中国药科大学有机化学-第十二章 有机含氮化合物课件

1、第十二章 有机含氮化合物 主要内容第一节 硝基化合物第二节 胺 第三节 重氮化合物和偶氮化合物第一节 硝基化合物一、硝基化合物 烃分子中的氢原子为硝基取代的衍生物为硝基化合物（一）分类结构和命名 、根据烃的不同分类为：脂肪族硝基化合物 芳香族硝基化合物 、命名:硝基总是取代基，以相应烃为母体。 、结构（由一个N=O和一个NO配位键组成） 物理测试表明，两个NO键键长相等，这说明硝基为一P-共轭体系（N原子是以sp2杂化成键的，其结构表示如下： （二）硝基化合物的物理性质脂肪族硝基化合物是无色有香味的液体。芳香族硝基化合物多为淡黄色固体，有杏仁儿气味并有毒。硝基化合物比重大于一，硝基越多比重越大

2、；不溶于水，溶于有机溶剂；分子的极性较大，沸点较高。多硝基化合物受热时以分解爆炸。（2）与羰基化合物缩合 有- H的硝基化合物在碱性条件下能与某些羰基化合物起缩合反应。其缩合过程是：硝基烷在碱的作用下脱去- H形成碳负离子，碳负离子再与羰基化合物发生缩合反应。、硝基对苯环邻、对位上取代基反应活性的影响硝基同苯环相连后，对苯环呈现出强的吸电子诱导效应和吸电子共轭效应，使苯环上的电子云密度大为降低，亲电取代反应变得困难，但硝基可使邻位基团的反应活性（亲核取代）增加。（ 1 ） 使卤苯易水解、氨解、烷基化 第二节 胺类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)

3、铵盐。二、胺的命名: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：（一）分类和命名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- dimethyl-3-methyl-2-pentanaimeN,N-二乙基-3-甲基-2-戊胺2、IUPAC命名法： 甲胺 N,4-二甲基-N-乙基苯胺CH3NH2NH3CCH3C2H5methylamine N-ethyl-N,4-diethylbenzenamine 2,5-双(三氟甲基)苯胺1、 胺类化合物的结构：N 原子为 sp3 杂化（二） 胺的结构及物理性质2 、胺的物理性质低级胺为气体或易挥发

4、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形成氢键。 E = 25.104kJ/mol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。化学性质分析：（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1、胺的碱性和胺盐的生成综合上述各种因素，在水溶液中，胺的碱性强弱次序为： 脂肪胺（213）氨芳香胺

5、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。+（4）芳香胺碱性强弱的分析 具体分析时，既要考虑N上取代基的影响，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。(2)(1)（2）比（1）的碱性强4万倍胺有碱性，遇酸能形成盐。CH3COO- +NH3RRNH2 + CH3COOH3 、胺的酰化和磺酰化酰基胺盐（不能析离）NH3R2NH（1）胺的酰化氢氧化钠或吡啶放热反应，产物酰胺均为固体。3o胺 + 磺酰氯 （2）磺酰化-兴斯堡反

6、应反应现象分析：1o胺 + 磺酰氯沉淀溶解沉淀NaOHH+2o胺 + 磺酰氯沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱） 3胺油状物 + TsO-的水溶液 + NaCl 油状物消失H+-OH定义：1o, 2o, 3o胺与磺酰氯的反应称为兴斯堡反应。4 、胺与亚硝酸的反应（ 1 ）脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应3o胺分类1o胺2o胺脂肪胺与亚硝酸的反应芳香胺与亚硝酸的反应RNH2NaNO2, HClR-NNCl-N2R+醇、烯、卤代烃等的混合物ArNH2NaNO2, HCl0-5oC0-5oCAr-NNCl-+发生取代反应制备ArX, ArCN, ArOH, ArSH, ArH, Ar-ArR2NHNaNO2,

7、 HClR2N-N=OSnCl2, HClR2NH与脂肪胺类似N-亚硝基二级胺黄色油状物或固体R3N + HNO2R3NH+NO2-OH-1o胺放出气体。 2o胺出现黄色油状物。 3o胺发生成盐反应，无特殊现象。1o胺放出气体。 2o胺出现黄色油状物。 3o胺出现绿色晶体。1o胺与HNO2的反应重氮化反应：一级胺与亚硝酸作用生成重氮 盐的反应称为重氮化反应。重氮化试剂：亚硝酸（实际用的是NaNO2 +HCl or NaNO2 + H2SO4）用量大于 1 mol反应机理互变异构2o胺与HNO2反应的反应机理3o胺与HNO2反应的反应机理R3N + HNO2R3NH+NO2-pH 大于3脂肪族伯

8、胺的一个较有价值的反应是扩环反应,可制备五至九元的环酮。实例：5、芳环上亲电取代（1）卤代，苯胺与溴水反应生成2，4，6三溴苯胺，白色固体，很灵敏，用于检验。如果要求一溴代产物，需使苯环钝化，或低温CS2作溶剂。（ 2 ）硝化反应 芳伯胺直接硝化易被硝酸氧化，必须先把氨基保护起来（乙酰化或成盐），然后再进行硝化。 （3）磺化反应（四）胺类化合物的制备方法：1 、氨的烷基化（卤代烷的取代，SN2 机理） 伴有多取代产物，分离可能有困难 仲卤代物和叔卤代物伴有消除产物2、硝基化合物的还原硝基苯在酸性条件下用金属还原剂（铁、锡、锌等）还原，最后产物为苯胺。二硝基化合物可用选择性还原剂（硫化铵、硫氢化

9、铵或硫化钠等）只还原一个硝基而得到硝基胺。例如：3 、腈和酰胺的还原的还原、醛酮的还原氨化5、酰胺的 Hofmann 降解（ Hofmann重排）、Gabriel 伯胺合成法7、 Mannich 胺甲基化反应 （五） 季铵盐和季铵碱季铵盐有盐类的特性： 固体， 熔点高 易溶于水1、季铵盐季铵盐与普通铵盐不同：季铵盐的应用: 用作阳离子型表面活性剂（带有长链烷基的季铵盐） 合成上用作相转移催化剂（PTC, phase transfer catalyst）相转移催化剂（PTC）的应用举例2、季铵碱季铵碱的制备：强碱，碱性类似于NaOH、KOH季铵碱的反应 Hofmann消除反应Hofmann消除的

10、选择性 主要生成取代基少的烯烃Hofmann取向比较：卤代烷的消除反应取向 Saytzeff 取向Hofmann消除取向的其它例子Hofmann消除取向的解释（1）过渡态的稳定性（双分子消除机理，与 E2 机理有别） C-H 键先解离，C-N 键较晚断开。 过渡态的稳定性决定反应的选择性（取代基少的负碳离子较稳定） （2） b - 氢的酸性的差别（3）位阻的差别Hofmann消除在结构分析上的应用不符合霍夫曼规则的特殊例子Eg 1.Eg 2.eg 3.碳负离子与共轭体系相连，稳定。eg 4.只有两个-H，两个-H均在环上。89.5 % -93 %10.5 % -7 %霍夫曼产物扎依采夫产物eg

11、 5.99 %1 %+符合霍夫曼规则优势构象eg 6.(CH3)3CCH=CH2 + (CH3)3N(CH3)3CCH2CH2N(CH3)2 + CH3OH20%80% -H空阻太大时，得不到正常产物。第三节 重氮化合物和偶氮化合物重氮盐 现制现用 温度升高以水解为酚 干燥时以爆炸与重氮盐稳定性有关的一些因素（一）芳香重氮盐重氮盐的反应 取代反应（主要反应） 偶联反应 还原反应1、重氮盐的取代反应 （1）卤素或氰基 取代经自由基机理：（2）被 OH 取代（重氮盐的水解） 一般为副反应 可用作制备酚类（产率不高，用 ArN2 SO4H 较好） 制备酚类时的副反应 机理：例如:制备间硝基苯酚（3）

12、被 H 取代（去氨基化反应） 与H3PO2反应机理（自由基机理）重氮盐变为苯没有任何意义，但是可以用于导向合成，例如由苯制1，3，5三溴苯；苯甲酸制2，4，6三溴苯甲酸，甲苯制间溴苯或间硝基甲苯：例如:把氨基作为导向基，引导进入基团到要求位置，然后把氨基变为重氮基脱出。（4）重氮盐的取代反应在合成中的应用例 1：合成合成：例 2: 合成是否还有其它分析?合成:例 3 合成间三溴苯如直接溴代，得不到目标产物分析：考虑定位基团及应用去氨基化合成：思考题：例 4：合成若直接溴代分析: 考虑氨基的定位及去氨基化合成:思考题:（5）还原反应偶联反应:重氮盐与苯酚N,N-二甲基苯胺反应生成偶氮化合物的反应

13、。重氮盐是弱亲电试剂，只和苯酚N,N-二甲基苯胺这样活泼苯环发生偶联反应，生成偶氮化合物。（）偶合反应重氮组分 偶联组分 偶氮化合物酚偶联时要弱碱性介质，不能强碱性。弱碱性以酚氧负离子形式存在，苯环活泼。但是强碱性时有下面转换，无有亲电试剂存在：用重氮盐制酚时要强酸性，为了避免发生偶联反应。而苯胺偶联反应要若酸性，不能强酸性，强酸性变成铵盐，苯环钝化，不能反应。当然碱性可以。偶联反应主要在对位，对位被占领时在邻位发生。苯胺与重氮盐发生偶联反应先生成苯重氮氨基苯，如在盐酸或苯胺盐酸盐溶液中加热30400C则发生重排，生成4氨基偶氮苯：（二）偶氮化合物N原子是以sp2杂化,偶氮化合物存在顺反异构体重氮基中间断开，生成两个氨基可发生还原反应,例如:（三） 重氮甲烷一 、 重氮甲烷的结构结构： 线状分子 偶极矩不大分子式 ： CH2N2共振式：3原子4电子的大键spsp2sp电负性： C（2.6） N（3.0）CH2N2 二、重氮化合物的制备1、N-甲基-N-亚硝基酰胺的碱性分解如将氮上的甲基换成其它烃基，可得其它重氮化合物。2、N-