Lý thuyết trọng tâm

I. Khái niệm amine

Amine là dẫn xuất của ammonia (NH₃) khi thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hydrogen bằng gốc hydrocacbon.

Ví dụ:

Công thức tổng quát:

• Amine đơn chức no, mạch hở: CₙH₂ₙ₊₃N (n ≥ 1)
• Amine thơm đơn chức: CₙH₂ₙ₋₅N (n ≥ 6)

Cách nhận dạng amine:

• Hợp chất hữu cơ chứa nguyên tử N
• Nguyên tử N liên kết trực tiếp với gốc hydrocarbon (không phải với C=O như amide)

Ví dụ nhận dạng:

II. Phân loại amine

Amine thường được phân loại theo bậc của amine và bản chất gốc hydrocarbon.

1. Phân loại theo bậc amine

Bậc của amine được tính bằng số gốc hydrocarbon liên kết trực tiếp với nguyên tử nitrogen.

Lưu ý: Bậc amine ≠ Bậc alcohol

• Bậc amine: số gốc R liên kết với N
• Bậc alcohol: bậc của nguyên tử C liên kết với –OH

2. Phân loại theo gốc hydrocarbon

III. Đồng phân amine

Amine có các loại đồng phân:

• Đồng phân mạch carbon (mạch thẳng, mạch nhánh)
• Đồng phân vị trí nhóm chức (vị trí nhóm –NH₂)
• Đồng phân bậc amine (bậc 1, bậc 2, bậc 3)

Số đồng phân amine

Ví dụ: Đồng phân của C₃H₉N

Amine bậc 1:

• CH₃–CH₂–CH₂–NH₂ (propylamine)
• CH₃–CH(NH₂)–CH₃ (isopropylamine)

Amine bậc 2:

• CH₃–NH–C₂H₅ (ethylmethylamine)

Amine bậc 3:

• (CH₃)₃N (trimethylamine)

IV. Danh pháp amine

1. Tên gốc-chức

Cách gọi: Tên gốc hydrocarbon + amine

Quy tắc: Nếu có nhiều gốc khác nhau, gọi theo thứ tự alphabet.

2. Tên thay thế (IUPAC)

Cách gọi: Tên hydrocarbon mạch chính + vị trí + amine

Quy tắc: Dùng N làm chỉ số vị trí cho các nhóm thế liên kết với nguyên tử nitrogen ở amine bậc 2 và bậc 3.

3. Tên thông thường

Một số amine có tên thông thường riêng:

• C₆H₅NH₂: Aniline (tên thông dụng nhất)

4. Bảng tổng hợp danh pháp

V. Đặc điểm cấu tạo phân tử

1. Methylamine (CH₃NH₂)

Cấu tạo:

• Nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp³
• Hình dạng phân tử: tháp tam giác (tương tự NH₃)
• Nguyên tử N còn một cặp electron chưa liên kết (cặp electron tự do)

Đặc điểm quan trọng:

• Cặp electron chưa liên kết trên N → có khả năng nhận proton H⁺ → tính base
• N có số oxi hóa –3 (thấp nhất) → có tính khử
• Có khả năng tạo liên kết hydrogen với nước → tan tốt trong nước

2. Aniline (C₆H₅NH₂)

Cấu tạo:

• Nhóm –NH₂ liên kết trực tiếp với vòng benzene
• Cặp electron trên N liên hợp với hệ π của vòng benzene

Sự ảnh hưởng qua lại:

Kết luận: Aniline có tính base yếu hơn methylamine và NH₃, nhưng dễ thế nguyên tử H ở vòng benzene hơn.

VI. Tính chất vật lý

1. Bảng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một số amine

2. Nhận xét về tính chất vật lý

Giải thích:

• Các alkylamine nhỏ tan tốt trong nước vì có khả năng tạo liên kết hydrogen với nước
• Khi số C tăng → gốc hydrocarbon kỵ nước tăng → độ tan giảm
• Aniline ít tan vì vòng benzene kỵ nước chiếm phần lớn phân tử

VII. Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của amine được quyết định bởi:

• Cặp electron chưa liên kết trên N → tính base, tạo phức
• Số oxi hóa –3 của N → tính khử
• Vòng benzene (với aniline) → phản ứng thế

1. Tính base

a) Nguyên nhân tính base

Nguyên tử N trong amine còn cặp electron chưa liên kết, có khả năng nhận proton H⁺ → thể hiện tính base theo Brønsted-Lowry.

b) So sánh tính base

$$\text{Alkylamine} > \text{NH}_3 > \text{Aniline}$$

Giải thích:

• Alkylamine > NH₃: Gốc alkyl đẩy electron → tăng mật độ electron trên N → tăng khả năng nhận H⁺
• NH₃ > Aniline: Vòng benzene hút electron (do liên hợp) → giảm mật độ electron trên N → giảm khả năng nhận H⁺

c) Phản ứng với chất chỉ thị

Phương trình:

$$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{NH}_3^+ + \text{OH}^-$$

Ghi nhớ: Aniline có tính base quá yếu nên không làm đổi màu quỳ tím.

d) Phản ứng với acid (HCl)

Alkylamine:

$$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl}$$

$$\text{Methylamine} + \text{HCl} \rightarrow \text{Methylammonium chloride}$$

Aniline:

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_3\text{Cl}$$

$$\text{Aniline} + \text{HCl} \rightarrow \text{Phenylammonium chloride}$$

Ứng dụng: Phản ứng này giải thích tại sao giấm (chứa CH₃COOH) có thể khử mùi tanh của cá (do trimethylamine):

$$(\text{CH}_3)_3\text{N} + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow [(\text{CH}_3)_3\text{NH}]^+ + \text{CH}_3\text{COO}^-$$

e) Phản ứng với dung dịch muối

Amine có tính base nên phản ứng với dung dịch muối của kim loại yếu, tạo hydroxide không tan.

Phương trình:

$$\text{FeCl}_3 + 3\text{CH}_3\text{NH}_2 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + 3\text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl}$$

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa nâu đỏ Fe(OH)₃.

2. Phản ứng tạo phức với Cu(OH)₂

Tương tự ammonia, các alkylamine có thể hòa tan Cu(OH)₂ tạo dung dịch phức màu xanh lam đậm.

Bước 1: Tạo kết tủa Cu(OH)₂

$$\text{CuSO}_4 + 2\text{CH}_3\text{NH}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + (\text{CH}_3\text{NH}_3)_2\text{SO}_4$$

Bước 2: Hòa tan Cu(OH)₂ tạo phức

$$\text{Cu(OH)}_2 + 4\text{CH}_3\text{NH}_2 \rightarrow \text{Cu(CH}_3\text{NH}_2\text{)}_4\text{(OH)}_2$$

Hiện tượng:

• Ban đầu: xuất hiện kết tủa xanh lam Cu(OH)₂
• Sau đó: kết tủa tan dần, tạo dung dịch xanh lam đậm

So sánh với NH₃: Phản ứng này tương tự phản ứng tạo nước Schweizer (Svayde) của ammonia.

3. Phản ứng thế ở vòng thơm (chỉ aniline)

Nhóm –NH₂ là nhóm đẩy electron vào vòng benzene, làm tăng mật độ electron ở vị trí ortho và para → aniline rất dễ tham gia phản ứng thế.

Phản ứng với nước bromine:

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_3\text{NH}_2 \downarrow + 3\text{HBr}$$

$$\text{Aniline} + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{2,4,6-tribromoaniline} + 3\text{HBr}$$

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng (2,4,6-tribromoaniline).

Ứng dụng: Phản ứng này dùng để nhận biết aniline.

So sánh với phenol:

4. Phản ứng với nitrous acid (HNO₂)

Nitrous acid (HNO₂) không bền, được tạo ra ngay trong hỗn hợp phản ứng:

$$\text{NaNO}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{HNO}_2 + \text{NaCl}$$

a) Alkylamine bậc 1 + HNO₂

Phương trình:

$$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{HNO}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{OH} + \text{N}_2 \uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

Hiện tượng: Có khí không màu (N₂) thoát ra.

Xác định vai trò:

• N trong CH₃NH₂: số oxi hóa từ –3 → 0 (trong N₂) → chất khử
• N trong HNO₂: số oxi hóa từ +3 → 0 (trong N₂) → chất oxi hóa

Nhận xét: Alkylamine bậc 1 có tính khử.

b) Aniline + HNO₂ (nhiệt độ thấp, 0-5°C)

Phương trình:

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{HNO}_2 + \text{HCl} \xrightarrow{0-5°C} [\text{C}_6\text{H}_5\text{N}_2]^+\text{Cl}^- + 2\text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Aniline} \xrightarrow{0-5°C} \text{Phenyldiazonium chloride}$$

Sản phẩm: Muối diazonium (hợp chất quan trọng trong tổng hợp phẩm nhuộm azo).

5. Bảng tổng hợp tính chất hóa học

VIII. Ứng dụng

1. Aniline (C₆H₅NH₂)

2. Hexamethylenediamine (H₂N–[CH₂]₆–NH₂)

Phương trình tổng hợp nylon-6,6:

$$n\text{H}_2\text{N}[\text{CH}_2]_6\text{NH}_2 + n\text{HOOC}[\text{CH}_2]_4\text{COOH} \rightarrow [-\text{NH}[\text{CH}_2]_6\text{NH}-\text{CO}[\text{CH}_2]_4\text{CO}-]_n + 2n\text{H}_2\text{O}$$

IX. Điều chế

1. Alkyl hóa ammonia

Nguyên tắc: Cho ammonia phản ứng với dẫn xuất halogen (alkyl halide).

Phương trình:

$$\text{NH}_3 + \text{CH}_3\text{I} \rightarrow \text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{HI}$$

$$\text{NH}_3 + \text{C}_2\text{H}_5\text{I} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{HI}$$

Điều chế amine bậc 2:

$$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{CH}_3\text{I} \rightarrow (\text{CH}_3)_2\text{NH} + \text{HI}$$

$$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{C}_2\text{H}_5\text{I} \rightarrow \text{CH}_3\text{NHC}_2\text{H}_5 + \text{HI}$$

2. Khử hợp chất nitro

Nguyên tắc: Khử nhóm –NO₂ thành nhóm –NH₂.

Phương trình điều chế aniline:

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2 + 6[\text{H}] \xrightarrow{\text{Fe/HCl}} \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Nitrobenzene} \xrightarrow{\text{khử}} \text{Aniline}$$

Sơ đồ tổng hợp aniline từ benzene:

$$\text{C}_6\text{H}_6 \xrightarrow[\text{H}_2\text{SO}_4 \text{ đặc}]{\text{HNO}_3 \text{ đặc}} \text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2 \xrightarrow{\text{Fe/HCl}} \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2$$

Phần B: Phương pháp giải bài tập

Dạng 1: Viết đồng phân và gọi tên amine

Phương pháp

Bước 1: Xác định số đồng phân theo công thức

• C₂H₇N: 2 đồng phân
• C₃H₉N: 4 đồng phân
• C₄H₁₁N: 8 đồng phân

Bước 2: Viết đồng phân theo thứ tự bậc (bậc 1 → bậc 2 → bậc 3)

Bước 3: Gọi tên theo danh pháp gốc-chức hoặc thay thế

Ví dụ

Bài toán: Viết công thức cấu tạo và gọi tên các đồng phân amine của C₃H₉N.

Giải:

Dạng 2: Xác định bậc và phân loại amine

Phương pháp

Xác định bậc: Đếm số gốc R liên kết với N

Phân loại:

• Alkylamine: R là gốc no (alkyl)
• Arylamine: R là gốc thơm (aryl) liên kết trực tiếp với N

Ví dụ

Bài toán: Phân loại các amine sau theo bậc và theo gốc hydrocarbon: CH₃NH₂, (CH₃)₂NH, (C₂H₅)₃N, C₆H₅NH₂

Giải:

Dạng 3: Viết phương trình phản ứng thể hiện tính base

Phương pháp

Các phản ứng thể hiện tính base:

1. Với H₂O: tạo môi trường kiềm
2. Với acid: tạo muối
3. Với dung dịch muối: tạo hydroxide không tan

Ví dụ

Bài toán: Viết các phương trình hóa học minh họa tính base của ethylamine.

Giải:

a) Phản ứng với nước:

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_3^+ + \text{OH}^-$$

b) Phản ứng với HCl:

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_3\text{Cl}$$

c) Phản ứng với FeCl₃:

$$3\text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 + \text{FeCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + 3\text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_3\text{Cl}$$

Dạng 4: Nhận biết amine

Phương pháp

Ví dụ

Bài toán: Phân biệt các dung dịch: methylamine, aniline, ethanol bằng phương pháp hóa học.

Giải:

Kết luận:

• Làm quỳ tím hóa xanh → Methylamine
• Tạo kết tủa trắng với Br₂ → Aniline
• Còn lại → Ethanol

Dạng 5: Bài toán tính theo PTHH

Phương pháp

Phản ứng với HCl:

$$\text{R-NH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{R-NH}_3\text{Cl}$$

$$n_{\text{amine}} = n_{\text{HCl}}$$

Phản ứng với Br₂ (aniline):

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_3\text{NH}_2 + 3\text{HBr}$$

$$n_{\text{aniline}} : n_{\text{Br}_2} = 1 : 3$$

Ví dụ

Bài toán: Cho 9,3 gam aniline tác dụng với nước bromine dư. Tính khối lượng kết tủa thu được.

Giải:

$$n_{\text{aniline}} = \frac{9,3}{93} = 0,1 \text{ mol}$$

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_3\text{NH}_2 \downarrow + 3\text{HBr}$$

$$n_{\text{kết tủa}} = n_{\text{aniline}} = 0,1 \text{ mol}$$

$$m_{\text{kết tủa}} = 0,1 \times 330 = 33 \text{ g}$$

Đáp án: 33 g 2,4,6-tribromoaniline

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ