广医有机化学课件13含氮化合物

第一节硝基化合物一、结构和物理性质烃分子中的H被硝基（—NO2）取代通式：RNO2或ArNO2命名∵－NO2在优先次序表中排在最后∴只能做取代基CH

－CH－CH3

3－NO2－OH－NO2－NO2－NO2－CH3NO2－－NO2－CH2NO2－－CH3NO2－

－NO2NO2２－硝基丙烷邻硝基苯酚间二硝基苯对硝基甲苯α－硝基萘苯基硝基甲烷2,4,6－三硝基甲苯BACK二、化学反应（芳香族）－－－NO2－SO3H－NO2（一）芳环上的亲电取代反应NO2Br2

,

Fe135-145℃

－Br发烟HNO3,浓H2SO4

NO295℃－NO2发烟H2SO4110℃（二）硝基化合物的还原NO2NH2Sn+HClor

H2+Ni用氯化亚锡作还原剂，可避免醛基的还原：NO2NH2CHOCHOSnCl2HCl还原反应是芳香族硝基化合物最重要的性质，条件不同，则还原的产物也不同在－NO2

酸性还原时，有许多中间体生成，但最终得到苯胺－NO2［H］－NO［H］－NHOH［H］－NH2硝基苯亚硝基苯N－羟基苯胺苯胺－NO在H+介质中：和－NHOH中间产物比－NO2更易还原在OH-介质中：可停留在－所以它们不能分离出来NHOH一步二胺类AminesRNH2R2NHR3NR4N+X-伯胺仲胺叔胺季铵盐(一)

胺的分类和命名+

－

+

－季铵盐相当于NH4

Cl

和NH4

OH

的化合物：伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别：H3CCH3NH2CH3CH3H3C

OHCH3叔丁基胺（伯胺）叔丁基醇（叔醇）CH3CH2NH2(CH3)3N三甲(基)胺H2N

NH21,3-环己二胺乙胺NCH3CH3NCH3CH3H3CNH2N,N-二甲基苯胺N,N,4-三甲基苯胺β-萘胺1、烃基较简单时，以胺为母体，烃基作为取代基，称为某胺。仲胺和叔胺，氮上的取代基前面要以“N”标明。例如：H3C

CCH3HC

CH(CH3)2NH2

NHCH3N(CH3)2CH3CH2CH2CH

CH

CH3CH2NH22，4-二甲基-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、烃基比较复杂时，以烃为母体，氨基作为取代基。例如：二、胺的结构已知：N：1S2，2S2，2P3。胺分子中N原子为不等性SP3杂化，具有棱锥形空间构型。N原子用三个

SP3杂化轨道与三个原子形成三个σ键，一对未共用电子对占据一个SP3杂化轨道，处于棱锥体顶端。二、胺的结构1、氨的结构：2、胺的结构：H3CNHH112.9o105.9oH

C3NCH3H108o107oNHHH苯胺的结构：NHH苯胺结构与胺相似，尽管苯胺分子不是一个平面型分子，但氮原子的孤对电子仍与苯环的大π键电子发生一定程度的互相重叠，形成共轭体系。··

···

·‥NHH苯胺分子中共轭体系示意图：碱性胺与氨一样，分子中氮原子上的未共用电子对能接受质子，因而呈现碱性。胺能与大多数的酸作用生成盐。424NH

+Cl

-NH3

+HClRNH

+HClR

NH

+Cl

-三、化学反应脂肪胺的碱性氨 甲胺 二甲胺 三甲胺pKa

9.24

10.65

10.73

9.78乙胺 二乙胺 三乙胺pKa

10.71

11.0

10.75说明：脂肪胺的碱性比氨强。当烷基相同时，仲胺的碱性最强，伯胺和叔胺次之。影响胺的碱性的主要因素电子效应：碱性的大小排列为:

叔胺

>

仲胺

>伯胺溶剂化效应：+R2

N+

H

OH2RN

H

OH2H

OH2H

OH2H

OH2+R3

N

H

OH2碱性的大小排列为：伯胺>仲胺>叔胺⑶空间效应碱性：伯胺＞仲胺＞叔胺N上的烃基空间位阻越小，碱性越强综合这些因素，当烷基相同时，仲胺的碱性最强，伯胺和叔胺次之。芳香胺的碱性氨苯胺N-甲基苯胺N,N-二甲基苯胺pKa9.244.60

4.855.06pKa苯胺4.60二苯胺1.0三苯胺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。NH2NOONH2NO2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：碱性：间硝基苯胺>对硝基苯胺若苯环上有取代基，其碱性可以归纳为：间甲氧基苯胺对甲氧基苯胺pKa

4.30

5.30NH2CH3CH2NH2NH2NH2NO2NO2①④NO2②

③②

>

①

>③

>④按碱性由强到弱的顺序排列下列化合物伯胺＞仲胺＞叔胺⑴水的溶剂化效应⑵电性效应脂肪叔胺＞仲胺＞伯胺＞NH3

＞芳香胺⑶空间效应伯胺＞仲胺＞叔胺★综合影响碱性结果：季铵碱＞脂肪仲胺＞脂肪伯胺＞脂肪叔胺＞NH3

＞芳香叔胺＞芳香仲胺＞芳香伯胺（二）烃基化胺类化合物中氮原子上有一对未共用电子，它可以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：R

NH2+

R'

XR

NH2

XR'R-NH2+Cl-R'卤代烷的活性为RI>RBr>RCl（三）酰化和磺酰化酰化反应伯胺和仲胺与酰卤或酸酐能发生亲核取代反应得到酰胺，这个反应也叫胺的酰化反应。其反应通式为：RNH2O(RCO)2OR2NHOR

C

ClR

C

Cl(RCO)2OOR

NH

C

R

+

RCOOHOR

NH

C

R

+

HClOR2

N

C

R

+

RCOOHOR2

N

C

R

+

HClOR-NH-C-ROR2N-C-R例如：注意：叔胺因为氮上没有氢原子，不能发生此反应。应用：保护氨基（降低N的亲核性）OH3C

C

ClNH2(CH3CO)2OC2H5NHCH3ONHC

CH3+

CH3CO2HH3C

COCH3NC2H5ONH-C-CH3ONH-C-CH3CH32C

H5例如：如何由苯胺制备对硝基苯胺NH2(CH3CO)2OONHC

CH3HNO3H2SO4ONHC

CH3NO2H3ONH2NO2NH2NHCOCH3(CH3CO)2ONHCOCH3NO2浓H2SO4浓HNO3NO2

Fe+HCl浓H2SO4浓HNO343浓H2SO

浓HNO

?NO2

NH2（弃去邻位产物）NO2NH2H2O,

OH-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：SO2ClNH2+SO2ClH3C(C2H5)2NSO2

NHH3C SO2

N(C2H5)2+

NH(C2H5)2SO2-NH-SO2-N(C2H5)2CH3

鉴别：SO2

NHNaOHNa

SO2

N不溶（白色固体）溶解对乙基苯胺N-乙基苯胺N,N-二乙基苯胺C6H5SO2Cl有有无NaOH溶不溶(四)亚硝化1.伯胺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：NaNO2+HCl0--5℃NH2N2Cl重氮盐注意事项：亚硝酸不稳定，一般用亚硝酸钠与盐酸或硫酸反应产生；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：NaNO2HClHONO++

NaClHONOH+-H2ON

ON

ONH2H2O

N

OHN

NOH-H++H+HN

N

O-H+N

N

OHH+N

N

OH2-H2ON

N脂肪伯胺该反应能定量地放出氮气，所以，可以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。NaNO2+HClR-NH2N2

+烯、醇、卤代烃等混合物2.仲胺(C2H5)2NHH2SO4(C2H5)2N-NOHClNHCH3

NaNO2N

NOCH3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：NaNO2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；有一些N-亚硝基仲胺是

致癌物质（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后形成一个不稳定的盐，遇强碱又重新析出叔胺：HNO2R3NNaOH[R3NH]+

NO2R3N

+

NaNO2

+

H2O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：HClN(CH3)2

NaNO2N(CH3)2ONHClN(CH3)2

NaNO2N(CH3)2H3CNOH3C(H3C)2NN

ON

OH(H3C)2NH+OH桔黄色翠绿色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：例:用化学方法区别下列各组化合物甲胺 二甲胺 三甲胺CH3NH2CH3NHCH3CH3NCH3CH3N2›+CH3OH+H2OH3)N-NO(黄色)+H2O+HNO2(C(CH3)3N

HNO2(五)芳环上的取代1.卤代反应NH2+Br20℃H2OBr

BrN(CH3)2+Br2NO2N(CH3)2NO2BrCH3COOH室温Br2H3OONHCCH3ONHCCH3BrNH2Br－NH2是很强的邻对位定位基NH2Br苯胺的定性定量分析如何制备

对溴苯胺？2.硝化反应3.磺化反应+-20℃NHCCH3ONHCCH3O(CH3CO)2ONH290%HNO3NHCCH3ONO223%NO277%180℃-H2ONH3NH2H2SO4NH3HSO43NHSO

H重排SO3内盐苯胺磺酸对氨基苯磺酸为白色结晶，以内盐形式存在。内盐：同一分子中既含有碱性基团又含有酸性基团，相互自行结合而形成的盐。熔点高、不易溶于水。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：ONHCCH3Cl

SO2OHSO2ClONHCCH3NH3ONHCCH3SO2NH2NH2SO2NH2H3OH2N

SO2NHG4.Friedel

–Crafts反应需要氨基保护，否则产率低。一般为对位产物六、氧化反应芳胺，尤其是芳伯胺极易氧化。如刚蒸馏出来的－NH2是无色的液体，久放变为黄，浅棕，至红棕色，反应复杂。氧化剂不同则产物不同胺的制备一、硝基化合物的还原①是用来制芳香族伯胺的方法，②可用Fe(Sn)+HCl(HAc)还原，还可以催化加氢还原二、氨和胺的烃基化RBr+NH3RNH3Br(RNH2·HBr)与卤代烃反应三、腈和酰胺的还原1.腈催化加氢生成伯胺，或在LiAlH4还原成胺

－CH2CNH2,Ni140℃

－CH2CH2NH2=OR－C－NH2①LiAlH4RCH2NH22.酰胺用LiAlH4还原适合制各种胺四、醛酮的还原胺化=O－C－H+NH3－－CH－NH2OH[H]＝O

+

H2NCH2CH3H2Ni,加P－NHCH2CH3RRCH=O+

NH3H2Ni,加PRRCH－NH2五、霍夫曼酰胺解酰胺与次卤酸钠溶液共热，可减少一个C的伯胺=OR－C－NH2+

NaX+NaOHRNH2

+ Na2CO3

+ NaX

+

H2ONH==CO六、盖布瑞尔合成法OCKOH乙醇CN－K==COOCN－R==COOR－X第三节季铵盐和季铵碱一.季铵盐季铵盐的命名R3N+R-XR4N

XCH2N(CH3)3

Cl(CH3CH2CH2CH2)4N

Br溴化四丁基铵 氯化三甲基苄基铵⑴季铵盐为结晶固体，具有盐的性质，溶于水，不溶于非极性有机溶剂⑵加热时分解为叔胺和卤烷按无机盐的方式季铵盐的应用：1、常用作阳离子表面活性剂，PhCH2Cl

+

NaCN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。TEBA/H2O回流1小时相转移催化过程：PhCH2CN

+

NaCl水相有机相NaCNQ

XNaXRXRCNQ

XQ

CN

+++ Q

CN+二、季铵碱R4NXNaX+R4NOHAgX+R4NX

+

AgOH季铵碱的碱性(CH3CH2CH2CH2)4N

OH氢氧化四丁基铵+

NaOH

R4NOH季铵碱是强碱，碱性与NaOH、KOH相当。具有碱的性质：如易吸潮和溶于水，易吸收空气中的CO2，受热时发生分解反应霍夫曼（Hofmann）消除反应(CH3)4NOH(CH3)3N

+

CH3OH(CH3)3N

CH3

OH

(CH3)3N

+

CH3OH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：OHH

CH

CH2

N(CH3)3

(CH3)3N

+CH3+CH3CH=CH2

H2O霍夫曼规则：主产物是双键上取代较少的烯烃。消除结果与查依采夫规则恰好相反原因：①β－C1上连有烷基(－CH3)，会因为－CH3的空间障碍影响－OH对β－H原子的进攻②β－C1上连的－CH3的供电子诱导效应，使β－

H的酸性相应降低，所以C1上的β－H不易受OH-的进攻CH3CH2CHCH3N(CH3)3OH+

(CH3)3NCH3CH2CH=CH2

+

CH3CH=CHCH395%

5%12季铵碱霍夫曼消除反应的应用——测定胺的结构伯胺仲胺叔胺用碘甲烷分别引入三个甲基两个甲基一个甲基Ag2O季铵盐H2O季铵碱将胺引入－CH3最大可能数目的过程称为彻底甲基化①由引入的甲基可判断出原来的胺属于1°，2

°或3

°胺②根据季胺碱受热分解生成的烯烃结构，可推测原来胺的结构。第四节重氮化合物和偶氮化合物重氮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：R

N

N

RN

NH3C

N

N

CH3偶氮甲烷Ar

NN

X偶氮苯N

NClN

NHSO4氯化重氮苯（重氮苯盐酸盐）硫酸重氮苯（重氮苯硫酸盐）通式为：一、芳香重氮盐重氮化反应：重氮盐的结构NaNO2+HCl0--5℃NH2N2ClNN失去一个电子取代反应+GG(2)放氮反应N2+N

N(1)催化剂(一)被卤素或氰基取代重氮盐在亚铜盐催化下，重氮基被-Cl、-Br或-CN取代的反应称为桑德迈尔（Sandmeyer）反应：N2ClCH3CuCl/HClClN2+N2ClCH3CNN2+CH3

CuCN/KCNCH3由于在苯环上直接引入－CN较难，所以这是个在苯环上引入－CN的好方法盖特曼（Gatterman）反应被碘取代CuCH3NH2

N2BrCH3BrHBrNaNO2N2+CH347%N2HSO4IN2+KI铜粉取代亚酮盐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。此法称希曼（Schiemann）反应。N2ClN2+CH3CH3N2BF4

FCH3HBF4被氟取代：(二)被硝基、磺酸基和硫氰基取代NaNO2CuNH2N2BF4N2+NO2HBF4NO2NO2NaNO2NO2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。(三)被羟基取代（水解反应）N2HSO4OHN2NH22NO2NaNONO2H2SO4H2O+NO2说明：一般用重氮硫酸盐若用4离子结合；HSO

-亲核性较弱在合成上的应用：将苯环上－NH2通过重氮化反应变成－OH来制备酚类+

-－N2Cl

由于卤素有较强的