第十二章 硝基化合物.ppt

第十二章含氮化合物,exit,硝基化合物可看成烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生物。(1)一硝基化合物和多硝基化合物(2)伯、仲、叔硝基化合物（1,2,3硝基化合物）命名硝基作为取代基:,一.硝基化合物的分类、结构和命名,对应的是几级碳,第一节硝基化合物（NitroCompounds）,（1）电子结构式：,硝基化合物的结构:,硝基的共振结构式,(2)硝基的结构,(1)脂肪族硝基化合物的制备：烷烃和硝酸硝化反应（得混合物作溶剂）,主要产物为一硝基化合物；同时发生碳键的断裂而生成低级硝基化合物。,二.硝基化合物的制备,实验室制备：,58%,30%,(2)芳香族硝基化合物的制备,淡黄色液体,如何制备：,脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体,难溶于水,而易溶于醇和醚;大部分芳香族硝基化合物都是淡黄色固体,有些一硝基化合物是液体,它们具有苦杏仁味;有毒性.多硝基化合物在受热时一般易分解而发生爆炸.,硝基化合物的红外光谱脂肪族伯和仲硝基化合物的N-O伸缩振动在15651545cm-1和13851360cm-1,叔硝基化合物的N-O伸缩振动在15451530cm-1和13601340cm-1.芳香族硝基化合物的N-O伸缩振动在15501510cm-1和13651335cm-1.,三.硝基化合物的物理性质,硝基乙烷的红外光谱,硝基苯的红外光谱,脂肪族硝基化合物中,含有-H的伯或仲硝基化合物能逐渐溶解于氢氧化钠(生成稳定的负离子):,共振结构式:,硝基化合物存在硝基式和酸式互变异构:,主要,四.硝基化合物的化学性质,1.氢的酸性及与碱作用,具有-H的伯或仲硝基化合物存在互变异构现象,所以呈酸性:,叔硝基化合物没有这种氢原子,因此不能异构成酸式,也就不能与碱作用.,2.硝基的还原,合成上的应用制备芳香族胺类化合物（向芳环上引入氨基）,酸性还原,（单分子还原),碱性还原,氢化偶氮苯(双分子还原),Na3AsO3,Fe+NaOH,Zn+NaOH,Fe,H2O2,Zn+NaOH,NaOBr,在中性（Zn/NH4Cl)条件下还原,很容易停留在N-羟基苯胺,硝基的酸性还原过程（经过多个中间产物）,一般难得到,亚硝化合物,羟基芳胺,芳胺,氢化偶氮苯类化合物的重排反应,注意取代基在重排前后的位置,环上有取代基时的重排,联苯胺,氢化偶氮苯类化合物的重排机理（分子内重排）,芳香族多硝基化合物用碱金属的硫化物或多硫化物,硫氢化铵、硫化铵或多硫化铵为还原剂，可以选择性还原其中的一个硝基成为氨基：,选择性还原其中的一个硝基成为氨基.,（2）脂肪族硝基化合物的还原,硝基是间位定位基，它使苯环钝化：,由于硝基的钝化影响，硝基苯不能发生傅-克反应。,3.苯环上的亲电取代反应,4.芳环上的亲核取代反应I加成消除机理,一般条件下芳环上的亲核取代较难发生,例：,为什么？,含硝基芳香卤代物的亲核取代,邻或对位硝基可促进取代进行硝基数目多，取代更加容易,取代反应的机理加成消除机理,实验证据：i.动力学证据：双分子反应ii.NO2在间位时反应难发生iii.X为Cl,Br,I时反应的速率接近iv.X=F时反应速率较快v.邻对位硝基增加，反应更加容易,加成,消除,慢,快,Meisenheimer络合物,硝基芳香卤代烃的亲核取代举例,芳环上的其它基团作为离去基,取代甲氧基,取代硝基,其它底物的类似取代反应,各类吸电子基对反应速率的促进作用比较：,W:吸电子基,例：,为什么不取代其它Cl?,苯酚的酸性比碳酸弱;随着苯环上引入硝基，增强了酚的酸性；2,4,6-三硝基苯酚的酸性几乎与无机强酸相近.硝基苯氧负离子的共振结构:,（2）对酚类酸性的影响,酚的酸性大小,一.胺类化合物的类型、命名、结构,伯胺（一级胺）,仲胺（二级胺）,叔胺（三级胺）,R=烷基：脂肪胺芳基：芳香胺,季铵盐（四级铵盐）,类型,第二节胺（Amine),胺类化合物的命名,乙胺,二乙胺,三乙胺,甲基乙基环丙胺,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,(*)烃为母体,氨基为取代基:,复杂的胺以系统命名法命名:,N：sp3杂化,三甲胺的结构,胺类化合物的结构,脂肪胺N原子一般为sp3杂化,手性胺或手性季铵盐,二.胺的物理性质,苯胺的红外光谱,胺的核磁共振谱：,二.胺类化合物的制备方法,脂肪族伯胺的制备,氨的烷基化（卤代烷的取代，SN2机理）,有多取代产物，分离有难度2o或3oRX可能有消除产物,过量,副反应,腈、酰胺、肟、腙的还原,（第11章）,（第11章）,肟,腙,醛酮的还原氨化,为什么要NH3过量？,（过量）,Gabriel伯胺合成法（复习）,邻苯二甲酰亚胺,（肼解）,或水解,对甲苯磺酸酯,SN2机理,例:Gabriel伯胺合成法应用,构型翻转,构型保持,手性醇,合成路线,酰胺的Hofmann降解（Hofmann重排）（新内容）,Hofmann降解,比原料少一个碳,酰胺的Hofmann降解,例：,制备芳香伯胺,Curtius反应和Schmidt反应Hofmann降解的扩展,机理,Schmidt反应,Curtius反应,酰基叠氮,与Hofmann降解类似,脂肪族仲胺的制备（一些方法与伯胺的制备类似）,伯胺的烷基化（卤代烷的取代）,此方法在合成上的主要问题是什么？,醛酮的还原胺化（亚胺的还原）,N-取代酰胺的还原,通过烯胺的还原,脂肪族叔胺的制备,仲胺的烷基化,胺的取代基位阻较小，产率较高。,烯胺,芳香胺的制备,硝基的还原,芳香族卤代物的取代,苯炔机理,加成-消除机理,芳环上的亲核取代反应苯炔机理,一般性亲核能力的亲核试剂在常温常压不反应,两种不同的反应情况,苯炔机理（消除加成机理）,苯炔(Benzyne),苯炔的结构,苯炔的性质：活泼、易反应（不能分离、可捕获）,p键(sp2-sp2)未参与环的共振,sp2,sp2,苯炔机理的实验证据：,如果通过其它机理，产物可能有什么不同？,(i)环上有标记时生成两种产物,(iv)环上有强吸电子基时，产物单一,未生成,苯炔的主要反应,Diels-Alder反应,亲核加成反应,二聚,胺类化合物的性质,结构分析,有碱性有亲核性可被氧化剂氧化,有未共用电子对,有活泼氢,可被强碱夺取可被氧化剂氧化,胺类化合物的碱性,给电子基使N碱性增强,溶剂化作用，位阻作用,气相中：,液相中：,判别下列化合物的碱性大小,胺类化合物的亲核性（胺作为亲核试剂）,与卤代烃的亲核取代反应（胺的烷基化）,季铵盐,季铵盐的鉴别：,一级胺，二级胺，三级胺作亲核试剂,烯胺和烯胺的制备（醛、酮与二级胺的反应）,烯胺enamine,醛、酮,烯胺作亲核试剂,烯胺烯醇负离子的氮类似物,烯胺的性质,预测一下：烯胺可能能与哪些试剂反应？,烯胺的基本反应,反应结果与相应的烯醇负离子的反应类似,1,5-二羰基化合物,1,3-二羰基化合物,烷基化,酰基化,Michael加成,经两步反应，胺基被水解,烯胺的反应举例,(1),(2),(3),Robinson关环,烯胺的反应机理,水解,烷基化,(i)例(1)中烷基化机理,下页：另一种可能的机理,亚胺正离子,以下步骤同前，请完成,亚胺正离子,烯胺,烯胺的水解,烷基化,例(1)机理的另一种写法,亚胺正离子,（可能的中间体）,(ii)例(3)Michael加成机理,烯胺的水解,酸催化Aldol缩合,请补充后两步反应的机理,解释：烯胺反应的区域选择性,位阻较大,对比：,合成上应用举例,Stork合成天然生物碱Aspidospermime时设计的中间体,一次醇醛缩合两次Michael加成,1,5-二羰基,1,5-二羰基,合成路线1,可能存在的问题：一般条件下有醛的自身醇醛缩合需要强碱、低温，产率可能不好,此合成路线有无问题？,合成路线2:通过两次烯胺的Michael加成,烯胺反应特点小结烯胺可方便制备、分离和纯化通过烯胺的反应避免了羰基化合物的自身缩合等副反应烯胺的反应与烯醇负离子的类似反应在选择性上有所不同,可制备羰基化合物上烃基化和羰基化的产物,与醛酮的亲核加成反应,1o胺,2o胺,3o胺,亚胺,烯胺,与羧酸衍生物的亲核取代反应,1oor2o胺,3o胺,与a,b-不饱和羰基化合物的共轭加成反应（Michael加成）,胺与磺酰氯的反应,性质类似酰氯比酰氯稳定（在水中有一定的稳定性）,磺酰氯:,磺酰氯,磺酰胺,磺酸酯,磺酰胺的性质,活泼氢,Hinsberg试验早期用于鉴定胺的类型,磺胺类抗菌素,S.N.,对氨基苯磺酰胺,S.G.,磺胺胍，治肠炎,S.M.Z.,治呼吸道、泌尿、肠道感染,S.D.,磺胺嘧啶,S.I.Z.,磺胺异恶唑,磺胺类药物的合成,(氯磺酸),胺的氧化,伯胺和仲胺的氧化,叔胺与H2O2的氧化,有手性的胺氧化物,胺氧化合物（氧化胺）,产物一般较为复杂，合成上意义不大,产物较为单一,仲胺与烷基锂的反应（补充内容）,例：LDA的制备,弱亲核性强碱（大体积）,有弱酸性,复习：胺类化合物的性质,胺类化合物与HNO2的反应,脂肪胺与HNO2的反应,早期有机分析中用作区分胺的类型,黄色油状物,溶于水,伯胺与HNO2的反应的机理,机理经过碳正离子,邻氨基醇的亚硝酸重排,类似Pinacol重排,邻氨基醇（羟胺）的亚硝酸重排在合成上应用：制备比原来增加一个碳的5-9碳的环酮,环酮的扩环,例：,芳香胺与HNO2的反应,重氮盐及其在合成上的应用,早期有机分析中用作区分芳香胺的类型,季铵盐及其在合成中的应用,季铵盐有盐类的特性：固体，熔点高，易溶于水,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，降低表面张力（如：洗涤剂、乳化剂、悬浮剂、起泡剂、分散剂等）,亲水部分,亲油部分,合成上用作相转移催化剂（PTC,phasetransfercatalyst）,例：一些带有长链烷基的季铵盐,相转移催化剂（PTC）的应用举例,有机相,水相,水相,季铵碱和Hofmann消除,季铵碱的形成,季铵碱：强碱，碱性类似于NaOH、KOH,季铵碱,Hofmann消除的取向,消除时主要生成取代基少的烯烃Hofmann取向,Hofmann消除例子,另一对产物是什么？,还有什么产物？,不同基团的消除选择,Hofmann消除取向的解释,（i）从反应机理及过渡态的稳定性分析,CH键变化较大,CN键变化较小,双分子消除机理，但与E2机理有别。过渡态接近碳负离子,（ii）从b-氢的酸性的差别分析（iii）从位阻的差别分析,位阻较小,位阻较大,有利,不利,酸性较弱,酸性较强,Hofmann消除在合成上的应用合成少取代的烯烃,例：,合成,Hofmann重排,Hofmann消除在早期有机结构分析上的应用,例：用化学方法区分化合物,和,不符合Hofmann消除取向的例子,b-位有不饱和基团，反应可能不遵守Hofmann取向。,六元环上消除时，一般遵守Zaitsev取向。,Hofmann消除的用途：制备少取代基的烯烃，测定胺的结构,胺氧化物（氧化胺）的消除Cope消除,胺氧化物的消除Cope消除,一种制备烯烃的方法,胺氧化物的生成,Cope消除举例：,只消除同面H，为什么？,Cope消除反应区域选择性,服从Hofmann取向,氨基是很强的邻、对位定位基，容易发生亲电取代反应：（1）卤化速度快，溴化和氯化得2,4,6-三卤苯胺：,思考:如何鉴别苯酚与苯胺?,白色沉淀,苯胺与碘作用只得到一元碘化物:,五芳环上的取代反应,主要产物对溴乙酰苯胺:,乙酰化,溴化,水解,苯胺的一元溴化物制备,使苯胺活性降低！,间位取代反应,邻、对位取代反应,（2）硝化注意硝酸的氧化作用和氨基的保护,氨基的保护,间位取代反应,注意条件,注意：苯胺在浓硝酸和浓硫酸条件下要氧化,（3）磺化“内盐”,注意条件,均含有N2官能团，它的两端都和碳原子直接相连的化合物称为偶氮化合物；如果一端与非碳原子直接相连的化合物成为重氮化合物：,第四节重氮化合物、偶氮化合物,一.结构与命名,重氮化合物的结构：ArN+NX-或ArN2+X-,重氮正离子主要的共振结构：,N以sp杂化,重氮盐(Diazoniumsalts)及其反应,重氮盐,现制现用温度升高易水解成酚干燥时以爆炸,增加重氮盐稳定性几个因素：,重氮盐的制备和稳定性,环上有吸电子基,阴离子为,分子内重氮盐,3040oC时仍稳定,重氮盐的反应类型,取代（主要反应）偶联还原,重氮盐的取代反应（除N反应）,重氮盐的水解（重氮基被-OH取代成酚）,制备重氮盐的副反应,机理,产率不高（用ArN2SO4H较好）有偶联副反应（酸性不够时易发生）,合成上应用制备酚类化合物,重氮盐碘代（被I取代）,机理（离子型反应）,Sandmeyer反应（重氮盐被Cl、Br或CN取代）,机理（自由基机理）,例如：,氰基可以水解成羧酸，所以可以通过重氮盐在芳环上引入羧基：,Schiemann反应（重氮盐被F取代）,反应的扩展,重氮盐去氨基化反应（被H取代）,反应机理（自由基机理）（了解）,方法1,次磷酸,副反应生成芳基醚,机理：,方法2,有机合成上的应用：提供从芳环上除去NH2和NO2的方法,例：,例3：,间三溴苯,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,合成路线,重氮盐被硝基取代反应（被NO2取代）,用途：用于制备一些用苯环亲