第十三章含氮化合物

第十三章含氮化合物

1．掌握硝基化合物及胺的分類、命名法和結構。

2．硝基化合物及胺制法。3．掌握硝基化合物及胺的化學性質(zhì)：堿性（結構和溶劑化效應），胺的鑒別，季銨鹽的性質(zhì)及霍夫曼規(guī)則。

4．理解分子重排反應的機理。

5．了解硝基化合物及胺的重要代表物。6．了解相轉移原理作為有機合成新方法的原因。7.了解表面活性劑。學習要求R—NO2

硝基化合物R—ONO亞硝酸（同分異構體）R—NH2

胺R—ON2硝酸酯R—CN腈R—+N三NX—

重氮化合物RN=N—R’偶氮化合物含氮化合物一、硝基化合物的分類、結構和命名：烴分子中的氫原子為硝基取代的衍生物為硝基化合物根據(jù)烴的不同分類為：脂肪族硝基化合物

R—NO2芳香族硝基化合物ArNO2命名:硝基總是取代基，以相應烴為母體。第一節(jié)硝基化合物兩個N—O鍵等長不能反應其真正的結構硝基為一P-π共軛體系，N原子是以sp2雜化成鍵RNOORNOOdd二、制備方法：1、烷烴的硝化：

CH3CH2CH3HONO2400

CCH3CH2CH2NO2CH3CHCH3NO2CH3CH2NO2CH3NO2混合結構2、硝基對鹵代烴的取代反應3、芳烴的硝化+

HONO2濃H2SO450~60CNO2+H2OONOdd+

RCH2XRCH2NO2N取代付氏反應:ddNOO+

RCH2XRCH2ONOO取代硝基化合物亞硝基化合物

三、化學性質(zhì)：

1、脂肪族硝基化合物

還原反應：RNO23H2/NiRNH2

+

H2Oα—活性H反應（1）、與堿作用生成鹽

（2）、與羰基化合縮合：RCH2NOORCHNOHONaOHRCHNOO

Na+CH3NO2CH2NO2+

RCOR'H2ORCOHR'(H)CH2NO22.芳香族硝基化合物

重要的化工原料多硝基化合物——炸藥性質(zhì)分析：硝基可被還原苯環(huán)鈍化，缺電子性，親電取代較慢或難進行可與親核試劑反應不同的還原條件可以得到一系列的中間體還原產(chǎn)物（1）硝基的還原NO2NaAsO3NNOFe,NaOHNNZn+NaOHNHNHFe,HClZn

,H2ONOZn

+NH4ClNHOHNH2Fe,or

Sn+HClFe,or

Sn+

HCl（2）芳環(huán)上的親核取代反應I——加成－消除機理一般條件下芳環(huán)上的親核取代較難發(fā)生例：為什么？SN2過程C(sp2)－Cl不易斷裂無法翻轉SN1過程含硝基芳香鹵代物的取代鄰或?qū)ξ幌趸纱龠M取代進行硝基數(shù)目多，取代更加容易取代反應的機理——加成－消除機理實驗證據(jù)：i.動力學證據(jù)：雙分子反應ii.NO2在間位時反應難發(fā)生iii.X為Cl,Br,I時反應的速率接近iv.X=F時反應速率較快v.鄰對位硝基增加，反應更加容易加成消除慢快Meisenheimer絡合物問題：用酸處理Meisenheimer絡合物將得到什么產(chǎn)物？

Meisenheimer絡合物——加成－消除機理的證據(jù)（1902年）硝基芳香鹵代烴的親核取代舉例

芳環(huán)上的其它基團作為離去基取代甲氧基取代硝基其它底物的類似取代反應各類吸電子基對反應速率的促進作用比較：W:吸電子基例：為什么不取代其它Cl?思考題：那個Br被取代？為什么？芳環(huán)上的親核取代在合成上應用舉例例：合成路線：如何制備？苯環(huán)上不能直接引入OR思考題以下反應被用來制備仲胺，其中涉及到芳環(huán)上的親電取代和親核取代反應，請指出各步的反應類型，并寫出后兩步的機理。（3）芳環(huán)上的親核取代反應II——苯炔機理一般性親核能力的親核試劑在常溫常壓不反應兩種不同的反應情況強親核試劑較易進行取代。通過什么機理？苯炔機理（消除－加成機理）苯炔(Benzyne)

苯炔的結構苯炔的性質(zhì)：活潑、易反應（不能分離、可捕獲）p鍵(sp2-sp2)未參與環(huán)的共振sp2sp2苯炔機理的實驗證據(jù)：如果通過其它機理，產(chǎn)物可能有什么不同？(i)環(huán)上有標記時生成兩種產(chǎn)物較快較慢(ii)同位素效應說明機理中可能有奪氫步驟(iii)離去基團X的鄰位無a氫時，反應不發(fā)生取代反應速率:同位素效應NoReaction(iv)環(huán)上有強吸電子基時，產(chǎn)物單一未生成苯炔機理的解釋不穩(wěn)定較穩(wěn)定說明了什么？通過其它方法產(chǎn)生苯炔苯炔的主要反應Diels-Alder反應親核加成反應二聚思考題：以下一些反應產(chǎn)物的形成可能通過苯炔中間體，試寫出這些反應的機理。(1)(2)(3)（通過正向和逆向的Diels-Alder反應）烯胺思考題參考答案(1)(2)(3)烯胺第二節(jié)胺類化合物（Amine)伯胺（一級胺）仲胺（二級胺）叔胺（三級胺）R=烷基：脂肪胺芳基：芳香胺季銨鹽（四級銨鹽）類型一、胺類化合物的分類、命名和結構胺類化合物的命名乙胺二乙胺三乙胺甲基乙基環(huán)丙胺苯胺N,N-二甲基苯胺N,4-二甲基苯胺氨基吡啶乙二胺g-氨基丁酸2-甲氨基庚烷胺類化合物的結構脂肪胺N原子一般為sp3雜化手性中心手性中心手性中心轉180o對映關系，但無手性快速翻轉手性胺或手性季銨鹽二.胺類化合物的制備方法脂肪族伯胺的制備氨的烷基化（鹵代烷的取代，SN2機理）

有多取代產(chǎn)物，分離有難度

2o或3oR－X可能有消除產(chǎn)物過量副反應腈、酰胺、肟、腙的還原肟腙醛酮的還原氨化為什么要NH3過量？（過量）

Gabriel伯胺合成法鄰苯二甲酰亞胺（肼解）或水解對甲苯磺酸酯SN2機理例:Gabriel伯胺合成法應用構型翻轉構型保持構型翻轉構型再次翻轉構型翻轉合成分析手性醇合成路線酰胺的Hofmann降解（Hofmann重排）Hofmann降解比原料少一個碳Hofmann降解機理Nitrene(6電子體系)Carbene的N類似物缺電子中心Hofmann降解的立體化學R*遷移過程——同面遷移問題：請舉出幾個有類似立體化學的重排反應。遷移基團的構型保持脂肪族仲胺的制備（一些方法與伯胺的制備類似）伯胺的烷基化（鹵代烷的取代）此方法在合成上的主要問題是什么？醛酮的還原胺化（亞胺的還原）

N-取代酰胺的還原通過烯胺的還原脂肪族叔胺的制備仲胺的烷基化胺的取代基位阻較小，產(chǎn)率較高。烯胺芳香胺的制備硝基的還原芳香族鹵代物的取代苯炔機理加成-消除機理酰胺的Hofmann降解例：制備芳香伯胺胺類化合物的性質(zhì)結構分析有堿性有親核性可被氧化劑氧化有未共用電子對有活潑氫可被強堿奪取可被氧化劑氧化胺類化合物的堿性給電子基使N堿性增強溶劑化作用，位阻作用氣相中：液相中：脂肪胺與芳香胺的堿性比較

氮上一對未成隊的電子仍處于SP3軌道，但該軌道具有多P成分，雖與芳環(huán)上P軌道不完全平衡但可側面交疊，P—π共軛?！曹椀慕Y果：C—N鍵縮短（1.40A比正常1.47A短）。電子云向環(huán)上共軛轉移：N原子的堿性和親核性都大大降低；芳環(huán)上的親電取代活性增，（特別是O，P位。）p—π共軛的證據(jù)μ＝2.9Dμ＝4.3Dμ＝1.3DCF3CF3NH2NH2

推測一些常見的胺的pKb值：

化合物pKb(25℃)化合物pKb(25℃)

NH34.75C2H5NH23.36CH3NH23.38(C2H5)2NH3.06(CH3)2NH3.27(C2H5)3N3.25(CH3)3N4.2113.89.48.014.3NH2NH2CH3NH2NH2NO2

從電子效應看：R基給電子，使N上的電子云更集中，孤對電子接受H+的能力增強，堿性順序應是：R3N>R2NH>RNH2>NH3，（在氣相中測定或非質(zhì)子性溶劑中（如CHCl3,CH３CN,ph—Cl等）測定確按此順序）

從溶劑效應和空間位阻效應看：N上取代基多少，與H2O形成氫鍵少，與H+結合形成銨離子后，溶劑化穩(wěn)定作用弱，堿性減弱。N上的取代基多了，空間障礙就不利于N接受H+——堿性減弱。具體的胺的堿性是這兩種相反因素協(xié)同作用的結果，一級胺與三級胺哪個堿性強，要看是什么烴基，不同的烴基得出的次序可能不同。芳胺的堿性較弱，主要是P—π共軛，N上電子云向苯環(huán)轉移，N原子與質(zhì)子結合能力降低。酸性：

伯、仲胺中N—H鍵可電離，

酸性很弱。例如（C2H5）2NH，pKa=36當N上H被吸電子基團取代，如：

，酸性大增！R2NHR2N--

+

H+i-pr

2NH

+

n-C4H9Lii-pr

2NLi

+

n-C4H10pKa

~10

LD

~50THFRCOCH3CNHC6H5O+

BuONapKa

17.6CH3CNC6H5ONa+NHOO+

KOHN

--

K

+OOpKa

8胺類化合物的親核性（胺作為親核試劑）與鹵代烴的親核取代反應（胺的烷基化）季銨鹽與醛酮的親核加成反應1o胺2o胺3o胺亞胺烯胺與羧酸衍生物的親核取代反應1oor2o胺3o胺叔胺——有機堿DIEA（二異丙基乙胺）弱親核性堿RNH2

+

ArCOClNaOHRNHCArOR'2NH

+

RCClOR'NCROR'N除了RCClO

,(RC)2OOCH3SO2Cl也是常用的酰化試劑tBuOCClOphCH2OCClO多肽合成中常用NH2保護基,可催化加氫除去與a,b-不飽和羰基化合物的共軛加成反應（Michael加成）胺與磺酰氯的反應性質(zhì)類似酰氯比酰氯穩(wěn)定（在水中有一定的穩(wěn)定性）磺酰氯:磺酰氯磺酰胺磺酸酯磺酰胺的性質(zhì)活潑氫Hinsberg試驗——早期用于鑒定胺的類型磺胺類抗菌素S.N.,對氨基苯磺酰胺S.G.,磺胺胍，治腸炎S.M.Z.,治呼吸道、泌尿、腸道感染S.D.,磺胺嘧啶S.I.Z.,磺胺異惡唑磺胺類藥物的合成(氯磺酸)胺的氧化

伯胺和仲胺的氧化

叔胺與H2O2的氧化有手性的胺氧化物胺氧化合物（氧化胺）產(chǎn)物一般較為復雜，合成上意義不大產(chǎn)物較為單一仲胺與烷基鋰的反應例：LDA的制備弱親核性強堿（大體積）有弱酸性復習：胺類化合物的性質(zhì)（I）4.胺類化合物與HNO2的反應（1）脂肪胺與HNO2的反應早期有機分析中用作區(qū)分胺的類型油狀物溶于水伯胺與HNO2

的反應的機理機理經(jīng)過碳正離子碳正離子機理的實驗證據(jù)重排產(chǎn)物鄰氨基醇的亞硝酸重排類似Pinacol重排鄰氨基醇的亞硝酸重排在合成上應用環(huán)酮的擴環(huán)例：（2）芳香胺與HNO2的反應早期有機分析中用作區(qū)分芳香胺的類型四、季銨鹽及其在合成中的應用季銨鹽有鹽類的特性：固體，熔點高，易溶于水季銨鹽季銨鹽與普通銨鹽不同季銨鹽的應用

用作陽離子型表面活性劑，降低表面張力（如：洗滌劑、乳化劑、懸浮劑、起泡劑、分散劑等）親水部分親油部分合成上用作相轉移催化劑（PTC,phasetransfercatalyst）例：一些帶有長鏈烷基的季銨鹽相轉移催化劑（PTC）的應用舉例有機相水相水相五、季銨堿和Hofmann消除季銨堿的形成季銨堿：強堿，堿性類似于NaOH、KOH季銨堿季銨堿的反應——Hofmann消除反應（重要）b－消除

Hofmann消除的取向消除時主要生成取代基少的烯烴——Hofmann取向比較：鹵代烷的消除取向——Zaitsev

取向有兩個b氫

Hofmann消除例子另一對產(chǎn)物是什么？還有什么產(chǎn)物？不同基團的消除選擇

Hofmann消除取向的解釋（i）從反應機理及過渡態(tài)的穩(wěn)定性分析C－H鍵變化較大C－N鍵變化較小雙分子消除機理，但與E2機理有別。過渡態(tài)接近碳負離子（ii）從b-氫的酸性的差別分析（iii）從位阻的差別分析位阻較小位阻較大有利不利酸性較弱酸性較強

Hofmann消除在合成上的應用——合成少取代的烯烴例：合成合成路線：徹底甲基化

Hofmann消除在早期有機結構分析上的應用例：用化學方法區(qū)分化合物和不符合Hofmann消除取向的例子b-位有不飽和基團，反應可能不遵守Hofmann取向。六元環(huán)上消除時，一般遵守Zaitsev取向。思考題環(huán)辛四烯曾通過化合物1的徹底甲基化及Hofmann消除等步驟確證，試寫出具體的步驟。六、胺氧化物（氧化胺）的消除——Cope消除胺氧化物的消除——Cope消除一種制備烯烴的方法胺氧化物的生成Cope消除舉例：

Cope消除機理經(jīng)過五員環(huán)過渡態(tài)只消除同面H，為什么？

Cope消除反應區(qū)域選擇性服從Hofmann取向第三節(jié)重氮和偶氮化合物一、重氮鹽(Diazoniumsalts)及其反應重氮鹽現(xiàn)制現(xiàn)用

溫度升高易水解成酚干燥時以爆炸增加重氮鹽穩(wěn)定性幾個因素：重氮鹽的制備和穩(wěn)定性

環(huán)上有吸電子基

陰離子為

分子內(nèi)重氮鹽30－40oC時仍穩(wěn)定重氮鹽的反應類型

取代（主要反應）偶聯(lián)還原重氮鹽的取代反應重氮鹽的水解（取代成酚）制備重氮鹽的副反應機理產(chǎn)率不高（用ArN2SO4H較好）有偶聯(lián)副反應（酸性不夠時易發(fā)生）合成上應用——制備酚類化合物重氮鹽碘代機理（離子型反應）Sandmeyer反應

（重氮鹽被Cl

、Br

或CN

取代）機理（自由基機理）

Schiemann

反應（重氮鹽被

F取代）反應的擴展重氮鹽去氨基化反應（被H取代）反應機理（自由基機理）（了解）方法1次磷酸副反應——生成芳基醚機理：方法2重氮鹽的偶聯(lián)反應（親電取代反應）活化的芳環(huán)重氮鹽與酚的偶聯(lián)弱親電試劑偶氮苯衍生物注意反應條件重氮酸鹽若pH>10,有副反應偶聯(lián)反應機理（苯環(huán)上的親電取代）苯環(huán)更活潑重氮鹽與芳香叔胺偶聯(lián)機理（苯環(huán)上的親電取代）活化的芳環(huán)若酸性過強，會發(fā)生什么？注意反應條件重氮鹽與芳香伯胺、芳香仲胺的反應重排機理苯重氮氨基化合物重排冷卻分解親電取代重氮化合物與染料紅色用于鑒定重氮鹽OrangeII萘酚藍黑6B重氮鹽的還原Sandemeyer反應引入Cl、BrSchiemann反應引入F與NaI反應引入I二、重氮鹽的取代反應在合成中的應用

水解成酚鹵代成鹵代芳烴

轉變?yōu)榉枷汶妫⊿andemeyer反應）轉變?yōu)榉紵N（去氨基化）重氮鹽反應小結(i)取代H3PO2法HOC2H5法(ii)與酚或胺類偶聯(lián)：成偶氮芳烴(iii)還原：成芳基肼合成上應用舉例例1：復習：磺酸堿熔法制備酚環(huán)上不能含有鹵素和硝基等基團通過重氮鹽制備酚分析合成路線除去鄰位產(chǎn)物例2:分析重氮鹽法格氏試劑法或合成路線(重氮鹽法)除去鄰位產(chǎn)物例3：間三溴苯直接溴代，得不到目標產(chǎn)物分析：考慮定位基團及應用去氨基化合成路線例4：直接溴代得鄰、對位產(chǎn)物考慮氨基的定位及去氨基化合成路線除去鄰位產(chǎn)物例5：分析：如何制備？請寫出完整的合成路線。思考題：完成下列合成或三、重要的重氮化合物：

1、重氮甲烷：CH2N2黃色的氣體，b.p.—23℃，劇毒，易燃，不便貯存，重要的有機合成試劑。制備：(1)SO2ClCH3CH3NH2SO2NHCH3CH3HNO2SO2NCH3CH3NONaOHSO2ONa

+

CH2N2

+H2OCH3NH2CNH2O+

CH3NH2HClNH2CN

OCH3NONaNO2(2)CH2N2

+

KNCO

+

2H2O結構：CNNHHCH2N+NCH2N+NCH2NNdd

重要化學反應：（1）、與酸性化合物的反應：CH3CCH2OCOOC2H5

CH2N2CH3CCHOCH3COOC2H5RCOHO+

CH2N2---N2RCOCH3OOH+

CH2N2OCH3甲基化試劑優(yōu)點易溶于有機溶劑反應快,產(chǎn)率高本身就是指示劑（2）、重氮甲烷與酰氯的反應（Arndf—Eister）反應：RCClO+

CH2N2RCCHN2O+H2OR'OHNH3AgOor

光RCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2AgO---N2RCCHORCHCO+H2OR'OHNH3RCOCHN2RCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2（3）、與醛酮的反應：

RCR'O+

CH2N2RCCH2R'ORCHO+

CH2N2RCCH3OO+CH2N+NOCH2N+NO63%(用于環(huán)酮的擴環(huán))OCH2N+NOCH215%

（4）、與不飽和化合物的反應：卡賓C原子上兩個未成鍵電子可以：

占據(jù)一個軌道自旋相反——單線態(tài)高能量占據(jù)一個軌道自旋相同——三線態(tài)低能量△E=11千卡/molCH2N2hv

or

Agor

CH2(卡賓)CarbeneCH2CCH3COOC2H5

+

CH2N2CH2CCH3COOC2H5

+

CH2N2CH2若卡賓以單線態(tài)和雙鍵加成單線態(tài)卡賓用一對自旋配對的電子與雙鍵的一個C原子成

鍵，雙鍵上一對自旋配對的電子（同時或很快）——>轉

移形成另一C—C鍵……順式加成。CCCH3HCH3HCH2CCCH2HCH3HCH3順式加成

若卡賓以三線態(tài)和雙鍵加成：形成兩個自旋平行的自由基，不能配對馬上成鍵，需等待與其他的分之碰撞，使其中之一電子自旋相反→成鍵。（此時C2—C3可以旋轉，故有保持和翻轉即順—反兩種產(chǎn)物）CCCH3HCH3HCH2CCHCH3CH2HCH323CCCH2HCH3HCH3+

CCCH2HCH3CH3H順加反的產(chǎn)物