கரிம நைட்ரஜன் சேர்மங்கள்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

கரிம நைட்ரஜன் சேர்மங்கள் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

சாயங்கள், மருந்துகள், வெடிபொருள்கள், உங்கள் உடலில் உள்ள ஒவ்வொரு புரதம் ஆகியவற்றிலும் நைட்ரஜன் உள்ளது. இந்த அலகு எளிய கரிம நைட்ரஜன் சேர்மங்களைப் பார்க்கிறது: நைட்ரோ ஆல்கேன்கள், நைட்ரோ பென்சீன், அமீன்கள், டையசோனியம் உப்புகள், ஆல்கைல் சயனைடுகள், ஐசோசயனைடுகள். இவற்றின் வேதியியலில் பெரும்பகுதி நைட்ரஜனில் உள்ள தனித்த எலக்ட்ரான் இரட்டையிலிருந்து வருகிறது. அதனால்தான் அமீன்கள் புரோட்டானை ஏற்று காரங்களாகவும் கருக்கவர் பொருள்களாகவும் செயல்படுகின்றன.

கார வலிமையை விளக்க தூண்டல் விளைவு, உடனிசைவு விளைவு, இடநெருக்க விளைவு பற்றிய உங்கள் அறிவு தேவை. இந்த அலகு அலிஃபாட்டிக் சேர்மங்களை அரோமேட்டிக் சேர்மங்களுடனும், ஓரிணைய அமீன்களை ஈரிணைய, மூவிணைய அமீன்களுடனும் தொடர்ந்து ஒப்பிடுகிறது. ஒரு வகைக்கு நடக்கும் வினை மற்றொரு வகைக்கு பெரும்பாலும் நடப்பதில்லை. கார்பைலமீன் சோதனை, நைட்ரஸ் அமிலத்துடன் வினை, டையசோ ஆக்கல் ஆகியவை சார்ந்திருப்பது இந்த வேறுபாட்டைத்தான்.

அமீன்களைக் கார வலிமையின்படி வரிசைப்படுத்துதல், ஓரிணைய அமீனைக் கண்டறியும் சோதனையின் பெயர், சாண்ட்மேயர் அல்லது காட்டர்மான் வினையின் வினைப்பொருள், நைட்ரோ பென்சீன் → அனிலீன் → பென்சீன் டையசோனியம் குளோரைடு → பீனால் போன்ற வரிசையை நிறைவு செய்தல் ஆகியவை பொதுவாகக் கேட்கப்படுகின்றன. இந்த வரிசைகளை முழுமையாக எழுதிப் பழகுங்கள்.

நீங்கள் கற்பவை

• நைட்ரஜன் சேர்மங்களை நைட்ரோ சேர்மங்கள், அமீன்கள், சயனைடுகள், ஐசோசயனைடுகள் என வகைப்படுத்துதல்.
• தூண்டல் விளைவு, கரைப்பானேற்றம், இடநெருக்கக் காரணிகள் அமீன்களின் கார வலிமையை எப்படி மாற்றுகின்றன என்று விளக்குதல்.
• ஓரிணைய, ஈரிணைய, மூவிணைய அமீன்களைப் பிரித்தறியும் சோதனைகளை விவரித்தல்.
• அமில, நடுநிலை, கார ஊடகங்களில் நைட்ரோ பென்சீனை ஒடுக்கும்போது கிடைக்கும் விளைபொருள்களைக் கணித்தல்.
• பென்சீன் டையசோனியம் குளோரைடிலிருந்து பதிலீடு செய்யப்பட்ட பென்சீன்களைத் தயாரிக்கும் வழியைத் திட்டமிடுதல்.
• ஆல்கைல் சயனைடுகள், ஐசோசயனைடுகளின் தயாரிப்பு, ஒடுக்கம், நீராற்பகுப்பு ஆகியவற்றை ஒப்பிடுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• அம்மோனியாவின் அமைப்பு மற்றும் நைட்ரஜனில் உள்ள தனித்த எலக்ட்ரான் இரட்டை.
• கரிம மூலக்கூறுகளில் தூண்டல், உடனிசைவு, இடநெருக்க விளைவுகள்.
• எலக்ட்ரான் கவர் மற்றும் கருக்கவர் பதிலீட்டு வினைவழிமுறைகள்.

கரிம நைட்ரஜன் சேர்மங்கள் — விரிவான விளக்கம்

நைட்ரோ சேர்மங்கள், அமீன்கள், டையசோனியம் உப்புகள்: இந்த அலகில் உள்ளவை

நைட்ரோ ஆல்கேன்களும் நைட்ரோ பென்சீனும்

நைட்ரோ சேர்மங்களில் –NO₂ தொகுதி கார்பனுடன் இணைந்துள்ளது. நைட்ரோ ஆல்கேன்கள் நைட்ரோ- என்ற முன்னொட்டுடன் பெயரிடப்படுகின்றன. அவை சங்கிலி மாற்றியம், நிலை மாற்றியம் காட்டுகின்றன. நைட்ரோ தொகுதியை ஒடுக்கும்போது கிடைப்பது ஊடகத்தைப் பொறுத்தது. அமில ஊடகத்தில், எ.கா. Sn மற்றும் HCl, நைட்ரோ பென்சீன் முழுமையாக அனிலீனாக ஒடுக்கப்படுகிறது. நடுநிலை ஊடகத்தில், துத்தநாகத் தூள் மற்றும் NH₄Cl உடன், N-ஃபீனைல் ஹைட்ராக்சிலமீன் கிடைக்கிறது. கார ஊடகத்தில் அசாக்ஸி பென்சீன், அசோ பென்சீன், ஹைட்ரசோ பென்சீன் போன்ற இரு மூலக்கூறு விளைபொருள்கள் கிடைக்கின்றன. அனிலீன் தயாரிக்க வழக்கமான தொடக்கப் பொருள் நைட்ரோ பென்சீன். அதன் –NO₂ தொகுதி அடுத்த பதிலீட்டை மெட்டா நிலைக்குச் செலுத்துகிறது.

அமீன்களின் வகைப்பாடும் அமைப்பும்

அம்மோனியாவின் ஒன்று, இரண்டு அல்லது மூன்று ஹைட்ரஜன் அணுக்களும் ஆல்கைல் அல்லது அரைல் தொகுதிகளால் பதிலீடு செய்யப்பட்ட வழிப்பொருள்களே அமீன்கள். இவை முறையே ஓரிணைய, ஈரிணைய, மூவிணைய அமீன்கள். நைட்ரஜன் \(sp^{3}\) இனக்கலப்பு அடைந்து ஒரு தனித்த எலக்ட்ரான் இரட்டையைக் கொண்டுள்ளது. எனவே மூலக்கூறு பிரமிடு வடிவம் கொண்டது. IUPAC பெயர்களில் ஆல்கேனின் -e-க்குப் பதிலாக -amine வருகிறது (ethanamine). நைட்ரஜனில் உள்ள கூடுதல் தொகுதிகள் N- முன்னொட்டால் காட்டப்படுகின்றன (N-methylethanamine).

அமீன்களின் கார வலிமை

ஆல்கைல் தொகுதிகள் எலக்ட்ரான்களை நைட்ரஜனை நோக்கித் தள்ளுகின்றன. எனவே வாயு நிலையில் கார வலிமை ஓரிணையத்திலிருந்து ஈரிணையம், மூவிணையம் என உயர்கிறது. நீரில், அம்மோனியம் அயனி ஹைட்ரஜன் பிணைப்பால் கரைப்பானேற்றம் அடைவதும் முக்கியம். மூவிணைய அம்மோனியம் அயனியில் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புக்கு ஒரே ஒரு N–H மட்டுமே உள்ளது. நைட்ரஜனைச் சுற்றியுள்ள இடநெருக்கமும் முக்கியம். இதன் விளைவாக, நீரில் பொதுவாக ஈரிணைய அமீன்களே மிக வலிமையான காரங்கள். மெத்தில் அமீன்களுக்கு வரிசை \((CH_{3})_{2}NH > CH_{3}NH_{2} > (CH_{3})_{3}N\). அனிலீனின் தனித்த இரட்டை பென்சீன் வளையத்துக்குள் உள்ளடங்கா நிலையில் பரவுவதால், அது அம்மோனியாவை விட மிக வலிமை குறைந்த காரம்.

அமீன்களின் தயாரிப்பும் வினைகளும்

நைட்ரோ சேர்மங்கள், நைட்ரைல்கள் அல்லது அமைடுகளை ஒடுக்குதல், அமைடுகளின் ஹாஃப்மன் சிதைவு, கேப்ரியல் தாலிமைடு தொகுப்பு ஆகியவற்றால் அமீன்கள் தயாரிக்கப்படுகின்றன. கேப்ரியல் முறை ஓரிணைய அமீன்களை மட்டுமே தருகிறது. ஓரிணைய, ஈரிணைய அமீன்களை அசைல் ஏற்றம் செய்யலாம். மூவிணைய அமீன்களில் N–H இல்லாததால் அது முடியாது. கார்பைலமீன் வினையை ஓரிணைய அமீன்கள் மட்டுமே தருகின்றன. கடுகு எண்ணெய் வினையில், ஓரிணைய அமீனை CS₂ மற்றும் HgCl₂ உடன் வெப்பப்படுத்தினால் கடுகு எண்ணெய் மணம் கொண்ட ஆல்கைல் ஐசோதயோசயனேட் கிடைக்கிறது.

டையசோனியம் உப்புகள்

அனிலீன் 273–278 K-ல் நைட்ரஸ் அமிலத்துடன் (NaNO₂ மற்றும் HCl) வினைபுரிந்து பென்சீன் டையசோனியம் குளோரைடைத் தருகிறது. இதுவே டையசோ ஆக்கல். –N₂⁺Cl^– தொகுதி எளிதில் பதிலீடு செய்யப்படுகிறது. Cu₂Cl₂/HCl, Cu₂Br₂/HBr அல்லது CuCN/KCN முறையே குளோரோ பென்சீன், புரோமோ பென்சீன் அல்லது பென்சோநைட்ரைலைத் தருகின்றன (சாண்ட்மேயர்). HCl அல்லது HBr உடன் தாமிரத் தூள் ஹேலோ அரீனைத் தருகிறது (காட்டர்மான்). வெதுவெதுப்பான நீர் பீனாலைத் தருகிறது. பீனால் அல்லது அனிலீனுடன் டையசோனியம் உப்புகள் இணைந்து p-ஹைட்ராக்ஸி அசோ பென்சீன் போன்ற பளிச்சென்ற நிறமுள்ள அசோ சேர்மங்களைத் தருகின்றன.

சயனைடுகளும் ஐசோசயனைடுகளும்

ஆல்கைல் சயனைடுகள் (R–C≡N), ஆல்கைல் ஐசோசயனைடுகள் (R–N≡C) ஆகியவை மாற்றியங்கள். ஆனால் பண்புகளில் மிகவும் வேறுபட்டவை. ஆல்கைல் ஹேலைடுகளை KCN உடன் வினைப்படுத்தியோ, அமைடுகளை P₂O₅ கொண்டு நீர் நீக்கம் செய்தோ சயனைடுகள் தயாரிக்கப்படுகின்றன. ஆல்கைல் ஹேலைடுகளும் AgCN-ம் வினைபுரிந்தோ, கார்பைலமீன் வினையாலோ ஐசோசயனைடுகள் உருவாகின்றன. சயனைடை ஒடுக்கினால் ஓரிணைய அமீனும், ஐசோசயனைடை ஒடுக்கினால் ஈரிணைய அமீனும் கிடைக்கின்றன. சயனைடு சங்கிலியில் ஒரு கார்பனைச் சேர்ப்பதால், கார்பன் சங்கிலியை நீட்ட அது பயன்படுகிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• மூவிணைய அமீன் அசைல் ஏற்றம் அடையும் அல்லது கார்பைலமீன் சோதனையைத் தரும் என்று எதிர்பார்த்தல். அதில் N–H இல்லை. எனவே இரண்டு வினைகளும் நடக்காது. கார்பைலமீன் சோதனையை ஓரிணைய அமீன்கள் மட்டுமே தருகின்றன.
• கார வலிமையில் அனிலீனை அம்மோனியாவுக்கு மேல் வைத்தல். அனிலீனின் நைட்ரஜனில் உள்ள தனித்த இரட்டை பகுதியளவு வளையத்துக்குள் பரவுகிறது. எனவே அனிலீனே வலிமை குறைந்த காரம்.
• டையசோ ஆக்கல் கலவையை வெப்பமடைய விடுதல். சுமார் 278 K-க்கு மேல் டையசோனியம் உப்பு நீருடன் வினைபுரிந்து பீனாலையும் நைட்ரஜன் வாயுவையும் தருகிறது.
• ஒடுக்க விளைபொருள்களைக் குழப்புதல். எத்தில் சயனைடு புரப்பேன்-1-அமீன் என்ற ஓரிணைய அமீனைத் தருகிறது. ஆனால் எத்தில் ஐசோசயனைடு N-மெத்தில் ஈத்தனமீன் என்ற ஈரிணைய அமீனைத் தருகிறது.
• நீரில் உள்ள அமீன்களுக்கு வாயு நிலை வரிசையை எழுதுதல். நீர்க் கரைசலில் கரைப்பானேற்றமும் இடநெருக்கமும் ஈரிணைய அமீன்களை மிக வலிமையானவையாக்குகின்றன. ட்ரைமெத்தில் அமீன் மெத்தில் அமீனை விட வலிமை குறைந்தது.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

அலிஃபாட்டிக் அமீன்கள் அம்மோனியாவை விட ஏன் வலிமையான காரங்கள்?

ஆல்கைல் தொகுதிகள் எலக்ட்ரான் விடுவிப்பவை. +I விளைவால் அவை நைட்ரஜனில் எலக்ட்ரான் அடர்த்தியை அதிகரிக்கின்றன. எனவே புரோட்டானை ஏற்க தனித்த இரட்டை எளிதில் கிடைக்கிறது. உருவாகும் அம்மோனியம் அயனியையும் அவை நிலைப்படுத்துகின்றன. அதனால் மெத்தில் அமீன் அம்மோனியாவை விட வலிமையான காரம்.

கார்பைலமீன் வினை எதற்குப் பயன்படுகிறது?

அலிஃபாட்டிக், அரோமேட்டிக் ஆகிய இரண்டு வகை ஓரிணைய அமீன்களுக்குமான சோதனை இது. அமீனைக் குளோரோஃபார்ம் மற்றும் ஆல்கஹால் கலந்த பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் வெதுவெதுப்பாக்கினால், ஓரிணைய அமீன் மிக அருவருப்பான மணமுள்ள ஐசோசயனைடைத் (கார்பைலமீன்) தருகிறது. அனிலீன் ஃபீனைல் ஐசோசயனைடைத் தருகிறது. ஈரிணைய, மூவிணைய அமீன்கள் அத்தகைய மணத்தைத் தருவதில்லை.

பதிலீடுகள் அனிலீனின் கார வலிமையை எப்படி மாற்றுகின்றன?

பாரா நிலையில் உள்ள –CH3 அல்லது –OCH3 போன்ற எலக்ட்ரான் விடுவிக்கும் தொகுதி நைட்ரஜனில் எலக்ட்ரான் அடர்த்தியை அதிகரிக்கிறது. எனவே p-டொலுயிடின், p-அனிசிடின் ஆகியவை அனிலீனை விட வலிமையான காரங்கள். –NO2 போன்ற எலக்ட்ரான் கவரும் தொகுதி தனித்த இரட்டையிலிருந்து எலக்ட்ரான் அடர்த்தியை இழுக்கிறது. எனவே p-நைட்ரோ அனிலீன் மிக வலிமை குறைந்த காரம்.

டையசோ ஆக்கல் ஏன் 273–278 K-ல் நடத்தப்படுகிறது?

பென்சீன் டையசோனியம் குளோரைடு நிலைப்பற்றது. கலவை வெப்பமடைய விட்டால், உப்பு நீருடன் வினைபுரிந்து பீனாலையும் நைட்ரஜன் வாயுவையும் தருகிறது. அடுத்த படிக்குத் தேவையான டையசோனியம் உப்பு இழக்கப்படுகிறது. குடுவையைப் பனிக்கட்டியில் வைத்தால் வெப்பநிலை இந்த எல்லைக்குள் இருக்கும்.

சாண்ட்மேயர் வினைக்கும் காட்டர்மான் வினைக்கும் என்ன வேறுபாடு?

இரண்டும் டையசோனியம் தொகுதியைப் பதிலீடு செய்கின்றன. சாண்ட்மேயர் வினை குப்ரஸ் உப்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது: Cu2Cl2/HCl குளோரோ பென்சீனையும், Cu2Br2/HBr புரோமோ பென்சீனையும், CuCN/KCN பென்சோநைட்ரைலையும் தருகின்றன. காட்டர்மான் வினை HCl அல்லது HBr உடன் தாமிரத் தூளைப் பயன்படுத்துகிறது. குளோரோ பென்சீன், புரோமோ பென்சீன் தயாரிக்க இது பயன்படுகிறது.

ஓரிணைய அமீன்களுக்கு கேப்ரியல் தாலிமைடு தொகுப்பு ஏன் பயன்படுகிறது?

ஆல்கைல் ஹேலைடை அம்மோனியாவுடன் வெப்பப்படுத்தினால் ஓரிணைய, ஈரிணைய, மூவிணைய அமீன்களும் நான்கிணைய உப்பும் கலந்த கலவை கிடைக்கிறது. உருவாகும் ஒவ்வொரு அமீனும் மீண்டும் வினைபுரிவதே காரணம். கேப்ரியல் தொகுப்பில் தாலிமைடின் நைட்ரஜனில் ஒருமுறை மட்டுமே ஆல்கைல் ஏற்றம் நடக்க முடியும். எனவே நீராற்பகுத்தால் ஓரிணைய அமீன் மட்டுமே கிடைக்கிறது. அரோமேட்டிக் ஓரிணைய அமீன்களை இம்முறையில் தயாரிக்க முடியாது.

எத்தில் சயனைடையும் எத்தில் ஐசோசயனைடையும் எப்படிப் பிரித்தறிவது?

நீராற்பகுப்பு அவற்றைப் பிரித்துக் காட்டுகிறது. எத்தில் சயனைடு புரப்பனாயிக் அமிலத்தையும் அம்மோனியாவையும் தருகிறது. எத்தில் ஐசோசயனைடு எத்தில் அமீனையும் மெத்தனாயிக் அமிலத்தையும் தருகிறது. ஒடுக்கமும் வேறுபடுகிறது: சயனைடு ஓரிணைய அமீனையும், ஐசோசயனைடு ஈரிணைய அமீனையும் தருகின்றன. ஐசோசயனைடுகளுக்குக் கடுமையான அருவருப்பான மணமும் உண்டு.