3 hodinová sklíčka, střička s destilovanou vodou, kapátko

methylamin, zř. NH₃, anilin, univerzální indikátorové papírky, konc. HCl

Připravte si 3 hodinová sklíčka. Na každém sklíčku vytvořte vodné roztoky methylaminu a amoniaku a emulzi vody s anilinem. Následně pomocí univerzálních indikátorových papírků změřte pH.
Poté k roztokům či emulzi přikápněte několik kapek koncentrované kyseliny chlorovodíkové.
Methylamin i amoniak se ve vodě rozpouštějí, anilin tvoří oka na hladině. Změřením pH jednotlivých roztoků zjistíme následující pH: methylamin – 12, amoniak – 10, anilin – 7.
Při přikapávání koncentrované kyseliny chlorovodíkové byl ve všech případech pozorovatelný vznikající bílý dým.

Methylamin, amoniak i anilin mají na dusíku volný elektronový pár, teoreticky tedy mohou přijmout proton (H⁺) a vytvořit amoniovou sůl, měly by se tedy chovat jako báze. Na základě změření pH jsme ovšem toto tvrzení nepotvrdili.
Nejvyšší pH měl methylamin, pH = 12 – jedná se tedy o nejsilnější bázi z těchto 3 látek. Vyšší bazicita oproti amoniaku je způsobena přítomností methylové skupiny na dusíku. Methylová skupina má kladný indukční efekt I⁺, díky čemuž jsou elektrony posunovány směrem k dusíku – dochází ke zvýšení elektronové hustoty a ke zvýraznění bazického charakteru. Vzniklá alkylamoniová sůl (na dusíku je kladný náboj) je tedy stabilizována kladným indukčním efektem I⁺ methylové skupiny.

Pokud bychom tedy uvažovali pouze kladný indukční efekt alkylových skupin vázaných na dusík, rostla by bazicita od primárního přes sekundární k terciárnímu aminu, který by byl nejbazičtější (čím více alkylových skupin, tím větší by byl příspěvek kladného indukčního efektu I⁺, a tím větší by byla stabilizace vzniklé alkylamoniové soli). Ve skutečnosti nejbazičtějšími aminy jsou sekundární aminy, bazicita terciárních aminů je srovnatelná s primárními. U terciárních aminů dochází ke stínění reakcí na atomu dusíku.
V bazicitě aminů se ještě uplatňuje druhý faktor – a to solvatace, která je zodpovědná za tuto závislost bazicity aminů na jejich struktuře. Solvatace znamená obklopování molekuly aminu molekulami vody – jedná se tedy o tvorbu vodíkových můstků. Vodíkové můstky, vznikající mezi atomy vodíku vázanými na atomu dusíku a molekulami vody, jsou rozhodující pro solvataci alkylamoniových solí. Dialkylamoniové soli (vzniklé protonizací – přijetím protonu – sekundárních aminů) mají dva volné atomy vodíku, které jsou schopny se zapojit do tvorby vodíkových můstků. Trialkylamoniové soli (vzniklé protonizací terciárních aminů) mají k dispozici pouze jeden atom vodíku umožňující tvorbu vodíkových můstků. Proto jsou dialkylamoniové kationty více stabilizovány solvatací než trialkylamoniové kationty, a tudíž sekundární aminy jsou bazičtější než terciární.
Sekundární aminy jsou bazičtější než terciární a primární aminy. Bazicita primárních a terciárních aminů je podobná (záleží na alkylovém zbytku navázaném na atomu dusíku). Obecně tedy platí, že bazicita alkylaminů je ovlivněna dvěma efekty – kladným indukčním efektem a solvatací.
Amoniak představoval prostřední hodnotu pH, konkrétně pH = 10. Amoniak je slabá zásada – ve vodném roztoku disociuje na ionty: amonný kation a hydroxidový aniont. Amoniak se tedy chová jako báze, ačkoliv amoniak hydroxidový anion neobsahuje (jako ostatní hydroxidy – např. alkalických kovů). Amoniak je slabší báze než aminy (sekundární – primární (methylamin) a terciární), u kterých dochází ke stabilizaci alkylamoniového kationtu vlivem kladného indukčního efektu alkylové skupiny. Amoniak je ovšem silnější zásada než anilin.

Anilin je z tří výše uvedených látek nejslabší báze – pH = 7. V případě anilinu dochází k zapojení volného elektronového páru na dusíku do konjugace s benzenovým jádrem – dochází tedy ke snížení bazicity anilinu. Protonizace (navázání kationtu vodíku na NH₂ skupinu) vede k porušení konjugace volného elektronového páru dusíku s benzenovým jádrem. Aminoskupina –NH₂ patří mezi tzv. substituenty 1. třídy, které mají kladný mezomerní efekt M⁺ – můžou poskytnout volný elektronový pár do konjugace s π-elektrony aromatického jádra. Z tohoto důvodu má anilin nejnižší bazické vlastnosti – je méně bazický než methylamin i amoniak. Anilin je 1 000 000krát slabší báze než methylamin.

Arylaminy jsou tedy obecně slabší báze než alkylaminy i než amoniak.
Z předchozích informací vyplývá, že alifatické aminy jsou zpravidla silnějšími zásadami než amoniak, oproti tomu aromatické aminy jsou zásadami slabšími.
Methylamin, amoniak i anilin reagují s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou za vzniku amonium chloridů, které lze pozorovat ve formě bílých dýmů. Obě výchozí látky (aminy či amoniak a koncentrovaná HCl) jsou těkavé.

dusíkaté deriváty (porovnání bazicity, tvorba amoniových solí)

demonstrační (video-pokus)

Varování! 

Všechny znázorněné pokusy smí provádět pouze osoby s odborným vzděláním chemického zaměření a to pouze při dodržení všech bezpečnostních pravidel a postupů a v prostorách k tomu určených. Předem je vždy nutné se důkladně seznámit s vlastnostmi jednotlivých chemických látek prostřednictvím příslušných bezpečnostních listů, s jejich nebezpečnými vlastnostmi a pokyny pro bezpečné zacházení, skladování i likvidaci. Videa mají sloužit především jako ilustrace vlastností látek, nikoliv jako návod k provedení pokusu. Jakékoliv napodobování činností na videu je pouze na vlastní nebezpečí. Poskytoval této webové stránky ani její distributoři nenesou žádnou odpovědnost za případnou újmu na zdraví či majetku, zejména pak za újmu vzniklou napodobováním v aplikaci znázorněných pokusů.

Uživatel webové stránky www.studiumchemie.cz stvrzuje, že si varování řádně přečetl a jeho obsahu porozuměl.

 

Methylamin – nebezpečný, vysoce hořlavá kapalina a páry zdraví škodlivý při požití, toxický při vdechování, způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí, může způsobit podráždění dýchacích cest.

dle GHS:   dle staršího značení: 

Amoniak – nebezpečný, může způsobit podráždění dýchacích cest, způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí, vysoce toxický pro vodní organismy.

dle GHS:   dle staršího značení:  

Anilin – nebezpečný, může vyvolat alergickou kožní reakci, -způsobuje vážné poškození očí, podezření na genetické poškození, podezřenípna vyvolání rakoviny, způsobuje poškození orgánů při prodloužené nebo opakované expozici, toxický při požití, při styku s kůží nebo při vdechování, vysoce toxický pro vodní organismy.

dle GHS:   dle staršího značení:  

Kyselina chlorovodíková – nebezpečná, může způsobit podráždění dýchacích cest, způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.

dle GHS:   dle staršího značení:   

pracujte v rukavicích, nejlépe v digestoři – methylamin zapáchá po rybině (vysoce hořlavý, žíravý), amoniak má také charakteristický dráždivý zápach (toxický, žíravý), anilin (toxický, žíravý), koncentrovaná HCl (žíravá)

příprava – 5 minut, vlastní provedení – 10 minut

– dostupnost dusíkatých derivátů (methylaminu a anilinu na středních školách) – v případě nedostatku možno pustit video
– pokus je možné také provést v kádinkách či zkumavkách – s hodinovými sklíčky se poté špatně manipuluje (např. pro ukázku do zadních pozic – v lavicích, v kolektivu žáků)
– stačí přidat pár kapek konc. HCl – bílé dýmy se objeví ihned ve všech  případech, dobré provádět proti tmavému pozadí

Video pro tento pokus je dostupné jen pro registrované učitele.