有机化学——11含氮化合物PPT学习教案

1、会计学1有机化学有机化学11含氮化合物含氮化合物第1页/共54页第十一章 有机含氮化合物学习要点 1.硝基化合物和胺的定义、结构、分类、命名和理化性质2.重氮化合物和偶氮化合物的定义、结构和理化性质3.常见的胺在医药学上的应用第2页/共54页 含有碳氮键的有机化合物，统称有机含氮化合物。常见的有机含氮化合物有：硝基化合物、胺、重氮化合物和偶氮化合物第三节 重氮化合物和偶氮化合物 第一节 硝基化合物第二节 胺第3页/共54页一、硝基化合物的结构 根据氮原子价电子的电子构型，硝基结构通常NOO （1）电子结构式表示用第一节 硝基化合物或 两个氮氧键长均为0.121nm第4页/共54页（2）硝基化合

2、物的结构 硝基的共振结构式第5页/共54页二、硝基化合物的分类和命名 烃分子中的氢原子被硝基取代后的化合物称硝基化合物，硝基（NO2）是硝基化合物的官能团 （一）分类 1.根据分子中硝基所连烃基的种类不同，分脂肪族硝基化合物（RNO2）和芳香族硝基化合物（ArNO2） 硝基苯(芳香族硝基化合物)CH3NO2 CH3CH2NO2硝基甲烷硝基乙烷(脂肪族硝基化合物)NO2NO2硝基萘第6页/共54页对应的是几级碳2.根据硝基直接相连的碳原子种类不同，可分为伯、仲、叔硝基化合物（1,2,3硝基化合物）3.根据分子中硝基数目不同，可分为一硝基化合物和多硝基化合物 硝基苯对二硝基苯 2,4,6-三硝基甲

3、苯(一硝基化合物)(多硝基化合物)NO2NO2NO2NO2O2NCH3NO2(伯硝基化合物)(仲硝基化合物)(叔硝基化合物)CH3NO2 (CH3)2CHNO2 (CH3)3CNO2 硝基甲烷硝基异丙烷硝基叔丁烷第7页/共54页1.脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体，难溶于水，易溶于醇和醚2.芳香族硝基化合物除了硝基苯是高沸点液体外，其余多是淡黄色固体，有苦杏仁气味，不溶于水，溶于有机溶剂，有毒性3.随分子中硝基数目的增加，其熔点、沸点和密度逐渐增大，颜色加深，苦味增强，对热稳定性减小，多硝基化合物受热易分解而发生爆炸三、硝基化合物的物理性质第8页/共54页硝基化合物的命名与卤代烃类似，以

4、烃为母体，硝基为取代基，称硝基某烃 （二） 命名 CH3CH2CHCH3NO2NO2NO22-硝基丁烷 硝基苯 硝基萘-硝基苄CH NHOO第9页/共54页（一）还原反应 硝基化合物易被还原。芳香族硝基化合物在不同的还原条件下得到不同的还原产物Fe + HCIZn + NaOHFe + HCI氢化偶氮苯苯胺NO2NO2NH2NH NH四、硝基化合物的化学性质 第10页/共54页硝基化合物中，当硝基接在伯、仲碳原子上（如RCH2NO2或R2CHNO2）时，由于共轭效应，使-C原子上的-H原子活性增强，能产生类似酮式-烯醇式互变异构现象（二）硝基化合物的酸性CH NHOOCH = NOHOCH =

5、 NOO NaNaOHHCI酮式 ( 硝基式 )烯醇式 ( 假酸式 )酸式钠盐第11页/共54页由于硝基的钝化影响，硝基苯不能发生傅-克反应硝基是间位定位基，它使苯环钝化（三）硝基对芳环的影响 第12页/共54页（一）硝基苯 硝基苯是有苦杏仁气味的淡黄色油状液体，沸点为210.8，不溶于水。硝基苯是重要的工业原料，主要用于制备苯胺、染料和药物苦味酸是片状黄色结晶，具有强酸性，苦味酸有杀菌止痛功能，在医药上用以处理烧伤。苦味酸是多硝基化合物，是烈性炸药 TNT是黄色结晶，是一种优良的炸药 （二）2，4，,6-三硝基苯酚（苦味酸）（三）2，4，6-三硝基甲苯（TNT）五、重要的硝基化合物第13页/

6、共54页第二节 胺 1.胺的结构与氨相似，胺分子中的氮原子为不等性sp3杂化2.3个sp3杂化轨道与氢原子或碳原子形成3个键，另一个sp3杂化轨道被一对未共用电子占据，键角约为1083.形成棱锥形结构一、胺的结构 NHC2H5H3C第14页/共54页甲胺的结构 N：sp3杂化三甲胺的结构第15页/共54页1.根据氮原子上所连烃基的种类不同，可将胺分为脂肪族胺R-NH2和芳香族胺Ar-NH2 。若氮原子与芳环侧链相连，则称为芳脂胺 CH3CH2NH2脂肪族胺 芳香族胺芳脂胺CH2NH2NH2二、胺的分类和命名 胺是氨的烃基衍生物，是氨分子中的一个或几个氢原子被烃基取代的产物 （一）分类第16页/

7、共54页2.根据氮原子上所连烃基数目不同，可分为伯胺、仲胺、叔胺 注意伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别指氮上氢被取代第一胺(1胺) 第二胺(2胺) 第三胺(3胺)注意比较第17页/共54页 当无机铵盐或氢氧化铵分子中，铵离子上的4个氢原子被烃基取代后的化合物，称为季铵盐和季铵碱 3.根据分子中氨基的数目不同，分为一元胺、二元胺和多元胺R4N X R4N OH季铵盐季铵碱CH3CH2CH2NH2 H2NCH2CH2CH2CH2NH2一元胺H2NCH2CHCH2NH2NH2多元胺二元胺第18页/共54页 1.简单的胺，根据烃基的名称，称为“某胺” 2.胺分子中烃基不同时，把简单的烃基名称写在前面，

8、复杂的写在后面，依次叫出烃基的名称，几个烃基相同时，用二、三表明烃基的数目（二） 命名CH3NH2 CH3CH2NH2NH2NH2甲胺 乙胺 苯胺 - 萘胺CH3 NH CH2CH3 CH3CH2 N CH2CH2CH3 CH3 NH CH3CH3甲乙胺甲乙丙胺二甲胺第19页/共54页4.较复杂胺的命名，以烃为母体，氨基作为取代基。多元胺命名似多元醇 3.氮原子上连有烃基的芳香族仲胺和叔胺，在烃基前冠以“N”，以区别于连在芳环上。氨基接在侧链上的芳脂胺，一般以脂肪胺为母体命名CH3CHCH2CHCH3 H2NCH2CH2CH2CH2NH2H2NCOOHNH2CH34-甲基-2-氨基戊烷 对氨基

9、苯甲酸 1,4-丁二胺NHCH3N CH3CH3CH2 NH2N-甲基苯胺 N,N-二甲基苯胺 苯甲胺(苄胺)第20页/共54页5.季铵盐和季铵碱的命名与卤化铵和氢氧化铵的命名相似，称为卤化四某铵和氢氧化四某铵；若烃基不同时，烃基名称由简单到复杂依次排列 应注意“氨”、“胺”、“铵”字的用法。在表示氨的基团时用“氨”字，在表示氨的烃基衍生物时则用“胺”字，而季铵类及胺的盐则用“铵”字表示 (CH3CH2CH2CH2)4N Br (CH3)4N OH溴化四丁铵氢氧化四甲铵 第21页/共54页脂肪胺：低级胺是气体或易挥发的液体,有特殊气味；高级胺为固体，不溶于水芳香胺：通常是无色液体或固体，有特殊

10、气味，一般难溶于水, 易溶于有机溶剂，大多具有毒性；芳香胺易被空气氧化低级胺都有较好的水溶性，能与水形成氢键，随着分子量增加，其水溶性迅速减小。沸点较分子量相近的烷烃高，但比相应的醇低 三、胺的物理性质第22页/共54页四、胺的化学性质 胺的化学性质主要取决于氨基氮原子上的未共用电子对，它可以接受质子显碱性，能与酰基化试剂、亚硝酸、氧化剂等反应 碱性碱性 NH2芳胺亲电取代芳胺亲电取代反应活性增高反应活性增高 第23页/共54页（一）碱性 胺与氨相似，胺分子中氮原子上的未共用电子对，能接受质子呈碱性 CH3NH2 + H2O CH3 NH3 + OH+ H2O + OHNH2NH3胺的碱性大小

11、主要受电子效应和空间效应影响氮原子上的电子云密度越大，接受质子的能力越强，胺的碱性就越强。氮原子周围空间位阻越大，氮原子结合质子越困难，胺的碱性就越小 第24页/共54页1.脂肪胺脂肪胺的碱性稍强于氨。脂肪烃基是供电子基，结果使脂肪胺氮原子上的电子云密度增大，连接的烃基越多, 电子云密度就越高，碱性增强当氮原子上连有3个脂肪烃基时，氮原子上电子云密度增大，同时其空间位阻相应增大，此时空间效应比电子效应更加显著，使质子难与氮原子相结合 二甲胺 甲胺 三甲胺 氨 pKb： 3.27 3.36 4.24 4.75 第25页/共54页2.芳香族胺 芳香胺的碱性比氨弱。苯胺氮原子上的未共用电子对与苯环形

12、成p-共轭体系，使氮原子上的电子云密度降低，同时苯环使空间效应增大，阻碍了氮原子接受质子，故碱性减弱 N-甲基苯胺 苯胺 二苯胺 三苯胺 pKb ： 9.15 9.40 13.00 近中性 3.芳脂胺 芳脂胺的氨基不与苯环直接相连，氮原子上未共用电子对不能与苯环形成共轭，碱性一般比苯胺强 第26页/共54页4.季铵碱 季铵碱在水中可完全电离，因此是强碱，其碱性与氢氧化钠相当 碱性从强到弱的顺序：(CH3)2NH CH3NH2 (CH3)3N 苄胺 NH3 吡啶 苯胺 吡咯注意：电子效应， 溶剂化效应，立体效应的影响第27页/共54页5.胺与酸成盐 胺为弱碱，只能与强酸形成稳定的盐，这些盐遇碱可

13、被游离出来，利用这些性质可分离胺 甲胺氯化甲铵(甲胺盐酸盐)CH3 NH2 + HCI CH3NH3 CI （或 ）CH3NH2 HCl+ HCI苯胺氯化苯铵(苯胺盐酸盐)+ NaOH+ NaCI + H2O或写为NH3 CINH2NH2NH3 CINH2 H CI第28页/共54页（二）酰化、磺酰化反应 1.伯胺和仲胺氮原子上的氢原子，被酰基（RCO-）取代生成酰胺的反应，称为酰化反应可发生傅克反应 邻对位定位基叔胺的氮原子上没有氢原子，不能发生酰化反应第29页/共54页（1）医药方面，增加药物脂溶性，降低毒性（2）酰化反应可用于胺类的分离、提纯和鉴定（3）有机合成上，保护芳环上的氨基 l胺

14、酰化反应的应用2.磺酰化反应伯胺或仲胺与磺酰化剂（苯磺酰氯）作用，生成相应的苯磺酰伯胺，叔胺（因氮原子上无氢原子而不反应）不被磺酰化。利用这些性质可以鉴别和分离三种胺类，此反应称兴斯堡（Hinsberg）反应 第30页/共54页（三）与亚硝酸反应 胺可以与亚硝酸反应，不同类型的胺与亚硝酸反应，反应的产物和现象不同亚硝酸不稳定，在反应中实际使用的是亚硝酸钠与盐酸的混合物来代替亚硝酸 脂肪伯胺与亚硝酸反应，定量地放出氮气RNH2 + HNO2 ROH + N2 + H2O1.伯胺与亚硝酸的反应放出气体第31页/共54页芳香族伯胺与亚硝酸在低温（一般5）下反应生成芳香重氮盐，此反应称重氮化反应 芳香

15、重氮盐不稳定，加热易分解成酚和氮气，干燥的易爆炸重氮盐可以发生许多取代反应和偶合反应，在合成和分析鉴定上广泛应用 +NaNO2 + HCI+ NaCI + H2O05氯化重氮苯N2CINH2第32页/共54页SO2 CI SO2NHRSO2 CI + HNR2 SO2NR2 苯磺酰氯 伯胺 苯磺酰伯胺苯磺酰氯 仲胺 苯磺酰仲胺NaOHNaSO2 N R苯磺酰伯胺钠盐+ H2NR溶于碱不溶于碱,固体析出叔胺不发生磺酰化反应,不溶于碱,蒸馏分离。 分离、鉴别伯、仲、叔胺第33页/共54页 脂肪仲胺或芳香仲胺与亚硝酸反应都生成N-亚硝基胺 2.仲胺与亚硝酸的反应R2N H + HO NO R2N N

16、O + H2O +H2ON-亚硝基-N-甲基苯胺NCH3NONHCH3+ HO NO N-亚硝基胺为黄色不溶于水的油状物，遇酸加热可分解为原来的仲胺。用来分离、提纯仲胺N-亚硝基胺具有强烈的致癌作用。现已被列为 第34页/共54页3.叔胺与亚硝酸的反应 脂肪族叔胺与亚硝酸反应产物不稳定，易水解，加碱后可重新得到游离的叔胺R3N + HNO2 R3NH NO2芳香族叔胺与亚硝酸作用，易发生环上的亚硝化反应，生成芳环上有亚硝基的化合物+ HONO 对-亚硝基-N,N-二甲基苯胺N(CH3)2NO+ H2ON(CH3)2绿色叶片状第35页/共54页亚硝基芳香族叔胺在碱性溶液中呈翠绿色，在酸性溶液中互

17、变成醌式盐而呈橘黄色 (橘黄色)(翠绿色)HOH(CH3)2NNOH=(CH3 )2N NO根据亚硝酸与伯、仲、叔胺的反应不同产物和不同现象，可用来鉴别伯、仲、叔胺（四）氧化反应胺易被氧化，芳香族胺更易被氧化。在空气中长期存放芳胺时，芳胺则被空气氧化，生成黄、红、棕色的复杂氧化物第36页/共54页（五）芳环上的亲电取代反应 苯环上的氨基（或-NHR、-NR2）能活化苯环，使芳胺比苯更易发生亲电取代反应，取代位置为氨基的邻、对位 1.卤代反应NH2+ 3Br2 BrBrBrH2ONH2+ 3HBr室温白色沉淀 思考: 如何鉴别苯酚与苯胺?第37页/共54页 用化学方法鉴别下列各组化合物 1.对甲

18、基苯胺和N,N-二甲基苯胺 2.苯胺、苯酚、硝基苯 课堂互动第38页/共54页2.硝化反应 由于苯胺极易被氧化，不宜直接硝化，而应先“保护氨基”。根据产物的不同要求，选择不同的方法 NH2(CH3CO)2ONHCOCH3HNO3H2SO4NHCOCH3NO2H2O,HOH或NH2NO2对位取代反应氨基的保护乙酰化硝化硝化水解第39页/共54页NH2H2SO4NH2NH3HSO4NH3HSO4NO2NaOHNO2HNO3H2SO4(浓)(浓)间位取代反应间位取代反应，注意条件3.磺化反应 NH2H2SO4NH2H2SO4H2O200NHSO3H重排NH2SO3H第40页/共54页对-氨基苯磺酸的

19、酰胺，是重要的化学合成抗菌药磺胺类药物的母体，也是最简单的磺胺药物。磺胺类药物是一系列对-氨基苯磺酰胺的衍生物NH2(CH3CO)2ONHCOCH3CISO2OHNHCOCH3SO2CINH3NHCOCH3SO2NH2NH2SO2NH2乙酰化氯磺酰化氨解水解H2O( H 或OH )第41页/共54页五、季铵盐和季铵碱 （一）季铵盐 铵盐可以看作无机铵盐中4个氢原子被烃基取代的产物。叔胺与卤代烃作用，生成季铵盐R3N + RX R4N X(季铵盐)（二）季铵碱 R4N X + NaOH R4N OH + NaX季铵盐季铵碱醇季铵碱具有强碱性，其碱性与氢氧化钠相当第42页/共54页六、重要的胺 甲

20、胺（CH3NH2）是无色气体，有氨气味，易溶于水，有碱性。是有机合成原料，用于制造药物、农药、染料等 （二）乙二胺 乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是无色透明粘稠液体。乙二胺与氯乙酸为原料合成的乙二胺四乙酸（EDTA）是常用的金属离子螯合剂和分析试剂（一）甲胺第43页/共54页（三）苯胺 （四）胆碱 胆碱是广泛分布于生物体内的一种季铵碱，因最初是在胆汁中发现而得名。胆碱是白色晶体，溶于水和醇。胆碱是卵磷脂的组成部分，能调节脂肪代谢，临床上用来治疗肝炎、肝中毒等疾病苯胺（C6H5NH2）是无色油状液体，微溶于水，易溶于有机溶剂。有毒，透过皮肤或吸入苯胺蒸气对人体有害苯胺是制备药物、染料和炸药的

21、工业原料 第44页/共54页第三节 重氮化合物和偶氮化合物 一、重氮和偶氮化合物的结构和命名重氮和偶氮化合物都含有-NN- 官能团。-N2-两边都分别与烃基相连的化合物称为偶氮化合物；如果一端与非碳原子直接相连的化合物称为重氮化合物N=N偶氮甲烷N=N偶氮苯N=NOH对羟基偶氮苯CH3CH3N=重氮甲烷N=NCl氯化重氮苯N=NHSO4硫酸重氮苯CH2=N第45页/共54页二、重氮化反应 芳香伯胺低温下在强酸性溶液中与亚硝酸作用，生成重氮盐的反应称为重氮化反应NH2+ NaNO2 + 2HCI 05 + NaCI + H2ON2 CI 三、重氮盐的化学性质 重氮盐化学性质非常活泼，化学反应归纳

22、两类:放出氮的反应重氮基被取代的反应保留氮的反应还原反应和偶联反应氯化重氮苯（重氮苯盐酸盐）第46页/共54页H3PO2Cu2CI2 , HCIH2O , HKIOHCICNI+ N2Cu2CN2 , NaCNN2 CI1.取代反应（放氮反应） 重氮盐中的重氮基可以被羟基、氢、卤素、氰基等原子或基团取代，在反应中有氮气放出第47页/共54页2.还原反应 SnCl2 + HCINa2SO3OH或盐酸苯肼苯肼N2CINHNH2 HCINHNH23.偶联反应 重氮盐在低温下与酚或芳香族胺作用，生成有颜色的偶氮化合物的反应，称为偶联反应N2 CI+ OH弱酸性弱碱性N=NOH + HCIN2 CI+N(CH3)2N(CH3)2N=N+ HCI第48页/共54页四、偶氮化合物和偶氮染料 偶氮化合物是有色的固体物质，物质的颜色与其分子结构有关。偶氮芳烃有鲜