AMINES    

ACYL  CHLORIDES    

HYDROXYNITRILES    

ALDEHYDE/KETONE  REDUCTION  

ammonia   methylamine   phenylamine  

Amines  are  nitrogen-­‐containing  organic  compounds  derived  from  ammonia,  where  one  or  more  of  the  hydrogen  atoms  has  

been  replaced  by  an  alkyl  or  aryl  group.  

Primary    amines  

Seconday  amines  

TerMary    amines  

Quaternary  ammonium  ion  

caMonic  surfactant    e.g.  hair  condiMoner  What  is  happening  to  the  hydrogen  number  around  the  

Nitrogen  atom  as  you  move  across  the  page  

methylamine   ethylamine   propylamine  

diethylamine  

If  two  idenMcal  R  groups  are  aPached,  the  prefix  di–  is  used,  and  if  three  idenMcal  groups  are  present,  then  tri–  is  used.    

triethylamine  

Amines  are  named  using  the  suffix  –amine.    

3-­‐aminopropanoic  acid  

1,2-­‐diaminopentane  

2-­‐aminoethanoic  acid  

If  other  funcMonal  groups  are  present  in  the  molecule,  the  presence  of  amine  groups  is  denoted  using  the  amino–  prefix.    

AliphaMc  and  aromaMc  amines  

Aroma8c  amines  contain  a  benzene  ring  directly  aPached  to  the  NH2  group.  

l  they  act  as  nucleophiles  and  take  part  in  reacMons  involving  donaMon  of  the  lone  pair  

The  delocalized  system  of  the  benzene  group  is  able  to  incorporate  the  lone  pair  of  electrons  from  the  nitrogen  atom,  meaning  that  aromaMc  amines  have  different  properMes  to  aliphaMc  amines.  

l  they  act  as  Brønsted–Lowry  bases  (H+  acceptors).  

ReacMons  of  amines  as  bases  Amines  accept  protons  (H+)  from  acids  to  form  salts:  

ethylamine   ethylammonium  chloride  

CH3CH2NH2(aq)  +  HCl(aq)→  CH3CH2NH3  Cl-­‐(aq)  +  H2O(l)    

Quaternary  ammonium  ion  

+  

RelaMve  base  strength  

NH3   4.75  

3.36  

3.27  

Compound   pKb  

9.38  

CH3NH2  

(CH3)2NH  

C6H5NH2  

The  strengths  of  weak  bases  are  measured  on  the  pKb  scale.  The  smaller  the  number  on  this  scale,  the  stronger  the  base  is.  

What  is  the  trend?    Can  you  explain  the  trend  in  terms  of  the  availability  of  lone  pair  of  electrons  on  the  nitrogen  for  donaMon  to  the  hydrogen  ion?  

Strength  of  base  (strongest  to  weakest  order)    R-­‐-­‐à-­‐-­‐-­‐NH2                more  than                NH3                more  than                    C6H5-­‐-­‐ß-­‐-­‐NH2                              

R  group  has  a  posiMve  inducMve  effect  and  increases  the  electron  density  on  the  N  atom.  Thus  N  lone  pair  is  more  available  to  be  donated  to  a  proton,  hence  amine  molecule  can  funcMon  as  a  strong  base.      Benzene  group  withdraws  electron  density  from  the  nitrogen  atom  and  incorporates  this  into  the  delocalised  electron  system  within  the  benzene  ring.  Thus,  N  lone  pair  is  less  available  to  be  donated  to  a  proton  and  therefore  funcMons  as  a  weak  base.  

Basic  Buffer=  aliphaMc  amine  +    strong  acid  (e.g.  HCl)  or  amine  salt  or  NH4Cl  

Nucleophilic  subs8tu8on  with  excess  NH3  and  haloalkane    promotes  primary  amine  forma8on  

         

         

         

         

         

         

         

Nucleophilic  subs8tu8on  with  excess  NH3  and  haloalkane    promotes  primary  amine  forma8on  

       

         

         

         

         

         

         

         

         

δ+  

δ−  

Reac,on  does  not  stop  at  first  amine  product.  The  primary  amine  itself  undergoes  nucleophilic  subs,tu,on  with  haloalkane  

excess  NH3    

Secondary/TerMary  amines  

     

     

Secondary  amine  

      δ+   δ-­‐  

Primary  amine  

       

       

Secondary/TerMary  amines  

     

     

Secondary  amine  

     

δ+   δ-­‐  

Primary  amine  

subsMtuted  amines  are  more  nucleophilic  than  NH3  (due  to  alkyl  inducMve  effect)  

Excess  NH3  favours  1°  amine  producMon  Excess  Haloalkane  favours  3°    and  4°    amine  producMon  

Amine  +  Haloalkane  (R-­‐X)  

Via  nucleophilic  subsMtuMon  mechanism:      NH3  +  1°  R-­‐X      à  1°  Amine  1°  Amine  +  1°  R-­‐X    à  2°  Amine  2°  Amine  +  1°  R-­‐X    à  3°  Amine  3°  Amine  +  1°  R-­‐X    à  

                   

promoted  if  excess  NH3  

promoted  if  excess  R-­‐X  

Making  aliphaMc  amines  

of  nitrile          

Making  aliphaMc  amines  

of  nitrile          

Nucleophilic  subsMtuMon  involving  the  haloalkane  and  NH3  generates  a  mixture  of  1°,  2°,  3°,  4°  amines  due  to  further  subsMtuMon  reacMons  involving  the  product(s)  and  haloalkane  

A:  KCN,  aqueous/ethanolic;  intermediate  CH3CH2CN  propanenitrile;    then,  H2  /Ni  catalyst  B:  NH3,  excess  NH3  

Route  A  disadvantage:  toxic  KCN  or  expensive  LiAlH4  or  H2  explosive  Route  B:  impure  product,  further  subsMtuMon  likely  

Making  ethylamine  from  methane  

Making  ethylamine  from  methane  

CH4   CH3Cl   CH3CN   CH3CH2NH2  

1.  Cl2,  uv  light,  free  radical  subsMtuMon  2.  Ethanolic  and  aqueous  KCN,  reflux,  nucleophilic  subsMtuMon  3.  Either  H2/Nickel  catalyMc  hydrogenaMon  or  LiAlH4  

diethylamine  

Op8on  1   Op8on  2   Op8on  3  

Step  1   HBr  electrophilic  addiMon  CH3CH2Br  

H2,  Ni  addiMon  (catalyMc,  H2)  C2H6  

H2O,  H3PO4  electrophilic  addiMon  C2H5OH  

Step  2   excess  NH3,    nucleophilic  subsMtuMon  CH3CH2NH2  

Br2  free  radical  subsMtuMon  CH3CH2Br  

KBr,  conc  H2SO4  nucleophilic  subsMtuMon  CH3CH2Br  

Step  3   CH3CH2Br  nucleophilic  subsMtuMon  (CH3CH2)2NH  

NH3    OR  CH3CH2NH2  nucleophilic  subsMtuMon  (CH3CH2)2NH  

NH3    OR  CH3CH2NH2  nucleophilic  subsMtuMon  (CH3CH2)2NH  

CH3CN   CH3CH2NH2  

Step  1:  Ethanolic/(aq)  KCN  Step  2:  H2/Ni  OR    LiAlH4  Step  3:  CH3Br  

Secondary  amine  

Nucelophilic    subsMtuMon  

Cl2  uv  light  

Sn  HCl  

excess  NH3  

Cl2  uv  light  

conc  H2SO4  and  conc  HNO3,  20-­‐60°C  HNO3  +  H2SO4  à  NO2

+  +  HSO4-­‐  +  H2O                                  

Electrophilic  subsMtuMon  

Sn  HCl  

excess  NH3  

Cl2  uv  light  

         

   

     

         

     

Nucleophilic  subs8tu8on  of  (chloromethyl)benzene    to  produce  phenylmethylamine  

phenylmethlyamine  (chloromethyl)benzene      

δ+   δ-   excess  NH3  

         

     

Nucleophilic  subs8tu8on  of  (chloromethyl)benzene    to  produce  phenylmethylamine  

phenylmethlyamine  (chloromethyl)benzene      

δ+   δ-   excess  NH3  

Making  butane-­‐1,4-­‐diamine  

BrCH2CH2Br    

NCCH2CH2CN      

ethanolic/aq  KCN    reflux  Bromine(aq)   H2/Ni  

H2N(CH2)4NH2      

Making  butane-­‐1,4-­‐diamine  

catalyMc  hydrogenaMon  

LiAlH4  

nucleophilic    subsMtuMon  

SN1  

SN2  

electrophilic  addiMon    

1,2-­‐dibromoethane  

Long  answer  quesMons    

Acyl  chloride  addiMon-­‐eliminaMon  reacMons  

 Nitriles    

(HA,  RCHO/RCOR,  catalyMc  hydrogenaMon)    

NaBH4  with  RCHO/RCOR  

Acyl  chloride  and  primary  amine    

Nucleophilic  addiMon-­‐eliminaMon  

N-­‐subs8tuted  amide  

δ+  

δ−  

+  HCl  

N-­‐methylpropanamide  

Acyl  chloride  and  primary  amine    

Nucleophilic  addiMon-­‐eliminaMon  

N-­‐subs8tuted  amide  

δ+  

δ−  

+HCl  

ReducMon  of  ketone  by  NaBH4  (H−)  to  secondary  alcohol  (sodium  tetrahydridoborate  (III))    Nucleophilic  addiMon  

Nucelophile  is  aPacking  a  planar  C=O  bond  of  asymmetrical  ketone  (or  aldehyde)  APack  is  equally  likely  from  above  or  below  the  planar  C=O  group  Product  is  a  racemix  mixture  containing  equal  amounts  of  enanMomers    ∴    op8cally  inac8ve  

opMcally  acMve  2°  alcohol  

δ+  

δ−  

H+  from  solvent  

FormaMon  of  hydroxynitrile  by  acidified  KCN  Nucleophilic  addiMon  

Nucelophile  is  aPacking  a  planar  C=O  bond  of  asymmetrical  ketone  (or  aldehyde)  APack  is  equally  likely  from  above  or  below  the  planar  C=O  group  Product  is  a  racemix  mixture  containing  equal  amounts  of  enanMomers    ∴    op8cally  inac8ve  

opMcally  acMve    hydroxynitrile  

δ+  

δ−  

H+  from  solvent  CN  −  ���  

CN   CN  

ALDEHYDE  

H      H       H      

FormaMon  of  hydroxynitrile  by  acidified  KCN  Nucleophilic  addiMon  

Nucelophile  is  aPacking  a  planar  C=O  bond  of  asymmetrical  ketone  (or  aldehyde)  APack  is  equally  likely  from  above  or  below  the  planar  C=O  group  Product  is  a  racemix  mixture  containing  equal  amounts  of  enanMomers    ∴    op8cally  inac8ve  

opMcally  acMve    hydroxynitrile  

δ+  

δ−  

H+  from  solvent  CN  −  ���  

CN   CN  

ALDEHYDE  

H      H       H      

FormaMon  of  hydroxynitrile  by  acidified  KCN  Nucleophilic  addiMon  

Nucelophile  is  aPacking  a  planar  C=O  bond  of  asymmetrical  ketone  (or  aldehyde)  APack  is  equally  likely  from  above  or  below  the  planar  C=O  group  Product  is  a  racemix  mixture  containing  equal  amounts  of  enanMomers    ∴    op8cally  inac8ve  

opMcally  acMve    hydroxynitrile  

δ+  

δ−  

H+  from  solvent  CN  −  ���  

CN   CN  

KETONE