临床医学有机化学-有机含氮化合物

第十四章有机含氮化合物本章主要讨论胺类，重氮和偶氮化合物分子中含有碳氮键的有机化合物。硝基化合物 R-NO2 -NO2胺 R-NH2

CH3-NH2酰胺 R-CO-NH2 CH3-CO-NH2腈 R-CN CH2=CH-CN重氮盐

Ar-N+2X- -N+2Cl-偶氮化合物

Ar-N=N-Ar’-N=N-生物碱含氮杂环CH3√√√√第一节、芳香硝基化合物

一元硝基化合物的通式是：

RNO2或ArNO2、结构和物理性质硝基化合物与亚硝酸酯是同分异构体：硝基化合物亚硝酸酯硝基中的两个氮氧键的键长相等，均为122pm。两个氧原子是等同的。氮为sp2杂化，形成了3中心4电子的大π键：或结构其结构可用共振式表示：在芳香硝基化合物中，硝基与苯环的π-π共轭形成更大的共轭体系。α-氢酸性脂肪族硝基化合物中，α-氢受硝基的影响，较为活泼，可发生类似酮-烯醇互变异构。

二化学反应1.增强卤原子的活泼性直接连在芳烃的卤素较难被取代。但当邻、对位有硝基存在时，卤原子活泼性增加，且硝基越多，取代越容易。

（一）芳核上的亲核取代反应(SN2Ar)

分两步进行的，第一步是亲核加成，形成活性中间体Meisenheimercomplex(迈森海默尔配合物)，第二步是卤素的离去(消除)，（二）硝基的还原反应硝基容易被还原。反应条件及介质对反应有影响。在酸性介质中还原为苯胺：还原过程：亚硝基苯N-羟基苯胺选择性还原:SnCl2还原硝基,避免醛基的还原用催化氢化:也可将硝基还原为氨基。适用于对酸敏感的硝基化合物的还原，例如：在中性或弱酸性中，产物为N-芳基羟胺。在碱性介质中发生双分子还原。(了解)氢化偶氮苯在酸性介质中可发生重排，则得联苯胺，称联苯胺重排。(了解)多硝基苯的部分还原：多硝基芳烃在Na2Sx、NH4SH、(NH4)2S、(NH4)2Sx等硫化物：还原一个硝基。(NH4)2S无法预测还原哪个硝基，只有通过实验才能确定

第二节胺Amines（一）分类RNH2R2NHR3NR4N+X-伯胺仲胺叔胺季铵盐一、胺的分类和命名伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别：叔丁(基)胺叔丁醇（伯胺）（叔醇）（二）命名三甲(基)胺1,3-环己二胺乙胺N,N-二甲基苯胺N,N-二甲基对甲基苯胺β-萘胺1、烃基较简单时，以胺为母体，称为某胺。芳香族仲、叔胺，氮上取代基前面要以“N”标明。例如：2，4-二甲基-2-氨基-3-甲氨基戊烷3-氨甲基-2-二甲氨基己烷注意：氨甲基与甲氨基的区别。

2、烃基复杂时，烃为母体，氨基为取代基。例如：

二、胺的结构及物理性质物理性质（自学）

胺的结构：1、氨的结构：2、胺的结构：季铵盐的对映体：自动外消旋化：苯胺的结构：碳原子：sp2杂化氮原子为不等性的sp3杂化，但未共用电子对所占据的轨道含有较多p轨道成份（介于sp2和

sp3之间）。仍可与苯环大π键有一定程度的重叠。使得N的电子向苯环移动。p–π共轭三、胺的化学反应（一）、碱性与成盐1、脂肪胺的碱性

氨甲胺二甲胺三甲胺pKa9.2410.6510.739.78

乙胺二乙胺三乙胺

pKa10.7111.010.75说明：脂肪胺(仲胺的碱性最强)碱性比氨强。影响胺的碱性的主要因素（1）电子效应：碱性的大小排列为:叔胺>仲胺>伯胺（2）溶剂化效应：碱性的大小排列为：伯胺>仲胺>叔胺综合:当烷基相同时，仲胺的碱性最强，伯胺和叔胺次之。

2、芳香胺的碱性

氨

苯胺

N-甲基苯胺

N,N-二甲基苯胺pKa9.244.604.855.06

苯胺

二苯胺三苯胺pKa4.601.0近中性苯胺的碱性比氨小得多。因为氮上的未共用电子对与苯环有共轭作用，使其电子云密度降低，从而使其碱性大大减弱。

碱性：间硝基苯胺

>对硝基苯胺

绝大多数取代基（-OH除外），无论是给电子还是吸电子的，在邻位时都使碱性减弱；给电子基团使碱性增强，吸电子基团使碱性减弱；并且这种影响在对位比在间位明显。如：若苯环上有取代基，其碱性可以归纳为：（二）烃基化胺类可与卤代烷发生亲核取代反应。如伯胺与卤代烷反应得仲铵盐：

可进一步得到季铵盐，最后得到的将是复杂的混合物。（三）酰化和磺酰化1、酰化反应伯胺和仲胺的酰化反应。其反应通式为：

例如：注意：叔胺因为氮上没有氢原子，不发生反应。

应用：保护氨基例如：如何由苯胺制备对硝基苯胺

苯胺不能直接硝化，因为硝酸能把苯胺氧化成苯醌。所以必须先将氨基“保护”起来，再进行硝化反应。

2、磺酰化反应：兴斯堡(Hinsberg)实验伯胺和仲胺能与磺酰氯作用生成磺酰胺，叔胺因氮上无氢而无此反应。例如：

由伯胺生成的磺酰胺，氮原子上留下的氢因受磺酰基的影响，具有弱酸性，能与碱作用成盐而能溶于水；而仲胺形成的磺酰胺因氮上无氢，故不能溶于碱液.进行三种胺的分离与鉴定。这也叫兴斯堡(Hinsberg)实验。鉴别：（四）与亚硝酸反应1、伯胺（1）芳香伯胺芳香伯胺与亚硝酸在低温下反应生成重氮盐，称为重氮化反应。例如：

重氮盐注意事项：（1）亚硝酸不稳定，一般用亚硝酸钠与盐酸或硫酸反应产生；（2）反应产物重氮盐是易溶于水的固体。干燥的重氮盐很不稳定，容易爆炸，只有在低温下或在水溶液中才稳定，所以，重氮盐一般保存在冰水中。

反应历程：(略)（2）脂肪伯胺根据氮气的量来进行伯胺的定量测定。脂肪族胺与亚硝酸的反应可适用于扩环反应，可制备5至9元的环化合物。

重排扩环反应：2、仲胺脂肪仲胺和芳香仲胺与亚硝酸反应的结果基本相同，都是生成N-亚硝基化合物，例如：

应用：（1）N-亚硝基仲胺是中性的黄色固体或液体，可以用于鉴别仲胺；（2）该亚硝基化合物可以经水解或还原成得原来的胺，所以可用作仲胺的精制；

3、叔胺脂肪叔胺与亚硝酸反应成盐（互溶成均相），遇强碱又重新析出叔胺：

芳香叔胺与亚硝酸反应得对亚硝基化合物，若对位有取代基，则亚硝基进入邻位。这属于亲电取代反应，亚硝基正离子（+N=O）是一个亲电试剂：

明显的颜色变化，可用于鉴别。芳香胺的亚硝基化合物都有明显的颜色，可用于鉴别化合物，如：

（五）芳环上的取代

1、卤代反应2、硝化反应3、磺化反应对氨基苯磺酰胺（SN）是最简单的磺胺类药物，也是其他磺胺药物的母体，它的合成如下：各种磺胺类药物的通式：

（六）其他反应*与醛反应形成西佛碱（Schiff’sbase）

西佛碱属于亚胺类化合物，它可以水解为原来的芳香胺和芳香醛，所以，该反应可用于保护氨基或醛基。

4、傅-克反应（了解）四、胺的制备1、氨或胺的烃基化氨与卤代芳烃的反应，因卤原子与苯环共轭，卤素很难被取代，需要高温高压或特别强的碱（如氨基钠）作为亲核试剂。如：

卤素的邻、对位有强的吸电子基团时，反应就变得容易多了。例如：这类反应属芳香亲核取代

例如：2、硝基化合物的还原用氯化亚锡作还原剂，可避免醛基的还原：

若用硫化铵（H2S+NH4OH）或是硫氢化钠（NaHS）作还原剂，其特点是用计算量的试剂可以对二硝基化合物选择还原，如果试剂过量，则继续反应：3、腈和酰胺的还原

例如：练习：由甲苯合成1-苯基-2-氨基乙醇：

腈的还原提供了一条从烯烃或卤代烃制备胺的方法。例如：4、还原氨化

醛、酮与胺或氨缩合后，再用催化氢化或氢化试剂，可得到相应的各种胺类化合物。这种制备胺的方法称为还原氨化。例如：

刘卡特（Leuckart）反应：醛、酮在高温下与甲酸铵反应得伯胺。5、霍夫曼降解（Hofmann）：

6、加布瑞尔(Gabriel)合成法（略）用邻苯二甲酰亚胺与卤代烷进行烷基化后，再水解就得到较纯净的伯胺：

7、曼尼希(Mannich)反应：含有α-氢的酮与甲醛及一个胺反应，可以在酮的α-位引入一个胺甲基。这个反应又叫胺甲基化反应：条件：一般在酸中进行反应物：胺一般用仲胺的盐酸盐；甲醛可用三聚甲醛或多聚甲醛应用：可以利用此反应从一个较小的胺制备一个较复杂的胺。

第三节、季铵盐和季铵碱一、季铵盐季铵盐的命名溴化四丁基铵氯化三甲基苄基铵季铵盐的应用：1、常用作阳离子表面活性剂，这些表面活性剂还有杀菌消毒作用；2、常用作相转移催化剂。相转移催化过程：二、季铵碱1、季铵碱的碱性氢氧化四丁基铵这四种物质都是离子型化合物，由于四种离子共存，反应可逆，这表明季铵碱的碱性很强，与NaOH相当。

2、霍夫曼（Hofmann）消除反应当季铵碱中有β氢原子时，则羟基负离子可进攻并夺取β-H，同时C-N键断裂，发生消除反应，生成叔胺、烯烃和水，这个反应叫霍夫曼（Hofmann）消除反应：

霍夫曼规则：主产物是双键上取代较少的烯烃。如：霍夫曼消除反应是按E2机理进行。（略）β-氢的酸性越强，就越易受到氢氧根离子的进攻。-N+R3具有很强的吸电子的能力，使其β-氢在它的作用下酸性增强。在只有烷基而没有其他取代基时，显然，由于烷基的给电子效应，β-位的取代基越多，则酸性越低，氢就越不易离去。所以，形成双键碳上含较少取代基的烯烃

若β碳上连有一些吸电子基团时，如苯基、乙烯基、羰基等时，分析的原理一样，β-氢的酸性越强，越易离去。此时要根据具体情况具体分析。例如：

上面反应得到的产物与霍夫曼规则不同，所以，霍夫曼规则一般只适用于烷基取代基。

霍夫曼消除反应的应用：可用于测定胺的结构。

例如：某胺分子式为C6H13N，制成季铵盐时，只消耗1mol的碘甲烷，经两次霍夫曼消除，生成1,4-戊二烯和三甲胺，则原胺的结构可能为：习题：分子式都为C5H13N的三种胺A、B、C，其彻底甲基化和霍夫曼消除的情况如下，写出A、B、C的结构A、消耗1mol的碘甲烷，并最终生成丙烯；Ｂ、消耗２mol的碘甲烷，并最终生成乙烯和一个叔胺；Ｃ、消耗３mol的碘甲烷，原胺有旋光性。第四节重氮化合物和偶氮化合物都含有-N2-（氮氮重键）。

-N2-的两端都与烃基相连，叫偶氮化合物，-N=N-叫偶氮基；

-N2-的一端与烃基相连，而另一端与非碳（如X等）相连叫重氮化合物，含有重氮基-N+≡N。重氮：偶氮：通式为：

一、芳香重氮盐重氮化反应：1、重氮盐的结构2、取代反应反应机理重氮盐的取代反应的反应机理一般认为是按SN1进行的：

（1）被卤素或氰基取代

在亚铜盐催化下，重氮基被-Cl、-Br或-CN取代的反应称为桑德迈尔（Sandmeyer）反应：盖特曼（Gatterman）反应

被碘取代将重氮盐先制成氟硼酸重氮盐，然后小心加热，使之分解，得到氟代物。此法称席曼（Schiemann）反应。被氟取代：（2）被硝基取代此法可用于那些不能直接用硝化反应制备的多硝基化合物。

（3）被羟基取代（水解反应）a、若用盐酸盐或氢溴酸盐，则由于Cl-或Br-有较强的亲核性，易与芳香正离子结合，产生副产物氯苯或溴苯。b、该反应必须在