Номер 822, страница 192 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

822. Расположите следующие соединения в порядке увеличения основных свойств: аммиак; диметиламин; анилин; метиламин. Обоснуйте ответ.

Решение

Оснóвные свойства указанных соединений обусловлены наличием у атома азота неподеленной электронной пары, которая способна принимать протон ($H^+$). Сила основания определяется доступностью этой электронной пары: чем выше электронная плотность на атоме азота, тем активнее он присоединяет протон и тем сильнее проявляются оснóвные свойства. На электронную плотность влияют связанные с атомом азота группы атомов (заместители).

Проанализируем каждое соединение в ряду:

1. Анилин ($C_6H_5NH_2$). В молекуле анилина аминогруппа ($-NH_2$) связана с бензольным кольцом. Неподеленная электронная пара атома азота вступает в сопряжение с $\pi$-системой бензольного кольца. Этот эффект называется отрицательным мезомерным эффектом ($-M$). В результате электронная пара делокализуется, "размазывается" по бензольному кольцу, что приводит к существенному понижению электронной плотности на атоме азота. Из-за этого способность анилина присоединять протон сильно ослаблена, и он является самым слабым основанием в данном ряду.

2. Аммиак ($NH_3$). Это соединение можно принять за точку отсчета. У атома азота есть неподеленная электронная пара, но отсутствуют заместители, оказывающие сильное влияние на электронную плотность. Его оснóвные свойства выражены сильнее, чем у анилина.

3. Метиламин ($CH_3NH_2$). В этой молекуле атом водорода в аммиаке замещен на метильную группу ($-CH_3$). Алкильные группы, включая метильную, являются электронодонорами и проявляют положительный индуктивный эффект ($+I$). Они смещают электронную плотность от себя к атому азота, увеличивая ее. Вследствие этого неподеленная электронная пара на азоте становится более доступной для атаки протоном, поэтому метиламин является более сильным основанием, чем аммиак.

4. Диметиламин ($(CH_3)_2NH$). Здесь у атома азота уже два метильных заместителя. Две метильные группы оказывают более сильный суммарный положительный индуктивный эффект ($+I$), чем одна. Это приводит к еще большему увеличению электронной плотности на атоме азота по сравнению с метиламином. Следовательно, диметиламин является еще более сильным основанием.

Исходя из анализа влияния заместителей на электронную плотность на атоме азота, можно расположить данные соединения в порядке возрастания их оснóвных свойств:

Анилин < Аммиак < Метиламин < Диметиламин

Ответ: анилин; аммиак; метиламин; диметиламин.