含氮有机化合物课件

1、有机化学(理论篇)第11章 含氮有机化合物主编 陈淑芬、汤长青111.1 硝基化合物11.2 胺11.3 重氮化合物和偶氮化合物11.4 腈2大连理工大学出版社掌握硝基化合物、胺的命名和结构；掌握硝基化合物的性质(重点芳香族硝基化合物的还原)及应用，理解硝基对苯环上邻、对位基团的影响； 重点掌握胺的化学性质和制备，氨基保护在有机合成中的应用； 掌握脂肪族和芳香族伯、仲、叔胺的鉴别方法； 熟练掌握芳香族重氮化反应和重氮盐的性质，以及重氮盐在有机合成中的应用；初步认识偶氮染料、腈、三聚氰胺等化合物。 【学习目标】3大连理工大学出版社11.1 硝基化合物 11.1.1硝基化合物的分类、命名和结构一、

2、硝基化合物的分类 4大连理工大学出版社二、硝基化合物的命名 硝基化合物的命名与卤代烃相类似，也是以烃为母体而硝基为取代基。例如： 5大连理工大学出版社三、硝基化合物的结构 硝基化合物一般表示为NROO，表明其中的硝基由一个NO双键和一个NO配位键组成。用电子衍射法测定CH3NO2的分子结构，表明硝基是对称结构，两个氮氧键键长相等，均为0.121nm，键角O-N-O是127(接近120)。这表明硝基中的氮原子是采用sp2杂化的，它以三个sp2杂化轨道与两个氧原子和一个碳原子形成三个共平面的键，未参与杂化的一对p电子所在的p轨道与每个氧原子的一个p轨道形成一个共轭键体系。其结构表示如下： 6大连理

3、工大学出版社 本书仍采用NOO这种表示方法。 硝基苯的结构如图11-1所示，硝基氧、氮上的p轨道与苯环形成一个更大的共轭体系。硝基的电子效应是强拉电子的诱导和共轭(-I和-C)效应，使苯环的电子云密度降低。图11-1 硝基苯的结构 7大连理工大学出版社11.1.2硝基化合物的制备一、烷烃的硝化 烷烃可与硝酸进行气相或液相硝化，生成硝基烷烃。其中以高温(400500)气相硝化更具有工业生产价值，主要产物为一硝基化合物。 烷烃硝化产物为混合物，不需要分离而直接应用，是纤维素、涂料、聚合物、蜡质物和合成树脂等的良好溶剂。 8大连理工大学出版社二、芳烃的硝化 就工业应用而言，芳香族硝基化合物的用途远胜

4、过脂肪族硝基化合物。硝基化合物可由芳烃及其衍生物直接硝化得到。如苯与浓硝酸和浓硫酸在5060下作用，得到硝基苯。 硝基苯是淡黄色、有苦杏仁气味的油状液体，可随水蒸气蒸馏，可以通过呼吸道和皮肤进入血液，破坏血红素输送氧的能力，毒性很大。硝基苯是重要的工业原料，主要用于制备苯胺，也可用作高沸点溶剂和缓和氧化剂。 9大连理工大学出版社甲苯经过分步硝化可以制得2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。 2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是黄色针状晶体，是一种重要的炸药，其熔点较低，熔融方便，易同其他成分混合，易灌注到弹壳内，须经起爆剂（雷汞）引发才猛烈爆炸，既便宜又安全，为军事和民用筑路、开山、采矿等爆破工程中

5、使用。 10大连理工大学出版社11.1.3硝基化合物的性质一、硝基化合物的物理性质 硝基化合物由于具有较强的极性，一般都具有较大的偶极矩（如CH3NO2的偶极矩为11.3410-30Cm，PhNO2的偶极矩为14.3410-30Cm）,其沸点和熔点比相应的烃类化合物显著增高，也比相应的卤代烃高。 脂肪族硝基化合物一般为无色、高沸点的液体。芳香族硝基化合物中除单环一硝基化合物为无色或淡黄色的高沸点液体外，多硝基化合物则为黄色固体。 硝基化合物难溶于水，自身是许多有机化合物的优良溶剂，能溶解油脂、纤维素酯和许多合成树脂。 11大连理工大学出版社 硝基化合物有毒，它的蒸气能透过皮肤，引起肝、肾和血液

6、中毒，亦可引起高铁血红蛋白血症，所以生产中尽可能不用它作溶剂。多硝基化合物具有爆炸性，如2，4，6-三硝基甲苯（TNT）和1，3，5-三硝基苯(TNB）都是高能炸药。 硝基化合物多具有特殊气味，如硝基苯带有苦杏仁气味，叔丁基苯的某些多硝基化合物具有强烈香味，如二甲苯麝香等曾经用作化妆品的芳香剂，但因其中含有多个硝基，现已被限制使用。硝基化合物的比重大于1。常见硝基化合物的物理常数见表11-2。 12大连理工大学出版社13大连理工大学出版社二、硝基化合物的化学性质1.还原反应 硝基化合物易被还原，脂肪族硝基化合物可在酸性还原系统中（Fe、Zn、Sn和盐酸）或催化加氢得到伯胺。 芳香族硝基化合物的

7、还原有很大的价值，本节主要讨论芳香族硝基化合物的还原。芳香族硝基化合物在不同的还原剂和介质条件下得到不同的还原产物。如硝基苯还原过程和中间产物如下： 14大连理工大学出版社（1）金属和强酸性介质：凡是在电动势系列中处于氢之前的金属，如锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、锡等，与强无机酸(如HCl)组成还原剂，最终生成苯胺，不能停留在中间产物。（2）金属和中性、弱酸性介质：可以还原生成N-羟基苯胺也可以还原成苯胺。 15大连理工大学出版社（3）金属和碱性介质：碱性条件下还原时，中间产物亚硝基苯和N-羟基苯胺会相互作用而生成双分子缩合产物。 16大连理工大学出版社（4）硫化物还原：硫化物如Na2S、NaH

8、S、(NH4)2S、NH4HS等和多硫化物如Na2S2等可作还原剂。此法也称为硫化碱还原法，适用于高沸点、不溶于水的芳胺的制备。17大连理工大学出版社（5）氢化锂铝还原：氢化锂铝是很强的还原剂，能还原羰基、羧基、酰胺、酯、硝基、氰基等，但对双键-CC-和叁键-CC-没有作用。 （6）催化氢化：还原硝基化合物为胺。18大连理工大学出版社2.和碱作用 硝基为强吸电子基团，使含有-H的硝基化合物能具有一定的酸性。例如： 所以含有-氢的硝基化合物可溶于氢氧化钠溶液中，无-氢的硝基化合物（如硝基苯PhNO2）则不溶于氢氧化钠溶液。利用这个性质，可鉴定是否含有-氢的伯、仲硝基化合物和叔硝基化合物。 19大

9、连理工大学出版社3.硝基对苯环和取代基的影响（1）硝基对苯环亲电取代反应的影响 硝基是间位定位基，对苯环呈现出强的吸电子诱导效应（I）和吸电子共轭效应（C），使苯环电子云密度降低，亲电取代反应比苯困难。例如： 20大连理工大学出版社(2)硝基对卤素活性的影响 21大连理工大学出版社 2,4,6-三硝基苯酚俗名苦味酸，为黄色片状结晶，有强的苦味，不溶于冷水，能溶于热水、乙醇、乙醚中，具有强酸性，其酸性几乎与无机酸相近。苦味酸是一种染料，也是制造其他染料的原料。干燥的苦味酸受到振动可发生爆炸，故保存和运输时应使其处于湿润状态。（3）硝基对酚或羧酸酸性的影响（参见“酚的化学性质”和“羧酸的化学性质”

10、）（4）硝基对氨基碱性的影响（参见“胺的化学性质”） 22大连理工大学出版社11.2胺11.2.1 胺的分类和命名一、胺的分类1.根据胺分子中氮上连接的烃基不同，分为脂肪胺（R-NH2）与芳香胺（Ar-NH2）。 23大连理工大学出版社2.根据胺分子中与氮原子相连的烃基的数目，可分为伯胺（10胺）、仲胺（20胺）和叔胺（30胺）。3.根据胺分子中所含氨基的数目，可以有一元、二元或多元胺。 24大连理工大学出版社 4.季铵类：相当于氢氧化铵NH4OH和卤化铵NH4X的四个氢全被烃基取代所得到的化合物，叫做季铵碱（R4N+OH）和季铵盐（R4N+X）。提示：（1）伯、仲、叔胺与伯、仲、叔卤代烃或醇

11、的分类依据不同，胺的分类着眼于氮原子上烃基的数目。例如叔丁醇是叔醇，而叔丁胺属于伯胺。 （2）掌握氨、胺和铵的用法。氨是NH3，氨分子从形式上去掉一个氢原子后的剩余部分叫做氨基NH2。氨分子中氢原子被烃基取代生成的有机化合物叫做胺。季铵类的名称用铵，表示它与NH4+的关系。 25大连理工大学出版社二、胺的命名1.结构简单的胺可以以胺为母体，根据烃基的名称命名，即在烃基的名称后加上“胺”字。 26大连理工大学出版社2.若氮原子上所连烃基相同，用二或三表明烃基的数目；若氮原子上所连烃基不同，则按基团的次序规则，“优先基团后列出”写出其名称；“基”字一般可省略。或当仲胺和叔胺分子中烃基不同时，命名时

12、选“优先”基团为母体，其他基团为取代基，并在前面冠以“N”，突出它是连在氮原子上。例如： 27大连理工大学出版社3.含有两个氨基的化合物为二胺。例如：4.芳香胺的命名一般把芳香胺定为母体，其他烃基为取代基。命名时应标出烃基的位置，连接在氮上的烃基用“N-某基”来表示。例如： 28大连理工大学出版社5.复杂的胺则以烃为母体，氨基作为取代基来命名。例如： 6.季铵盐或季铵碱则与氢氧化铵或铵盐的命名相似。当四个烃基不同时，按“优先基团后列出”原则排序。例如： 29大连理工大学出版社11.2.2胺的结构 氨（NH3）分子中，氮原子采用sp3杂化，其中三个sp3轨道分别与三个氢原子的s轨道形成三个NH键

13、，第四个sp3杂化轨道则被成对电子所占有。氮原子处于正四面体中心，整个氨分子呈四面体棱锥形构型（见图11-2）。 胺分子的构型与氨的结构相似，也是四面体棱锥形构型，氨基中的氮原子也是sp3杂化。以甲胺和三甲胺分子为例，其构型见图11-3和图11-4。图11-2 氨的分子构型图11-3 甲胺的分子构型 图11-4 三甲胺的分子构型30大连理工大学出版社 苯胺中的氮原子采用sp2杂化。因此，除了键以外，氮原子上的未共用电子对还可与芳环的电子形成p|共轭体系（87）（见图11-5）。共轭的结果使电子向苯环转移，即氨基（NH2）的CI，氨基（NH2）对苯环起到推电子作用，如苯胺分子（见图11-|6）中

14、氨基（NH2）的存在，使苯环上的亲电取代活性增强，苯胺的碱性和亲核性都有明显的减弱。图11-5 苯胺分子中的p-共轭体系图11-6 苯胺分子的电子效应31大连理工大学出版社11.2.3胺的物理性质 常温下，甲胺、二甲胺、三甲胺是气体，低级和中级脂肪胺为无色气体或液体，高级脂肪胺为固体，芳香胺为高沸点的液体或低熔点的固体。 低级胺具有氨的气味或鱼腥味，如三甲胺有鱼腥味；高级胺没有气味，芳香胺有特殊气味，并有较大的毒性，无论是吸入其蒸气或是皮肤接触都会引进中毒；某些芳香胺致癌，如联苯胺、-萘胺有强烈致癌性。某些二胺有恶臭味，如1,4-丁二胺（腐肉胺）、1,5-戊二胺（尸胺）。 32大连理工大学出版

15、社 由于胺是极性化合物，除叔胺外，其他胺分子间可通过氢键缔合，因此胺的熔点和沸点比相对分子质量相近的非极性化合物高。但由于氮的电负性比氧小，所以胺形成的氢键弱于醇或羧酸形成的氢键，因而胺的熔点和沸点比相对分子质量相近的醇和羧酸低。例如： 33大连理工大学出版社 伯、仲、叔胺的沸点为伯胺仲胺叔胺。显然，叔胺没有NH键，因此不能形成氢键，沸点较低。 由于所有的三类胺都能与水形成氢键，低级胺易溶于水。随着烃基在分子中的比例增大，溶解度迅速下降，所以中级胺、高级胺及芳香胺微溶或难溶于水。胺大都可溶于有机溶剂。常见胺的物理常数见表11-3。 34大连理工大学出版社11.2.4胺的化学性质 胺的化学性质主

16、要取决于氮原子上的未共用电子对。当它提供未共用电子对给质子或路易斯酸时，胺显碱性；它作为亲核试剂时，能与卤代烃发生烃基化反应，能与酰卤、酸酐等酰基化试剂发生酰化反应，还能和亚硝酸反应；当它和氧化剂作用，氮原子提供未共用电子对时，胺表现出还原性。此外芳香胺的氨基增强了芳环亲电取代反应的活性。 35大连理工大学出版社一、碱性 与氨相似，氨基中的氮原子上含有一对未共用电子对，有与其他原子共享这对电子的倾向，所以胺具有碱性和亲核性。胺和氨相似，具有碱性，能与大多数酸作用成盐。 胺的碱性较弱，其盐与氢氧化钠溶液作用时，释放出游离胺。 胺的碱性强弱可用Kb或pKb表示： 36大连理工大学出版社某些胺的pK

17、b值见表11-4。 37大连理工大学出版社从表11-4的数值可以看出胺类的碱性变化规律。1.脂肪胺氨芳香胺胺的碱性强弱取决于氮原子上未共用电子对和质子结合的难易，而氮原子接受质子的能力又与氮原子上电子云密度大小以及氮原子上所连基团的空间阻碍有关。在脂肪胺中，由于烷基的+I效应，使氨基上的电子云密度增加，接受质子的能力增强，所以脂肪胺的碱性大于氨。在芳香胺中，由于氨基的未共用电子对与芳环的大键形成p|共轭体系，使氨基上的电子云密度降低，接受质子的能力减弱，所以它的碱性比氨弱。 38大连理工大学出版社2.脂肪胺在气态时碱性为：(CH3)3N(CH3)2NHCH3NH2NH3 在水溶液中碱性为：(C

18、H3)2NHCH3NH2(CH3)3NNH3 pKb 3.27 3.38 4.21 4.76 气态时，仅有烷基的供电子效应，烷基越多，供电子效应越大，故碱性次序如上。在水溶液中，碱性的强弱决定于电子效应、溶剂化效应等。铵正离子与水的溶剂化作用即胺的氮原子上的氢与水形成氢键的作用。胺的氮原子上的氢越多，溶剂化作用越大，铵正离子越稳定，胺的碱性越强。 39大连理工大学出版社3.芳香胺（1）ArNH2Ar2NHAr3N例如： 芳香胺的碱性比氨弱，而且三苯胺的碱性比二苯胺弱，二苯胺比苯胺弱。这是由于苯环与氮原子发生吸电子共轭效应，使氮原子电子云密度降低，同时阻碍氮原子接受质子的空间效应增大，而且这两种

19、作用都随着氮原子上所连接的苯环数目增加而增大。（2） 40大连理工大学出版社4.取代芳胺 对取代芳胺，当苯环上连有供电子基团时，碱性略有增强；当连有吸电子基团时，碱性则降低；邻位连有吸电子基团时，由于C和I效应、空间效应和分子内氢键等原因，碱性降低要比间位或对位大得多。例如： 41大连理工大学出版社二、烃基化反应 氨或胺作为亲核试剂与卤代烃、醇、酚等发生取代反应，生成伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐。此反应可用于工业上生产胺类。 42大连理工大学出版社反应特点：（1）产物往往得到的是混合物。例如： 调节原料的配比以及控制反应温度、时间等其他条件，可以得到其中的一种胺为主要产物。如使用过量的氨，则主要制

20、得伯胺；使用过量的卤代烃，则主要得叔胺和季铵盐。当R为较大烃基时，可采用分馏的方法将三种胺分离；当R为较小烃基时，由于生成的三种胺沸点接近，需要高效精馏才能将它们分开而得到纯品。 43大连理工大学出版社（2）一般用伯卤代烃、苄卤、伯醇和苄醇。例如： 芳香胺烃基化的活性低于脂肪胺。在硫酸等催化剂作用下，芳香胺能与醇发生反应。例如： 这是工业上合成N，N-二甲基苯胺的方法。 44大连理工大学出版社三、酰基化反应 伯胺、仲胺易与酰氯或酸酐等酰基化试剂作用，生成N-取代酰胺或N，N-二取代酰胺。叔胺的氮原子上没有氢原子，不能进行酰基化反应。45大连理工大学出版社 胺的反应活性是脂肪胺大于芳香胺，伯胺大

21、于仲胺。酰基化试剂的反应活性是酰卤酸酐羧酸。46大连理工大学出版社 酰基化反应在有机合成及分析上的意义：1.除甲酰胺外，生成的N-取代酰胺都是晶体，它们有固定的熔点。在有机分析上可以通过测定N-取代酰胺的熔点来鉴定伯胺和仲胺。2.N-取代酰胺在酸或碱的水溶液中加热易水解生成原来的胺，可以此方法分离、提纯胺。 47大连理工大学出版社3.有机合成中常利用酰基化反应来保护氨基。氨基易被氧化，N-取代酰胺则较稳定，又易水解转变为氨基。例如，对苯胺进行硝化时，为防止苯胺的氧化，可先对苯胺进行酰基化，把氨基“保护”起来，待苯环上导入硝基后，再水解除去酰基，可得到对硝基苯胺。 48大连理工大学出版社另外，N

22、-取代酰氨基仍是邻对位定位基，但活性低于氨基，降低了苯环上氨基的活性。因此芳胺酰化可以调节氨基的定位。例如： 49大连理工大学出版社四、磺酰化反应 在氢氧化钠存在下，伯胺、仲胺与磺酰化试剂反应生成磺酰胺的反应称磺酰化反应，又称兴斯堡（Hinsberg）反应。叔胺氮原子上无氢原子，不能发生磺酰化反应。常用的磺酰化试剂是苯磺酰氯和对甲基苯磺酰氯。 50大连理工大学出版社五、与亚硝酸反应 亚硝酸（HNO2）不稳定，反应时由亚硝酸钠与盐酸或硫酸作用而得。1.脂肪胺与亚硝酸的反应伯胺与亚硝酸反应生成不稳定的重氮盐。 仲胺与亚硝酸反应生成黄色油状液体或固体的N|亚硝基化合物（简称亚硝胺）。N-亚硝基化合物

23、与稀酸共热，分解生成原来的仲胺，可以用来分离或提纯仲胺。 51大连理工大学出版社2.芳香胺与亚硝酸的反应 芳香族伯胺与亚硝酸在低温及强酸水溶液中反应，生成芳香重氮盐，这个反应称为重氮化反应。 52大连理工大学出版社芳香族仲胺与亚硝酸反应生成棕色油状和黄色固体的亚硝基胺,酸性条件下容易重排，生成对亚硝基化合物。 53大连理工大学出版社 综上所述，可以利用亚硝酸与脂肪族和芳香族胺反应结果的不同，鉴别伯、仲、叔胺。具体如下：（1）0时有氮气逸出为脂肪族伯胺。（2）有黄色油状液体并从水层分离而出的为脂肪族仲胺，黄色油状液体或固体为芳香族仲胺。（3）无可见的反应现象为脂肪族叔胺。（4）0时无氮气逸出，而

24、室温下有氮气逸出，则为芳香族伯胺。（5）有绿色叶片状固体为芳香族叔胺。 54大连理工大学出版社六、芳香胺的特性1.卤代反应 苯胺很容易发生卤代反应，但难控制在一元阶段。 此反应能定量完成，可用于苯胺的定性或定量分析。 如要制取一溴苯胺，则应先降低苯胺的活性，再进行溴代，其方法有两种。 55大连理工大学出版社方法一：先进行酰基化以降低氨基的致活作用，再进行溴代反应，最后在酸或碱性条件下水解，可得到对溴苯胺。 方法二：先将苯胺溶于浓硫酸中，形成苯胺硫酸盐；因铵正离子是间位定位基，使溴化反应发生在氨基的间位；最后再用碱液处理，得间溴苯胺。 56大连理工大学出版社2.磺化反应 将苯胺溶于浓硫酸中，首先

25、生成苯胺硫酸盐，在高温（180 ）加热脱水并重排，生成对氨基苯磺酸。这是工业上合成对氨基苯磺酸的方法。 对氨基苯磺酸为白色晶体，约在280300 时分解，在冷水中微溶，溶于沸水，不溶于有机溶剂。它有明显的酸性，能溶于氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液，呈现出不同于一般芳胺或芳磺酸的特征性质。这是由于对氨基苯磺酸分子是以内盐形式存在。这种内盐是强酸弱碱型的盐，在强碱性溶液中可形成磺酸钠盐，内盐被破坏。 57大连理工大学出版社 对氨基苯磺酸是一种重要的染料中间体，还可用于农药杀菌剂，防治小麦锈病，另外还是香料、食品色素、医药、建材等行业的理想原料中间体。 58大连理工大学出版社3.硝化反应 芳香族伯胺直接硝

26、化易被硝酸氧化，必须先把氨基保护起来（乙酰化或成盐），然后再进行硝化。 59大连理工大学出版社 如果要求得到间硝基苯胺，可先将苯胺溶于浓硫酸中，使之形成苯胺硫酸盐保护氨基。因铵正离子是间位定位基，进行硝化时，产物必然是间位产物，最后再用碱液处理，又把产物间硝基苯胺游离出来。 60大连理工大学出版社4.氧化反应 胺容易氧化，芳香胺更容易被氧化。新制的纯苯胺是无色的，但暴露在空气中很快就变成黄色然后变成红棕色。用氧化剂处理苯胺时，生成复杂的产物。例如，苯胺被漂白粉氧化即呈现明显紫色，生成含有醌型结构的化合物，可以利用这一性质来鉴别苯胺。 61大连理工大学出版社 苯胺用重铬酸钾或三氯化铁等氧化剂氧化

27、可得黑色染料苯胺黑，也是具有复杂醌型结构的化合物。 在一定的条件下，苯胺的氧化产物主要是对苯醌。 62大连理工大学出版社11.2.5季铵盐和季铵碱一、季铵盐 叔胺和卤代烃作用生成季铵盐。例如： 63大连理工大学出版社季铵盐是白色晶体，有盐的性质，能溶于水，不溶于有机溶剂。它与无机盐卤化铵相似，对热不稳定，加热后易分解成叔胺和卤代烃。 季铵盐与碱溶液作用不游离出胺，而是生成季铵碱。季铵盐和氢氧化钠水溶液作用生成稳定的季铵碱，但反应是可逆的。这表明季铵碱的碱性与氢氧化钠相当。 一般利用氢氧化银或湿的氧化银和季铵盐的醇溶液作用，因生成卤化银沉淀而破坏了可逆平衡，可制得季铵碱。 64大连理工大学出版社

28、二、季铵碱 季铵碱为强碱性，碱性与氢氧化钠、氢氧化钾相当；易潮解，易溶于水，并能吸收空气中的二氧化碳；对热不稳定，其化学特性反应就是加热分解反应。1.烃基上无-H的季铵碱在加热下分解生成叔胺和醇。例如：2.-碳上有氢原子时，加热分解生成叔胺、烯烃和水。例如： 65大连理工大学出版社3.当季铵碱分子中有两种或两种以上-氢原子可被消除时，反应主要从含氢较多的-碳原子上消去氢原子，即主要生成双键碳原子上烷基取代较少的烯烃。例如： 66大连理工大学出版社 这是季铵碱的特有规律，称为霍夫曼（Hofmann）规则。该消除反应的取向恰好与卤代烃的消除反应取向查依采夫（Saytzeff）规则相反。 胺经彻底甲

29、基化后生成季铵盐，再用湿的氧化银处理得到相应的季铵碱，季铵碱再受热分解生成叔胺、烯烃和水的反应称为霍夫曼彻底甲基化或霍夫曼降解。 根据消耗的碘甲烷的摩尔数可推知胺的类型；测定烯烃的结构即可推知R的骨架。 67大连理工大学出版社三、季铵盐和季铵碱的主要用途1.阳离子表面活性剂 含有一个C12以上烷基的季铵盐是一种阳离子表面活性剂，具有杀菌、柔软、防静电等功能，还用于制备有机膨润土。有机膨润土是一种流变性调节剂，它在涂料工业中用于控制油漆的流动性，在油田钻探中用来配制钻井油浆以及用作各种加工中的润滑剂。如氯化三甲基十二烷基铵C12H25N(CH3)3+Cl-，是用量最大的一种阳离子表面活性剂，具有

30、润湿、起泡、去污及消毒杀菌功能。再如溴化二甲基十二烷基苄基铵，商品名“新洁尔灭”，水溶液呈碱性，医药上通常用其0.1%的溶液作为外科手术器械的消毒剂。 68大连理工大学出版社2.动植物激素某些低级碳链的季铵盐或季铵碱具有生理活性，例如氯化胆碱具有促进碳水化合物和蛋白质的新陈代谢作用，除被用作治疗脂肪肝和肝硬化的药物外，还被大量用作饲料添加剂。矮壮素（CH3）3NCH2CH2Cl+Cl-是一种植物调节剂，使植株变矮，秆茎变粗，叶色变绿，具有提高农作物耐旱、耐盐碱和抗倒伏的能力。乙酰胆碱是人体神经刺激传导中的重要物质，与神经分裂症的神经紊乱有关，对动物神经有调节保护作用。 69大连理工大学出版社3

31、.有机合成中的相转移催化剂（简称PTC） 有机合成中常遇到非均相有机反应，这类反应的速率很慢，效果差。近年来发现了能使水相中的反应转入有机相的试剂，从而加快反应速率，提高收率，用这种试剂的反应称为相转移催化反应。季铵盐可作为相转移催化剂。 70大连理工大学出版社 一般含16个碳的季铵盐可产生较好的催化效果。常用的相转移催化剂有氯化三乙基苄基铵、溴化四正丁基铵、溴化三甲基十六烷基铵等。 该反应如果没有催化剂氯化三正丁基十六烷基铵，两周也不反应，但加入0.010.03 mol的催化剂后，加热回流1.5 h，产率可达99%。 71大连理工大学出版社11.2.6胺的制备一、氨（胺）的烃基化（见11.2

32、.4） 卤素直接连在苯环上很难被氨基取代，但在液态氨中氯苯和溴苯能与强碱KNH2（或NaNH2）作用，发生SN2亲核取代反应，卤素被氨基取代生成苯胺。 72大连理工大学出版社二、含氮化合物的还原1.硝基化合物的还原（见11.1.3）2.腈、酰胺化合物的还原腈、酰胺都可催化氢化或用LiAlH4还原为相应的胺。（1）腈的还原：腈可用催化氢化或化学还原的方法还原得到伯胺，这是制备伯胺的一个方法，可增加一个碳原子。 腈催化氢化的催化剂工业上用雷尼镍。例如： 73大连理工大学出版社还可用金属Na和乙醇组成的还原剂还原腈。例如： 还原腈为伯胺，产率较高。例如： （2）酰胺的还原：用催化氢化或LiAlH4还

33、原酰胺，可得到胺。 74大连理工大学出版社三、醛或酮的还原氨化 将醛或酮与氨或胺作用后，再进行催化氢化即得到胺。 75大连理工大学出版社四、加布里埃尔（Gabriel）合成法 将邻苯二甲酰亚胺在碱性溶液中与卤代烃发生反应，生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺，再将N-烷基邻苯二甲酰亚胺水解，得到伯胺。此法是制取纯净伯胺的好方法。例如：用加布里埃尔合成法合成丙胺。 76大连理工大学出版社五、霍夫曼（Hofmann）降解反应 此法是制备伯胺独特而又可靠的方法，产率高，纯度高，可得到比原来的酰胺少一个碳原子的胺。 77大连理工大学出版社11.2.7重要的胺一、甲胺、二甲胺、三甲胺 甲胺常温下是无色液化气体，有

34、特殊气味，沸点-7.5，熔点-92，易溶于水，溶于乙醇、乙醚等，水溶液呈碱性，能与酸成盐，易燃，爆炸极限4.9%20.8%（V%），有低毒性、刺激性和腐蚀性。甲胺在农药、医药、染料、有机工业上均有广泛用途。 二甲胺为无色气体，高浓度的带有氨味，低浓度的有烂鱼味，熔点-96 ，沸点7.5 ，易溶于水，溶于乙醇、乙醚，水溶液呈碱性，易燃，爆炸极限2.8%14.4%，对眼和呼吸道有强烈的刺激作用，主要用作橡胶硫化促进剂、皮革去毛剂、医药（抗菌素）、农药、纺织工业溶剂、染料、炸药、推进剂及N，N-二甲基甲酰胺等有机中间体的原料。 三甲胺常温下是无色有鱼油臭味的气体，熔点-117，沸点3，溶于水、乙醇、

35、乙醚等，水溶液呈碱性，对人的眼、鼻、咽喉和呼吸道有刺激作用，主要用于制造氯化胆碱、离子交换树脂、橡胶助剂，还用于制造炸药、化纤溶剂、表面活性剂、感光材料、显影剂、植物生长激素、矮壮素，也用于医药、染料的生产。 78大连理工大学出版社二、乙二胺 乙二胺是最简单的二胺，又称1，2-二氨基乙烷，为无色透明的黏稠液体，有氨的气味，熔点8.5，沸点117，溶于水和乙醇，微溶于乙醚。乙二胺为强碱，遇酸易成盐；溶于水时生成水合物；能吸收空气中的潮气和二氧化碳生成不挥发的碳酸盐，能随水蒸气挥发，在空气中发烟，贮存时应隔绝空气。乙二胺可与许多无机盐形成络合物。 工业上乙二胺由1，2-二氯乙烷与氨作用制取，也可由

36、1，2-二溴乙烷与氨反应制取。 79大连理工大学出版社 乙二胺与氯乙酸反应生成乙二胺四乙酸盐，后者酸化后得到乙二胺四乙酸，简称EDTA。 80大连理工大学出版社 乙二胺四乙酸是一种白色结晶粉末，是金属螯合剂，广泛用于水处理剂、洗涤用添加剂、照明化学品、造纸化学品、油田化学品、锅炉清洗剂及分析试剂。乙二胺四乙酸二钠钙盐是重金属解毒剂。 乙二胺是重要的化工原料和试剂，广泛用于制造药物、乳化剂、农药、离子交换树脂等，也是黏合剂环氧树脂的固化剂，以及酪蛋白、白蛋白和虫胶等的良好溶剂。 81大连理工大学出版社三、己二胺 己二胺（1，6-己二胺）是重要的二元胺，为无色片状晶体，有吡啶气味，有刺激性，熔点4

37、2，沸点204，溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯，能吸收空气中的二氧化碳和水分。己二胺是聚酰胺尼龙-66、尼龙-610、尼龙-612的重要单体。工业上主要制法有三种：1.以己二酸与氨反应生成铵盐，铵盐加热失水生成己二腈，后者催化氢化得己二胺。 82大连理工大学出版社2.以1，3-丁二烯为原料，与氯气1，4-加成，生成1，4-二氯-2-丁烯，后者与氰化钠反应后，再催化氢化生成己二胺。3.以丙烯腈为原料，在适当的条件下电解还原二聚，在阴极产生己二腈，产率很高（85%90%），后者催化氢化得己二胺。此种方法生产工艺流程短，产率高，杂质少。 83大连理工大学出版社四、苯胺 苯胺是无色油状液体，露置在空气中

38、会逐渐变为深棕色，久之则变为棕黑色，有特殊气味，沸点184 ，熔点-6.3 ，微溶于水，能溶于醇及醚，可随水蒸气挥发，可用水蒸气蒸馏方法进行纯化。苯胺有毒，能被皮肤吸收引起中毒，空气中允许浓度5mgm-3。 苯胺主要从硝基苯还原制得。苯胺是有机化工原料，由苯胺可制染料和染料中间体，也用于制造橡胶促进剂、磺胺类药物等。 84大连理工大学出版社五、萘胺 萘胺有-萘胺（1-萘胺）和-萘胺 (2-萘胺）两种同分异构体。-萘胺为无色针状晶体；熔点50，沸点301，微溶于水，溶于乙醇、乙醚；具有不愉快的气味；在空气中逐渐氧化成红色。-萘胺由-硝基萘还原制得。 85大连理工大学出版社 -萘胺是白色到微粉红色

39、片状，略有芳香气味，熔点113，沸点306，溶于热水、乙醇、乙醚、苯，随水蒸气挥发。-萘胺由-萘酚制备。 萘胺主要用作合成染料中间体，本身也曾用作色基。萘胺可经皮肤吸收，生成高铁血红蛋白，造成血液中毒。两种萘胺均为致癌物质，其中-萘胺是烈性致癌物质，主要导致膀胱癌。 86大连理工大学出版社11.3重氮化合物和偶氮化合物 重氮化合物和偶氮化合物分子中都含有NN官能 团。NN两端都与烃基相连的称为偶氮化合物。 87大连理工大学出版社 NN只有一端与烃基相连，而另一端与非碳原子相连的称为重氮化合物。 88大连理工大学出版社11.3.1芳香族重氮化反应 芳胺在低温及强酸性条件下与亚硝酸作用可生成重氮盐

40、，这一反应称为重氮化反应。 89大连理工大学出版社提示：1.重氮化反应必须在低温(5以下)进行，以免重氮盐分解。2.亚硝酸不能过量。因为亚硝酸有氧化性，会使重氮盐分解。如过量，可用尿素除去。 3.重氮化反应必须保持强酸性条件，弱酸性条件下易发生副反应。4.反应终点常用KI淀粉试纸测定。因为过量的亚硝酸可以将I-氧化成I2使淀粉变蓝，表示反应达到终点。 由于脂肪重氮盐极不稳定，所以一般所指的重氮盐均为芳香重氮盐。 90大连理工大学出版社11.3.2芳香族重氮盐的结构和性质一、重氮盐的结构 重氮盐和氨盐相似，其结构可表示为 重氮离子的CNN是直线型的，芳环的轨道与重氮离子的轨道共轭，形成88。由于

41、电子的离域作用增加了芳香重氮盐的稳定性，才使得它们在低温下能稳定存在而不分解。苯重氮离子的结构如图11-7所示。图11-7苯重氮离子的结构 91大连理工大学出版社二、重氮盐的性质 重氮盐是无色结晶，离子型化合物，易溶于水而不溶于一般有机溶剂如乙醚，水溶液能导电。干燥的重氮盐对热和振动都很敏感，容易发生爆炸。所以重氮盐一般不制成固体，而制成溶液，其溶液也是在低温下稳定，温度升高也分解放出氮气。因此重氮盐只能在低温下保存，随用随制，不作长期保存。使用时通常不必分离出纯品，只用重氮化的混合液进行下一步反应。 92大连理工大学出版社11.3.3重氮盐的反应及其在有机合成上的应用 重氮盐的化学性质非常活

42、泼，能发生多种反应，归纳为两类：放氮反应和保留氮的反应。 一、放氮反应（亲核取代反应）1.被羟基取代（水解反应）当重氮盐和酸液共热时发生水解生成酚并放出氮气。 93大连理工大学出版社提示：（1）该反应在酸性条件下进行，防止生成的酚与未反应的重氮盐发生偶联反应。（2）该反应使用重氮硫酸氢盐，而不使用重氮盐酸盐，是因为使用重氮盐酸盐除生成酚外，会有副产物氯苯类化合物生成。 这是制备酚类化合物的又一种方法，用来制取一些不能用碱熔法制取的酚类。 例如间硝基苯酚就不宜用间硝基苯磺酸钠碱熔来制取，而采用如下方法制备间硝基苯酚。 94大连理工大学出版社2.被卤素取代 重氮盐在卤化亚铜盐的催化下，重氮基被氯、

43、溴原子取代的反应称为桑德迈尔（Sandmeyer）反应。 桑德迈尔反应(Sandmeyer)Cu2X2易分解，需新鲜制备，盖特曼（Gattermann)改用铜粉作催化剂，称为盖特曼反应。铜粉的用量为催化量，但收率较低。 95大连理工大学出版社 盖特曼反应(Gattermann)用苯的亲电取代制备氯苯和溴苯得到的是邻、对位混合物，而此法可得纯品，收率高。例如：由苯合成间溴氯苯。 重氮盐转化成碘代芳烃不需要催化剂，只要将碘化钾与重氮盐溶液共热，产率较高。 96大连理工大学出版社 重氮盐也可转化成氟代芳烃。首先将氟硼酸加到重氮盐中，生成重氮盐氟硼酸沉淀，经分离干燥后再加热分解，可制得氟代芳烃。此反应

44、称为希曼（Schiemann）反应。 在芳环上直接用亲电取代难以引入碘、氟原子，以上两个反应是制备碘代芳烃和氟代芳烃的好方法。例如： 97大连理工大学出版社3.被氰基取代 在氰化亚铜或铜粉催化下，重氮盐与氰化钾水溶液作用，重氮基被氰基取代的反应也称为桑德迈尔（Sandmeyer）反应。 氰基可以水解生成羧酸，还原生成伯胺，这是通过重氮盐在苯环上引入羧基和氨基的方法。例如： 98大连理工大学出版社4.被氢原子取代 例如：由对甲基苯胺合成间甲基苯胺。 99大连理工大学出版社 上述重氮基被其他基团取代的反应，可用来制备一般不能用直接方法来制取的化合物。例如：由硝基苯制备2,6-二溴苯甲酸。 100大

45、连理工大学出版社二、保留氮的反应1.还原反应 重氮盐可以发生留氮还原反应，转变为相应的苯肼。苯肼进一步还原，可得到苯胺。常用的还原剂有SnCl2、Sn+HCl、NaHSO3、Zn+HOAc、Na2SO3等。例如： 101大连理工大学出版社 工业上一般采用亚硫酸盐（亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物）还原。例如： 用较强的还原剂Zn+HCl可将苯肼进一步还原形成苯胺。 102大连理工大学出版社2.偶联反应 重氮盐在弱酸、中性或弱碱性溶液中，与芳胺或酚类化合物进行芳香亲电取代反应，生成颜色鲜艳的偶氮化合物的反应称为偶联反应（或偶合反应）。参加偶联反应的重氮盐称为重氮组分，与其偶联的芳胺或酚称为偶联组分。

46、例如： 103大连理工大学出版社 偶联反应是芳环上的亲电取代反应。由于重氮阳离子是弱的亲电试剂，所以它只能与芳胺、酚等活性高的偶联组分进行反应。如果重氮阳离子的邻、对位上有吸电子基团（如硝基）时，重氮阳离子的亲电能力会增强。（1）与胺偶联pH 56NNN(CH3)2对二甲氨基偶氮苯（黄色） 104大连理工大学出版社反应要在中性或弱酸性溶液中进行，原因是：在中性或弱酸性溶液中，重氮离子浓度最大，且氨基是游离的，不影响芳胺的反应活性。若溶液酸性太强（pH5），则芳胺成铵盐，NH3钝化苯环，偶联反应就难进行或很慢。重氮盐与伯或仲芳胺发生偶联反应，可以是苯环上的氢原子被取代，也可以是氨基上的氢原子被取

47、代。例如，氯化重氮苯与苯胺偶联时，先生成苯基重氮氨基苯。 105大连理工大学出版社（2）与酚偶联 反应要在弱碱性条件下进行，因在弱碱性条件下酚生成酚盐负离子，使苯环更活化，有利于亲电试剂重氮阳离子的进攻，对偶联反应有利。 106大连理工大学出版社 但碱性不能太大（pH不能大于10），因碱性太强，重氮盐会转变为不活泼的苯基重氮酸或重氮酸盐离子。而苯基重氮酸或重氮酸盐离子都不能发生偶联反应。 提示：偶联反应总是优先发生在对位，若对位被占，则在邻位上反应，间位不能发生偶联反应。例如： 107大连理工大学出版社重氮阳离子的邻、对位上有吸电子基团（如硝基）时，反应活性增强，对偶联反应有利。通过偶联反应可以合成许多重要的偶氮染料和指示剂。芳香族偶氮化合物具有各种鲜艳的颜色，性质稳定，可用作染料，称为偶氮染料。偶氮染料是染料中品种最多、应用最广的一类合成染料，有几千个化合物，约占全部染料的一半，包括酸性、媒染、分散、中性、阳离子等偶氮染料，颜色从黄到黑各色品种俱全，而以黄、橙、红、蓝品种最多，色调最为鲜艳。偶氮染料除用来染天然织品（棉、毛、丝、麻）或合成纤维织品（涤纶、醋酸纤