[理学]第11章 有机含氮化合物.ppt

第十一章 含氮有机化合物,湖南中医药大学有机药化教研室,Organic Compounds Containing Nitrogen Or Sulfur,含氮 有机物,硝基化合物 Nitro Compunds,酰胺 Amides,腈 Nitriles,肟 Oximes,胺 Amines,重氮和偶氮化合物 Diazonium Salts & Azo compounds,第一节 硝基化合物,烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生 物叫做硝基化合物。（多为人工合成）,Nitro Compounds, 根据烃基的不同： RNO2脂肪族硝基物；ArNO2 芳香族硝基物 根据与NO2相连的碳原子的不同：,CH,3,NO,2,CH,3,CH,2,NO,2,CH,3,-C-CH,3,NO,2,C,H,3,CH,3,CHCH,3,NO,2,硝基甲烷,硝基乙烷,2-硝基丙烷,2-甲基-2-硝基丙烷,伯,、,。,1,仲,2,。,、,叔,3,。,、,（,）,）,（,）,（, 根据分子中NO2的个数：一元、二元、多元硝基化合物。,NO,2,NO,2,间二硝基苯,CH,3,NO,2,对硝基甲苯,硝基化合物的分类：,命名：以烃为母体，硝基为取代基,一、物理性质,硝基化合物比重都大于1，硝基越多比重越大 不溶于水而溶于有机溶剂,并能溶于浓硫酸中；这是由于形成烊盐的缘故 多硝基化合物受热易分解爆炸，使用时要特别小心；如2，4，6-三硝基甲苯（TNT） 芳香族硝基化合物有毒性,二、化学性质,R,N,O,O,R,N,O,O,+,-,R,N,O,O,结构特征,-,-,N：sp2不等性杂化 三个键 两个共价键（C-N，N-O），一个配位键（N-O） 一个键 p轨道与共价结合的氧形成 离域的大键 配位键氧的一对p电子与键共轭，两个氮氧键等长，氮带正电，负电荷等分在两个氧原子上。,+,硝基化合物的化学性质,因-NO2具有很强的-I和-C效应 使-H活泼性增加，酸性增强 芳香硝基化合物中，硝基的键与苯环共轭， 芳环上亲电取代反应：硝基为钝化芳环的间为定位基 芳环上亲核取代反应：硝基则是活化芳环的邻对位定位基 实例见p202-203,（一）还原反应,硝基化合物被还原的最终产物是胺。,或Fe+HCl,还原产物因还原剂种类、介质不同而不同。,结论： 还原剂： H2/Ni：产率高，质量纯度高，无“铁泥”污染，中性条件下 进行，适于对酸或碱敏感的基团。 Fe+HCl：操作简单，实验室较为常用。酸性条件下进行， 不适于还原带有对酸或碱敏感的基团的化合物。 SnCl2+HCl：特别适用于还原苯环上带有羰基的化合物。 反应介质 酸性介质：彻底还原，生成伯胺； 中性介质：单分子还原，得羟胺； 碱性介质：双分子还原，得到一系列产物。, 选择性还原,（二）硝基化合物的-氢的活泼性,1互变异构现象 （ RNO2）,硝基式,假酸式,烯醇式特征：与FeCl3显色 与Br2/CCl4加成 含量少 无-H的RNO2无假酸式,应用：先碱后酸分离提纯具-H的伯、仲RNO2,含-H的硝基化合物可溶于NaOH溶液,1、芳环上的亲电取代反应,NO2是钝化定位基，硝基苯不能再发生付-克反应！,特点： 反应温度均高于苯； 新引入基团进入硝基的间位。,（三）硝基对芳环上取代或取代基的影响,2、硝基对其邻、对位取代基的影响,对卤苯水解反应的影响,若卤素的邻、对位有硝基等强吸电子基时，水解反应容易进行，且活化作用可累积。 结论：硝基的引入有利于碱或亲核试剂的进攻。见p203,b. 对酚羟基酸性的影响,酚羟基的o-、p-上有NO2时，酸性增高。如三硝基苯酚,对羧基的酸性有类似的的影响,c. 增加烷基上-氢的活性,硝基甲苯相当于CH3NO2的插烯物,第二节 胺,NH3（氨）分子中的氢原子被R或Ar取代后的衍生物叫做胺。 胺类广泛存在于生物界，如许多生物碱具有生理或药理作用。例如：,一、胺的分类和命名,分类：,按烃基的类型 RNH2 脂肪胺 ArNH2 芳香胺 N上烃基数目 RNH2 伯胺、1胺 R2NH 仲胺、2胺； R3N 叔胺、3胺； R4NX 季铵盐，R4NOH 季铵碱。 按氨基数目 一元胺 RNH2 二元胺 H2NRNH2 多元胺,注意：伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的含义不同。,命名：, 简单胺：以胺为母体,CH,3,NH,2,(CH,3,CH,2,),2,NH,甲胺,二乙胺,a. 脂胺：,甲乙胺,b. 芳香胺：,苯胺,N-甲基-对甲基苯胺,三甲胺,乙二胺,苯甲胺（苄胺）,苯乙胺,练习,2-乙基-1，3-丁二胺,N-甲基-N-乙基苯胺, 复杂胺：以烃为母体,CH,3,-CH-CH,2,-CH-CH,2,-CH,3,C,H,3,N,H,2,CH,3,-CH-CH,2,-CH-N-CH,2,-CH,3,C,H,3,C,H,3,CH,2,-CH,3,2-甲基-4-氨基己烷,2-甲基-4-(二乙氨基)戊烷,NH2 氨基， NHR、NR2 取代氨基， NH 亚胺基,季铵盐和季铵碱： 将负离子和烃基名称放在“铵”字之前,(CH3)4N+I- (CH3)2N+(C2H5)2Br- CH3(CH2)34N+OH-,碘化四甲铵 或四甲基碘化铵,溴化二甲基二乙基铵 或二甲基二乙基溴化铵,四丁基氢氧化铵 或氢氧化四丁基铵,NH4I NH4Br NH4OH,碘化铵 溴化铵 氢氧化铵,写出乙酰胆碱的结构式,二、胺的结构,NH3（氨）分子中氮原子采取不等性sp3杂化 ； 有机胺分子中氮原子也是采取不等性sp3杂化:,三、 胺的物理性质,低级胺有氨味或鱼腥味，高级胺无味 芳胺有毒！,水溶性：低级胺可溶于水，高级胺不溶于水。 （与形成氢键的能力和R的大小有关） 沸点：伯、仲胺较高，叔胺较低。,10 胺、20胺能形成分子间氢键。(N-HN)弱于(O-HO)。,四、 胺的化学性质,(1) 碱性 (2) 烃基化反应 (3)酰基化反应 (4)磺酰化反应 (5)与亚硝酸的反应,(6) 胺的氧化 (7) 芳环上的亲电取代反应 (a)卤化反应 (b) 硝化反应 (c) 磺化反应,胺是典型的有机碱，其化学性质主要因氮原子上的孤对电子，使胺表现出碱性和亲核性，胺基是芳环亲电取代反应的致活基。,(一) 碱性,1、水溶液的弱碱性及与酸成盐,应用：成盐可用于分离、提纯胺类化合物 成盐也用于增加胺类药物的水溶性,盐酸普鲁卡因,盐酸雷尼替丁,2、碱性的强弱,（1）、脂肪胺 RNH2 Kb=10-3-10-4 NH3 Kb=10-5。 碱性：RNH2NH3,原因, R推电子效应可使RNH2中氮上电子云密度 R推电子效应可分散RNH3中氮上正电荷，使RNH3更稳定。 推理：是不是N上R取代越多，碱性越强？ 在非极性或弱极性介质（如CHCl3）中： R3NR2NHRNH2,在水溶液中： 电子效应影响 ：N上R取代越多，碱性越大 溶剂效应影响： 胺在水中要发生作用：溶剂化氢越多，碱性越强,空间效应影响： N上R取代越多，碱性越小, 胺在水溶液中的碱性由电子效应、溶剂化效应、空间效应决定 结论：213胺,推理：是不是N上R取代越多，碱性越强？ 在非极性或弱极性介质（如CHCl3）中： R3NR2NHRNH2 即 321胺,芳胺的碱性小于脂肪胺 即：碱性,原因：芳胺因p-共轭，使N上电子云密度 碱性,问题：苯胺与二苯胺，何者碱性大？,（2）、芳香胺,Pka 9.2 4.6 1.0 中性,二苯胺分子中有两个苯环分散N上孤对电子，碱性更弱。,芳胺苯环上取代基对碱性大小的影响：,氨基对位有斥电子基时，其碱性略强于苯胺； 有吸电子基时，碱性比苯胺弱,pKa 5.50 5.08 4.62 4.00 1.00 0.08,不同胺的碱性强弱顺序：记住！,（3）、芳脂胺：,仍属芳香胺，碱性远弱于脂肪胺,phNH2 phNHCH3 phN(CH3)2 pKa 4.62 4.85 5.07,（4）、季铵碱,呈强碱性，类似于氢氧化钠和氢氧化钾,不同类型含氮化合物的酸、碱性顺序： 胍、季铵碱 脂肪胺 氨 芳香胺 酰胺磺酰胺 酰亚胺 pka 13.8 9-11 9.2 4.6 中性 酸性,思考,比较 和 的碱性大小,（环仲胺）（脂仲胺）,1、 酰化,伯、仲胺与酰基化试剂（酰氯、酸酐、羧酸等）发生亲核 取代反应，氨基亲核取代酰基的X。,（二）胺的酰化和磺酰化反应,例：,反应特点： 为亲核反应，则N上电子云密度越大，亲核 能力越强，反应活性越大,脂肪胺与酰卤、酸酐、酯或羧酸都能生成酰胺； 芳香胺碱性弱，亲核性差，只能被酰卤或酸酐酰化,胺类的酰化比醇类酰化容易。亲核能力：-NH2-OH,应用： 保护氨基或降低氨基的致活性。例如：, 增加药物的脂溶性，并可降低毒副作用。例如：,对羟基乙酰苯胺,2、 磺酰化,胺的磺酰化反应称为Hinsberg reaction，可用来分离、鉴别伯、仲、叔胺。,3、与亚硝酸的反应,（1）脂肪胺：,脂肪族胺与HNO2的反应也可用来区别伯、仲、叔胺，但不是太好。 亚硝胺有致癌作用 见p210-211,生成不稳定的盐,（2）、芳香胺,翠绿,橘黄,黄,蓝绿,芳香仲胺：与HNO2反应显绿色，碱中和后变黄色； 芳香叔胺：与HNO2反应先变橘黄色，碱中和后变翠绿色,4、胺的氧化(了解),（1）脂肪胺：容易被氧化。（氧化剂：H2O2）见p212 伯胺：氧化产物：羟胺、亚硝基化合物、硝基化合物的混合物 仲胺：氧化产物：羟胺，产率极低 叔胺：较伯胺、仲胺难氧化，生成N-氧化叔胺,含-H的氧化叔胺可进一步消除生成烯烃和羟胺。,（2）芳胺：伯胺、仲胺更易被氧化。,5、芳胺：芳环上的亲电取代反应,(1) 卤代,N,H,2,+ 3Br,2,H,2,O,B,r,B,r,B,r,N,H,2,(,),白,（与苯酚相似，可检验苯胺）,如只需一元溴代，则需先对氨基酰化：,而氨基与硫酸或盐酸成盐，则在氨基的间位溴代,(2) 硝化,苯胺直接用混酸硝化，可将苯胺氧化成焦油状物质。所以，必须将苯胺先溶于浓H2SO4,若只想上o-、p-，则需将氨基酰化保护：,(3) 磺化,烘焙磺化法,苯胺硫酸盐 在室温下磺化，主要生成间位磺化产物