北京大学有机化学14胺课件

1、第十四章第十四章 胺胺 exit 第一节 胺的分类、命名、物性和 光谱特征 第二节 胺的制备 第三节 胺的反应 第四节 重氮甲烷 本章提纲本章提纲 第一节 胺的分类、命名、物性和光谱特征 胺根据在氮上的取代基的数目，可分为一级(伯)，二级(仲)，三级(叔)胺和四级(季)铵盐 二 胺的命名: CH3NH2NH2NCH2CH3CH3methylamine aniline cyclopropylethylmethylamine甲胺 苯胺 甲基乙基环丙胺 一 胺的分类： 1 普通命名法：可用胺为官能团，如： 选含氮最长的碳链为母体，称某胺。 N上其它烃基为取代基，并用N定其位 N,N-diethyl-

2、3-methyl-2-pentanaime N,N-二乙基-3-甲基-2-戊胺 2. IUPAC 命名法： CH3CH2CH CHCH3CH3N(C2H5)2 甲胺 N,4-二甲基-N-乙基苯胺 C H 3 N H 2 N H 3 C C H 3 C 2 H 5 m e t h y l a m i n e N - e t h y l - N , 4 - d i e t h y l b e n z e n a m i n e CF3CF3NH22,5-bis(trifluoromethyl)benzenamine2,5-双(三氟甲基)苯胺 3. 胺盐和四级铵化合物的命名：胺盐和四级铵化合物的命名

3、： CH3NH2 HClmethylamine hydrochloride甲胺盐酸盐 乙胺醋酸盐 Tetraethylammonium bromide Tetraethylammonium hydrooxide 溴化四乙铵 氢氧化四乙铵 CH3CH2NH2 HOAcethylamine acetateCH3CH2-N-CH2CH3 Br -+CH2CH3CH2CH3CH3CH2-N-CH2CH3 OH -+CH2CH3CH2CH3三 胺的物性 低级胺为气体或易挥发性液体； 高级胺为固体； 芳香胺为高沸点的液体或低熔点的固体； 胺具有特殊的气味； 胺能与水形成氢键； 一级胺和二级胺本身分子间也能

4、形成氢键； 胺的红外和核磁共振谱见第八章。胺的红外和核磁共振谱见第八章。 四 胺的光谱特征 一 氨或胺的烷基化 二 盖布瑞尔合成法 三 用醇制备 四 硝基化合物的还原 五 腈、肟、酰胺的还原 六 醛、酮的还原胺化 七 从羧酸及其衍生物制胺 第二节 胺的制备 一 氨或胺的烷基化（Hofmann 烷基化） H NH2 + R XSN2 RNH2 + HX RNH3X- + OH- RNH2 + H2O + X- NH3 RNH2 + NH4X- R4NX- RX + NH3 RNH2 R2NH R3N OH- OH- OH- RX RX RX + + RX + 2mol NH3 + RNH2 R2

5、NH R3N R4NX- + -NH4 X- RX NH3 -NH4X- RX RX NH3 -NH4X- RI RBr RCl RF 1RX 2RX, 3RX 以消除为主。 氨或胺的烷基化的具体应用氨或胺的烷基化的具体应用 1 工业制备（结合高效率的分馏塔） 2 利用电子效应和原料配比的调节，可以制备 1胺 CH3CHCOOHBr+ NH3 + HBr 1mol 70mol 65 % -70% CH3CHCOO-NH3+4 将2o胺制成金属胺化物，使 N的亲核能力 增强，来制备3o胺。 n-C8H7Br 3 利用空阻及原料配比的调节 , 来制备2o胺。 C6H5NH2 + C6H5CH2Cl

6、 OH- C6H5NHCH2C6H5 4mol 1mol 96% (C2H5)2NH RLi (C2H5)2NLi n-C8H7N(C2H5)2 6 介绍一个常用的四级铵盐 5 制备环状胺 TEBA (氯化三乙基苄基铵) Br(CH2)n Br NH3 (C2H5)3N + C6H5CH2Cl Br(CH2)n Br n=4-6 NBrBrBrBrBrBrNH3+ 3 HBr (C2H5)3NCH2C6H5 +Cl - NH(CH2)nN+(CH2)n(CH2)nBr-二 盖布瑞尔（S.Gabriel ）合成法 利用邻苯二甲酰亚胺的烷基化来制备一级胺，称为盖 布瑞尔合成法。（空阻大的RX不能发

7、生此反应） OOOONHOON-K+OR-XNH3 THF orDMF KOH C2H5OH ONROC2H5OH H+ or OH- H2O or ROH NH2-NH2 NHNHOOCOOHCOOH+ RNH2 + RNH2 三三 用醇来制备用醇来制备（醇的羟基被氨或胺取代） 3 NH3 + R OHCOC+NOOC-OCNOO1 Al2O3 ? 加压 RNH2 + R2NH + R3N + H2O 2 ROH TsCl ROTs NH3 SN2 RNH2 + TsOH CH3SO2ClTsClH2ONH2CHOC实 例 HC6H11CH3OHTsClSN2NHC6H11CH3OTsN-O

8、ONOOHC6H11CH3HC6H11CH3H2NNH2-NH2HC6H11CH3HOTsClSN2NN-OOHC6H11CH3OHCH3COOH2OHC6H11CH3NH2NH2-NH2CH3CO-O（R） （R） （S） RNO2 还原剂 RNH2 四 硝基化合物的还原（制备1o胺） 反应式： 1 酸性还原剂: 酸+金属 （Fe+HCl, Zn+HCl, Sn+HCl, SnCl2+HCl) 2 中性还原剂：催化氢化，常用的催化剂有 Ni, Pt, Pd. 3 碱性还原剂：Na2S, NaHS, (NH4)2S, NH4HS, LiAlH4 ( NaBH4 和 B2H6 不能还原硝基） 还

9、原剂的分类： 应用： 制备1o胺 五五 腈、酰胺、肟的还原腈、酰胺、肟的还原 RCH2NHR 2胺 RCNH2ORCNR2ORCNHRO腈 RCN RCH2NH2 1胺 酰胺 RCH2NH2 1胺 RCH2NR2 3胺 还原剂 还原剂 还原剂 还原剂 常用还原剂：LiAlH4, B2H6，催化氢化, Na +C2H5OH CH3(CH2)4CCH3NOH6-8MPa, 75-80oC Ni / H2 CH3(CH2)5CH=NOH Na + C2H5OH 1胺 1胺 适用于肟的还原 肟 NH2CH3(CH2)4CHCH3CH3(CH2)5CH2NH2NO2CH2NH2NO2CNEg 1 CH2

10、=CHCH2CN CH2=CHCH2CH2NH2 LiAlH4 Eg 2 B2H6 / THF 醛（或酮）与氨（或胺）反应生成亚胺，亚胺被还原剂还原，生成1o胺、 2o胺、 3o胺的反应，称为醛酮的还原胺化。 六 醛、酮的还原胺化 常用的还原剂是催化氢化或其它提供氢的氢化试剂 RCHO + NH3 RCH=NH RCH2NH2 RCHO RCH2N=CHR 还原剂 加成 消除 加成 加成 消除 还原剂 还原剂 RCH2NHCH2R RCHO (RCH2)3N 1 醛、酮的还原胺化 2 刘卡特反应 醛、酮在高温下与甲酸铵反应生成一级胺。该反应称为刘卡特反应。 CHCH3NH2CCH3OHCONH

11、4O185oC (高温) 甲酸铵的作用是提供 NH3和还原剂甲酸，甲酸既提供H+，又提供H-。 HCONH4OHCOOH + NH3 -NO2、-NO、C=C、-OH不干扰反应 C=O+ CO2 + NH3 C=NHH-C-O-HOH-C-O-OC=NH2+CH-NH2HOOHONNHHCOOH加成 消除 反应机制 如果用HCOOH+ 氨或胺，反应同样能发生。 3 埃斯韦勒-克拉克反应 在过量甲酸存在下，甲醛与一级胺或二级胺 反应，生成N-甲基化的胺，这个反应称为埃斯韦勒-克拉克反应。 反应式： 一级胺 过量 过量 二级胺 三级胺 RNH2 + HCHO RNHCH3 RN(CH3)2HCOO

12、HHCOOH反应特点： 操作简便、条件温和 (100左右)，产率高。 反应机理：(由同学自己写出) 从反应机理可知： （1）甲醛是一个甲基化试剂 （2）甲酸是一个还原剂，在反应中既提供 正氢，也提供负氢。 七 从羧酸及其衍生物制胺 1 霍夫曼重排 酰胺与次卤酸盐的碱溶液(或卤素的氢氧化钠溶液)作用时，放出二氧化碳，生成比酰胺少一个碳原子的一级胺的反应。 RCNH2 + Br2 + NaOH RNH2 + CO2 + 2NaBrOH2ORCNH2 + Br2 + NaOR RNH2 + CO2 + 2NaBrOH2OROH（1）定义： 介绍二个结构介绍二个结构 R-N氮宾 R-C-NO酰基氮宾

13、（2）反应机理 H2OR-N=C=OR-N=C-OHOHR-NH-C-OHOR-NH-C-O-O+HRNH2 + CO2异氰酸酯 胺基甲酸 RCNHOHNaO-X+RCNOXHNaOHRCNOX-RCNO酰基氮宾 重排 1. 只有1o 酰胺能发生霍夫曼重排 2. 迁移碳构型不变 3. 异氰酸酯与烯酮结构类似，易水解。 讨 论 * -NH2经重氮化反应，可被-X、-CN、-OH、-H取代 （3）应用实例 CONH2C2H5H3CHNaOXC2H5H3CHNH2NHOONaOHOONH2ONaNaOXNH2OONa2 克尔提斯重排 惰性溶剂 RCCl + NaN3 RCN3OORCOR RCNHN

14、H2 RCN3OOONH2NH2HNO2RCN3ORNCO H2ORNH2 + CO2 定义： 酰基叠氮化合物（或称叠氮化酰）在惰性溶剂中加热重排成异氰酸酯的反应称为克尔提斯重排。 -N2 RCNO重排 定义：叠氮酸在强酸的存在下，分别与羧酸、醛、酮作用，生成相应的胺、腈或甲酰胺、酰胺的反应。 三个重排反应的机理是类似的，都是经过一个相同的酰基氮宾中间体。最后得到的产物是比原料少一个碳的一级胺。 R-C-OHOR-C-HOR-C-ROR-C-NHRORNH2 + CO2 + N2 H2SO4 C6H6 50oC ? H2O H2O H2O ? ? H+ H+ + N2 RCN + N2 + H

15、2O 3 希密特重排 HN3 + 叠氮酸 第三节第三节 胺的反应胺的反应 一 胺的结构和碱性 二 胺的成盐反应 三 四级铵碱制备、特点及应用 四 酰化、兴斯堡反应 五 四级铵盐的制备、特点及应用 六 胺的氧化和科普消除 七 胺与亚硝酸的反应 NHHHN（1） 氨和胺中的N是不等性的 sp3杂化，未共用电子对占据一个sp3杂化轨道。 （2） 随着N上连接基团的不同，键角大小会有改变。 一 胺的结构和碱性 1 结构 NR1NR1R2R3R3R2? E = 25.104kJ/mol C6H5 N C2H5CH3CH2CH=CH2+已拆分出一对对映体。 （3）当氮与三个不同基团相连时，有一对对映体。

16、（1）产生碱性的原因： N上的孤对电子 （2）判别碱性的方法： 碱的pKb；其共轭酸的pKa； 形成铵正离子的稳定性。 （3）影响碱性强弱的因素： 电子效应：3o胺 2o胺 1o胺 空间效应：1o胺 2o胺 3o胺 溶剂化效应：NH3 1o胺 2o胺 3o胺 2 胺的碱性 综合上述各种因素， 在水溶液中，胺的碱性强弱次序为： 脂肪胺（213）氨芳香胺 在氯苯中，脂肪胺的碱性强弱次序为： 3 2 1 溶剂化效应是给电子的， N上的H越多，溶剂化效应越大，形成的铵正离子就越稳定。不同溶剂的溶剂化效应是不同的。 R-N-HHHOHHOHHOHH+ （4）芳香胺碱性强弱的分析 具体分析时，既要考虑N上

17、取代基的影响，也要考虑苯环上取代基的影响。 首先考虑N上的孤电子对，能不能与苯环共轭，能共轭，碱性弱，不能共轭，碱性强。 NHNHONNO2OOONCH3NH3CONNO2OOO+(2) (1) （2）比（1）的碱性强4万倍 二 胺的成盐反应 所有的铵盐都具有一定的熔点或分解点。 胺有碱性，遇酸能形成盐。 CH3COO- +NH3R RNH2 + CH3COOH 成盐反应的应用 不溶于水 溶于水 不溶于水 溶于水 1. 用于分离提纯 RNH2 RNH3ClRNH2 + H2O + NaClHClNaOH2. 用于鉴定 + - 非对映体利用溶解度等物理性质上的差别予以分离。 许多天然有机胺都具有

18、光活性，可用来析解一对消旋的有机酸。 有机酸（）+ 光活性有机胺（-） 外消旋体 有机酸（-） 铵盐 （+）酸（-）胺 （-） 酸（-）胺 有机酸（+） HCl HCl 3. 析解消旋体析解消旋体 三 四级铵盐和四级铵碱的应用 2. 特点：*1. 呈固体 *2. 具有离子化合物的性质 *3. 遇碱形成四级铵碱 1. 制备：由三级胺和卤代烃反应制备。 四级铵盐 四级铵碱 C6H5CH2Cl + (C2H5)3NC6H5CH2N(C2H5)3Cl-+R4N+I- + KOH R4N+OH- + KI肥皂 RCOO-Na+ 皂胺 R4N+Cl- 正性基团大 负性基团大 3. 应用： (1) 作表面活

19、性剂（洗涤剂、润湿剂、乳化剂、悬浮剂等） *1 定义：能把反应物从一相转移到另一相的催化剂 称为相转移催化剂。 (2) 作相转移催化剂 *2 特点： （1）既能溶于水相，又能溶于有机相 （2）能与其中一个反应物反应、反应生成的产物能与 另一个反应物反应。 常用的相转移催化剂： 三乙基苯甲基氯化铵（ TEBA） 四正丁基溴化铵 eg 2. *3 相转移催化剂的用处： 提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。 eg 1 NaCN + CH3(CH2)7Br(n-C4H9)3(C16H30)N+Br-CH3(CH2)7CN95%+ KMnO4NaOH(4%)CH2Cl2+ KMnO4NaOH(4%)

20、CH2Cl2C6H5CH2N+(C2H5)3Cl-,0oCOHOH50%相转移催化剂的使用原理 利用相转移催化剂在两相之间运送离子使反应发生 相转移催化剂 从上图可以看出；相转移催化剂不断地将 CN-从水相运送到有机相，然后又将 X-从有机相运送到水相。 RX + Q+CN- 反应物 Q+X- + RCN 产物 NaX + Q+CN- Q+X- + NaCN 相转移催化剂 反应物 水相 有机相 四、四级铵碱制备、特点及应用四、四级铵碱制备、特点及应用 1. 制备： R4N+OH- + AgCl R4N+Cl- + AgOH（或用Ag2O + H2O） 2. 性质： 1. 是强碱，在水中能完全电

21、离给出 OH- 2. 加热发生霍夫曼消除反应 R4N+I- + KOH R4N+OH- + KI3. 霍夫曼消除反应霍夫曼消除反应 （1）定义：四级铵碱加热分解为三级胺、烯烃和水的反应。 （2）反应式： 霍夫曼消除的一个特例： 三级胺 烯烃 水 CH3CH2N+(CH3)3OH-CH2CH2 + (CH3)3N + H2ORCHN+(CH3)3OH-CH3RCHCH2 + (CH3)3N + H2O100-200oC100-200oC(CH3)3NOH(CH3)3N + CH3OH100-200 oC（3）霍夫曼消除反应的机理 *1 消除反应机理的分类 醇失水，三级卤代烷在强极性溶剂中失卤化氢

22、 分类 反 应 机 理 实 例 E1 （单分子消除） + HBC C H LC C H +B:C=CL是一个好的离去基团，L比H易离去，共轭效应控制 （双分子消除） E2 似E1 E2 似E1cb LB H?+ LB H完全协同， L与H同时离去 。 H比L易离去，诱导效应控制 LB H? - 热力学控制的产物。卤代烷的 E2消除（符合扎依采夫规则） 动力学控制的产物。 四级铵碱的 E2消除（符合霍夫曼规则） E1cb （单分子共轭碱消除） C C H LB:C=CC C LL- - HB碳负离子很不稳定。按这种机制进行的情况很少。情况很少。 -L- (X) (-NR3) + ?+ *2 霍夫曼消除的规律 A 霍夫曼规则：四级铵碱热解时，若有两个-H可以发生消除。总是优先消去取代较少的碳上的-H。 实例 2CH3CH2CH2CHCH3 2CH3CH2CH2CH=CH2 + CH3CH2CH=CHCH3 + 2N(CH3)3 N(CH3)3 + C2H5OK 130oC C2H5OH -2H+ 55.7% 1.3% OH- B 若四级铵碱上有一个乙基，又有一个长链烃基，则总是乙基上的-H首先被消除。 （实际上，这与霍夫曼（实际上，这与霍夫曼规则是一致的。）规则是一致的。） CH3CH2N(CH3)2 CH2CH2R OH- + CH2=CH2 +