Номер 1, страница 317 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 54. Ароматические амины. Диазосоединения. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 1, страница 317.

Условие.

1. Расположите следующие соединения в порядке увеличения их основности: аммиак, хлорид метиламмония, метиламин, три-метиламин, анилин, орто-нитроанилин, 2,4-динитроанилин.

Решение.

Решение 2.

Решение

Основность (способность присоединять протон $H^+$) азотсодержащих соединений определяется доступностью неподеленной электронной пары атома азота. Чем выше электронная плотность на азоте и чем меньше пространственных препятствий для подхода протона, тем соединение является более сильным основанием. Рассмотрим каждое соединение из списка.

Хлорид метиламмония ($[CH_3NH_3]^+Cl^-$) является солью. Атом азота в катионе метиламмония $[CH_3NH_3]^+$ уже протонирован, то есть он отдал свою электронную пару на образование связи с протоном и несет положительный заряд. Он не может выступать в роли основания (акцептора протонов). Напротив, он является кислотой. Следовательно, это соединение обладает наименьшей основностью в ряду.

2,4-динитроанилин, орто-нитроанилин и анилин – это ароматические амины. В анилине ($C_6H_5NH_2$) неподеленная пара электронов азота вовлечена в сопряжение с $\pi$-системой бензольного кольца. Эта делокализация резко снижает электронную плотность на атоме азота и, соответственно, основность. В орто-нитроанилине ($o-NO_2-C_6H_4-NH_2$) и 2,4-динитроанилине ($2,4-(NO_2)_2-C_6H_3-NH_2$) присутствуют сильные электроноакцепторные нитрогруппы ($-NO_2$), которые за счет отрицательных индуктивного и мезомерного эффектов дополнительно оттягивают электронную плотность от аминогруппы, еще больше ослабляя основные свойства. Две нитрогруппы в 2,4-динитроанилине оказывают более сильный ослабляющий эффект, чем одна в орто-нитроанилине. Таким образом, в этом ряду основность уменьшается следующим образом: анилин > орто-нитроанилин > 2,4-динитроанилин.

Аммиак ($NH_3$) является более сильным основанием, чем анилин, так как в нем нет сопряженной системы, оттягивающей электронную плотность от атома азота. Он служит точкой отсчета для сравнения с алифатическими аминами.

Метиламин ($CH_3NH_2$) и триметиламин ($(CH_3)_3N$) — это алифатические амины. Алкильные группы (в данном случае метильная, $-CH_3$) являются электронодонорами и за счет положительного индуктивного эффекта ($+I$) увеличивают электронную плотность на атоме азота по сравнению с аммиаком. Поэтому оба этих амина являются более сильными основаниями, чем аммиак. При сравнении метиламина и триметиламина в водном растворе решающую роль играют два конкурирующих фактора: индуктивный эффект и эффект сольватации. Три метильные группы в триметиламине создают более сильный $+I$-эффект, но в то же время создают значительные пространственные препятствия для подхода протона. Кроме того, образующийся при протонировании катион $[(CH_3)_3NH]^+$ плохо стабилизируется молекулами воды (слабая сольватация) из-за наличия всего одного кислого атома водорода. У метиламина сопряженная кислота $[CH_3NH_3]^+$ стабилизируется гидратацией значительно лучше. В результате суммарного действия этих факторов метиламин оказывается более сильным основанием, чем триметиламин (который, в свою очередь, сильнее аммиака).

Таким образом, итоговый ряд соединений в порядке увеличения их основности выглядит следующим образом:

Ответ: хлорид метиламмония < 2,4-динитроанилин < орто-нитроанилин < анилин < аммиак < триметиламин < метиламин.