Номер 3, страница 173 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3*. Даны амины:

а) метиламин;

б) диметиламин;

в) триметиламин.

Напишите их структурные формулы и поясните, у какого из них основные свойства выражены сильнее, а у какого слабее. Почему?

а) метиламин

Структурная формула: $CH_3-\ddot{N}H_2$

б) диметиламин

Структурная формула: $(CH_3)_2\ddot{N}H$

в) триметиламин

Структурная формула: $(CH_3)_3\ddot{N}$

Решение

Основные свойства аминов обусловлены наличием неподеленной электронной пары у атома азота ($\ddot{N}$), которая способна присоединять протон ($H^+$). Сила основания зависит от электронной плотности на атоме азота и пространственной доступности этой электронной пары. На силу оснований в ряду метиламин — диметиламин — триметиламин влияют три основных фактора (при рассмотрении в водном растворе):

1. Положительный индуктивный эффект (+I) метильных групп ($-CH_3$). Метильные группы являются электронодонорами и смещают электронную плотность к атому азота. Это увеличивает отрицательный заряд на нем, делая неподеленную пару более активной в присоединении протона. Чем больше метильных групп, тем сильнее этот эффект и, следовательно, тем выше должна быть основность. По этому фактору ряд основности должен быть: триметиламин > диметиламин > метиламин.
2. Пространственный (стерический) фактор. Увеличение числа объемных метильных групп вокруг атома азота создает пространственные препятствия для подхода протона ($H^+$) к неподеленной электронной паре. Этот фактор ослабляет основные свойства, и он наиболее выражен у триметиламина.
3. Сольватация образующегося катиона. При взаимодействии с водой амин образует катион, который стабилизируется водородными связями с молекулами воды. Чем стабильнее катион, тем легче он образуется, и тем сильнее исходный амин.
   • Катион метиламмония $CH_3NH_3^+$ имеет три атома водорода при азоте и может образовать 3 прочные водородные связи.
   • Катион диметиламмония $(CH_3)_2NH_2^+$ имеет два атома водорода и образует 2 водородные связи (сольватация слабее).
   • Катион триметиламмония $(CH_3)_3NH^+$ имеет лишь один атом водорода и образует только 1 водородную связь (самая слабая сольватация).

   По этому фактору ряд основности должен быть обратным: метиламин > диметиламин > триметиламин.

Результирующая сила основания определяется балансом этих трех эффектов:

• У диметиламина достигается оптимальное сочетание: сильный индуктивный эффект от двух групп значительно повышает основность, а стерические препятствия и ослабление сольватации еще не так велики, чтобы это компенсировать. Поэтому диметиламин является самым сильным основанием в этом ряду.
• У триметиламина самый сильный индуктивный эффект, но он перекрывается мощным негативным влиянием стерического фактора и очень слабой сольватацией катиона. В итоге он оказывается даже слабее метиламина.
• У метиламина индуктивный эффект слабее, чем у других, но это компенсируется хорошей сольватацией катиона и минимальными пространственными затруднениями.

Таким образом, итоговый ряд силы основных свойств в водном растворе выглядит так:
Диметиламин > Метиламин > Триметиламин

Ответ: Самые сильные основные свойства выражены у диметиламина, а самые слабые (среди представленных аминов) — у триметиламина. Это является результатом сложного баланса трех факторов: положительного индуктивного эффекта метильных групп (увеличивает основность), пространственных затруднений и эффекта сольватации образующегося иона водой (оба уменьшают основность). У диметиламина этот баланс является наиболее благоприятным для проявления сильных основных свойств.