Азотсодержащие соединения, 10 класс: примеры с решением

Азотсодержащие соединения: амины, аминокислоты, нитросоединения, белки и гетероциклы. Здесь свойства, формулы, разбор расчётной задачи и частые ошибки, а ниже список решённых заданий.

4 задания10 класс

Какие вещества называют азотсодержащими соединениями

Азотсодержащие соединения — это вещества, в молекулах которых есть атом азота. В органической химии к ним относятся амины, нитросоединения, аминокислоты, белки и гетероциклы с азотом в кольце. В неорганической химии к ним относятся аммиак, соли аммония, азотная кислота и нитраты.

Главное свойство большинства из них связано с неподелённой электронной парой азота. Она присоединяет протон H⁺, поэтому амины ведут себя как основания. Как образуется такая связь в ионе NH₄⁺, разбирают в теме химическая связь.

Классы азотсодержащих органических соединений и примеры

К азотсодержащим соединениям в школьном курсе относятся пять групп:

  • Амины — R-NH₂, R₂NH, R₃N. Примеры: CH₃NH₂ (метиламин), C₆H₅NH₂ (анилин).
  • Нитросоединения — R-NO₂. Пример: C₆H₅NO₂ (нитробензол).
  • Аминокислоты — H₂N-CH(R)-COOH. Примеры: глицин H₂N-CH₂-COOH, аланин CH₃-CH(NH₂)-COOH.
  • Пептиды и белки — цепи из остатков аминокислот, соединённых группой -CO-NH-.
  • Гетероциклические соединения — кольцо с атомом азота: пиридин C₅H₅N, пиррол C₄H₅N. Такие кольца есть и в основаниях нуклеиновых кислот.

Аминокислоты одновременно азотсодержащие и кислородсодержащие соединения: в них есть и группа -NH₂, и группа -COOH. Анилин и нитробензол получают из бензола, об этом рассказано в теме ароматические углеводороды.

Основные свойства аминов и амфотерность аминокислот

Амины присоединяют протон: CH₃NH₂ + HCl → [CH₃NH₃]Cl. Алкильные группы отдают электронную плотность азоту, поэтому этиламин и диэтиламин сильнее основания, чем аммиак. В анилине пара азота втянута в бензольное кольцо, и он слабее аммиака. Раствор анилина не меняет окраску лакмуса.

Аминокислота содержит основную группу -NH₂ и кислотную -COOH, поэтому она амфотерна. Это доказывают тремя реакциями на примере глицина:

  • с кислотой: H₂N-CH₂-COOH + HCl → HOOC-CH₂-NH₃Cl
  • со щёлочью: H₂N-CH₂-COOH + NaOH → H₂N-CH₂-COONa + H₂O
  • со спиртом (этерификация): H₂N-CH₂-COOH + C₂H₅OH → H₂N-CH₂-COOC₂H₅ + H₂O

Две аминокислоты реагируют друг с другом с образованием дипептида: 2H₂N-CH₂-COOH → H₂N-CH₂-CO-NH-CH₂-COOH + H₂O.

Как найти формулу аминокислоты по расчёту

Задача. Одноосновная моноаминокарбоновая кислота массой 7,5 г полностью прореагировала с раствором, содержащим 8,1 г HBr. Найди формулу кислоты.

  1. Запиши реакцию: H₂N-R-COOH + HBr → [H₃N-R-COOH]Br. Кислота и HBr реагируют в отношении 1 : 1.
  2. Найди количество HBr. M(HBr) = 1 + 80 = 81 г/моль, n = 8,1 ÷ 81 = 0,1 моль.
  3. Количество кислоты тоже 0,1 моль. M = 7,5 ÷ 0,1 = 75 г/моль.
  4. Общая формула такой кислоты CₙH₂ₙ₊₁NO₂, её молярная масса 14n + 47. Из 14n + 47 = 75 получаем n = 2.
  5. Формула C₂H₅NO₂, это глицин H₂N-CH₂-COOH.

Такую же схему используют, когда в условии вместо HBr стоит NaOH или HCl.

Где ошибаются чаще всего

  • Путают анилин и фенол. Фенол реагирует со щёлочью и не реагирует с соляной кислотой. У анилина наоборот: он даёт соль фениламмония хлорид C₆H₅NH₃Cl с HCl и не реагирует с NaOH. С бромной водой оба вещества дают белый осадок.
  • Неверно записывают продукт реакции аминокислоты с кислотой. Получается соль с группой -NH₃⁺ и анионом кислоты, например HOOC-CH₂-NH₃Cl, а не смесь двух веществ.
  • Считают два дипептида вместо четырёх. Из глицина и аланина получаются Гли-Гли, Ала-Ала, Гли-Ала и Ала-Гли. Последние два различаются порядком остатков.
  • В задачах на смесь уксусной и аминоуксусной кислот берут не те реакции. С NaOH реагируют обе кислоты, а с HCl только аминоуксусная. Поэтому сначала по HCl находят глицин, а затем вычитают его количество из общего количества NaOH.

Какие задания по теме присылают ученики

Чаще всего приходят задания на изомерию аминокислот состава C₄H₉O₂N (для них нужна теория строения органических веществ). Ещё присылают цепочки превращений с анилином и глицином, ряд основности аминов, сравнение анилина и фенола, расчёты по смесям и поиск формулы аминокислоты. Есть также дипептиды, амфотерность и распознавание амина и аминокислоты.

Найди в списке выше задание, похожее на твоё, и сверь ход решения со своим. Если подходящего нет, сфотографируй условие и получи решение с пояснением каждого шага.

Частые вопросы

Что такое азотсодержащие соединения?

Это вещества, в состав молекул которых входит азот. В органической химии это амины, нитросоединения, аминокислоты, белки и азотистые гетероциклы.

К азотсодержащим соединениям относятся только органические вещества?

Нет. Аммиак NH₃, соли аммония, азотная кислота HNO₃ и нитраты тоже содержат азот, но их изучают в неорганической химии.

Чем азотсодержащие соединения отличаются от кислородсодержащих?

У них разные функциональные группы: в азотсодержащих это -NH₂, -NO₂, -CO-NH-, а в кислородсодержащих -OH, -CHO, -COOH. Аминокислоты содержат и азот, и кислород, поэтому относятся к обеим группам.

Какие азотсодержащие соединения могут быть в воде?

В анализе воды чаще всего определяют ионы аммония, нитриты и нитраты. Органические азотсодержащие вещества, например белки и аминокислоты, тоже попадают в воду из живых организмов.

Как химически отличить амин от аминокислоты?

Раствор амина имеет щелочную среду и синит лакмус, а раствор аминокислоты практически нейтрален. Кроме того, аминокислота реагирует со спиртом в присутствии кислоты с образованием сложного эфира, а амин в таких условиях образует только соль.

Азотсодержащие соединения, 10 класс: примеры с решением | ДЗмэн