Аммоний-катионы

10.03.2021

Аммоний-катионы — положительно заряженные ионы аммония с общей химической формулой N+RRlRllRlll, где R,Rl,Rll,Rlll = H, Alk, Ar.

Аммоний-катионы можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода аммоний-катиона NH4+ на органические радикалы (Alk, Ar).

По числу замещённых атомов водорода (1,2,3 или 4) различают, соответственно, первичные, вторичные, третичные и четвертичные аммоний-катионы (рис.1).

Простейший аммоний-катион NH4+ образуется по донорно-акцепторному механизму путём присоединения протона к аммиаку:

N H 3 + H + ⇄ N H 4 + {displaystyle {mathsf {NH_{3}+H^{+} ightleftarrows NH_{4}^{+}}}}

Поставщиком протонов являются минеральные (неорганические) и органические кислоты. Продуктами взаимодействия аммиака и кислот являются соли аммония.

В аммоний-катионе NH4+ все четыре связи равноценны и неразличимы, поэтому считается что электрический заряд в катионе делокализован (рассредоточен) по всему комплексу. Размер аммоний-катиона NH4+ составляет 1,43 Å. В кристалле хлорида аммония аммоний-катион NH4+ окружают восемь ионов хлора (рис.2). Параметр кристаллической решётки 3,8758 Å..

Замещённые аммоний-катионы также образуются по донорно-акцепторному механизму путём присоединения протона к соответствующим аминам.

Первичные C H 3 N H 2 + H + → [ C H 3 N H 3 ] + {displaystyle {mathsf {CH_{3}NH_{2}+H^{+} ightarrow [CH_{3}NH_{3}]^{+}}}} C 6 H 5 N H 2 + H + → [ C 6 H 5 N H 3 ] + {displaystyle {mathsf {C_{6}H_{5}NH_{2}+H^{+} ightarrow [C_{6}H_{5}NH_{3}]^{+}}}} Вторичные ( C H 3 ) 2 N H + H + → [ ( C H 3 ) 2 N H 2 ] + {displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{2}NH+H^{+} ightarrow [(CH_{3})_{2}NH_{2}]^{+}}}} ( C 6 H 5 ) 2 N H + H + → [ ( C 6 H 5 ) 2 N H 2 ] + {displaystyle {mathsf {(C_{6}H_{5})_{2}NH+H^{+} ightarrow [(C_{6}H_{5})_{2}NH_{2}]^{+}}}} Третичные ( C H 3 ) 3 N + H + → [ ( C H 3 ) 3 N H ] + {displaystyle {mathsf {(CH_{3})_{3}N+H^{+} ightarrow [(CH_{3})_{3}NH]^{+}}}}

Четвертичные аммоний-катионы получают главным образом алкилированием третичных аминов (так называемая кватернизация):

C 2 H 5 C l + ( C 2 H 5 ) 3 N → [ ( C 2 H 5 ) 4 N ] C l {displaystyle {mathsf {C_{2}H_{5}Cl+(C_{2}H_{5})_{3}N ightarrow [(C_{2}H_{5})_{4}N]Cl}}}

Многие четвертичные аммониевые соединения биологически активны, встречаются в природе (наиболее важные из них — холин и ацетилхолин).