دراسة العلاقة بين التركيب وخصائص المركبات العضوية المحتوية على النيتروجين

نحن نعلم بالفعل أن الأمينات الأليفاتية أكثر قاعدية من الكحولات. ولكن هل تعلم أن الأمينات الأليفاتية أكثر قاعدية من الأنيلين أيضًا؟. الأنيلين هو أمين عطري. هل يمكنك أن تخبرنا لماذا الأمينات الأليفاتية أكثر قاعدية من الأنيلين على الرغم من أن كليهما يحتوي على مجموعة أمينية؟. العوامل الرئيسية التي تؤثر على القاعدية هي السالبية الكهربية للمستبدلات واستقرار الرنين.

تحتوي الأمينات الأليفاتية والأنيلين على مجموعة أمينية، ولكن الاختلافات البنيوية بينهما لها تأثير مختلف على قاعديتها. يحتوي الأنيلين على مجموعة أمينية مرتبطة بحلقة البنزين. يتمتع البنزين بتأثير حثي يسحب الإلكترونات. يؤدي هذا التأثير إلى تقليل كثافة الإلكترون على المجموعة الأمينية. وهذا يجعل الأنيلين أقل قاعدية.

من ناحية أخرى، تفتقر الأمينات الأليفاتية إلى التأثير الحثي لسحب الإلكترون الموجود في الحلقة العطرية. ترتبط المجموعة الأمينية في الأمينات الأليفاتية عادة بالمجموعة الألكيلية. تتمتع هذه المجموعات الألكيلية بتأثير تحريضي يمنح الإلكترونات. تعمل المجموعات الألكيلية على زيادة كثافة الإلكترون على ذرة النيتروجين في المجموعة الأمينية. وهذا يجعل الأمينات الأليفاتية أكثر قاعدية.

سبب آخر لانخفاض قاعدية الأنيلين هو استقرار الرنين. في الأنيلين، يمكن للزوج الوحيد من الإلكترونات على ذرة النيتروجين أن ينتقل إلى نظام باي لحلقة البنزين. يؤدي هذا إلى تقليل توفر الزوج الوحيد من الإلكترونات لقبول البروتون. ونتيجة لهذا الاستقرار الرنيني، يصبح الأنيلين أقل قاعدية.

على النقيض من ذلك، تفتقر الأمينات الأليفاتية إلى استقرار الرنين الكبير. لا يوجد توزيع إلكترون باي في الأمينات الأليفاتية. وهذا يسمح للزوج الوحيد من الإلكترونات على ذرة النيتروجين بأن يكون متاحًا بشكل أكبر لقبول البروتون. ونتيجة لذلك فإن الأمينات الأليفاتية تكون أكثر قاعدية من الأنيلين.

الأمينات الأليفاتية الصغيرة، مثل الميثيل أمين والإيثيل أمين، قابلة للذوبان بشكل كبير في الماء. ويرجع ذلك إلى قدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. المجموعة الأمينية قطبية لأن ذرة النيتروجين أكثر كهرسلبية من ذرة الهيدروجين. يسمح وجود المجموعة الأمينية بتكوين رابطة هيدروجينية بين جزيئات الأمين وجزيئات الماء.

الأمينات العطرية، مثل الأنيلين، لها قابلية ذوبان محدودة في الماء. وهذا بسبب وجود الحلقة العطرية. الحلقة العطرية لها طبيعة سحب للإلكترون. يقوم بسحب الكثافة الإلكترونية من ذرة النيتروجين ويجعلها أقل قطبية. ومن ثم تقل قدرة الأمين العطري على تكوين روابط هيدروجينية مع الماء. ومع ذلك، فإن الأمينات العطرية ذات المجموعات الوظيفية القطبية الإضافية قد يكون لها قابلية ذوبان أفضل.

تفاعل ساندماير هو تحول كيميائي يتضمن تحويل ملح الديازونيوم العطري إلى مجموعات وظيفية مختلفة. يبدأ تفاعل ساندمير بخطوة الأزوتة. في هذه الخطوة يتم معالجة الأنيلين باستخدام نتريت الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك، في درجات حرارة منخفضة. تؤدي خطوة الأزوتة هذه إلى تحويل المجموعة الأمينية إلى ملح الديازونيوم. الملح الناتج من ثنائي الآزونيوم هو كلوريد ثنائي الآزونيوم البنزيني.

يمكن أن يخضع ملح الديازونيوم لتفاعلات الاستبدال النووي. أثناء الاستبدال النووي، يستبدل النيوكليوفيل مجموعة الديازونيوم. سوف نستخدم CuClكالنوكليوفيل. يتم استبدال مجموعة الديازونيوم بمجموعة الكلوريد. ويؤدي هذا إلى تكوين الكلوروبنزين. يسمح تفاعل ساندمير بتحويل ملح الديازونيوم إلى مجموعات وظيفية مختلفة عن طريق اختيار النيوكليوفيلات أو محبات الكهرباء المناسبة.

المركبات الآزوية هي فئة من المركبات العضوية التي تحتوي على المجموعة الوظيفية الآزوية. تتكون المجموعة الآزوية من ذرتين نيتروجين مرتبطتين برابطة مزدوجة. يمكن تمثيل البنية العامة لمركب الآزو على النحو التالي R-N=N-R. R يمثل البدائل العضوية. يمكن أن تكون هذه البدائل عبارة عن مجموعات عطرية أو أليفاتية.

تتميز المركبات الآزوية بألوانها النابضة بالحياة. يتم استخدامها على نطاق واسع كصبغات ومواد ملونة. مثال على مركبات الآزو هو البرتقالي الميثيل. إنه مؤشر لدرجة الحموضة. مؤشر الرقم الهيدروجيني هو مادة تتغير ألوانها استجابة للتغيرات في حموضة أو قلوية المحلول. في ظل الظروف الحمضية، يظهر البرتقالي الميثيلي بلون برتقالي لامع. في ظل الظروف الأساسية، يتحول البرتقالي الميثيلي إلى اللون الأحمر.

يتم تصنيع المركبات الآزوية عادة من خلال تفاعلات اقتران الآزو. الخطوة الأولى في تفاعل اقتران الآزو هي أزوتة الأمين العطري. يؤدي تفاعل الأزوتة هذا إلى تحويل المجموعة الأمينية للأمين العطري إلى ملح ثنائي الآزونيوم. ويخضع ملح الديازونيوم بعد ذلك لتفاعل اقتران مع مركب عطري آخر. يُعرف هذا المركب العطري باسم مكون الاقتران. يمكن أن يكون مكون الاقتران عبارة عن أمين عطري، أو فينول، أو نفثول، أو مركبات مناسبة أخرى.

دعونا نستخدم الفينول كمكون اقتران. يتفاعل ملح الديازونيوم مع الفينول من خلال الاستبدال العطري المحب للإلكترون. ويحدث التفاعل في وجود قاعدة خفيفة مثل كربونات الصوديوم. يعمل ملح الديازونيوم كمُحب للإلكترون. يستقبل الإلكترونات من الحلقة العطرية للمكون المقترن. تخضع الحلقة العطرية الغنية بالإلكترونات للمكون المقترن للاستبدال. ويؤدي هذا إلى تكوين مركب الآزو.

يشير التحلل المائي لملح الديازونيوم إلى تفاعل كيميائي يتفاعل فيه ملح الديازونيوم مع الماء لإنتاج الفينول. يتم استبدال مجموعة الديازو في ملح الديازونيوم بمجموعة الهيدروكسيل. يتم إطلاق غاز النيتروجين في هذا التفاعل. على سبيل المثال، يتفاعل كلوريد البنزيديازونيوم مع الماء لتكوين الفينول.

يمكن اختزال ملح الديازونيوم إلى أمين عطري أولي في وجود عامل اختزال. يعمل كبريتيت الصوديوم كعامل اختزال. على سبيل المثال، يمكن اختزال كلوريد البنزيديازونيوم إلى أنيلين في وجود كبريتيت الصوديوم. يمكن أيضًا استخدام عوامل اختزال أخرى، مثل نترات الصوديوم أو كلوريد القصدير، لاختزال أملاح الديازونيوم.