第14章有机含氮化合物课件

第第 十十 四四 章章 有机含氮化合物有机含氮化合物【本章重点本章重点】硝基化合物的结构和性质硝基化合物的结构和性质；胺的结构特点、胺的化胺的结构特点、胺的化学性质（碱性、学性质（碱性、不同类型胺亲核取代及其差异）、重氮不同类型胺亲核取代及其差异）、重氮化合物的结构、性质极其在有机合成上的应用化合物的结构、性质极其在有机合成上的应用。【本章要求本章要求】2.熟悉熟悉胺、重氮化合物的命名与化学性质及胺、重氮化合物的命名与化学性质及在有机合成在有机合成上的应用上的应用。3.3.了解卡宾和苯炔的结构、性质。了解卡宾和苯炔的结构、性质。1.熟悉硝基化合物的结构和性质。熟悉硝基化合物的结构和性质。【本章学时本章学时】7学时学时 概概 述述 在有机化合物中，除在有机化合物中，除C、H、O三种元素外，三种元素外，N是第是第四种常见元素。四种常见元素。有机含氮化合物的种类很多，它们的结有机含氮化合物的种类很多，它们的结构特征是含有碳氮键构特征是含有碳氮键(CN、C=N、CN)，有的还含有有的还含有NN、N=N、NN、NO、N=O 及及NH键等。键等。本章主要讨论硝基化合物、胺类、重氮化合物和偶氮本章主要讨论硝基化合物、胺类、重氮化合物和偶氮化合物。化合物。它们是制取它们是制取炸药、染料、医药炸药、染料、医药的重要原料。如的重要原料。如机体神经传导物质机体神经传导物质-生源胺、一些维生素、临床上使用的生源胺、一些维生素、临床上使用的苯巴比妥和磺胺类药物等。苯巴比妥和磺胺类药物等。腐胺（丁二胺）腐胺（丁二胺）精氨酸、精氨酸、尸胺（戊二胺）尸胺（戊二胺）赖氨酸赖氨酸收缩血管收缩血管,升高血压升高血压增强心脏收缩力增强心脏收缩力,心率、心率、传导加快传导加快,心输出量增心输出量增加加,收缩压上升收缩压上升.生源胺生源胺甲基苯丙胺甲基苯丙胺摇头丸摇头丸1 芳香硝基化合物芳香硝基化合物(nitro compounds)分分 类类 分子中含有分子中含有NO2官能团的化合物统称为硝基化合物。官能团的化合物统称为硝基化合物。硝基化合物的分类，依据其分类角度的不同，有多种分硝基化合物的分类，依据其分类角度的不同，有多种分类方法。类方法。硝基化合物可看成是烃分子中的一个或几个氢原子被硝基硝基化合物可看成是烃分子中的一个或几个氢原子被硝基取代的结果。取代的结果。一、结构和命名一、结构和命名1、结构、结构-NO2：N，sp2杂化杂化-与亚硝酸酯互为同分异构与亚硝酸酯互为同分异构2、命名、命名 硝基化合物的命名与卤代烃相似，烃为母体，硝基为取代基。硝基化合物的命名与卤代烃相似，烃为母体，硝基为取代基。二、物理性质二、物理性质(1)b.p：因因NO2是一个强极性基团，因此硝基化合物具有较大的是一个强极性基团，因此硝基化合物具有较大的偶极矩，如：偶极矩，如：CH3NO2 的偶极矩的偶极矩=3.410-30C.m。偶极矩偶极矩，分子间的作用力，分子间的作用力，故其沸点比相应的卤代烃还要高。，故其沸点比相应的卤代烃还要高。(2)溶解性溶解性 硝基化合物的相对密度都大于硝基化合物的相对密度都大于1，不溶于水，即使是低分子，不溶于水，即使是低分子量的一硝基烷在水中的溶解度也很小。硝基化合物不仅溶于有机量的一硝基烷在水中的溶解度也很小。硝基化合物不仅溶于有机溶剂，而且还溶于浓硫酸。溶剂，而且还溶于浓硫酸。(3)多硝基化合物受热易分解而发生爆炸，如：多硝基化合物受热易分解而发生爆炸，如：TNT炸药、炸药、2,4,6-三硝基苯酚三硝基苯酚(俗称：苦味酸俗称：苦味酸)。有毒有毒 但有的多硝基化合物具有类似天然麝香的香气，而被用作香但有的多硝基化合物具有类似天然麝香的香气，而被用作香水、香皂和化妆品的定香剂。如：水、香皂和化妆品的定香剂。如：IR 脂肪族硝基化合物：脂肪族硝基化合物：1560cm-1，1390cm-1（2）芳香族硝基化合物：芳香族硝基化合物：1530cm-1，1345cm-1（2）*-NO2与与Ar共轭使吸收峰向低波数移动共轭使吸收峰向低波数移动 1HNMR -NO2为强吸电子基，使苯环上质子的化学位移向低场移动为强吸电子基，使苯环上质子的化学位移向低场移动三、化学反应三、化学反应（一）脂肪族硝基化合物（一）脂肪族硝基化合物-H的反应（复习）的反应（复习）1.酸性和互变异构酸性和互变异构 具有具有-H的硝基化合物，可与强碱作用生成可溶于水的盐。的硝基化合物，可与强碱作用生成可溶于水的盐。用共振论的观点，可解释为硝基化合物的共轭碱可以被共用共振论的观点，可解释为硝基化合物的共轭碱可以被共振所稳定。振所稳定。不含不含-H的的 3硝基化合物就不能与碱作用。硝基化合物就不能与碱作用。练习：练习：1、烯醇式的特点是什么、烯醇式的特点是什么？2、硝基苯和、硝基苯和2-硝基硝基-2-甲基甲基-戊烷能否溶于氢氧化钠水戊烷能否溶于氢氧化钠水 溶液中，为什么溶液中，为什么？+2.缩合反应缩合反应 与羟醛缩合、与羟醛缩合、Claisen缩合反应类似，缩合反应类似，活泼的活泼的-H可与羰基化可与羰基化合物作用，这在有机合成中有重要的用途。合物作用，这在有机合成中有重要的用途。练习：练习：1、羟醛缩合羟醛缩合的特点是什么的特点是什么？2、Claisen缩合反应的特点是什么缩合反应的特点是什么？（二）硝基对苯环邻、对位上取代基反应活性的影响（二）硝基对苯环邻、对位上取代基反应活性的影响1.增强卤原子的活性增强卤原子的活性(亲核取代亲核取代SN2Ar)硝基是强吸电子基，当其与苯环直接相连时，不仅使芳环上的硝基是强吸电子基，当其与苯环直接相连时，不仅使芳环上的亲电取代反应活性亲电取代反应活性，以致不能进行，以致不能进行(如：如：F-C反应反应)，而且通过，而且通过I、C效应，对其邻、对位的取代基产生显著的影响。效应，对其邻、对位的取代基产生显著的影响。但在但在Cl的邻、对位引入的邻、对位引入NO2时，时，Cl的反应活性的反应活性，且，且易于发生亲核取代反应。易于发生亲核取代反应。原因是：原因是：CCl键受键受NO2的的I、C效应的影响，使与效应的影响，使与Cl直接相连的碳原子上电子云密度直接相连的碳原子上电子云密度，而有利于亲核试剂的进攻，而有利于亲核试剂的进攻，使其水解反应得以进行。使其水解反应得以进行。显然显然,Cl原子的邻、对位上的原子的邻、对位上的NO2数目数目，其亲核取代反应活性，其亲核取代反应活性。反应机理反应机理 机理为机理为芳香亲核取代芳香亲核取代，分为，分为亲核加成亲核加成和和消除消除。Meisenheimer配合物配合物中间体共振结构式为：中间体共振结构式为：邻、对邻、对位使电位使电荷更分荷更分散；间散；间位无此位无此极限式极限式最稳定最稳定 2.对甲基的影响对甲基的影响增强甲基的活性增强甲基的活性 当甲基的邻当甲基的邻/对位有对位有NO2存在时，由于受其存在时，由于受其I、C效应效应的影响，甲基上的影响，甲基上H原子的活性原子的活性，从而可与苯甲醛发生缩合反应。，从而可与苯甲醛发生缩合反应。如：如：含活泼氢的化合物可以与苯甲醛缩合。含活泼氢的化合物可以与苯甲醛缩合。3.对酚、芳酸的酸性及芳胺碱性的影响对酚、芳酸的酸性及芳胺碱性的影响 当硝基的邻、对位有当硝基的邻、对位有OH、COOH存在时，由于存在时，由于I、C效应的影响，将使酚、芳酸的酸性增强。效应的影响，将使酚、芳酸的酸性增强。当硝基的邻、对位有当硝基的邻、对位有NH2存在时，由于存在时，由于I、C效应的影效应的影响，将使芳胺的碱性减弱。响，将使芳胺的碱性减弱。但硝基对其间位的基团因只存在但硝基对其间位的基团因只存在I效应，故影响较小效应，故影响较小。具体内容见酚、酸、胺的相关内容。具体内容见酚、酸、胺的相关内容。练习：练习：解释下列碱性顺序。解释下列碱性顺序。（三）还原反应（三）还原反应 硝基很容易被还原。还原一般经历以下过程：硝基很容易被还原。还原一般经历以下过程：其还原产物因其还原产物因反应条件、介质反应条件、介质不同而异。不同而异。1、在、在酸性介质酸性介质(通常为通常为HCl)中，以金属中，以金属Fe、Zn或或SnCl2为还原剂，为还原剂，可将硝基化合物直接还原成相应的胺。可将硝基化合物直接还原成相应的胺。2、在、在中性介质中性介质中，主要生成苯基羟胺。中，主要生成苯基羟胺。3、在、在碱性介质碱性介质(通常为通常为NaOH)中，发生双分子还原。中，发生双分子还原。氢化偶氮苯的重排：氢化偶氮苯的重排：4、选择性还原：、选择性还原：SnCl2 +HCl：选择性还原剂，只还原硝基，不还原羰基。：选择性还原剂，只还原硝基，不还原羰基。5、多硝基化合物在钠或铵的硫化物、硫氢化物等还、多硝基化合物在钠或铵的硫化物、硫氢化物等还原剂作用下，可进行原剂作用下，可进行部分还原部分还原，即还原一个硝基。，即还原一个硝基。缺点：还原邻位或对位缺点：还原邻位或对位无法预测，只能由实验确定无法预测，只能由实验确定6、催化氢化还原催化氢化还原2 胺类（胺类（amines)一、分类和命名一、分类和命名1.分类分类按胺上烃基数目按胺上烃基数目伯胺伯胺 1仲胺仲胺 2按与氨基相连的按与氨基相连的烃基的类别分烃基的类别分脂肪胺脂肪胺芳香胺芳香胺 叔胺叔胺 3 根据氮原子上所连烃基的数目不同胺可以分为根据氮原子上所连烃基的数目不同胺可以分为伯胺伯胺(1o胺胺primary amine)、仲胺仲胺(2o胺胺secondary amine)、叔胺叔胺（3o胺胺tertiary amine）。）。NH3 RNH2 R2NH R3N 氨氨 1o胺胺 2o胺胺 3o胺胺注意注意：伯、仲、叔胺和伯、仲、叔醇（或卤代烃）有着不同：伯、仲、叔胺和伯、仲、叔醇（或卤代烃）有着不同的意义。前者是由氮原子所连的意义。前者是由氮原子所连烃基的数目烃基的数目确定；确定；而后者是以而后者是以羟基（或卤原子）所连羟基（或卤原子）所连碳原子的种类碳原子的种类确定。确定。仲醇仲醇 伯胺伯胺 另外，还有一类称作季铵的化合物。包括季铵盐另外，还有一类称作季铵的化合物。包括季铵盐（quaternary aminonium salt）和季铵碱和季铵碱（quaternary ammniumhydrate）。）。练习：练习：按伯、仲、叔的分类法将胺和醇分类：按伯、仲、叔的分类法将胺和醇分类：2.胺的命名胺的命名（1）简单胺以胺作母体，烃基作取代基，称某胺简单胺以胺作母体，烃基作取代基，称某胺普通命名。普通命名。乙胺乙胺 二苯胺二苯胺 甲乙胺甲乙胺（ethylamine）（diphenyl amine）（ethylmethylamine）对于对于氨基不在氨基不在-位位的伯胺可采用与醇类似的命名法。的伯胺可采用与醇类似的命名法。3-戊胺戊胺 ,丁二胺丁二胺 （3-pentylamine）(putresine)当氮上同时连有芳基和脂肪烃基时，以当氮上同时连有芳基和脂肪烃基时，以芳胺作母体芳胺作母体，在脂，在脂肪烃基前加肪烃基前加“N”字表示脂肪烃基连在氮原子上字表示脂肪烃基连在氮原子上。甲基苯胺甲基苯胺 N,N-二乙基苯胺二乙基苯胺(N-methyl aniline)(N-ethyl-N-methyl aniline)（2）比较复杂的胺采用比较复杂的胺采用氨基作取代基，命名为烃氨基作取代基，命名为烃。系统命名系统命名甲基氨基戊烷甲基氨基戊烷 二甲氨基丁烷二甲氨基丁烷(3-amino-2-methylpentane)(2-dimethylinbuthane)季铵类化合物和胺的离子型化合物可作为铵离子（季铵类化合物和胺的离子型化合物可作为铵离子（NH4+）的）的衍生物来命名，衍生物来命名，“负离子负离子”化化“正离子正离子”，烷基依基团顺序写在，烷基依基团顺序写在铵字的前面。铵字的前面。四氯化甲铵四氯化甲铵 氢氧化三甲基乙基铵氢氧化三甲基乙基铵(tetramethylammonium chloride)(ethyltrimethylammonium hydroxide)另外，胺（另外，胺（1、2、3）的盐因表现形式不同还可以如此命名。）的盐因表现形式不同还可以如此命名。氯化苯铵氯化苯铵(anilinium chloride)盐酸苯胺或苯胺盐酸盐盐酸苯胺或苯胺盐酸盐(aniline hydrochloride)注意：注意：“氨氨”用于表示取代基，用于表示取代基，“胺胺”表示氨的烃基衍生物，表示氨的烃基衍生物，“铵铵”用于季铵类化合物和胺的离子型化合物，用于季铵类化合物和胺的离子型化合物，二、胺的结构二、胺的结构（1）氨和胺中的氨和胺中的N是是不等性不等性的的 sp3杂化，未共用电子杂化，未共用电子对占据一个对占据一个sp3杂化轨道。杂化轨道。（2）随着随着N上连接基团的不同，键角、键长大小均会有上连接基团的不同，键角、键长大小均会有改变。改变。（3）当氮原子上所连的当氮原子上所连的3个原子和基团个原子和基团不同不同时，氮原子时，氮原子是是手性中心手性中心，应有一对对映体，但容易，应有一对对映体，但容易相互转换相互转换。（4）但当但当有因素能阻断转换有因素能阻断转换时，可拆分出时，可拆分出对映体对映体。季季铵铵化化合合物物桥桥环环化化合合物物芳香胺：以苯胺为例芳香胺：以苯胺为例三、胺的物理性质三、胺的物理性质 1、物态、物态 甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体，其它胺为液体或固甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体，其它胺为液体或固体。许多胺类有难闻的气味，如三甲胺有鱼腥味、体。许多胺类有难闻的气味，如三甲胺有鱼腥味、1,4-丁二胺俗丁二胺俗称称腐肉胺腐肉胺、1,5-戊二胺俗称戊二胺俗称尸胺尸胺。2、溶解性、溶解性 3、沸点、沸点(b.p)与醇相似，伯胺、仲胺可以形成分子间氢键，其沸点高于相对与醇相似，伯胺、仲胺可以形成分子间氢键，其沸点高于相对分子质量相近的非极性化合物分子质量相近的非极性化合物(如烷烃如烷烃)，而低于相应的醇或羧酸，而低于相应的醇或羧酸.叔胺不能形成分子间氢键，其沸点低于相对分子质量相近的伯叔胺不能形成分子间氢键，其沸点低于相对分子质量相近的伯胺和仲胺，而与相对分子质量相近的烷烃差不多胺和仲胺，而与相对分子质量相近的烷烃差不多。低级胺可以溶于水，但随着碳数增多而逐渐降低低级胺可以溶于水，但随着碳数增多而逐渐降低。波谱性质波谱性质 IR谱：谱：NMR谱：谱：四、胺的化学反应四、胺的化学反应（一）碱性与铵盐的生成（一）碱性与铵盐的生成N上的电子云密度上的电子云密度，接受质子的能力，接受质子的能力，碱性，碱性。胺的碱性强弱胺的碱性强弱：脂肪胺：脂肪胺氨氨芳香胺。芳香胺。1.1.脂肪胺脂肪胺在气相或非水溶液中在气相或非水溶液中3胺胺2胺胺1胺胺(电子效应的影响电子效应的影响)在水溶液中在水溶液中2胺胺1胺胺 3胺胺电子效应电子效应、空间效应空间效应和和溶剂化效应溶剂化效应共同影响的结果共同影响的结果（1）电子效应的影响）电子效应的影响 脂肪胺烃基的脂肪胺烃基的+I 效应效应，使，使N 上的电子云密度增高。上的电子云密度增高。且且N 上烃基越多，上烃基越多，N 上电子云密度越高。上电子云密度越高。单就电子效应对胺的碱性影响，在气态条件下，单就电子效应对胺的碱性影响，在气态条件下，其碱性强弱顺序为：其碱性强弱顺序为：3胺胺2胺胺1胺胺（2）空间效应的影响）空间效应的影响 N 原子上连接的基团越大越多，使原子上连接的基团越大越多，使N 原子上的孤对原子上的孤对电电子与子与H+结合越难（空间阻碍增大），碱性越弱。结合越难（空间阻碍增大），碱性越弱。单就空间效应对胺的碱性影响来说，在水溶液中，单就空间效应对胺的碱性影响来说，在水溶液中，其碱性强弱的顺序为：其碱性强弱的顺序为：1胺胺2胺胺3胺胺（）水的溶剂化效应（）水的溶剂化效应单一溶剂化作用对胺碱性影响使碱性强弱顺序为：单一溶剂化作用对胺碱性影响使碱性强弱顺序为：1胺胺2胺胺3胺胺2.2.芳胺芳胺 电子电子 效应：效应：1胺胺2胺胺3胺胺空间空间 效效 应：应：1胺胺2胺胺3胺胺 溶剂化效应：溶剂化效应：1胺胺2胺胺3胺胺总结果：总结果：1胺胺2胺胺3胺胺3.3.季铵类化合物季铵类化合物 季铵类化合物季铵类化合物 中的中的N上已连有四个烃基并带正电荷，再上已连有四个烃基并带正电荷，再也不能接受质子，碱性由其所结合的负离子来决定。因此也不能接受质子，碱性由其所结合的负离子来决定。因此季季铵碱的碱性为强碱铵碱的碱性为强碱。季铵碱季铵碱 2胺胺1胺胺、3胺胺NH3 1 胺胺 2胺胺3胺胺 脂肪胺脂肪胺 芳香胺芳香胺 练习：练习：解释下列化合物的碱性顺序解释下列化合物的碱性顺序 取代芳胺碱性分析：取代芳胺碱性分析：吸电子基减弱碱性，斥电子基增强碱性吸电子基减弱碱性，斥电子基增强碱性。如硝基苯胺、甲基苯胺如硝基苯胺、甲基苯胺4.成盐成盐 即使是碱性较弱的芳胺也可与强酸作用成盐，由于铵盐是弱碱即使是碱性较弱的芳胺也可与强酸作用成盐，由于铵盐是弱碱生成的盐，因此它遇到强碱就会游离出来。生成的盐，因此它遇到强碱就会游离出来。应用应用（1）分离胺类与非碱性物质。分离胺类与非碱性物质。（2）在制药过程中，常利用碱性将难溶于水的胺类药）在制药过程中，常利用碱性将难溶于水的胺类药物制成盐，以增加其水溶性。例如，局部麻醉药盐酸普鲁物制成盐，以增加其水溶性。例如，局部麻醉药盐酸普鲁卡因（卡因（Procaine hydrochloride）。）。（二）烃基化反应（二）烃基化反应 胺是一种亲核试剂，可以与卤代烷或活泼芳卤发生亲核取胺是一种亲核试剂，可以与卤代烷或活泼芳卤发生亲核取代反应（代反应（SN2），在胺的），在胺的N原子上引入烃基，故称烃基化反应原子上引入烃基，故称烃基化反应。R4NX-RX +NH3RNH2R2NHR3NOH-OH-OH-RXRXRX+1RX 2RX,3RX 以消除为主。以消除为主。RX卤代烃的反应活性为：卤代烃的反应活性为：RIRBrRCl（三）酰化和磺酰化反应（三）酰化和磺酰化反应 （1 1）酰化）酰化 脂肪族或芳香族脂肪族或芳香族11胺和胺和22胺可与酰化试剂酰卤、酸胺可与酰化试剂酰卤、酸酐或酯发生亲核取代生成酰胺。酐或酯发生亲核取代生成酰胺。叔胺叔胺N上没有上没有H原子，故不发生酰化反应。原子，故不发生酰化反应。3o胺胺 +磺酰氯磺酰氯 （2）磺酰化）磺酰化-兴斯堡反应（兴斯堡反应（Hinsberg）反应现象分析：反应现象分析：1o胺胺 +磺酰氯磺酰氯沉淀溶解沉淀溶解沉淀沉淀NaOHH+2o胺胺 +磺酰氯磺酰氯沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱）沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱）3胺油状物胺油状物 +TsO-的水溶液的水溶液 +NaCl 油状物消失油状物消失H+-OHNaOHRNH2 +NaOH-H2ONaOHH+R2NH +NaOH-H2OR3N+NaOH-H2OR3N+R3NH+H+-OH磺酰胺的水解速磺酰胺的水解速率比酰胺慢得多。率比酰胺慢得多。兴斯堡反应的反应式兴斯堡反应的反应式应应 用用1.1.用于胺类的鉴定、用于胺类的鉴定、分离。分离。2.2.用于保护氨基用于保护氨基（四）与亚硝酸反应（四）与亚硝酸反应1 1伯胺伯胺 芳香族伯胺在低温下与亚硝酸反应生成芳香重氮盐芳香族伯胺在低温下与亚硝酸反应生成芳香重氮盐（diazonium salt）,称称重氮化反应重氮化反应。当将重氮盐加热至室温。当将重氮盐加热至室温分解则放出氮气。分解则放出氮气。脂肪族伯胺与亚硝酸反应得脂肪族重氮盐，极不稳定，低脂肪族伯胺与亚硝酸反应得脂肪族重氮盐，极不稳定，低温下也很快分解，生成正碳离子，同时放出氮气。温下也很快分解，生成正碳离子，同时放出氮气。脂肪伯胺与亚硝酸脂肪伯胺与亚硝酸 ：环状：环状-氨基醇氨基醇的的扩环反应扩环反应制环酮制环酮应用应用：测定氨基的量（根据：测定氨基的量（根据N2的量）的量）鉴别脂肪族、芳香族伯胺鉴别脂肪族、芳香族伯胺+2 2仲胺仲胺产物：产物：N-亚硝基胺（亚硝基胺（N-nitrosoamine）。N-亚硝基胺大多是中性、不溶于水的亚硝基胺大多是中性、不溶于水的黄色油状物或固体黄色油状物或固体，与稀酸共热时则分解成原来的胺。与稀酸共热时则分解成原来的胺。常利用此反应常利用此反应分离或精制仲胺。分离或精制仲胺。亚硝基化合物的毒性很强，大多数具有致癌作用，其致癌亚硝基化合物的毒性很强，大多数具有致癌作用，其致癌范围很广，特别是肝癌，其致癌能力主要取决于化合物本身的范围很广，特别是肝癌，其致癌能力主要取决于化合物本身的结构而与物种无关。虽然结构而与物种无关。虽然N-亚硝基化合物在自然界含量较少，亚硝基化合物在自然界含量较少，但能形成亚硝胺的仲胺和亚硝酸盐分布很广。烟草、鱼制品以但能形成亚硝胺的仲胺和亚硝酸盐分布很广。烟草、鱼制品以及作为发色剂和防腐剂的亚硝酸盐易与食品中的胺作用生成亚及作为发色剂和防腐剂的亚硝酸盐易与食品中的胺作用生成亚硝胺。更为重要的是亚硝胺可在人体内合成，特别是在胃、口硝胺。更为重要的是亚硝胺可在人体内合成，特别是在胃、口腔和膀胱中为甚。腔和膀胱中为甚。亚硝胺在紫外线的照射下能发生不可逆的亚硝胺在紫外线的照射下能发生不可逆的光解反应光解反应，维生，维生素素C能还原亚硝酸盐，可以阻止亚硝胺的体内合成。所以，良能还原亚硝酸盐，可以阻止亚硝胺的体内合成。所以，良好的生存环境和多食新鲜的蔬菜和水果对预防癌症具有重大意好的生存环境和多食新鲜的蔬菜和水果对预防癌症具有重大意义。义。3 3叔胺叔胺 脂肪叔胺与亚硝酸生成不稳定的亚硝酸盐。亚硝酸盐溶于脂肪叔胺与亚硝酸生成不稳定的亚硝酸盐。亚硝酸盐溶于水，无反应现象。水，无反应现象。芳香叔胺与亚硝酸反应，极易发生芳环上的芳香叔胺与亚硝酸反应，极易发生芳环上的亲电取代亲电取代反应，反应，生成生成C-亚硝基化合物。亚硝基化合物。-NO主要进入氨基的对位，若对位被占主要进入氨基的对位，若对位被占据则进入邻位。据则进入邻位。上述上述C-亚硝基化合物是在强酸条件下进行的的反应，产物是亚硝基化合物是在强酸条件下进行的的反应，产物是桔黄色桔黄色。加碱中和显。加碱中和显翠绿色翠绿色。应用：应用：区别脂肪族伯仲叔胺；芳香族伯仲叔胺区别脂肪族伯仲叔胺；芳香族伯仲叔胺练习：练习：用简单化学方法鉴别下列化合物用简单化学方法鉴别下列化合物1苯胺苯胺 2环己胺环己胺 3N-甲基苯胺甲基苯胺 小结：脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应小结：脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应3o胺胺分类分类1o胺胺2o胺胺脂肪胺与亚硝酸的反应脂肪胺与亚硝酸的反应芳香胺与亚硝酸的反应芳香胺与亚硝酸的反应RNH2NaNO2,HClR-N NCl-N2R+醇、烯、卤代烃等的混合物醇、烯、卤代烃等的混合物ArNH2NaNO2,HCl0-5oC0-5oCAr-N NCl-+发生取代反应制备发生取代反应制备ArX,ArCN,ArOH,ArSH,ArH,Ar-ArR2NHNaNO2,HClR2N-N=OSnCl2,HClR2NH与脂肪胺类似与脂肪胺类似N-亚硝基二级胺亚硝基二级胺黄色油状黄色油状物或固体物或固体R3N+HNO2R3NH+NO2-OH-1o胺放出气体。胺放出气体。2o胺出现黄色油状物。胺出现黄色油状物。3o胺发生成盐反应，无特殊现象。胺发生成盐反应，无特殊现象。1o胺放出气体。胺放出气体。2o胺出现黄色油状胺出现黄色油状物。物。3o胺出现绿色或桔黄色晶体。胺出现绿色或桔黄色晶体。（五）芳环上的取代（五）芳环上的取代 苯胺与溴水反应立即生成苯胺与溴水反应立即生成2，4，6-三溴苯胺三溴苯胺,该反应能定量该反应能定量完成，可用于定性和定量分析。完成，可用于定性和定量分析。制备单卤代苯胺方法：制备单卤代苯胺方法：1 1卤代反应卤代反应练习：练习：完成下列反应完成下列反应2 2硝化反应硝化反应 芳伯胺直接硝化易被硝酸氧化，必须先把氨基保护起来（乙酰化芳伯胺直接硝化易被硝酸氧化，必须先把氨基保护起来（乙酰化或成盐），然后再进行硝化。或成盐），然后再进行硝化。硫硫3 3磺化反应磺化反应 苯胺与浓硫酸作用成盐后在苯胺与浓硫酸作用成盐后在180加热脱水，生成不稳定的苯加热脱水，生成不稳定的苯胺磺酸，很快重排成对氨基苯磺酸。胺磺酸，很快重排成对氨基苯磺酸。对氨基苯磺酸兼有酸、碱两种官能团，以内盐的形式存在对氨基苯磺酸兼有酸、碱两种官能团，以内盐的形式存在，熔点高。水溶性小。，熔点高。水溶性小。对氨基苯磺酸是最简单的磺胺类药物，也是其它磺胺类对氨基苯磺酸是最简单的磺胺类药物，也是其它磺胺类药物的母体。其合成路线为：药物的母体。其合成路线为：在氨解时以其它胺类代替在氨解时以其它胺类代替NH3就可得到各就可得到各类磺胺类药物，如类磺胺类药物，如SMZ。氯磺化氯磺化4、Friedel-Crafts反应反应叔胺可直接叔胺可直接F-C反应反应（六）其它反应（六）其它反应与醛酮反应与醛酮反应2 2、仲胺与有、仲胺与有-氢的醛酮加成，再脱水得烯胺氢的醛酮加成，再脱水得烯胺烯胺烯胺 羰基化合物羰基化合物+仲胺仲胺水解水解1、伯胺与醛酮生成西佛碱（、伯胺与醛酮生成西佛碱（Schiff base）水解又可得原来的胺和醛，所以可以用来保护氨基和醛基。水解又可得原来的胺和醛，所以可以用来保护氨基和醛基。-H2O五、胺的制备五、胺的制备1、氨或胺的烃基化、氨或胺的烃基化SN22、硝基的还原、硝基的还原RNO2 RNH2还原剂还原剂还原剂还原剂：酸性酸性：Fe+HClFe+HCl，Zn+HClZn+HCl，Sn+HClSn+HCl，SnClSnCl2 2+HCl+HCl碱性：碱性：NaNa2 2S S，NaHSNaHS，(NH(NH4 4)2 2S,NHS,NH4 4HSHS，LiAlHLiAlH4 4中性：中性：（催化加氢法）（催化加氢法）Ni，Pt，Pd注：注：NaHS可使二硝基化合物中的一个硝基可使二硝基化合物中的一个硝基3、酰胺、肟、腈和叠氮化合物的还原酰胺、肟、腈和叠氮化合物的还原 还原剂还原剂 还原剂还原剂:LiAlH4,B2H6,催化氢化催化氢化(肟还可用肟还可用Na+C2H5OH)腈腈、肟肟和和叠叠氮氮化化合合物物的的还还原原得得一一级级胺胺,酰酰胺胺的的还还原原可可得得一一级级、二级、三级胺。二级、三级胺。4、还原氨化还原氨化胺胺化化还还原原还原还原RCHORCHO还原还原（RCH2）3N 用甲酸铵在高温下与醛、酮反应可得伯胺，称为用甲酸铵在高温下与醛、酮反应可得伯胺，称为刘卡特刘卡特(Leuckart)反应。反应。5、酰胺的、酰胺的Hoffmann重排重排 RCONH2 RNH2NaOH，Br2注：只用于有伯氨基的酰胺注：只用于有伯氨基的酰胺6、加布瑞尔（、加布瑞尔（Gabriel）合成法合成法适用于：适用于：1、2卤代烷；卤代烷；SN2机理。机理。7、曼尼希（、曼尼希（Mannich）反应反应 在有在有-H的酮的的酮的-位引入一个氨甲基。反应可在水、醇中位引入一个氨甲基。反应可在水、醇中进行，可用三聚或多聚甲醛或甲醛水溶液。产物以盐的形式存进行，可用三聚或多聚甲醛或甲醛水溶液。产物以盐的形式存在。在。3 3 季铵盐和季铵碱季铵盐和季铵碱一、季铵盐季铵盐叔胺与卤代烃反应即得到季铵盐。叔胺与卤代烃反应即得到季铵盐。卤代烃与胺的活性为：卤代烃与胺的活性为：RIRBrRClRF。具有长链的季铵盐都有表面活性作用，常用作表面活性剂。具有长链的季铵盐都有表面活性作用，常用作表面活性剂。季铵盐是离子型化合物，易溶于水，不溶于乙醚等非极性季铵盐是离子型化合物，易溶于水，不溶于乙醚等非极性有机溶剂。分子中既含有憎水的烃基，又含有亲水的铵离子，有有机溶剂。分子中既含有憎水的烃基，又含有亲水的铵离子，有去污、清洁、抑菌、杀菌作用。临床上用作消毒防腐剂。去污、清洁、抑菌、杀菌作用。临床上用作消毒防腐剂。溴化二甲基十二烷基苄基铵溴化二甲基十二烷基苄基铵 新洁尔灭新洁尔灭 bromo-geramine溴化二甲基十二烷基溴化二甲基十二烷基-（2-苯乙氧基）铵苯乙氧基）铵 杜灭芬杜灭芬bromo-duminphene季铵盐还常用作季铵盐还常用作相转移催化剂相转移催化剂PTC。Q+起着运送负离子的作用，能自由穿梭于两相。起着运送负离子的作用，能自由穿梭于两相。二、季铵碱二、季铵碱 季铵盐与湿的氧化银作用可转变成氢氧化四烃基铵季铵盐与湿的氧化银作用可转变成氢氧化四烃基铵季季铵碱铵碱。季铵碱是一个强碱季铵碱是一个强碱，其碱性与，其碱性与NaOH或或KOH相当，相当，受热则发受热则发生分解生分解。不含不含-H原子季铵碱的热分解原子季铵碱的热分解SN2反应反应含含-H原子季铵碱的热分解原子季铵碱的热分解E2消除反应消除反应1.SN2反应反应 不含不含-H原子季铵碱的热分解原子季铵碱的热分解SN2反应反应2.消除反应消除反应A、反应、反应含含-H原子季铵碱的热分解原子季铵碱的热分解E2消除反应消除反应 氢氧根负离子进攻氢氧根负离子进攻-H 并夺取并夺取-H，同时同时CN键断裂，发键断裂，发生消除反应生消除反应Hofmann消除消除B.消除的取向消除的取向 当分子中有两种或两种以上不同的当分子中有两种或两种以上不同的-H 原子可以被消除时，其原子可以被消除时，其消除取向与消除取向与-H 原子的原子的酸性（主要因素）酸性（主要因素）和和空间效应空间效应有关。有关。(1)Hofmann规则规则-H 原子的酸性和空间效应一致：原子的酸性和空间效应一致：当分子中有两种或两种以上不同的当分子中有两种或两种以上不同的-H 原子可以被消除时，原子可以被消除时，主要生成主要生成取代基少的烯烃取代基少的烯烃，称为，称为Hofmann规则规则。酸酸 性：性：1-H2-H 空间效应：空间效应：进攻进攻1-H空间位阻小空间位阻小Hofmann规则只适合于烷基季铵碱规则只适合于烷基季铵碱 (2)不符合不符合Hofmann规则的热消除规则的热消除-H 原子的酸性和原子的酸性和空间效应不一致，空间效应不一致，-H 原子的酸性起主导作用。原子的酸性起主导作用。酸酸 性：性：-H -H 空间效应：空间效应：-H-H起决定作用起决定作用解解 释释 反反应应按按E2E2机机理理进进行行，由由于于三三甲甲氨氨基基不不是是一一个个好好的的离离去去基基团团，而而它它的的-H-H受受强强吸吸电电子子作作用用酸酸性性较较大大，因因此此在在强强碱碱的的作作用用下下位位C-HC-H键断裂比键断裂比C-NC-N的大。的大。A电子效应电子效应 由此可见，由此可见，过渡态时，过渡态时，-碳具有负碳离子的性质，碳具有负碳离子的性质，-碳碳原子上原子上连有给电子烷基时，使过渡态不稳定，使连在连有给电子烷基时，使过渡态不稳定，使连在-碳上的氢不容易消碳上的氢不容易消除，所以消除易发生在除，所以消除易发生在取代基少的取代基少的-碳上，碳上，得得Hofmann规则产物。规则产物。C1C1C2C2发生消除发生消除E2E2消除反应要求被消除的消除反应要求被消除的H H与离去基团处于反式共平面。与离去基团处于反式共平面。B立体化学立体化学空间效应空间效应C2C3发生消除发生消除 其中最稳定构象是其中最稳定构象是，但其没有反式共平面的氢；在，但其没有反式共平面的氢；在、中虽有与中虽有与N+(CH3)3处于反式共平面的氢原子，但两种构象均不处于反式共平面的氢原子，但两种构象均不稳定。稳定。有时也发生顺式消除。有时也发生顺式消除。（3）.Hofmann反应的应用反应的应用彻底甲基化彻底甲基化 由于季铵碱的热消除具有一定的取向，因此通过测定烯烃的由于季铵碱的热消除具有一定的取向，因此通过测定烯烃的结构，可以结构，可以推测胺的结构推测胺的结构。如：。如：象这种用过量象这种用过量CH3I与胺作用生成季铵盐的过称为与胺作用生成季铵盐的过称为彻底甲基化彻底甲基化。H4 4 重氮与偶氮化合物重氮与偶氮化合物无论是重氮还是偶氮化合物，分子中都含有无论是重氮还是偶氮化合物，分子中都含有N=N原子团。原子团。当当N=N原子团的两端都与烃基直接相连时原子团的两端都与烃基直接相连时，这类化合，这类化合物称为偶氮化合物，其通式为：物称为偶氮化合物，其通式为：RN=NR。如：如：当当N=N原子团只有一个氮原子与烃基直接相连，原子团只有一个氮原子与烃基直接相连，这类这类化合物称为重氮化合物，其中重氮盐尤为重要。如：化合物称为重氮化合物，其中重氮盐尤为重要。如：一、芳香重氮盐一、芳香重氮盐 芳香族重氮盐所以稳定，是因为其重氮盐正离子中的芳香族重氮盐所以稳定，是因为其重氮盐正离子中的CNN键呈线型结构，键呈线型结构，-共轭的结果。共轭的结果。重氮盐的化学性质活泼，能发生多种反应，在有机合成重氮盐的化学性质活泼，能发生多种反应，在有机合成上的用途十分广泛。但大体上可分为两大类：上的用途十分广泛。但大体上可分为两大类：（1）放出氮的反应）放出氮的反应（2）保留氮的反应）保留氮的反应（一）放出氮的反应（一）放出氮的反应1、被、被X或或CN取代取代 重氮盐在一定条件下分解，重氮基被其它原子或基团取代，重氮盐在一定条件下分解，重氮基被其它原子或基团取代，同时放出同时放出N2。以以CuCl、CuBr或或CuCN为催化剂的反应，叫为催化剂的反应，叫Sandmeyer(桑德桑德迈尔迈尔)反应反应。以以Cu为催化剂的反应，叫为催化剂的反应，叫Gattermann(盖特曼盖特曼)反应。反应。X=Cl、Br 碘化物的生成最容易，只需用碘化物的生成最容易，只需用KI与重氮盐一起共热即可，且收与重氮盐一起共热即可，且收率良好。率良好。氟化物的制备与上述诸反应不同，它需要先将氟硼酸加到重氟化物的制备与上述诸反应不同，它需要先将氟硼酸加到重氮盐溶液中，生成不溶解的氟硼酸重氮盐沉淀，经过滤、洗涤、氮盐溶液中，生成不溶解的氟硼酸重氮盐沉淀，经过滤、洗涤、干燥后，小心加热，即分解得到芳香氟化物。干燥后，小心加热，即分解得到芳香氟化物。该反应称为该反应称为Schiemann(希曼希曼)反应反应。2、被、被-NO2、-SO2OH、-SCN取代取代 重重氮氮离离子子的的氟氟硼硼酸酸盐盐在在铜铜粉粉存存在在下下与与NaNONaNO2 2、NaNa2 2SOSO3 3、NaSCNNaSCN溶液反应，则重氮基被取代。溶液反应，则重氮基被取代。3、被被OH取代取代 该法主要用来制备没有异构体的酚和用磺化碱融等其它方法该法主要用来制备没有异构体的酚和用磺化碱融等其它方法难以得到的酚。难以得到的酚。值得注意的是该法不宜使用重氮苯盐酸盐值得注意的是该法不宜使用重氮苯盐酸盐。因为：重。因为：重氮盐的氮盐的水解反应是分步进行的：氮盐的水解反应是分步进行的：水解反应是分步进行的：氮盐的水解反应是分步进行的：4、被、被 H 原子取代原子取代 这两种方法中，这两种方法中，以次磷酸还原为好以次磷酸还原为好；而以乙醇还原产率则不；而以乙醇还原产率则不高，因往往有副产物高，因往往有副产物ArOC2H5生成。生成。应用应用:5、重氮盐的取代反应在合成上的应用、重氮盐的取代反应在合成上的应用分析：分析：(1)先引入一个基团，但无论是先引入先引入一个基团，但无论是先引入CH3(为邻、对为邻、对 位基位基)还是先引入还是先引入NO2都不行都不行(不能进行酰基化不能进行酰基化)。(2)考虑苯环上有两个取代基，成功引入第三个取代基考虑苯环上有两个取代基，成功引入第三个取代基 后再去掉一个基团。这里有两种情况：后再去掉一个基团。这里有两种情况：其其原原因因是是：为为避避免免烷烷基基化化时时催催化化剂剂的的中中毒毒，致致使使反反应应不不能能进进行。行。（二）（二）保留氮的反应保留氮的反应1、还原反应、还原反应 在在还还原原剂剂的的作作用用下下，芳芳香香重重氮氮盐盐的的重重氮氮基基可可被被还还原原成成苯苯肼肼，还原剂包括：氯化亚锡、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠还原剂包括：氯化亚锡、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠若以较强的还原剂作用，重氮盐可被还原成苯胺。若以较强的还原剂作用，重氮盐可被还原成苯胺。2、偶合反应、偶合反应 在适当条件下，重氮盐可与酚、芳胺作用，失去一分子在适当条件下，重氮盐可与酚、芳胺作用，失去一分子HX，与此同时，通过偶氮基与此同时，通过偶氮基N=N将两分子偶联起来，该反应称将两分子偶联起来，该反应称为偶合反应。为偶合反应。偶合反应不能在偶合反应不能在强酸或强碱强酸或强碱性介质中进行。性介质中进行。因为在强酸介质中，酚或芳胺都能被质子化而使苯环钝化，因因为在强酸介质中，酚或芳胺都能被质子化而使苯环钝化，因而难以与弱的亲电试剂反应而难以与弱的亲电试剂反应。而在强碱介质中，重氮盐正离子与碱作用，可生成重氮酸或其而在强碱介质中，重氮盐正离子与碱作用，可生成重氮酸或其盐。盐。A.偶合反应的最佳条件偶合反应的最佳条件 由此可见，重氮盐与酚、芳胺的偶合，反应介质的由此可见，重氮盐与酚、芳胺的偶合，反应介质的pH值是值是一个十分重要的条件。一个十分重要的条件。与酚的偶合：与酚的偶合：在弱碱介质中进行有利。这是因为：在弱碱介质中进行有利。这是因为：ArO是一个非常强的第一类定位基，因而有利于偶合反应是一个非常强的第一类定位基，因而有利于偶合反应的进行。的进行。重氮盐与酚偶合的最佳条件是：重氮盐与酚偶合的最佳条件是：反应介质的反应介质的pH=810。与芳胺的偶合：与芳胺的偶合：在弱酸介质中进行有利，在弱酸介质中进行有利，反应介质的反应介质的pH=57为宜。为宜。B.偶合反应的位置偶合反应的位置与酚的偶合与酚的偶合：由于由于OH是邻、对位基，而亲电试剂是邻、对位基，而亲电试剂ArN2+的体积较大，所的体积较大，所以偶合反应优先发生在对位，只有当对位被占据时反应才发生在以偶合反应优先发生在对位，只有当对位被占据时反应才发生在邻位。邻位。与芳胺的偶合与芳胺的偶合：叔芳胺的偶合与酚相似，也是优先在对位偶合。叔芳胺的偶合与酚相似，也是优先在对位偶合。然而，伯芳胺和仲芳胺由于然而，伯芳胺和仲芳胺由于N上还保留着活泼上还保留着活泼H原子，因此原子，因此偶合反应首先发生在氨基上，生成偶合反应首先发生在氨基上，生成重氮氨基重氮氨基化合物。化合物。生成生成苯重氮氨基苯苯重氮氨基苯在苯胺中与少量苯胺盐酸盐一起共热，则在苯胺中与少量苯胺盐酸盐一起共热，则重排重排生成对氨基偶氮苯。生成对氨基偶氮苯。与萘酚或萘胺的偶合：与萘酚或萘胺的偶合：与与-萘酚或萘胺的偶合萘酚或萘胺的偶合与与-萘酚或萘胺的偶合萘酚或萘胺的偶合 偶合反应的重要用途是合成偶氮染料。偶合反应的重要用途是合成偶氮染料。二、偶氮化合物二、偶氮化合物 偶偶氮氮化化合合物物分分子子中中的的氮氮原原子子是是spsp2 2杂杂化化，如如同同C=CC=C一一样样，也存在顺反异构。也存在顺反异构。偶氮苯可被还原成氢化偶氮苯或苯胺。偶氮苯可被还原成氢化偶氮苯或苯胺。三、重氮甲烷三、重氮甲烷（一）结构（一）结构此结构可用共振式表示为此结构可用共振式表示为:重氮甲烷的结构如下：重氮甲烷的结构如下：（二）制备（二）制备 重重氮氮甲甲烷烷是是一一个个有有毒毒气气体体（b.p.23b.p.23），具具有有爆爆炸炸性性。易溶于乙醚，一般使用其乙醚溶液。易溶于乙醚，一般使用其乙醚溶液。实实验验室室制制备备重重氮氮甲甲烷烷的的方方法法是是用用碱碱分分解解N-N-亚亚硝硝基基-N-N-甲甲基对甲基苯磺酰胺。基对甲基苯磺酰胺。（三）化学性质（三）化学性质1 1与有活泼氢的化合物反应与有活泼氢的化合物反应重重氮氮甲甲烷烷是是重重要要的的甲甲基基化化试试剂剂，可可与与酸酸、酚酚、-二二酮酮和和-二酮酸酯类化合物反应生成甲酯或甲醚。二酮酸酯类化合物反应生成甲酯或甲醚。2 2与醛、酮反应与醛、酮反应重重氮氮甲甲烷烷与与醛醛、酮酮反反应应能能够够生生成成多多一一个个碳碳原原子子的的酮酮。此此反反应主要用于环酮的扩大，同时有少量的环氧化合物生成。应主要用于环酮的扩大，同时有少量的环氧化合物生成。反反 应应 机机 理理反应机理为羰基加成反应与重排。反应机理为羰基加成反应与重排。3分解成卡宾分解成卡宾5 卡宾和苯炔中间体卡宾和苯炔中间体 一、卡宾一、卡宾（一）制备（一）制备1 1、重重氮氮甲甲烷烷受受热热后后会会分分解解成成卡卡宾宾（CarbenCarben）。又又称称碳碳烯烯，是是一一个碳外层有个碳外层有6 6个电子的活泼中间体，能短暂的存在。个电子的活泼中间体，能短暂的存在。2、多卤代烷的、多卤代烷的-消除反应消除反应（二）结构（二）结构卡宾有两种形态：卡宾有两种形态：单线态和三线态单线态和三线态。化学反应主要是。化学反应主要是加成加成反应和插入反应反应和插入反应。两种形态在发生反应时存在。两种形态在发生反应时存在立体专一性立体专一性上的差别。上的差别。1、加成反应、加成反应单单线线态态：2 2个个未未成成键键电电子子处处于于同同一一轨轨道道，自自旋旋相相反反，能能量量较高，在液态中以新生时存在，加成产物具有立体专一性。较高，在液态中以新生时存在，加成产物具有立体专一性。三三线线态态：2 2个个未未成成键键电电子子处处于于不不同同轨轨道道，自自旋旋相相同同，能能量量较较低低，在在气气相相中中由由单单线线态态衰衰变变而而来来，加加成成反反应应无无立立体体选选择性。择性。