Как отличить анилин от N-метиланилина?

Анилин и N-метиланилин являются ароматическими аминами, то есть они содержат аминогруппу, присоединенную к ароматическому бензольному кольцу. Однако основное различие заключается в их молекулярной структуре:

- Анилин (C6H5NH2): аминогруппа (-NH2) непосредственно присоединена к бензольному кольцу.

- N-Метиланилин (C7H9N): атом азота в аминогруппе связан с метильной группой (-CH3) в дополнение к атому водорода, что делает его вторичным амином.

Наличие дополнительной метильной группы в N-метиланилине влияет на его химическую активность и свойства по сравнению с анилином.

Реакционную способность анилина и N-метиланилина можно различить по их поведению в химических реакциях, особенно тех, в которых участвует аминогруппа.

Реакция с азотистой кислотой:

- Анилин: реагирует с азотистой кислотой (HNO2) при низких температурах с образованием соли диазония, которая является ключевым промежуточным продуктом во многих органических синтезах.

- N-Метиланилин: Не образует соль диазония в аналогичных условиях. Вместо этого он образует N-нитрозометиланилин, соединение с отчетливым желтым цветом.

Реакция ацилирования:

- Анилин: может быть ацилирован с использованием ацилхлоридов или ангидридов с образованием ацетанилида.

- N-Метиланилин: подвергается ацилированию с образованием N-метилацетанилида, демонстрируя свою природу вторичного амина.

Электрофильное ароматическое замещение:

- Оба соединения могут вступать в реакции электрофильного ароматического замещения, но наличие метильной группы вN-Метиланилинвлияет на направляющие эффекты и реакционную способность ароматического кольца.

Анилин и N-метиланилин демонстрируют различную растворимость в различных растворителях:

- Анилин: Растворим в воде, этаноле и эфире. Имеет основную природу, образуя ионы анилина (C6H5NH3+) в кислых растворах.

- N-Метиланилин: Менее растворим в воде по сравнению с анилином из-за наличия метильной группы, но растворим в органических растворителях, таких как этанол и эфир. Его основность немного снижена по сравнению с анилином.

Различие в растворимости и поведении pH можно использовать в качестве отличительного фактора в лабораторных условиях.

Инфракрасная спектроскопия — мощный инструмент, позволяющий различать анилин и N-метиланилин на основе их уникальных полос поглощения, соответствующих различным функциональным группам.

NH растягивающие колебания:

- Анилин: демонстрирует два различных колебания NH-валентности около 3500-3300 см^-1 из-за присутствия первичной аминогруппы.

- N-Метиланилин: демонстрирует одно валентное колебание NH в схожей области, но интенсивность и точное положение отличаются из-за структуры вторичного амина.

Растягивающие колебания CH:

- N-Метиланилин: проявляет дополнительные колебания валентности CH около 2900-2800 см^-1, приписываемые метильной группе, которые отсутствуют в анилине.

Ароматические кольцевые вибрации:

- Оба соединения демонстрируют характерные ароматические колебания C=C, но влияние метильной группы вN-Метиланилинмогут вызвать небольшие сдвиги в положении этих полос.

Спектроскопия ЯМР предоставляет подробную информацию о водородном и углеродном окружении молекулы, что делает ее эффективным методом различения анилина и N-метиланилина.

Протонный (1H) ЯМР:

- Анилин: показывает сигналы для ароматических протонов, как правило, в диапазоне 6.5-7.5 ppm, и два отдельных сигнала для группы NH2 около 3.5-4.5 ppm.

- N-метиланилин: показывает похожие ароматические протонные сигналы, но с дополнительным синглетом для протонов метильной группы около 2.5-3.5 м.д. Сигнал NH появляется в виде широкого пика, обычно около 3-4 м.д.

ЯМР углерода (13С):

- Анилин: показывает сигналы ароматических углеродов, как правило, в диапазоне 115-145 ppm, и отчетливый сигнал для углерода, присоединенного к группе NH2.

- N-Метиланилин: отображает аналогичные сигналы ароматического углерода с дополнительным сигналом для метильного углерода около 20-30 ppm.

Масс-спектрометрию можно использовать для определения молекулярных масс и закономерностей фрагментации анилина и N-метиланилина, что позволяет четко различать эти два соединения.

Анилин:

- Пик молекулярного иона (М+) при m/z 93.

- Картина фрагментации показывает основной пик при m/z 66 из-за потери группы NH2.

N-Метиланилин:

- Пик молекулярного иона (М+) при m/z 107.

- Картина фрагментации показывает основной пик при m/z 92 из-за потери метильной группы (CH3).

Эти различия в масс-спектрах позволяют однозначно идентифицировать два соединения.

Анилин является важнейшим исходным материалом в химической промышленности и имеет широкий спектр применения:

Производство красителей и пигментов:

- Анилин является основным прекурсором в производстве азокрасителей, которые используются для окрашивания текстиля, кожи и пластмасс.

- Его также используют в производстве красителя индиго, важнейшего компонента в текстильной промышленности для окрашивания джинсовой ткани.

Фармацевтическая индустрия:

- Производные анилина используются в синтезе различных фармацевтических препаратов, включая парацетамол (ацетаминофен) — безрецептурное обезболивающее и жаропонижающее средство.

Полиуретановые пены:

- Анилин является предшественником метилендифенилдиизоцианата (МДИ), который является важнейшим компонентом в производстве полиуретановых пен, используемых в мебели, изоляции и автомобилестроении.

N-Метиланилинтакже широко используется в ряде промышленных применений:

Производство красителей:

- N-метиланилин используется в качестве промежуточного продукта в синтезе различных красителей и пигментов, придавая текстилю и пластмассе яркие цвета.

Фармацевтический синтез:

- Он служит строительным блоком в синтезе некоторых фармацевтических препаратов, включая местные анестетики и другие терапевтические средства.

Агрохимикаты:

- N-метиланилин используется в производстве пестицидов и гербицидов, играя роль в защите сельскохозяйственных культур и повышении производительности сельского хозяйства.

Хотя и анилин, и N-метиланилин используются в производстве красителей и фармацевтических препаратов, их конкретные роли и области применения различаются из-за их различных химических свойств. Первичная аминная структура анилина делает его более универсальным прекурсором для различных промышленных химикатов, в то время как вторичная аминная структура N-метиланилина подходит для специализированных применений, где требуются особые модели реактивности.