente N–H).
  4. Reazione della carbilammina (test per le 1°): R–NH₂ + CHCl₃ + 3KOH (calore) → R–NC (isocianuro, odore pessimo) + 3KCl + 3H₂O. Le ammine 2° e 3° non la danno.
  5. Acido nitroso (NaNO₂ + HCl): le ammine alifatiche 1° danno gas N₂ (in modo quantitativo) e alcoli; l'anilina a 273–278 K dà il sale di benzendiazonio (nella prossima lezione).
  6. Test di Hinsberg (cloruro di benzensolfonile, C₆H₅SO₂Cl): la 1° dà una solfonammide che ha ancora un N–H acido e si scioglie in KOH; la 2° dà una solfonammide senza N–H, insolubile in alcali; la 3° non reagisce.
  7. Sostituzione sull'anello dell'anilina: –NH₂ attiva fortemente l'anello nelle posizioni orto e para. L'acqua di bromo dà subito un precipitato bianco di 2,4,6-tribromoanilina. Per ottenere un solo Br, prima si acetila (acetanilide), poi si bromura, poi si idrolizza.
  8. Nitrazione: la nitrazione diretta dà molto prodotto meta (circa 47%), perché in acido forte l'anilina diventa anilinio (–NH₃⁺, direttore meta), più prodotti catramosi di ossidazione. Se si protegge come acetanilide si ottiene soprattutto p-nitroanilina.
  9. Solfonazione: anilina + H₂SO₄ conc. → idrogenosolfato di anilinio → per riscaldamento a 453–473 K → acido solfanilico (uno zwitterione).
  10. L'anilina non fa le reazioni di Friedel–Crafts: l'AlCl₃ (un acido di Lewis) afferra il doppietto e l'N diventa positivo, il che disattiva l'anello.

Prova tu: il test limone e pesce

A casa: annusa un pezzo di pesce crudo (o il banco del pesce). Poi spremi del limone sopra e annusa di nuovo. L'odore diminuisce perché le ammine (basi) diventano sali con l'acido citrico, e i sali non evaporano. È 'ammina + acido → sale' nella tua cucina.

Nel 3D: nel gioco libero, scegli ogni ammina con il reagente di Hinsberg. Prima prevedi: si scioglie in KOH? Poi premi Mostra e controlla.

Cosa serve per l'esame

L'unità vale circa 6 punti. Domande frequenti: mettere in ordine le ammine per basicità o punto di ebollizione; spiegare perché (anilina meno basica, Gabriel non può fare l'anilina, prodotto meta nella nitrazione, niente Friedel–Crafts); distinguere 1°/2°/3° (Hinsberg, carbilammina); scrivere le reazioni con nome (Hofmann, Gabriel, carbilammina); e catene di trasformazioni (A → B → C).

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Classifica (CH₃)₃C–NH₂ e C₆H₅NHCH₃ come 1°, 2° o 3°.

Passo 1: guarda l'N, non il carbonio. Passo 2: in (CH₃)₃C–NH₂ l'N ha un solo C legato → ammina primaria (1°), anche se quel C è un carbonio terziario. Passo 3: in C₆H₅NHCH₃ l'N ha due gruppi C (fenile e metile) e un H → ammina aromatica secondaria (2°).

2. Scrivi il nome IUPAC di CH₃–CH(NH₂)–CH₂–CH₃ e di (C₂H₅)₂N–CH₃.

Primo: catena più lunga = 4 C (butano). Numera in modo che NH₂ abbia il numero più basso: C2. Togli la 'o', aggiungi 'ammina' → butan-2-ammina. Secondo: il gruppo più lungo sull'N è etile → capostipite etanammina. L'altro etile e il metile stanno sull'N → N-etil-N-metiletanammina.

3. Un'ammide C₂H₅CONH₂ viene trattata con Br₂ e NaOH. Nomina l'ammina e dì quanti atomi di C ha.

Passo 1: è la degradazione di Hofmann; il carbonio C=O si perde come carbonato. Passo 2: l'ammide ha 3 C, quindi l'ammina ha 3 − 1 = 2 C. Passo 3: C₂H₅CONH₂ → C₂H₅NH₂ (etanammina).

4. Trasforma il benzene in anilina. Scrivi i due passaggi.

Passo 1 (nitrazione): C₆H₆ + HNO₃ conc. / H₂SO₄ conc. (≈ 330 K) → C₆H₅NO₂ (nitrobenzene). Passo 2 (riduzione): C₆H₅NO₂ + Fe/HCl (o Sn/HCl) → C₆H₅NH₂ (anilina); aggiungi NaOH per liberare l'ammina dal suo sale.

5. Metti in ordine crescente di basicità in acqua: C₆H₅NH₂, NH₃, CH₃NH₂, (CH₃)₂NH.

Passo 1: l'anilina è la più debole: il suo doppietto è distribuito nell'anello (pKb ≈ 9.4). Passo 2: NH₃ (pKb ≈ 4.75) viene dopo. Passo 3: i gruppi metilici spingono elettroni, quindi CH₃NH₂ (pKb ≈ 3.4) è più forte. Passo 4: (CH₃)₂NH (pKb ≈ 3.3) è la più forte in acqua (buon effetto +I e ancora buona idratazione). Ordine: C₆H₅NH₂ < NH₃ < CH₃NH₂ < (CH₃)₂NH.

6. Il pKb di un'ammina è 3.30. Trova Kb e confrontalo con NH₃ (Kb = 1.8 × 10⁻⁵).

Passo 1: Kb = 10^(−pKb) = 10^(−3.30). Passo 2: 10^(−3.30) = 10^(0.70) × 10⁻⁴ ≈ 5.0 × 10⁻⁴. Passo 3: 5.0 × 10⁻⁴ ÷ 1.8 × 10⁻⁵ ≈ 28. L'ammina è una base circa 28 volte più forte dell'ammoniaca.

7. Tre bottiglie contengono etanammina, N-metiletanammina e N,N-dimetiletanammina. Come le distingui con il reagente di Hinsberg?

Passo 1: agita ognuna con C₆H₅SO₂Cl e KOH. Passo 2: l'etanammina (1°) dà C₆H₅SO₂NHC₂H₅; il suo N–H è acido, quindi si scioglie in KOH (soluzione limpida). Passo 3: la N-metiletanammina (2°) dà una solfonammide senza N–H → un solido che non si scioglie in KOH. Passo 4: l'ammina 3° non reagisce affatto (si scioglie solo quando si aggiunge acido).

8. Perché la nitrazione diretta dell'anilina dà molta m-nitroanilina, e come si ottiene soprattutto p-nitroanilina?

Passo 1: la miscela nitrante è fortemente acida. Passo 2: l'anilina prende H⁺ e diventa anilinio, C₆H₅NH₃⁺. Passo 3: –NH₃⁺ attira elettroni e orienta in posizione meta → circa 47% di prodotto meta. Passo 4: soluzione: prima si acetila (acetanilide, –NHCOCH₃ è un direttore o/p più blando e non viene protonato), si nitra (soprattutto para), poi si idrolizza → p-nitroanilina.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Quale è un'ammina secondaria?
2. Il test della carbilammina è dato da:
3. Qual è la base più debole?
4. La degradazione di Hofmann di CH₃CONH₂ dà:
5. Anilina + acqua di bromo dà:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Che cosa sono le ammine, in parole semplici?

Le ammine sono molecole di ammoniaca in cui uno o più atomi di H sono sostituiti da gruppi di carbonio. Mantengono un doppietto solitario sull'N, quindi si comportano da basi.

Perché l'anilina è meno basica dell'ammoniaca?

Nell'anilina il doppietto dell'N è distribuito nell'anello benzenico per risonanza, quindi è meno disponibile a prendere un H⁺. L'ammoniaca non ha anello, quindi il suo doppietto è completamente libero.

Come si distinguono le ammine primarie, secondarie e terziarie?

Si usa il test di Hinsberg: il prodotto dell'ammina 1° si scioglie in KOH, quello della 2° no, e le ammine 3° non reagiscono. Anche il test della carbilammina (cattivo odore) individua le ammine 1°.

Dove si studia

PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIINitrogen-containing organic compounds
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IVNitrogen-containing organic compounds
Ukraine10 класNitrogen-containing organic compounds
Ukraine10 класNitrogen-containing organic compounds
CBSE (India)Class 12Amines
England (GCSE, A level)Year 133.3 Organic chemistry
Russia10 классNitrogen-containing compounds

Da studiare prima

Da studiare dopo