氨基化及芳胺基化-課件

氨基化及芳胺基化歡迎來(lái)到氨基化及芳胺基化精品課程。本課程將深入探討這兩種重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，為您揭示其機(jī)理、應(yīng)用及重要性。課程大綱1氨基化反應(yīng)概述2醛、酮的氨基化反應(yīng)3羧酸的氨基化反應(yīng)4鹵代烴的氨基化反應(yīng)一、氨基化反應(yīng)概述化學(xué)本質(zhì)氨基化反應(yīng)是向有機(jī)分子中引入氨基的過(guò)程。這是合成含氮化合物的關(guān)鍵步驟。廣泛應(yīng)用該反應(yīng)在制藥、農(nóng)藥和材料科學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。它能生產(chǎn)多種有價(jià)值的化合物。研究熱點(diǎn)氨基化反應(yīng)一直是有機(jī)化學(xué)研究的熱點(diǎn)。科學(xué)家致力于開(kāi)發(fā)新的、更高效的反應(yīng)方法。1.定義及作用定義氨基化反應(yīng)是在有機(jī)分子中引入氨基（-NH2）的化學(xué)過(guò)程。這種反應(yīng)可以改變分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。作用氨基化反應(yīng)在有機(jī)合成中扮演著重要角色。它能夠增加分子的極性，改變其溶解度和反應(yīng)性。2.反應(yīng)類型直接氨基化直接使用氨氣或氨水與底物反應(yīng)，適用于某些活性較高的化合物。還原氨基化通過(guò)還原中間體（如亞胺或恩胺）來(lái)引入氨基，常用于醛酮的氨基化。親核取代氨基化利用氨或胺類化合物作為親核試劑，取代底物中的離去基團(tuán)。催化氨基化使用過(guò)渡金屬催化劑促進(jìn)氨基化反應(yīng)，提高反應(yīng)效率和選擇性。3.反應(yīng)機(jī)理親核加成氨或胺類化合物作為親核試劑，進(jìn)攻電正性中心。電子轉(zhuǎn)移電子從親核試劑轉(zhuǎn)移到底物，形成新的化學(xué)鍵。中間體形成反應(yīng)可能經(jīng)過(guò)不穩(wěn)定的中間體，如四面體中間體。脫去基團(tuán)某些情況下，會(huì)有離去基團(tuán)脫去，完成取代反應(yīng)。4.應(yīng)用舉例二、醛、酮的氨基化反應(yīng)1底物活化醛酮的羰基由于其極性易受到氨基化試劑的進(jìn)攻。2親核加成氨或胺對(duì)羰基碳進(jìn)行親核加成，形成不穩(wěn)定的中間體。3脫水中間體失去水分子，形成亞胺或恩胺。4還原通過(guò)還原劑將亞胺或恩胺還原為最終的胺類產(chǎn)物。1.親核加成反應(yīng)1親核試劑進(jìn)攻2形成四面體中間體3質(zhì)子轉(zhuǎn)移4脫水形成亞胺親核加成是醛酮氨基化的關(guān)鍵步驟。氨基作為親核試劑，進(jìn)攻羰基碳原子。2.亞胺中間體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)亞胺中間體含有C=N雙鍵，具有一定的反應(yīng)活性。它是醛酮氨基化反應(yīng)的重要中間產(chǎn)物。穩(wěn)定性亞胺的穩(wěn)定性受多種因素影響，如取代基效應(yīng)和環(huán)境條件。某些亞胺可以分離，而有些則需要原位還原。3.還原反應(yīng)催化氫化使用貴金屬催化劑（如Pd/C）在氫氣氛圍下進(jìn)行還原。氫化物還原常用NaBH4等金屬氫化物作為還原劑，操作簡(jiǎn)便。轉(zhuǎn)移氫化利用氫供體（如異丙醇）在催化劑作用下進(jìn)行還原。4.典型反應(yīng)Leuckart反應(yīng)使用甲酸銨或甲酰胺與醛酮反應(yīng)，生成N-甲基化的胺。Eschweiler-Clarke反應(yīng)利用甲酸和氫氧化鈉對(duì)伯胺或仲胺進(jìn)行N-甲基化。Gabriel合成通過(guò)鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽與鹵代烴反應(yīng)，制備伯胺。Mannich反應(yīng)醛、胺和活潑亞甲基化合物的三組分縮合反應(yīng)。三、羧酸的氨基化反應(yīng)1羧酸活化2酰胺形成3還原4胺類產(chǎn)物羧酸的氨基化通常需要先將羧酸活化，然后與胺反應(yīng)形成酰胺，最后還原得到胺類化合物。1.羧酸活化酰氯法使用SOCl2或PCl5將羧酸轉(zhuǎn)化為酰氯，提高反應(yīng)活性。酸酐法通過(guò)脫水劑將兩分子羧酸縮合成酸酐，增加反應(yīng)性?；罨シɡ肈CC等試劑將羧酸轉(zhuǎn)化為活化酯，便于進(jìn)一步反應(yīng)。2.親核取代反應(yīng)親核試劑進(jìn)攻氨或胺對(duì)活化的羧酸衍生物進(jìn)行親核進(jìn)攻。四面體中間體形成不穩(wěn)定的四面體中間體。重排中間體發(fā)生重排，脫去離去基團(tuán)。產(chǎn)物形成最終形成酰胺產(chǎn)物。3.胺化合物的制備直接法活化的羧酸與氨或胺直接反應(yīng)，形成酰胺。這種方法操作簡(jiǎn)單，但可能需要高溫。間接法先將羧酸轉(zhuǎn)化為酰氯或酸酐，再與胺反應(yīng)。這種方法反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高。4.經(jīng)典反應(yīng)Hofmann重排利用次溴酸處理酰胺，生成伯胺。這是一種重要的縮短碳鏈反應(yīng)。Schmidt反應(yīng)羧酸與疊氮化氫反應(yīng)，通過(guò)重排生成胺。這是一種有效的一鍋法合成胺的方法。Curtius重排通過(guò)酰基疊氮中間體，將羧酸轉(zhuǎn)化為胺。這種方法可以保持碳骨架不變。四、鹵代烴的氨基化反應(yīng)1鹵代烴活化鹵素作為良好的離去基團(tuán)，使分子易受親核試劑進(jìn)攻。2氨或胺進(jìn)攻氨或胺作為親核試劑，進(jìn)攻鹵代烴的α碳。3過(guò)渡態(tài)形成反應(yīng)經(jīng)過(guò)SN2機(jī)理，形成五配位過(guò)渡態(tài)。4鹵素離去鹵素離去，新的C-N鍵形成，生成胺類產(chǎn)物。1.SN2取代反應(yīng)1親核試劑進(jìn)攻2五配位過(guò)渡態(tài)3立體構(gòu)型反轉(zhuǎn)4產(chǎn)物形成SN2反應(yīng)是鹵代烴氨基化的主要機(jī)理。它具有立體專一性，反應(yīng)速率與底物和親核試劑濃度有關(guān)。2.親核取代機(jī)理SN2機(jī)理一步完成，立體構(gòu)型發(fā)生反轉(zhuǎn)。適用于伯、仲鹵代烴。反應(yīng)速率與底物和親核試劑濃度均有關(guān)。SN1機(jī)理兩步進(jìn)行，先電離后親核進(jìn)攻。適用于叔鹵代烴。反應(yīng)速率僅與底物濃度有關(guān)，可能發(fā)生消旋。3.氨基化反應(yīng)應(yīng)用藥物合成用于合成含氮藥物分子，如抗生素和抗癌藥物。農(nóng)藥制造生產(chǎn)含氮農(nóng)藥，如殺蟲(chóng)劑和除草劑。染料生產(chǎn)制造各種含氮染料和顏料。材料科學(xué)合成含氮聚合物和功能材料。4.典型實(shí)例Gabriel合成利用鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽與鹵代烴反應(yīng)，制備伯胺。Delépine反應(yīng)用六亞甲基四胺與鹵代烴反應(yīng)，生成伯胺。Hofmann消除季銨鹽在強(qiáng)堿作用下發(fā)生β-消除，生成烯烴。Williamson醚合成雖非直接氨基化，但展示了類似的親核取代原理。五、芳香親電取代的氨基化1活化芳環(huán)2親電試劑進(jìn)攻3中間體形成4脫質(zhì)子芳香親電取代氨基化是合成芳胺的重要方法。它通過(guò)活化的親電試劑對(duì)芳環(huán)進(jìn)行攻擊，最終引入氨基。1.芳香親電取代概述反應(yīng)特點(diǎn)芳香親電取代反應(yīng)保持芳香性，通常需要活化的親電試劑。反應(yīng)位置受取代基電子效應(yīng)影響。應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于合成芳香族化合物，如染料、藥物和功能材料?？梢攵喾N官能團(tuán)，包括氨基。2.親電取代機(jī)理π絡(luò)合物形成親電試劑與芳環(huán)π電子形成弱絡(luò)合物。σ絡(luò)合物形成親電試劑進(jìn)攻芳環(huán)，形成不穩(wěn)定的σ絡(luò)合物。脫質(zhì)子σ絡(luò)合物失去質(zhì)子，恢復(fù)芳香性。產(chǎn)物形成生成取代的芳香化合物。3.芳胺的制備硝化還原法先硝化后還原，是傳統(tǒng)的芳胺合成方法。直接氨化法在催化劑存在下，芳烴與氨直接反應(yīng)。還原法還原硝基、腈基等含氮基團(tuán)制備芳胺。重排反應(yīng)如Hofmann重排、Curtius重排等。4.重要實(shí)例分析綜合應(yīng)用案例分析藥物合成分析抗生素氨芐青霉素的合成路線，重點(diǎn)討論氨基化步驟。染料制造探討偶氮染料的合成過(guò)程，關(guān)注芳胺在合成中的關(guān)鍵作用。農(nóng)藥開(kāi)發(fā)以草甘膦為例，分析其合成中的氨基化反應(yīng)步驟。材料科學(xué)討論