Здравствуйте, уважаемые читатели!
Последние годы можно назвать непрекращающимся "бенефисом" азотсодержащих в формате 35 задачи ЕГЭ по химии. Это амины и диамины, их соли, аминокислоты, их сложные эфиры и соли, ди (и даже три-)пептиды. Сегодняшняя статья посвящена аминам, а если точнее , их специфическим особенностям взаимодействия с азотистой кислотой в сильнокислой среде и использованию этих особенностей для установления формулы органического вещества. Как можно увидеть, из приведенной ниже инфографики, первичные алифатические амины (и диамины, и аминокислоты, и аминоспирты...) реагируют с азотистой кислотой с выделением азота , ароматические амины - образуют соли фенилдиазония, которые при нагреве также отщепляют азот с образованием фенолов. Вторичные амины образуют нитрозосоединения, отличающиеся неприятным запахом. Газа при этом не выделяется. Третичные амины алифатического ряда образуют с азотистой кислотой малоустойчивые соли аммония R3NHNO2.
Эти особенности взаимодействия аминов с азотистой кислотой успешно реализуются в задачах на вывод формул органических веществ, рассматриваемых в этой статье. Итак:
Задача 1.
Сожгли 18 г органического вещества, при этом выделилось 17,92 л (н.у.) углекислого газа, 25,2 г воды и 4,48 л азота. Плотность вещества по водороду 22,5. В ходе изучения химических свойств вещества установлено, что при взаимодействии его с азотистой кислотой выделяется азот.
1. проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных величин) и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;
2. составьте структурную формулу этого вещества, однозначно отражающую порядок связи атомов в его молекуле;
3. напишите уравнение реакции взаимодействия этого вещества с азотистой кислотой, при написании уравнения реакции используйте структурные формулы органических веществ.
Решение.
1. Установим молекулярную формулу вещества:
CxHyNzOk+O2=CO2+H2O+N2
n(C)=n(CO2)=17,92/22,4=0,8 моль
n(H)=2n(H2O)=2*25,2/18=2,8моль
n(N)=2n(N2)=2*4,48/22,4=0,4 моль
n(O)=(18-(12*0,8+2,8*1+14*0,4))/16=0
x:y:z:k =0,8:2,8:0,4 =2:7:1
Молекулярная формула : С2H7N
Проверим расчеты по молярной массе:
Согласно условию М( CxHyNz)=22,5*2=45 г/моль
Согласно расчетам: М( C2H7N )= 45 г/моль
Т.о., истинная молекулярная формула - C2H7N
2. Установим структурную формулу ОВ:
Полученной молекулярной формуле соответствуют 2 амина: первичный С2Н5NH2 (этиламин) и вторичный (CH3)2NH (диметиламин)
Согласно условию ОВ реагирует с азотистой кислотой с выделением азота. Это характерная реакция первичных аминов:
Задача 2.
Сожгли 13,2 г органического вещества, не содержащего третичных атомов углерода. При этом выделилось 13,44 л (н.у.) углекислого газа, 16,2 г воды и 3,36 л газа В, не вступающего в реакцию со щелочью и серной кислотой. Известно, что при обработке 6,6 г соединения А избытком солянокислого раствора нитрита калия также выделяется 3,36 л газа В. Установите возможное строение вещества А и напишите уравнения протекающих реакций.
Решение.
1. Установим молекулярную формулу вещества:
CxHyNzOk+O2=CO2+H2O+N2
Газ В - азот N2
n(C)=n(CO2)=13,44/22,4=0,6 моль
n(H)=2n(H2O)=2*16,2/18=1,8моль
n(N)=2n(N2)=2*3,36/22,4=0,3 моль
n(O)=(13,2-(12*0,6+1,8*1+14*0,3))/16=0
x:y:z =0,6:1,8:0,3 =2:6:1
Молекулярная формула : С2H6N
Вещества с таким составом не существует.
Истинная формула: С4H12N2. Это - один из изомеров диаминобутана,
2. Установим возможную структурную формулу ОВ:
Согласно условию ОВ реагирует с азотистой кислотой с выделением азота. Это характерная реакция первичных аминов, т.е. искомое вещество - первичный диамин, не содержащий третичных атомов С (согласно условию):
3. Проверим наше предположение о том, что обе аминогруппы - первичные:
n(С4H12N2)=6,6/88=0,075 моль, n(N2)=3,36/22,4=0,15 моль.
Количества веществ диамина и азота соответствуют стехиометрии уравнения, следовательно, искомое вещество - диаминобутан
Согласно условию, необходимо написать уравнение его сгорания:
Задача 3.
Жидкое при обычных условиях органическое вещество содержит 70, 59% углерода и 16, 47 % азота по массе, остальное - водород. Оно реагирует с азотистой кислотой без выделения газа.Определите молекулярную формулу вещества и установите его структуру, если известно, что в его составе есть цикл и нет метильных групп. Напишите уравнение реакции с азотистой кислотой.
1. Установим молекулярную формулу ОВ:
Пусть m(CxHyNz)=100г
тогда m(C)=70,59г, n(C)=70,59/12=5,88 моль
n(N)=16,47/14= 1,18 моль
n(H)=(100-16,47-70,59)/1 = 12,94 моль
x:y:z:k =5,88:12,94:1,18 = 5 :11:1
Молекулярная формула : С5H11N
2. Установим структурную формулу ОВ:
Согласно условию, в молекуле есть цикл без метильных групп и вещество реагирует с HNO2 без выделения газа. Очевидно, это - вторичный амин:
В результате реакции образуется нитрозосоединение - вещество с неприятным запахом.
Следующая моя статья будет также посвящена аминам, а именно - их идентификации по наличию (отсутствию) межмолекулярных связей, а также по структуре углеродного скелета.
Всего доброго!