西北有机课件-17胺

第十七章

胺

(Amines)六.季铵盐和氢氧化四烃基铵四.胺的制备三.胺的化学反应二.物理性质和波谱性质一.胺的分类、结构及命名五.二胺、不饱和胺和取代胺第十七章胺

(Amines)

胺是有机合成的重要中间体，用于染料、药物、高聚物、橡胶、农用药物等的生产。是构筑生命体、调节物质代谢、维持正常生命活动的重要活性物质。例如：

己二胺

己二酸尼龙-66+尼龙盐+有的胺具有生理活性。例如：

乙酰苯胺

对乙酰氨基苯磺酰氯能抑制多种细菌和少数病毒的生长和繁殖，用于防治多种病菌感染。磺胺药物：有的胺有致命的毒性，例如苯胺可以通过吸入，食入或透过皮肤吸收而致中毒，食入0.25mL就严重中毒。

磺胺吡啶β-萘胺与联苯胺是引起恶性肿瘤的物质。

氨(ammonia)

胺(amines)

季铵盐(quaternaryammoniumsalts)伯胺primaryamines

仲胺secondaryamines

叔胺tertiaryamines

1°级胺2°级胺3°级胺

一.胺的分类、结构及命名(Classification,StructureandNomenclatureofAmines)分类：胺可看作是氨的烃基取代物注意：①氨胺铵铵盐(ammoniumsalts)

注意：②氨基亚氨基叔醇伯胺③胺的分类与卤代烷、醇的不同

结构：脂肪胺氮原子：sp3杂化形状：棱锥形芳胺氮原子：sp3~sp2杂化更接近sp2杂化形状：棱锥形例如：N–C147.4pmN–H101.1pm∠HNH105.9°∠HNC112.9°N–C140pmN–H100pm∠HNH113°甲胺分子中C–N键与NH2所在平面之间的夹角为125°.苯环平面与NH2三个原子所在平面之间的夹角为142.5°.

在苯胺中由于共轭，C–N键具有双键的性质，用共振式可以恰当的把苯胺的结构表示为：立体化学：不可拆分没有分离出其对映体11

若限制翻转就能拆分出其对映体。例如：下面化合物就拆分成了一对对映体。碱

在季铵盐中若氮上连的四个基团不同，可以拆开成对映异构体。例如：练习：指出下列化合物有无光活性：有光活性有光活性有光活性无光活性无光活性甲胺methanamine

苯胺benzenamine

二乙胺N-ethylethanamine

甲乙胺N-methylethanamine命名：一元胺是以胺为母体，再加上与N原子相连的烃基的名称和数目。N–甲基苯胺N-methylbenzenamine三丁胺N,N-dibutylbutanamineN-甲基-N-乙基异丁胺N-ethyl-N-methylisobutanamineN,N-二甲基苯胺N,N-dimethylbenzenamineN-甲基-N-乙基环丙胺N-ethyl-N-methylcyclopropanamineN-甲基-N-乙基苯胺N-ethyl-N-methylbenzenamineN,N-二甲基-2-氯苯胺2-chloro-N,N-dimethylbenzenamineN,4-二甲基-N-乙基苯胺N-ethyl-N,4-methylbenzenamine结构复杂的胺是以烃作为母体，氨基作为取代基：4-氨基-2-甲基己烷4-amino-2-methylhexane2-(二乙氨基)-3-甲基戊烷2-(N,N-diethylamino)-3-methylpentane2-氨基乙醇2-aminoethanol4-氨基苯磺酸4-aminobenzenesulfonicacid4-氨基-N,N-二甲基苯胺

季铵盐：

溴化三乙基苄基铵Benzyltriethylammoniumbromide

碘化四乙铵N,N,N-triethylethanaminiumiodide

氯化四甲铵Tetramethylammoniumchloride(R)–N–乙基–N–苄基–1–苯基乙胺二.物理性质和波谱性质

(PhysicalPropertiesandSpectroscopyofAmines)1.物理性质沸点：

胺是极性化合物，分子之间能形成氢键，但由于氮的电负性比氧小，所以N…H–N氢键较O…H–O氢键弱。因此胺的沸点比分子量相近的醇低，但比烃、醚等要高。

例如：b.p56℃

b.p117℃b.p34.5℃对于碳原子数相同的胺：叔胺的沸点＜仲＜伯。一元胺的物理性质见下表：因为位阻能防碍氢键的生成。伯胺分子间易生成氢键，叔胺分子间不能生成氢键。分子内氢键分子间氢键

分子间氢键在晶体熔化时要部分断裂，而在气相中差不多完全断裂，间位或对位异构体在相变过程中需要的能量高于邻位异构体。练习：解释邻硝基苯胺的熔点及沸点低于对位、间位异构体。

水溶性：碳原子数小于7的低级胺溶于水，高级胺不溶于水。2.波谱性质IR：胺的N–H伸缩振动吸收：在3400~3490cm-1处出现2个峰在3300~3500cm-1处

出现1个峰在上述区域没有N-H吸收峰伯胺的N–H弯曲振动吸收：在1650～1590cm-1(强,中),可用于鉴定(面内变形振动)在900～650cm-1(宽)(面外变形振动)1HNMR：0.5～5ppm2.2~2.8ppm峰不尖锐常呈馒头形不易鉴定1.1~1.7ppmH-C-N-H型的偶合一般观察不出来MS：M+脂肪胺很弱环胺和芳胺很强含奇数氮原子的化合物，其分子相对质量为奇数芳胺和低级脂肪胺常有M-1峰脂肪胺最重要的裂解方式：

三.胺的化学反应(ReactionsofAmines)碱性氮原子作为亲核试剂的反应叔胺氧化物的生成及发生cope消去酰化芳环上的亲电取代反应1.碱性（氮原子上未共享电子对的反应）

胺分子中氮原子上有孤电子对，因此它可接受质子而显碱性。胺的碱性通常用胺的共轭酸的离解常数来表示:++++++共轭酸的pKa越大，胺的碱性越强。碱共轭酸从胡宏纹主编的«有机化学»P514表17.1的数据可看出：

因为脂肪胺中氮原子为sp3杂化，氮原子上一对未共享电子对占据在sp3杂化轨道上，可以接受质子而显碱性。

在芳胺中氮原子介于sp3和sp2杂化之间，更接近于sp2杂化，氮原子上一对未共享电子对具有较多的p轨道成分，与芳环上的π电子轨道部分重叠，发生共轭，使得芳胺接受质子的能力减弱。⑴脂肪胺的碱性＞芳胺⑵脂肪胺的碱性＞氨(pKa=9.25)

在脂肪胺中，由于烷基的给电子作用，使氮原子的电子云密度增加，易接受质子。形成的铵正离子也因正电荷分散而稳定。例：pKa9.2510.6610.739.80但不是胺中烷基越多，碱性越强。影响碱性强弱的因素：电子效应的影响使得碱性：3o胺>2o胺>1o胺 溶剂化效应的影响使得碱性：NH3>1o胺>2o胺>3o胺N+上的H越多，溶剂化效应越大，铵正离子就越稳定。不同溶剂的溶剂化效应是不同的。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>氨>芳胺在氯苯中，脂肪胺的碱性强弱次序为：3°>2°>1°当芳环上连有吸电子基团时，芳胺的碱性减弱。例如：

共轭酸的pKa4.583.202.75吸电子诱导

吸电子诱导吸电子共轭为什么？脂肪胺中，1°2°3°胺的碱性强弱次序：不同的烷基得到不同的次序练习:比较下列化合物的碱性强弱：共轭酸的pKa

4.582.471.00

－0.26练习:比较下列化合物的碱性强弱：解:＞＞＞＞练习:比较下列化合物的碱性强弱：（2）比（1）的碱性强4万倍总之：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）应用：利用胺的碱性以及胺的烃基取代的铵盐在水中有较大的溶解度可以分离和提纯化合物。

苯甲酸对甲苯酚甲苯苯胺（溶于CH2Cl2）稀盐酸提取水层有机层NaOH溶液NaHCO3溶液水层水层有机层有机层干燥，蒸馏

苯胺盐酸重结晶

苯甲酸练习：如何分离下列化合物：有机层NaOH溶液有机层水层酸化萃取，蒸馏水洗，干燥蒸馏对甲苯酚

甲苯胺的弱酸性:LDA++氨及二乙胺的弱酸性相当于甲苯中α–H的酸性。酰胺的弱酸性：酰胺的酸性比相应的氨或胺的酸性强，例：++++练习：按碱性强弱次序排列下列各组化合物：＞＞＞解:2.烃化（氮原子作为亲核试剂与卤代烷的反应）胺与伯卤代烷发生SN2反应：

伯胺

仲胺的盐

仲胺的盐

仲胺

仲胺

叔胺的盐++++叔胺的盐叔胺叔胺季铵盐

在一般条件下，反应难以停留在生成仲胺或叔胺这一步，而得到一个混合物。如果用过量的伯卤代烷，可以得到季铵盐。++++

环己基甲胺

碘化三甲基环己基甲铵

（99%）

在位阻影响下，有时可以使反应停留在某一步，得到某一种胺。+异丙胺

2,4–二氯苄氯

N–异丙基–2,4–二氯苄胺

（71%）例如：除伯卤代烷可使胺烃化外，仲卤代烷、α–卤代酸、环氧化合物、活性烯键均可使胺烃化。（过量）注意：胺与叔卤代烷反应主要生成消去产物++胺与活性烯键发生共轭加成3.胺的酰化和磺酰化反应（氮原子上氢的反应）1).酰化

胺类：伯胺，仲胺酰化剂：酰氯，酸酐叔胺分子中氮原子上无氢，不能生成一般的酰胺。++++伯胺，仲胺与酰氯反应，在形成酰胺的同时，还产生一分子氯化氢，氯化氢与胺形成盐，要消耗原料胺，因此在反应中常加入一种碱中和生成的氯化氢。+++例：应用：(1).胺的鉴定胺酰化后形成结晶良好的固体，有固定熔点，通过测定熔点，可鉴定胺。

乙酰苯胺m.p114℃

++常用的碱有：氢氧化钠，吡啶，三乙胺，二甲苯胺等。

苯甲酰丙胺

m.p84℃(2).氨基保护(3).降低苯环的亲电取代反应的活性（参见本章PPT第65张）例如：由

制备++解：(4).在有机合成中应用

非那西丁

扑热息痛2).磺酰化反应（HinsbergO，兴斯堡）

苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯(TsCl)与胺作用生成磺酰胺的反应叫磺酰化反应。应用：伯、仲、叔胺的分离与鉴定例：伯、仲、叔胺的分离3o胺+对甲苯磺酰氯反应现象分析：1o胺+对甲苯磺酰氯沉淀溶解沉淀2o胺+对甲苯磺酰氯沉淀3°胺油状物

油状物消失NaOHNaOH沉淀不溶解4.胺与亚硝酸的反应（氮原子作为亲核试剂的反应）亚硝化试剂：亚硝酸钠的酸性溶液常用的酸：盐酸和硫酸+TsO-的水溶液+NaCl例：伯、仲、叔胺的鉴定⑴.伯胺脂肪伯胺：脂肪伯胺与亚硝酸作用生成极不稳定的重氮盐，立即分解，放出氮气，生成碳正离子。++++机理：+碳正离子的去向：烯烃取代产物稳定碳正离子亲电加成产物亲电取代产物哪些物质在一定条件下能产生碳正离子？25℃例：应用：脂肪族伯胺与亚硝酸反应，得到一个混合物，在合成上无用途，但在反应中，定量放出氮气，可以用来测定氨基氮。注意：1-氨甲基环烷醇蒂芬欧-捷姆扬诺夫的环扩大的重排反应：指1-氨甲基环烷醇与亚硝酸反应，得到环增大一个碳的环酮。适用于制C5～C9环，最有用的是制C5，C6，C7的环酮。练习：由合成练习：写出下列反应过程：解：芳香伯胺：

芳香伯胺与亚硝酸反应，生成芳基重氮盐，芳基重氮盐比烷基重氮盐稳定，在强酸性水溶液中，0~5℃可以保存一段时间。例如：

氯化重氮苯应用：芳基重氮盐是重要的有机合成中间体，可以合成

多种芳香族化合物。⑵.仲胺

脂肪族仲胺和芳香族仲胺与亚硝酸反应，生成N–亚硝基胺。

不溶于稀酸的黄色油状液体或固体例：N–亚硝基二甲胺88-90%

N–甲基–N–亚硝基苯胺87-93%应用：鉴别和提纯仲胺亚硝胺例：注意：N–亚硝基胺有强烈的致癌作用。⑶.叔胺

脂肪叔胺与亚硝酸不反应，芳叔胺与亚硝酸作用不是在氮上而是在芳环上导入亚硝基。综上所述：不同的胺与亚硝酸反应，产物不同，现象不同，因此利用亚硝化反应在化学上可鉴别三种胺。对亚硝基–N,N–二甲基苯胺注意：芳香亚硝基化合物毒性很强，是很强的致癌物质。（绿色结晶）用于鉴别芳香三级胺

胺容易氧化，特别是芳胺。大多数氧化剂使胺氧化成焦油状的复杂物，但过氧化氢及过酸能使叔胺氧化为氧化胺。5.胺的氧化⑴.叔胺的氧化氧化剂：过氧化氢，过酸N,N-二甲基环己基甲胺

N,N-二甲基环己基甲胺-N-氧化物

（氮原子上未共享电子对的反应）N,N-二甲基苯胺N,N-二甲基苯胺-N-氧化物氧化胺的电子结构：性质：这类化合物偶极矩较大，因此它的极性大，熔点高，不溶于乙醚、苯、易溶于水。当氧化胺β–碳上有氢时，加热到150-200℃热分解，生成烯和N,N-二烃基羟胺—Cope消去Cope消去：N,N-二甲基环己基甲胺-N-氧化物亚甲基环己烷79-88%+N,N-二甲基环辛胺-N-氧化物

环辛烯90%注：①.有β–氢才能发生Cope消去；若有两种β–氢则生成烯烃的混合物，但以霍夫曼产物为主。环辛烯-1-dN,N-二甲基环辛胺-N-氧化物环辛烯-3-d++②.E2顺式消去。+③.用于烯烃的合成以及在化合物中除掉氮..练习：写出下列反应的主要产物1.2.⑵.芳胺的氧化

芳胺尤其是芳伯胺极易氧化，例如新制的苯胺是无色或淡黄色的液体，放置一段时间后，成为红色，因为有醌和偶氮化合物生成。所以苯胺储存时加一些抗氧化剂或制成芳胺的盐。练习:从环己基甲酸开始,利用Cope消去反应合成解：芳伯胺氧化过程：控制条件可得不同氧化产物：2-甲基-4-硝基苯胺

2-亚硝基-5-硝基甲苯6.芳胺的亲电取代反应

氨基是强的给电子基团，它的存在使芳胺苯环上的亲电取代反应极易进行。⑴.卤代

苯胺直接与Cl2，Br2迅速发生反应，生成多卤代物，反应难以停留在一氯化或一溴化阶段。采取下列几种方法可得到一取代产物：①.减小氨基的给电子能力，将氨基酰化。②.将苯环一个位置保护起来。注意：芳胺与碘反应只能得到一碘代物为什么？⑵.硝化

芳伯胺易氧化，往往产率较底，芳胺不采用直接硝化，需保护氨基完成硝化。对异丙基苯胺4-异丙基-2-硝基苯胺100%98%94%⑶.磺化

苯胺环上可引入磺酸基，但不按一般亲电取代历程进行。

芳香族伯胺在高温下磺化，磺酸基导入氨基的对位，若氨基的对位被占据，则生成邻位产物。若苯胺用混酸硝化：

苯氨基磺酸对氨基苯磺酸重排4.费瑞德–克来福特反应

芳香伯胺中的氨基用酰基保护后，可顺利进行费瑞德–克来福特反应。邻乙基乙酰苯胺

3-乙基-4-乙酰氨基苯乙酮57%N,N–二甲基苯胺对二甲氨基苯甲醛80–84%四.胺的制备(PreparationsofAmines)1.氨或胺的直接烃化

伯胺与伯卤代烷反应，一般条件下难以停留在生成仲胺阶段，生成的仲胺会继续与伯卤代烷反应，得到一个混合物。

氨与伯卤代烷反应，也难以停留在生成伯胺阶段，可继续反应生成仲胺、叔胺，而得到一个混合物。（过量）（过量）（过量）++85–87%用过量氨可以制备伯胺；位阻大时可用伯胺制备仲胺；用过量卤代烷可用伯、仲、叔胺制备季铵盐。2.加布里埃尔（Gabriel）合成法

指邻苯二甲酰亚胺在氢氧化钾作用下生成盐，盐与卤代烷发生SN2反应，生成N-取代亚胺，水解得到伯胺的反应。伯胺N–烃基邻苯二甲酰亚胺邻苯二甲酰亚胺特点①.用来制备纯的伯胺，如果卤代烷分子中含有易被水解的基团，不宜用此法合成相应的伯胺。N–烃基邻苯二甲酰亚胺邻苯二甲酰肼②.适用伯卤代烷，仲卤代烷，对于叔卤代烷以消去反应为主。③.烃化反应在DMF溶液中进行更容易。当N-取代亚胺水解困难时，可以用水合肼进行肼解。例如：邻苯二甲酰亚胺N–苄基邻苯二甲酰亚胺苄胺注意：

仲胺练习：通过加布里埃尔（Gabriel）合成法合成氨基乙酸（甘氨酸）。解：++氨基乙酸（甘氨酸）练习：从指定原料合成纯净的指定产物：⑴从戊二酸合成谷氨酸⑵从(S)-2-氯丁烷合成(R)-2-氨基丁烷3.还原法⑴.硝基化合物还原主要用来制备芳伯胺还原方式：化学还原，催化氢化化学还原：①.酸性还原(p555-556)Fe，Zn等在酸存在下顺利地把硝基还原为氨基，得到胺。工业上用铁粉和盐酸还原硝基苯生产苯胺。硝基苯

苯胺（97%）2,4–二硝基甲苯4–甲基–1,3–苯二胺（74%）对氯硝基苯

对氯苯胺（95%）②.选择还原二硝基化合物可被硫化钠，硫氢化钠，硫化铵等较温和的还原剂用计算量的试剂选择还原，得到只有一个硝基被还原的产物。若硝基化合物中有醛基或酮基，则用较温和的还原剂还原。③.碱性还原(p555-556)

芳香硝基化合物在酸性条件下很容易生成芳伯胺，在碱性条件下还原却得双分子偶联产物。82%催化氢化：常用催化剂：Ni，Pt，Pd

催化氢化是硝基化合物转变为伯胺的一种既干净又方便的方法，中性条件下进行，用于含有在酸性或碱性条件下易水解的基团的硝基化合物。对硝基苯甲酸乙酯

对氨基苯甲酸乙酯⑵.酰胺、肟和腈的还原①.酰胺的还原

酰胺在醚中用LiAlH4处理可把羰基还原为亚甲基，制备伯、仲、叔胺。

伯胺仲胺叔胺醚醚醚②.肟的还原

醛、酮与羟胺（H2NOH）生成肟，肟是不饱和含氮化合物，可通过催化氢化，氢化铝锂还原制备伯胺。N,N–二甲基环己基甲酰胺N,N–二甲基环己基甲酰胺2,2–二苯基环己胺2,2–二苯基环己酮③.腈的还原

腈含有不饱和基团的氰基，可通过催化氢化或氢化铝锂还原得到伯胺。85%80%己二胺己二腈1,4–二氯丁烷

53%以伯卤代烃为原料，制备增加一个碳原子的伯胺。工业上长链伯胺就是从油脂水解等一系列反应来制备。油脂高级脂肪酸高级脂肪胺1.2.1.练习：合成2.⑶.醛、酮的还原胺化

醛亚胺

伯胺

酮亚胺

仲碳伯胺伯胺席夫碱

仲胺+++仲胺

醇胺叔胺还原试剂：Ni，H2；兰尼Ni，H2+特殊还原试剂：

氰基氢硼化钠（NaBH3CN）的醇溶液。

它的还原能力比硼氢化钠弱，用这种还原剂还原，只还原中间产物，不还原醛、酮。还原氨化是一步完成的反应，反应体系中有醛酮以及中间产物。结果：将醛、酮的羰基碳上氧去掉，在羰基碳上加一分子胺。

N-异丁基丁胺（93%）席夫碱异丁醛丁胺++N-丁基六氢吡啶（93%）例：例：

1-苯基乙胺N,N-二甲基环己胺+77%+N-乙基苄胺91%+52-54%优点：一步完成，操作方便，收率高。例：例：例：对于醛、酮：羰基上双键氧被一分子胺取代了；羰基转化为氨（胺）基。对于氨、胺：氮上加一分子醛、酮的烃基；氮上氢烃基化。练习：如何实现下列转变解：1.2.合成：用及不超过3C的有机物合成碳氮键可以拆分为羰基和氨基。完成下列反应：+++1.2.4.酰胺的霍夫曼（Hofmann）重排

指酰胺与氯或溴在碱溶液中反应，生成少一个碳原子的伯胺的反应。①.霍夫曼重排机理（见第15章、六）或②.立体化学

当手性酰胺进行Hofmann重排时，其手性碳骨架构型不变。应用：从酰胺来制备少一个碳原子的伯胺。练习：如何实现下列转变解：5.曼尼许(Mannich)反应

具有α-H的酮与甲醛（或其它简单脂肪醛）及铵盐（伯、仲胺的盐）水溶液反应，生成β-氨基酮。++++70%反应历程：应用：制备β–氨基酮。如何利用Mannich反应合成下列各化合物：++++++++五.二胺、不饱和胺和取代胺

(Diamines,unsaturatedAminesandSubstitutedAmines)烯胺:氨基直接和双键相连的胺。

它们不稳定易转变为亚胺，就像烯醇式易转变为羰基化合物一样。如果烯胺分子中氮原子上两个氢被烃基取代，得到的烯胺是比较稳定的。+烯胺亚胺⒈稳定烯胺的生成仲胺稳定的烯胺

常用的仲胺是一些环胺：吡咯烷哌啶吗啉+有α-H的醛、酮环己酮四氢吡咯N–(1–环己烯基)四氢吡咯1954年，G.Stock首次将烯胺用于醛酮的烷基化和酰基化，避免了醛酮在强碱存在下自身的缩合反应和不希望发生的多元取代，从而为非活化羰基化合物的烷基化和酰基化找到了一条新的途径。⒉烯胺的反应烯胺中氮上孤电子对与π键共轭，因此2-位碳具有亲核性。++②烯胺与酰氯反应得到β-二酮+①烯胺可与活泼卤代烃发生亲核取代反应，以得到在原有酮的α-位导入一烃基的酮③烯胺与α–卤代酮反应得到1,4–二羰基化合物：④烯胺与活泼烯键α,β-不饱和羰基化合物发生迈克尔加成反应，得到1,5-二羰基化合物。+⒊合成中的应用从

合成解：问题:⑴2-甲基环己酮与四氢吡咯作用得到的烯胺,其结构是(A)还是(B)?⑵在制备烯胺时，常用环状的仲胺，而很少用链状的仲胺，为什么？⑶完成反应答:答：因为链状仲胺生成的烯胺，N上孤电子对位阻小，也可作为亲核试剂参与反应。答:六.季铵盐和氢氧化四烃基铵(QuaternaryAmmoniumSaltandTetra-alkylAmmoniumHydroxide)1.季铵盐制备：由叔胺与卤代烷,硫酸酯,磺酸酯等烷基化试剂发生SN2反应得到。也可由伯胺和过量碘甲烷制备：性质及应用：季铵盐为离子性化合物，易溶于水，有较高的熔点。在有机溶剂中的溶解度决定于溶剂，四烃基铵离子及负离子的性质。例如：溶于极性小的苯、癸烷、卤代烷。由于季铵盐的两溶性，还可作为相转