Анилин

Анилин (аминобензол/фениламин) входит в класс ароматических аминов, у которых аминогруппа непосредственно связана с бензольным кольцом.

Данное соединение может быть представлено в двух формах:

1. В краткой - $\mathrm{C_6H_5N\H_2}$.
2. В структурной:

Рисунок 1. Анилин. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Анилин при обычных условиях является бесцветной маслянистой жидкостью со слабым характерным запахом, ядовит и плохо растворим в воде.

Строение анилина

Аминогруппа содержит в себе неподеленную электронную пару атома азота. Она взаимодействует с $\pi$-электронной системой бензольного кольца, то есть непосредственно втягивается в ароматическую систему. Это приводит к снижению электронной плотности на азоте и последующему уменьшению основных свойств аминогруппы (водные растворы анилина не изменяют окраску лакмуса).

В бензольном кольце, напротив, электронная плотность повышается, что облегчает электрофильное замещение, особенно в 2, 4 и 6 (орто- и пара-) положениях к аминогруппе.

Ниже представлена структурная формула анилина, в которой смещение электронной плотности (+М – эффект группы NH2) изображено стрелками:

Рисунок 2. Структурная форма анилина. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Получение анилина

Анилин получают как промышленным способом, так и в лабораторных условиях.

Промышленный способ получения состоит из двух стадий:

• Первая стадия – нитрование бензола при температуре 60$\mathrm{^\circ}$C ($\mathrm{C_6H_5 + HNO_3 = C_6H_5N\H_2 + H_2O}$),
• вторая стадия – восстановление нитробензола с помощью водорода при температуре 250$\mathrm{^\circ}$C ($\mathrm{C_6H_5NO_2 + H_2 = C_6H_5N\H_2 + H_2O}$).

Также к промышленному получению анилина относятся нагревание нитробензола с чугунной стружкой ($\mathrm{4C_6H_5NO_2 + 9Fe + 4H_2O = 4C_6H_5N\H_2 + 3Fe_3O_4}$) и метод Зинина, который заключается во взаимодействии нитробензола с сернистым аммонием ($\mathrm{C_6H_5NO_2 + 3(NH_4)_2S = C_6H_5N\H_2 + 6NH_3 + 3S + 2H_2O}$).

К лабораторным методам относится восстановление нитробензола цинком в кислой среде ($\mathrm{C_6H_5NO_2 + 3Zn +6HCl = C_6H_5N\H_2 + 3ZnCl_2 + 3H_2O}$) и алюминием в щелочной среде ($\mathrm{C_6H_5NO_2 + 2Al + 2NaOH = C_6H_5N\H_2 + 2Na[Al(OH)_3]}$).

Химические свойства

Анилин вступает в химические превращения как с участием аминогруппы, так и ароматического кольца.

Реакции по аминогруппе:

1. Анилин реагирует с сильными кислотами, образуя соли фениламмония, которые растворимы в воде, но не растворимы в неполярных органических растворителях.

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + HCl = C_6H_5N\H_3Cl}$

2. Реакция диазотирования протекает при:

   • пониженной температуре с образованием соли диазония (используются в синтезе азокрасителей):

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 +KNO_2 +HCl = [C_6H_5 \! - \! N \! \equiv \! N]^+Cl + KCl + 2H2O}$

   • повышенной температуре с выделением азота:

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + NaNO_2 + H_2SO_4 = C_6H_5 \! - \! OH + N_2 \! \uparrow + NaHSO_4 + H_2O}$

3. Реакция с галогеналканами:

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + CH_3CH_2Cl + NaOH = C_6H_5N\H\! - \! CH_2CH_3 + NaCl + H_2O}$

4. Ацилирование – реакция замещения атомов водорода в аминогруппе на ацильные радикалы. В результате ароматические амины превращаются в амиды соответствующих карбоновых кислот:

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + (CH_3CO)_2O = C_6H_5N\H \! - \! C(O)CH_3}$

   Данная реакция используется для защиты аминогруппы для уменьшения ориентирующего влияния аминогруппы при проведении некоторых реакций.

5. Анилин реагирует с ароматическими альдегидами с образованием азометинов (основания Шиффа). Данная реакция протекает в две стадии: первая – реакция нуклеофильного присоединения по карбонильной группе, на второй стадии происходит отщепление молекулы воды. Простейшие основания Шиффа относятся к классу азометиновых красителей. Для окрашивания ткани они не подходят, так как легко гидролизуются в кислой среде, но они широко применяются в цветной фотографии и в полиграфии.

6. Реакция с хлорной известью:

   $\mathrm{2C_6H_5N\H_2 + 3CaCl(O)Cl = 2C_6H_5N\O_2 + 3CaCl_2 + 2H_2O}$

   Замечание 1

   Данная реакция является качественной, так как в результате реакции появляется фиолетовое окрашивание.

Реакции по фенил-радикалу:

1. Реакция с галогенами:

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + 3Cl_2 = C_6H_2Cl_3 \! - \! NH_2 + 3HCl}$

   Замечание 2

   Реакция анилина с бромной водой является качественной реакцией на обнаружение данного вещества, так как в результате образуется осадок белого цвета (2,4,6 – триброманилин).

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + 3Br_2 = C_6H_2Br_3 \! - \! NH_2 \downarrow + 3HBr}$

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой, в результате которого образуется сульфаниловая кислота, которая широко применяется в промышленности для синтеза многих красителей и антибиотиков сульфаниламидного ряда:

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + H_2SO_4 = C_6H_4SO_3H\! - \! NH_2 + H_2O}$

   С концентрированной азотной кислотой анилин реагирует со взрывом, из-за чего не удается выполнить непосредственное нитрование. Но возможно на время реакции защитить аминогруппу, превратив ее в амидную группу с помощью уксусного ангидрида, а после нитрования вернуть к исходной аминогруппе с помощью реакции гидролиза.

   Данную цепочку превращений можно представить в виде следующей схемы:

   
   
   Рисунок 3. Цепочка превращений. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

3. Окисление анилина диоксидом марганца, хромовой кислотой и серной кислотой приводит к образованию бензохинона-1,4 (пара-бензохинон):

   $\mathrm{C_6H_5N\H_2 + 4K_2Cr_2O_7 + 19H_2SO_4 = 6C_6H_4O_2 + 4Cr_2(SO_4)3 + 4K_2SO_4 + 3(NH_4)_2SO_4 + 16H_2O}$

4. Реакция горения:

   $\mathrm{4C_6H_5N\H_2 + 31O_2 = 24CO_2\!\uparrow + 14H_2O + N_2\!\uparrow}$

Применение анилина

В лабораториях анилин применяется в чистом виде в качестве реагента или органического растворителя.

В промышленности анилин используется для производства красителей (анилиновый черный, нигрозины, азокрасители, индулины, фиолетового красителя мовеина, который начали производит еще в 1856 году).

Ниже представлена схема синтеза метиленового оранжевого красителя:

Рисунок 4. Схема синтеза метиленового оранжевого красителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Также анилин применяют для производства искусственного каучука (звуко-, тепло- и гидроизоляция в строительстве), полиизоцианатов (получение полиуретанов, из которых изготавливают защитные покрытия, лаки, герметики, эластичные формы), в сельском хозяйстве (входит в состав гербицидов), медицине и фармакологии в составе лекарственных препаратов (бриллиантовый зеленый, сульфаниламидные препараты).

С помощью анилина можно замедлить коррозию металлов при помощи добавления фосфатов данного соединения к растворам сильных электролитов.