中国药科大学有机化学课件—第十二章-有机含氮化合物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,N,O,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,sp,2,杂化成键的，其结构表示如下：,（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,（）增强甲基的活性,苯环上甲基的邻对位均有硝基时,在催化下能与苯甲醛,发生缩合反应.,、还原反应,硝基化合物可在酸性还原系统中（,Fe、Zn,和盐酸）或催化氢化为胺。,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)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-pentanaime,N,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,C,H,3,N,H,2,N,H,3,C,C,H,3,C,2,H,5,m,e,t,h,y,l,a,m,i,n,e,N,-,e,t,h,y,l,-,N,4,-,d,i,e,t,h,y,l,b,e,n,z,e,n,a,m,i,n,e,2,5-双(三氟甲基)苯胺,3、胺盐和四级铵化合物的命名：,甲胺盐酸盐 乙胺醋酸盐,Tetraethylammonium bromide,Tetraethylammonium hydrooxide,溴化四乙铵 氢氧化四乙铵,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。,（1）氨和胺中的,N,是不等性的,sp,3,杂化，未共用电子对占据一个,sp,3,杂化轨道。,（2）随着,N,上连接基团的不同，键角大小会有改变。,1、结构,（三）胺的化学反应,E,=25.104,k,J/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,p,K,b,；,其共轭酸的,p,K,a,；,形成铵正离子的稳定性。,（3）影响碱性强弱的因素：,电子效应：3,o,胺 2,o,胺 1,o,胺,空间效应：1,o,胺 2,o,胺 3,o,胺,溶剂化效应：,NH,3,1,o,胺 2,o,胺 3,o,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,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。,CH,3,COO,-+,NH,3,R,RNH,2,+CH,3,COOH,2、烃基化,S,N,2,RNH,2,+HX,RNH,3,X,-,+,OH,-,RNH,2,+H,2,O +X,-,NH,3,RNH,2,+NH,4,X,-,R,4,NX,-,RX +NH,3,RNH,2,R,2,NH,R,3,N,OH,-,OH,-,OH,-,RX,RX,RX,+,+,RX +2mol NH,3,+,RNH,2,R,2,NH,R,3,N,R,4,NX,-,+,-,NH,4,X,-,RX,NH,3,-,NH,4,X,-,RX,RX,NH,3,-,NH,4,X,-,RI RBr RCl RF,1RX 2RX,3RX,以消除为主。,RX,3、胺的酰化和磺酰化,酰基胺盐（不能析离）,NH,3,R,2,NH,（1）胺的酰化,氢氧化钠,或吡啶,放热反应，产物酰胺均为固体。,3,o,胺 +磺酰氯,（2）磺酰化-兴斯堡反应,反应现象分析：,1,o,胺 +磺酰氯,沉淀溶解,沉淀,NaOH,H,+,2,o,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：1,o,2,o,3,o,胺与磺酰氯的反应称为兴斯堡反应。,RNH,2,+,NaOH-H,2,O,NaOH,H,+,R,2,NH,+,NaOH-H,2,O,+,NaCl,R,3,N+,NaOH-H,2,O,R,3,N+,R,3,NH,+,H,+,-,OH,磺酰胺的水解速率比酰胺慢得多。,兴斯堡反应的反应式,RI,-,OH,R,3,N,+,4、胺与亚硝酸的反应,（1）脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应,3,o,胺,分类,1,o,胺,2,o,胺,脂肪胺与亚硝酸的反应,芳香胺与亚硝酸的反应,RNH,2,NaNO,2,HCl,R-N,NCl,-,-,N,2,R,+,醇、烯、卤代烃等的混合物,ArNH,2,NaNO,2,HCl,0-5,o,C,0-5,o,C,Ar-N,NCl,-,+,+,发生取代反应制备,ArX,ArCN,ArOH,ArSH,ArH,Ar-Ar,R,2,NH,NaNO,2,HCl,R,2,N,-N=O,SnCl,2,HCl,R,2,NH,与脂肪胺类似,N,-,亚硝基二级胺,黄色油状物或固体,R,3,N+HNO,2,R,3,NH,+,NO,2,-,OH,-,1,o,胺放出气体。2,o,胺出现黄色油状物。3,o,胺发生成盐反应，无特殊现象。,1,o,胺放出气体。2,o,胺出现黄色油状物。3,o,胺出现绿色晶体。,1,o,胺与,HNO,2,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,NaNO,2,+HCl,or NaNO,2,+H,2,SO,4,）,用量大于 1,mol,反应机理,互变异构,2,o,胺与,HNO,2,反应的反应机理,3,o,胺与,HNO,2,反应的反应机理,R,3,N+HNO,2,R,3,NH,+,NO,2,-,pH,大于3,脂肪族伯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,CS,2,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，,S,N,2,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 5.,99%,1%,+,符合霍夫曼规则,优势构象,eg 6.,(,CH,3,),3,CCH=CH,2,+(CH,3,),3,N,(,CH,3,),3,CCH,2,CH,2,N(CH,3,),2,+CH,3,OH,20%,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,ArN,2,SO,4,H,较好）,制备酚类时的副反应,机理：,例如:制备间硝基苯酚,（3）被,H,取代（去氨基化反应）,与,H,3,PO,2,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。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3040,0,C,则发生重排，生成4氨基偶氮苯：,（二）偶氮化合物,N,原子是以,sp,2,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：,CH,2,N,2,共振式：,3原子4电子的大,键,sp,sp,2,sp,电负性：,C（2.6）N（3.0）,CH,2,N,2,二、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,-,甲基-,N,-,亚硝基对甲苯磺酰胺的碱性分解,三、重氮甲烷的反应,1、,与酸性物质的反应,R-OH +CH,2,N,2,R-OH +CH,2,N,2,HBF,4,R-OCH,3,eg 1,eg 3,eg 2,eg 4,S,N,2,2、与醛、酮的反应,普通酮主要生成环氧化合物，,醛与环酮以重排产物为主，重排时，基团的迁移能力是：,HCH,3,RCH,2,R,2,CHR,3,C,eg 2,eg 1,+,反应机理,3、,制备卡宾（光照分解）,反应机理：,其它重氮化合物也可以制成相应的卡宾。,CH,2,N,2,h,R,2,CN,2,h,