第15章含氮有機(jī)的化合物

1、遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)第十五章含氮有機(jī)化合物學(xué)習(xí)要求1. 掌握芳香族硝基化合物的制法，性質(zhì)。理解硝基對(duì)苯 環(huán)鄰對(duì)位取代基（X、OH）性質(zhì)的影響。2. 掌握胺的分類、命名和制法。3. 熟練掌握胺的性質(zhì)及胺的堿性強(qiáng)弱次序，理解影響胺 的堿性強(qiáng)弱的因素。4. 掌握區(qū)別伯、仲、叔胺的方法及氨基保護(hù)在有機(jī)合成 中的應(yīng)用。5. 掌握重氮鹽的反應(yīng)和偶聯(lián)反應(yīng)在有機(jī)合成中的應(yīng)用。6. 了解季銨鹽、季銨堿的性質(zhì)和應(yīng)用，初步了解偶氮染 料。7. 學(xué)習(xí)、掌握重要的分子重排反應(yīng)。分子中含有C-N鍵的有機(jī)化合物稱為含氮有機(jī)化合 物。含氮有機(jī)化合物種類很多，本章簡(jiǎn)單討論硝基化合物, 重點(diǎn)討論胺、重氮鹽

2、和分子重排反應(yīng)。遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)§ 15.1硝基化合物一、硝基化合物的分類、命名和結(jié)構(gòu)1. 分類（略）2. 命名（與鹵代烴相次似）3. 硝基的結(jié)構(gòu)一般表示為 -n二（由一個(gè)N=0和一個(gè)N-0配位鍵 組成）物理測(cè)試表明，兩個(gè)N0鍵鍵長(zhǎng)相等，這說(shuō)明硝 基為一 P-n共軛體系（N原子是以sp2雜化成鍵的，其結(jié)R構(gòu)表示如下:R-N00二、硝基化合物的性質(zhì)1. 物理性質(zhì)2. 脂肪族硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)（1） 還原硝基化合物可在酸性還原系統(tǒng)中（Fe、Zn、Sn和鹽酸）或催化氫化為胺。（2）酸性遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)硝基為強(qiáng)吸電子基，能活潑 a -

3、 H，所以有a - H的硝基化合物能產(chǎn)生假酸式-酸式互變異構(gòu)，從而具有一定的酸 性。例如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷的pKa值分別為:10.2、8.5、7.8 。律O .+”0H NaOH |R-CH2-N一 R-CH=N、 R-CH=N、_ Na0 一0 一O假酸式（主）酸式（較少）（3）與羰基化合物縮合有a - H的硝基化合物在堿性條件下能與某些羰基化合物起縮合反應(yīng)RCH2-NO2 +R，_COH HIR'_C _C_NO2 H R'(R“ )-H2OiR'CC- NO2 H R'(R“ )其縮合過(guò)程是：硝基烷在堿的作用下脫去a - H形成碳負(fù)離子，碳負(fù)離子

4、再與羰基化合物發(fā)生縮合反應(yīng)(4) 與亞硝酸的反應(yīng)NaOHMCH2-NO2 + HONO R-CHNO2 R-CNO2 Na*厶INONO藍(lán)色結(jié)晶溶于NaOH呈紅色溶液NaOHr2-CHno2 + HONO R2C NO2 不溶于 NaOH 藍(lán)色不變NO藍(lán)色結(jié)晶第三硝基烷與亞硝酸不起反應(yīng)。此性質(zhì)可用于區(qū)別三類硝基化合物。遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)3. 芳香族硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)（1）還原反應(yīng)硝基苯在酸性條件下用Zn或Fe為還原劑還原，其最終產(chǎn)物是伯胺。Fe or ZnHCI若選用適當(dāng)?shù)倪€原劑，可使硝基苯還原成各種不同 的中間還原產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物又在一定的條件下互相轉(zhuǎn) 化。（2

5、）硝基對(duì)苯環(huán)上其它基團(tuán)的影響硝基同苯環(huán)相連后，對(duì)苯環(huán)呈現(xiàn)出強(qiáng)的吸電子誘 導(dǎo)效應(yīng)和吸電子共軛效應(yīng)，使苯環(huán)上的電子云密度大為降 低，親電取代反應(yīng)變得困難，但硝基可使鄰位基團(tuán)的反應(yīng)活性（親核取代）增加。1 °使鹵苯易水解、氨解、烷基化例如:Cl 10% Na0H OH400 C 32MPaClI、NO2 NaHCO3 溶液130 CONaNO2HOHNO 2N02Clno2NaHC03溶液100 CN02ONaNO 2 HN02OHNO 2遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)鹵素直接連接在苯環(huán)上很難被氨基、烷氧基取代，當(dāng)苯環(huán)上有硝基存在時(shí),則鹵代苯的氨化、烷基化在沒(méi)有催化劑條件下即

6、可發(fā)生2°使酚的酸性增強(qiáng)OHOHOH1NO2 O2N-I-NO2VNO2NO2NO27.154.090.38三、硝基化合物的制備1. 鹵代烴與亞硝酸鹽反應(yīng)2. 芳烴的硝化。遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)§ 15 2 胺一、胺的分類和命名1.分類ArNH2 芳，Ar2NH 胺 ArNHR、ArNR2R-NH2R2NHNH 3 R3N + _R4NX -R4N0H伯胺（1。胺）仲胺（2。胺）叔胺（3°胺）*季銨鹽季銨堿匕日方安一二心 二-二 _心2.命名簡(jiǎn)單胺的命名是在烴基名稱后加胺字，稱為某胺。復(fù) 雜結(jié)構(gòu)的胺是將氨基和烷基作為取代基來(lái)命名。季銨鹽或 季

7、銨堿的命名是將其看作銨的衍生物來(lái)命名。、胺的結(jié)構(gòu)胺分子中，N原子是以不等性sp3雜化成鍵的，其構(gòu)型成棱錐形故N原子上連有四個(gè)不同基團(tuán)的化合物存在著對(duì)映 體，可以分離出左旋體和右旋體。三、胺的性質(zhì)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)1胺的化學(xué)性質(zhì)1.堿性胺和氨相似，具有堿性，能與大多數(shù)酸作用成鹽。R-NH2 + HCI R-Nh3C*十 _RNH2 + H0S6H RNH3 0S03H胺的堿性較弱，其鹽與氫氧化鈉溶液作用時(shí)，釋放出游離胺+ _R-NH 3CI+ NaOHRNH 2 + CI _ + H 20胺的堿性強(qiáng)弱，可用K.或pK.表示:RNH2 + H204rNh3+ 0H-KbR

8、NH3【OH丨 RNH2IpKb = " logKb堿性:脂肪胺 > 氨芳香胺pKb< 4.704.75>8.40脂肪胺在氣態(tài)時(shí)堿性為：(CH3)3N > (CH3)2NH > CH3NH2 > NH(CH3)2NH > CH3NH2 > (CH3)3N > NH3原因：氣態(tài)時(shí)，僅有烷基的供電子效應(yīng)，烷基越多， 供電子效應(yīng)越大，故堿性次序如上。在水溶液中，堿性的 強(qiáng)弱決定于電子效應(yīng)、溶劑化效應(yīng)等。溶劑化效應(yīng)一一銨正離子與水的溶劑化作用(胺的氮原子上的氫與水形成 氫鍵的作用)。胺的氮原子上的氫越多，溶劑化作用越大,遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林

9、學(xué)院講稿銨正離子越穩(wěn)定，胺的堿性越強(qiáng)。H-0H2RNlH"OH2H -OH?+ ”H-0H2R2N1.H-0H2R3_N_h、OH芳胺的堿性 ArNH2 > AdNH > AqN例如：NH3 PhNH2 (Ph)2NH (PhNpKb 4.759.3813.21 中性對(duì)取代芳胺，苯環(huán)上連供電子基時(shí)，堿性略有增強(qiáng)；連有吸電子基時(shí)，堿性則降低。3. 烴基化反應(yīng)胺作為親核試劑與鹵代烴發(fā)生取代反應(yīng)，生成仲胺、叔胺和季銨鹽。此反應(yīng)可用于工業(yè)上生產(chǎn)胺類。但往往得 到的是混合物。4. ?；磻?yīng)和磺?；磻?yīng)(1)?；磻?yīng)伯胺、仲胺易與酰氯或酸酐等?；瘎┳饔蒙甚０?。R'CO

10、CIor (R'CO) 2ORNHCOR'R'COClRNH2(Ar)NHCH3 CH仝CNCOch3CH3R'COClr3n(Ar)3N or (R'CO) 2O遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)酰胺是具有一定熔點(diǎn)的固體，在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的水溶液 中加熱易水解生成酰胺。因此，此反應(yīng)在有機(jī)合成上常用 來(lái)保護(hù)氨基。（先把芳胺酰化，把氨基保護(hù)起來(lái)，再進(jìn)行 其他反應(yīng)，然后使酰胺水解再變?yōu)榘罚?。?）磺酰化反應(yīng)（興斯堡Hinsberg反應(yīng)）胺與磺?；噭┓磻?yīng)生成磺酰胺的反應(yīng)叫做磺酰 化反應(yīng)。常用的磺?；噭┦潜交酋Ｂ群蛯?duì)甲基苯磺酰氯rnh2R2NH >

11、;R3N 苯磺酰氯對(duì)甲基苯磺酰氯（T sCl ）S02CIS02NHR白色固體SO2NR2白色固體無(wú)反應(yīng)Na0H 0SO2N-RNa +Na°H .溶于堿不溶于堿，仍為固體興斯堡反應(yīng)可用于鑒別、分離純化伯、仲、叔胺余物餾液（叔胺）5.與亞硝酸反應(yīng)HCI過(guò)濾 濾液一 沉淀竺亞硝酸（HNO）不穩(wěn)定，反應(yīng)時(shí)由亞硝酸鈉與鹽酸或硫酸作用而得。脂肪胺與HNO勺反應(yīng)伯胺與亞硝酸的反應(yīng)：遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿rch2ch2nh2NaNO 2 + HCl低溫課程名稱：有機(jī)化學(xué)'分解RCH2CH2N2CIRCH2CH2 + N2 + Cl重氮鹽生成的碳正離子可以發(fā)生各種不同的反應(yīng)生成烯烴、醇

12、和鹵代烴例如:所以，伯胺與亞硝酸的反應(yīng)在有機(jī)合成上用途不大。仲胺與HNO反應(yīng)，生成黃色油狀或固體的 N-亞硝基化合物。R .、 NaNO 2 + HCl R rnhrN-N=O + H2ON-亞硝基胺（黃色油狀物）叔胺在同樣條件下，與HNO不發(fā)生類似的反應(yīng)。因而, 胺與亞硝酸的反應(yīng)可以區(qū)別伯、仲、叔胺。芳胺與亞硝酸的反應(yīng)：NH2NaNO 2 + HCI0 - 5 °C十N2 CI+ 2H2O + NaCI氯化重氮苯（重氮鹽）不穩(wěn)定（故要在低溫下反應(yīng)）遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)此反應(yīng)稱為重氮化反應(yīng)。芳香族仲胺與亞硝酸反應(yīng)，生成棕色油狀和黃色固體的亞硝基胺。芳香族叔胺與

13、亞硝 酸反應(yīng)，亞硝基上到苯環(huán)，生成對(duì)亞硝基胺。芳胺與亞硝 酸的反應(yīng)也可用來(lái)區(qū)別芳香族伯、仲、叔胺。6.氧化反應(yīng)胺容易氧化，用不同的氧化劑可以得到不同的氧化產(chǎn)物。叔胺的氧化最有意義。ICH2N（CH3）2 "6- I I ch2N（CH3）2N,N-二甲基環(huán)己基甲胺N氧化物具有B -氫的氧化叔胺加熱時(shí)發(fā)生消除反應(yīng)，產(chǎn)生 烯烴。H O"ICH2N(CH 3)2160 °C98%CH 2+ (CH 3)2OH例如:CH3O H0N(CH 3)2H3C、CH?/C=C、C6H5h96%H3C、_ HC6H5CH 30.1%此反應(yīng)稱為科普（Cope）消除反應(yīng)?？破眨–ope

14、）消除反應(yīng)是一種立體選擇性很高的順式（同側(cè)）消除反應(yīng) 反應(yīng)是通過(guò)形成平面五元環(huán)的過(guò)程完成的。O160 CN(CH 3)2:HCH2遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)四、季銨鹽和季銨堿(一)季銨鹽1.制法R3N + R' Xa R3NR' X2.主要用途1 °表面活性劑、抗靜電劑、柔軟劑、殺菌劑2°動(dòng)植物激素如:CICH2CH2MCH 3)3CI矮壯素乙酰膽堿CH2OI十JrCH 3N CH 2CH2OCCH 3 OHCH3人體神經(jīng)刺激傳導(dǎo)中的重要物質(zhì) 與神經(jīng)分裂癥的神經(jīng)紊亂有關(guān)3°有機(jī)合成中的相轉(zhuǎn)移催化劑。(二)季銨堿1. 制法H2OR4

15、NCI + Ag 2OR4N OH + AgBr2. 性質(zhì)(1) 強(qiáng)堿性，其堿性與NaOH相近。易潮解，易溶于水。(2) 化學(xué)特性反應(yīng)一一加熱分解反應(yīng)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)烴基上無(wú)B -H的季銨堿在加熱下分解生成叔胺和醇。例如：4-(CH3)4N OH - :(CH3)3N + CH 3OHB -碳上有氫原子時(shí)，加熱分解生成叔胺、烯烴和水。例如：(CH3)3-N-CH 2CH2CH3 | OK(CH3)3N + CH 3CH=CH 2 + H 2O消除反應(yīng)的取向霍夫曼(Hofma nn)規(guī)則季銨堿加熱分解時(shí)，主要生成Hofmann烯(雙鍵上烷基取代基最少的烯烴)CH3-C

16、H2-CH-CH3I+ N(CH3)3OHCH3CH2CH=CH 295%+ CH3CH=CHCH 3 + (CH 3)3N5%+/CH2CH3_ 厶(CH3)2-NOH°- CH2=CH2 + CH3CH=CH2 + (CH3)3NC3H7-nCH2CH2CH398%2%這種反應(yīng)稱為霍夫曼徹底甲基化或霍夫曼降解。導(dǎo)致Hofmann消除的原因：(1) B -H的酸性季銨堿的熱分解是按 E2歷程進(jìn)行的，由于氮原子帶 正電荷，它的誘導(dǎo)效應(yīng)影響到B -碳原子，使B -氫原子的 酸性增加，容易受到堿性試劑的進(jìn)攻。如果B -碳原子上連有供電子基團(tuán)，則可降低B -氫原子的酸性，B -氫原子 也就不易被堿性試劑進(jìn)攻。遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院講稿課程名稱：有機(jī)化學(xué)(2)立體因素季銨堿熱分解時(shí)，要求被消除的氫和氮基團(tuán)在同一平 面上，且處與對(duì)位交叉。能形成對(duì)位交叉式的氫越多，且 與氮基團(tuán)處于鄰位交叉的基團(tuán)的體積小。 有利于消除反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)(3 -碳上連有苯基、乙烯基、羰基、氰基等吸電子基團(tuán)時(shí)，霍夫曼規(guī)則不適用。例如:十CH2CH2 N CH2CH2OH/ CH3 CH 3冷 一 CH=CH2 + CH2=CH294%6%霍夫曼消除反應(yīng)的應(yīng)用一一測(cè)定胺的結(jié)構(gòu)CH3HRCH2CH2-N-CH3 OH"CH3例