华中科技大学有机化学第十三章含氮化合物.ppt

1、第十三章含氮化合物，13.1胺的分类和结构胺是阿摩尼亚上的氢被烃化学基取代的诱导体，醇、醚如水的诱导体。 胺根据连续的碳氢化合物化学基可分为脂肪族胺和芳香胺的氮相连的碳氢化合物化学基的数目，分别被称为1o胺、2o胺、3o胺和4o铵，4o铵也被称为季铵盐。 阿摩尼亚分子中的氮接近sp3杂化，它与3个sp3轨道在氢的s轨道上形成键，留下一对未键电子而占据另一个sp3轨道，HNH的夹角为107.3o。 脂肪胺有类似的结构。 因为未结合电子对胺的化学非常重要，与胺的盐化学基性、亲核性都有关。 由于芳香胺的结构略有不同，未结合电子对与芳香环的电子共轭，因此原本为sp-3轨道的未结合电子对的p性质增加，氮

2、从sp-3混合物流向sp2混合物。 例如，苯胺分子还呈棱锥体，但是面向平面化，HNH平面和苯环平面之间的夹角为39.4o，HNH键角为113.9o。 因为胺分子是角锥状，所以如果氮相连的3个化学基不同，则该胺应该是手性，但实际上旋光异构是无法分离的。 这是因为该映射体容易相互转换。 季铵盐不能氮转化，因此可以得到稳定的旋光同分异构体，13.2胺的命名胺一般命名，系统命名，13.3胺的物理性质，胺为中极性的物质。 1o胺和2o胺分子间可以形成氢键，3o胺因为氮没有氢，所以不能在自己分子间形成氢链。 因此，相同分子量的化合物的沸点是lo胺2o肌肤3o胺烷烃。 但是，由于胺的氮氢之间的氢键不比醇、羧

3、酸的氧氢之间的氢键强，因此相同分子量的胺的沸点比醇、羧酸低。 低分子量的胺可以与水氢键结合，因此容易溶于水。 3o胺不能提供氢键的氢，但可以提供形成氢键的氮，因此可以与水形成氢键。 胺有难闻的气味。 很多脂肪胺有鱼的臭味。 己二胺和戊二胺有腐肉的臭味，因此也分别称为腐胺和尸胺。 多数胺有一定的大姨妈作用。 瓦斯气体胺对神经中枢有轻微的抑制作用。 苯胺有毒，皮肤出疹、恶心、视力不清，会引起精神不安，使用时要小心。 在芳香胺中也有致癌性物质，13.4胺的化学性质，1 .胺的盐化学基性和弱酸性，(1)胺的盐化学基性像酒精，醚的氧，胺的氮有最终结合电子对，能与质子结合，因此显示盐化学基性。 胺的共轭酸

4、的Ka大，pKa小的话碱性不弱的话相反。 (2) 1o胺和2o胺的酸性1o胺和2o胺不仅是碱，也是弱酸。 由于强碱导致质子形成氮，所以能失去负络离子或胺的共轭盐化学基。 胺的酸性强弱顺序与胺的盐化学基性顺序相反，是芳香胺阿摩尼亚脂肪族胺。 2胺的烷基化阿摩尼亚、1o胺、2o胺和3o胺与1o和2o卤化烷基发生双分子亲核取代反应，得到对应的1o、2o、3o胺和4o铵盐。 如果阿摩尼亚与卤代烷的反应大幅度过剩，则可减少聚烷基化生成物，实质上胺的烷基化反应是以胺为亲核试剂进行的置换反应，因此亲核性(盐化学基性)弱或空间阻碍几乎难以使反应正常进行。 在烷基化反应中，卤代烷基仅使用1o和2o的卤代烷基，几

5、乎所有的3o卤代烷基进行除去反应，一般的芳基卤代物反应，但对硝基氯苯与胺反应等，具有强吸电子化学基的o-残奥芳基卤代物不反应作为烷基化试剂，除了卤代烷以外，可使用硫酸二甲酯、对甲苯磺酸酯类化合物等硫酸酯类化合物。 Gabriel合成法的1-o胺的制造，为了避免卤化烷基和阿摩尼亚反应时的聚烷基化的问题，用Gabriel法的1-o胺的制造：3 .胺的磺酰化和酰化以及胺和醛、酮的反应，胺和酰氯、酸无水物羧酸以及1-o胺和醛、酮的反应1-o胺和2-o胺与苯磺酰氯反应，可以得到N-取代和n，N-二取代的苯磺酰胺。 3o胺和苯磺酰氯形成盐，容易与KOH水溶液反应，而且容易与胺反应：上述反应通常用于1o胺、

6、2o胺和3o胺的鉴别和分离，该反应称为Hinsberg测定法。4胺与亚硝酸的反应(1) 1o胺与亚硝酸的反应形成的重氮盐- 1o胺作为亲核试剂与亚硝酸脱水形成的N2O3反应，得到n -亚硝胺，经过互变异构化和脱水，形成重氮盐，脂肪族重氮盐不稳定，即使在低温下也不能稳定存在得到复杂的混合物，进行合成，但是利用N-碳络离子的重新排列的性质，可以进行扩环或缩环的反应。 例如，(2) 2o胺和亚硝酸反应生成N-亚硝基胺。 这是黄色、中性、不溶于水的油状物。 用还原法除去亚硝基化学基，可得到原胺。 多数n -亚硝胺有很强的致癌作用。 在生物体内转化为活性的烷基化试剂，可以与核酸反应，这成为致癌作用的原因

7、。 以前多在香肠和火腿中加入少量的NaNO2进行防腐，保持颜色鲜艳，但由于可以生成亚硝胺，现在禁止使用。 (3) 3o脂肪族胺和亚硝酸生成的3o铵盐和N-亚硝基铵盐的混合物在低温时N-亚硝基铵盐稳定的比较高温下在酸性水溶液中分解为醛和n亚硝基胺，这些个的反应没有什么合成价值。 3o芳香胺与亚硝酸的反应可以在芳香环上进行亚硝基化。 这是因为胺化学基是活化芳香环的强活化化学基。 5胺的氧化胺容易被氧化，也是合成上经常防止的副反应。 然而，选择适当的氟化剂是再次可用的响应。 1o胺的氧化反应比较复杂，一般不怎么使用价值。 使用三氟冰乙酸，可以将1o胺氧化成硝基化合物。 这是制造特殊硝基化合物的一种方

8、法。 2o胺与H2O2反应形成羟胺，生产率高，可应用于合成。 例如，3o胺与H2O2和过乙酸反应，可以得到高收率的n氧化物。 6 .胺的消除反应季铵盐化学基和3o胺的n氧化物可以在100oC以上的温度下引起消除反应。 季铵盐化学基的消去反应也称为霍夫曼消去反应，这是E2反应，但与卤代烷基取向不同的E2反应，即所得到的主要生成物消去取代最少的烯烃。 例如，也有观点认为季铵盐化学基的除去取向与胺的碳氢酸性的大小有关。 在上述例子中，C1上的氢为亚甲基氢，C3上的氢为亚甲基氢，受到C4甲基的给电子的影响，因此，其酸性小于C1上的氢，因此，C1上的氢容易被oh夺走，可得到置换化学基少的烯烃。 碳中有吸

9、电子化学基，-碳上的氢酸性增加，容易被oh夺走，例如：的情况下，霍夫曼规则不适用。 可从霍夫曼除去反应的次数、生成产物双键的位置判断原胺的结构，常用于生物碱结构的测定。 3o胺n氧化物加热可去除二烷基羟胺形成乙烯，这称为Cope去除反应：该反应比霍夫曼去除反应所需的温度稍低，不能在强碱条件下进行，因此副反应和位错少。 除去反应速度与碳上的置换化学基的大小有关，对除去很大有利。 这个反应可以打开含氮5人和7-10人的环，但不能打开含氮6人的环。 认为这种反应是顺式除去，类似于通过环状过渡态除去酯类化合物。 对于云同步，-H酸性强，容易去除。 7芳香胺环上的亲电取代反应氨基化学基(-NH2，-NH

10、R，-NR2 )具有较强的供电子共轭效应，激活芳香环，与其相邻，使残奥电子云密度大大增加，容易进行亲电取代反应。 (1)芳香环被活性化，容易引起亲电取代反应。 例如，卤化反应不使用催化剂，苯胺可以在稀盐酸水溶液中用氯元素或元素溴进行卤化，得到三卤苯胺。 (2)胺容易被氧化。 为了减少副产物，需要在苯胺硝化前(硝酸也是氟化剂)保护氨基化学基，硝化后保护化学基，得到亚硝胺。 (3)苯胺的磺化需要通过比较长时间的加热可以得到良好生产率的对氨基苯硫酸。 (4)酰基化反应。 n，N-二取代苯胺和乙酰苯胺可以N-酰化，可以在温和的条件下C-酰化。 另外，n，n -二烷基苯胺可以通过二甲基甲酰胺和POCl3

11、进行酰化，在苯环上导入醛化学基。但是，这种反应在一般的苯环中不能进行，因为需要强活化的苯环。 该反应称为Vilsmeier反应：8 -甲烯基胺的反应，氨基化学基激活苯环邻残奥位。 同样，也可以使乙烯键的-碳原子活化，具有强的亲核能力，与活性的卤代烷基化学基烷基化，与酰氯酰化，与-不饱和酸酯类化合物、酮等共轭加成。 对其产物进行酸水解作用，可以得到醛、酮的烷基化、酰化和迈克尔附加物。 由甲烯基胺的共振式可知，其反应的原因是：甲烯基胺是将2o胺(常用环状2o胺)与醛、酮反应脱水而得到的。 例如，Mannich反应：甲烯基可以充当亲核试剂，2-o胺和甲醛可以充当强酸的存在下形成的酰亚胺络离子可以充当

12、亲核试剂，它们全部可以形成碳-碳键。2o胺、甲醛和可烯醇化的醛或酮在浓盐酸存在下，在水浴中加热可得到-氨基酮，该反应称为mannich反应。 该反应过程实际上是甲醛和二一甲胺先形成铵根离子，然后铵根离子除了苯乙酮的烯醇式双键外，最后得到-氨基酮，也称为Mannich盐化学基，是一种很有用的合成中间体， 它可以通过加热蒸馏得到乙烯酮和2o胺，115芳香族重氮盐、重氮甲烷和叠氮化合物的反应、1 .芳香族重氮盐的反应芳香族重氮盐是在1o芳香胺和强酸溶液中，与NaNO2(立即产生HNO2 )在5以下的低温反应得到的。 由于重氮基与芳香环共轭，因此比脂肪族重氮盐稳定。 重氮盐溶于水，完全电离。 干重氮盐

13、容易爆炸，但水溶液没有这种危险，因此水溶液中得到的重氮盐不会分离，直接用于下一个反应。 (1)芳香族重氮盐的置换反应芳香族重氮盐的重氮化学基可以如以下反应所示被一系列的化学基取代。 在这些个反应中，基本有两个过程： aSN1过程：由于N2是良好的离去基团，重氮盐容易释放N2，生成芳基正碳络离子，并与亲核试剂反应，得到取代产物如取代OH、I、f、SH和SCN等. b游离基反应过程重氮盐与亚铜络离子发生单电子转移氧化还原反应，形成芳基自由基中间体，芳基自由基再次夺取卤化铜、氰化铜的卤素、氰基化学基，获得卤化芳香烃、芳香族腈。 重氮盐和H3PO2的反应也是游离基反应的过程。 在实际应用芳香族重氮盐的

14、置换反应时，特别是在遵循SN1履历的反应中，重氮盐的还原离子可以尽量选择亲核性弱的物质，减少副反应。 如果调制羟基化学基和碘元素置换重氮盐，多使用硫酸，因为HSO4-负络离子亲核性极弱。 利用与氟的取代重氮氟硼酸盐，加热分解得到氟化芳香族烃。 同样，通过重氮氯元素(元素溴)硼酸盐也可以得到氯元素(元素溴)代芳香族烃。 重氮盐被铜置换为NaNO2、Na2SO3，也可以得到硝基芳香族烃和芳香族烃磺酸盐。 重氮盐和氢的置换实际上是一种脱氨基化反应，在合成上极为重要。 例如，由苯合成的1，3，5 -三溴苯不能直接元素溴化。 但是，由苯胺元素溴化得到2，4，6 -三溴苯胺，进一步脱氨基化后，(2)重氮耦

15、合反应芳香族重氮盐为弱亲核试剂，可以与高度活化的芳香族化合物偶联得到偶氮化物。 此反应称为重氮耦合反应，最常用于合成偶氮染料。 高度活性化的芳香族化合物一般为苯酚和3-o -芳胺。 这是因为重氮盐和苯酚的结合在微碱溶液中快速进行，在该条件下相当数量的苯酚转化为ArO-。 由于ArO-比苯酚活性快，所以反应快。 但是，溶液的碱性过强(pH10 )时，重氮盐与OH-结合，与不能偶联的偶氮氢氧化合物形成偶氮酸盐，反而使偶联速度降低，甚至不能进行。 重氮盐和胺的偶联在微酸性溶液中进行得很快(pH 5-7)，在该条件下重氮络离子浓度高，云同步中胺都不会变成惰性铵盐，因此反应速度快。但是，溶液的酸性增加(

16、pH5)的话，胺的大部分变成铵盐，反而耦合速度变慢，不能进行。 偶氮芳香烃因为具有鲜艳的颜色，所以作为染料被广泛使用。 迎春红：2重氮甲烷重氮甲烷是重氮系中最低的一种，是黄色、有毒、易爆炸的瓦斯气体。 乙醚溶液是安全的，但是因为玻璃之间的摩擦会爆炸，所以需要注意。 但由于其高度特异的活性，广泛应用于合成。 重氮甲烷是偶极子化合物，具有很强的亲核性。 在温和的条件下可以与醇或酚形成醚与羧酸形成酯类化合物； 可与酰氯获得-重氮酮； 进一步水解作用的话，能够得到比酰氯多一个碳的酸的乙烯键和环加成反应，以及能够得到杂环化合物的热和光而生成碳宾，醇、酚、酸和CH2N2的反应历程基本相同。 也就是说，与酰

17、氯的反应稍有不同。 重氮甲烷可以通过N-甲基-N-亚硝基酰胺或磺胺类药与浓KOH水溶液在醚与水溶液的两相体系中反应而得到，生成物溶解在醚中。3叠氮化合物、叠氮化合物RN3是具有4个电子的1，3双极子化合物，共振亲核试剂为：N3-较好，与卤代烷基反应，反应还原得到1o胺，释放N2。 使NaN3与酰氯反应，可以得到酰叠氮。 加热分解放出氮瓦斯气体形成异氰酸酯，加入水形成胺，或者直接在水中加热分解得到的胺。 这种反应称为Curtius反应。 叠氮大头针酸和羧酸的反应可以直接得到异氰酸酯，有水的话可以直接得到胺，这种反应称为施密特反应。 例如，13.6胺的制造反应种子文件、(1)阿摩尼亚、胺的烷基化反

18、应。 (2)酰胺、腈的还原、硝基化合物的还原。 经常使用催化加氢、强酸和Fe、Zn、Sn等。 还原氨基化。 使醛酮与阿摩尼亚或1o胺反应，进行催化氢化或化学还原，得到1o胺或2o胺。 1通过o胺或2o胺与甲醛和甲酸反应，可以从2o胺得到3o胺。 (5)酰胺的霍夫曼重排。 (6) Gabriel合成法1o胺。 13.7氨基酸分子中含有氨基化学基的羧酸称为氨基酸(amino acid )。 大部分的自然段氨基酸是-氨基酸。 氨基酸是构成蛋白质的基本单元，蛋白质完全水解作用生成氨基酸。 因此氨基酸是生命的基础物质，在生命活动中起决定性作用。 一、-氨基酸的配置与核酸中的遗传查询密码相应的构成蛋白质的20种氨基酸中，19种为-氨基酸，一种为亚氨基酸(脯氨酸)。 在这些个的氨基酸中，除甘氨酸外，还有旋光度，均为l型。 对于含有2个手性碳原子的-氨基酸，其结构型由-碳原子决定。 例如，氨基酸的配置也可以用RS表示，但习惯上使用DL记数法。 二. -氨基酸的分类-氨基酸分子中，有时氨基