含氮有机物化学竞赛辅导

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,含氮化合物的分类、结构和命名；,各类含氮化合物的物理性质和化学性质；,芳香族重氮盐的性质和应用,；,烯胺的结构、性质、制法和在合成中的应用；,常见的分子重排反应及其历程和应用,。,胺的化学性质和主要制备方法,；,芳香族重氮盐、,烯胺在合成中的应用。,第十四章 含氮有机化合物,含氮有机合物，主要是指分子中氮原子和碳原子直接相连的化合物。,也可看成是烃分子的一个或几个氢原子，被含氮的官能团所取代的衍生物。,这类化合物范围广，种类繁多，与生命活动和人类日常生活关系非常密切。,已学过腈、酰胺等。,本章学习硝基化合物、胺、重氮和偶氮化合物等。,含氮杂环化合物、生物碱等也为数众多。,1,分类、命名和结构,硝基化合物的分类，可根据分子中烃基的结构及其与硝基的关系。,根据烃基不同，分为脂肪族、芳香族硝基化合物。,根据硝基的数目，分为一、二及多硝基化合物。,根据硝基连接的碳原子的不同，分为伯,(,一级,),、仲,(,二级,),、叔,(,三级,),硝基化合物。,14-1,硝基化合物,硝基化合物的命名与卤代烃相似，是以烃为母体，把硝基作为取代基。,硝基甲烷,nitro,methane,2-,硝基丙烷,2-nitropropane,硝基苯,nitrobenzene,对,硝基甲,苯,1-methyl-4-nitrobenzene,硝基化合物的结构，可表示为由一个,N=O,和一个,NO,配位键组成。,电子衍射法证明，硝基中两个氮氧键长是完全相同的，,CH,3,NO,2,分子中的两个,N,O,键的键长均为,0.122nm,。,sp,2,杂化,原因：硝基中氮原子以,sp,2,杂化，三个原子形成共平面的,键。,硝基中的两个氧原子是等同的，可用共振结构表示：,127,2,硝基化合物的制法,脂肪族硝基化合物，用伯卤代烷或仲卤代烷在,DMF,或,DMSO,溶液中，与亚硝酸钠起,S,N,2,反应生成。,芳香族硝基化合物，用硝酸和硫酸的混酸直接硝化的方法合成。,(1),物理性质,3,硝基化合物的性质,脂肪族硝基化合物和,芳香族一元硝基化合物，,一般为高沸点液体。,二元和多元芳香族硝基化合物是无色或黄色固体。,沸点比相应的卤代烃高，原因是其分子具有较大的极性，分子间的引力大。,硝基化合物多不溶于水，液态的硝基化合物是良好的有机溶剂，能溶解许多无机盐。,大多数硝基化合物都有毒性，具有爆炸性。,还原：硝基化合物可以被还原生成胺。,(2),脂肪族硝基化合物的化学性质,也可以用其他还原剂，如,Fe,、,Zn,、,Sn,等加,HCl,的酸性还原系统。,-H,的酸性：由于硝基的强吸电子的诱导效应,-,I,，使得脂肪族硝基化合物中的,-H,原子具有酸性。,硝基式,(,假酸式,),酸式,有,-H,的硝基化合物能和,NaOH,生成盐,，,溶于碱溶液中。,硝基化合物的盐,，,用酸酸化可得到酸式结构，酸式结构会慢慢转变为硝基式结构。,硝基化合物酸式结构负离子，可以用共振式表示,：,与羰基化合物的缩合反应：有,-,氢的硝基化合物，在碱性条件下可与醛或酮发生缩合反应，类似于羟醛缩合。,这类反应称为,Henry,反应。,三羟甲基硝基甲烷,与亚硝酸的反应：,伯、仲硝基化合物与亚硝酸反应，都能生成,-,亚硝基衍生物。,红色溶液,叔硝基化合物由于没有,-,氢，不与亚硝酸发生反应。,蓝,色溶液,反应可用于区别伯、仲、叔硝基烷。,(3),芳香族硝基化合物的性质,因无,-H,，有许多不同于脂肪族硝基化合物的性质。,偶氮苯,还原反应：硝基苯在酸性条件下，用,Fe,或,Zn,做还原剂，可以还原为苯胺。,选用适当的还原剂，可以得到不同的中间态还原产物。,氢化偶氮苯,亚硝基苯,苯胲,使用,(NH,4,),2,S,、,Na,2,S,等,试剂，可使多硝基化合物部分还原。,硝基有很强的,-,I,和,-,C,效应，引入后可以使苯环上的电子密度降低，,不易发生亲电取代反应,。,氯苯很难发生亲核取代反应，当邻、对位被硝基取代后，则,容易发生双分子亲核取代反应,。,反应历程为：,其他亲核试剂如,NH,3,也能发生类似的反应。,苯酚羟基的邻、对位引入硝基后，,使酸性增强。,pK,a,：,9.89,7.15,0.38,原因：硝基具有,-,C,和,-,I,效应，增加了羟基氢离解成质子的能力。,硝基处在酚羟基的间位时，也有一定的影响，但影响较弱。,14-2,胺,是一类最重要的含氮有机化合物，蛋白质、核酸及许多激素、抗生素、生物碱都是胺的复杂衍生物。,胺是氨分子中的氢原子被烃基取代而成的化合物。,D,-(-)-,麻黄素,阿托品,氨,1,分类和命名,按氨分子中的氢原子被取代的个数，分为伯胺、仲胺、叔胺。,伯胺,仲胺,叔胺,注意：,胺的伯、仲、叔意义，和醇、卤代烃不同。,伯胺,叔醇,除伯、仲、叔胺外，,铵盐或,NH,4,OH,中的氢被四个烃基取代的衍生物，称为季铵盐或季铵碱。,季铵盐,季铵碱,按烃基的结构类型，可分为脂肪胺和芳香胺；按分子中氨基的数目，可分为一元胺、二元胺、,多,元胺等。,氨：,n,，,NH,3,、胺分子中的氨基,-,NH,2,、亚氨基,-,NH,-,。,铵：,n,，铵盐和季铵类化合物，,N,原子带正电荷。,胺：,n,，用于氨的烃基衍生物。,伯胺的命名与醇相似,，选择连有氨基的最长碳链为主链，并标出氨基的位置及其它取代基的名称和位置。,乙胺,ethan,amine,1-,丙胺,propan-1-amine,英文名是把烃类词尾中的,-e,换为,-amine,。,4-,甲基,-2-,戊胺,4-methylpentan-2-amine,环己胺,cyclohexanamine,多元伯胺，可命名为二胺、三胺等。,乙二胺,ethane-1,2-diamine,己二胺,hexane-1,6-diamine,对苯二胺,benzene-1,4-diamine,1,2,3-,苯三胺,benzene-1,2,3-triamine,仲胺和叔胺,，选一个主碳链作胺的名称，其他碳链作为,N,上的取代基。,二,乙胺,(,N,-,乙基乙胺,),N,-ethylethanamine,三甲胺,(,N,N,-,二甲基甲胺,),N,N,-dimethylmethanamine,N,-,甲基,-1-,丙胺,N,-methylpropan-1-amine,N,N,-,二甲基苯胺,N,N,-dimethylaniline,铵盐、季铵化合物,，作为铵的衍生物来,命名。,氯化二乙铵,diethylammonium chloride,氢氧化四甲基铵,tetramethylammonium hydroxide,溴化二甲基十二烷基苄基铵,dodecylbenzyldimethylammonium bromide,2,物理性质和光谱性质,物态：,低级的脂肪族甲胺、乙胺在常温下为气体，其他为液体，高级胺为固体。,(1),物理性质,低分子量的胺有氨味，三甲胺有鱼腥味。,芳胺中，一元胺为高沸点液体，二元以上为固体。芳胺的毒性很大，吸入蒸气或渗入皮肤均会中毒。,在百万分之一的苯胺蒸气中数小时，即会有中毒现象。,沸点：,伯胺和仲胺能形成分子间氢键，沸点比分子量相近的烷烃高，而低于醇；叔胺没有氮氢键，沸点较低。,水溶性：三类胺都能和水形成氢键，因此能溶于水，但随着分子量的增加，溶解度迅速降低。,CH,3,(CH,2,),3,NH,2,CH,3,(CH,2,),3,CH,3,bp./,77.8,36.1,氮的电负性不如氧强，因而胺的分子间氢键比醇弱，所以胺的沸点比相应的醇低。,乙胺：,16.6,乙醇：,78.5,红外光谱：,(2),光谱性质,伯胺、仲胺的,N,H,伸缩振动,35003300cm,-,1,，伯胺为两个峰，仲胺为一个峰。叔胺的,N,上没有氢。,伯胺、仲胺、叔胺的,C,N,伸缩振动,13501000cm,-,1,，但不易识别。,原因：其他的伸缩振动和弯曲振动也在这里产生吸收。,芳胺的,C,N,伸缩振动相当强，位置接近,1300cm,-1,。,苯胺的红外光谱：,N,H,伸缩振动：,3429cm,-1,和,3354cm,-1,。,C,N,伸缩振动：,1312cm,-1,和,1277cm,-1,。,N,H,伸缩振动：,3281,cm,-1,。,二乙胺的红外光谱：,C,N,伸缩振动：,1138,cm,-1,。,核磁共振谱：,胺分子中接近氮原子的氢化学位移增大，但比醇和醚中接近氧原子的氢化学位移小。,原因：氮的电负性比碳大，但比氧小。,烯丙胺的核磁共振谱：,：,5.95 b,：,5.16 c,：,5.05 d,：,3.31 e,：,1.29,a.,b.,c.,d.,e.,N,-,乙基苯胺的核磁共振谱：,：,7.15 b,：,6.68 c,：,6.65 d,：,3.42 e,：,3.11 f,：,1.22,a.,b.,c.,d.,e.,f.,3,胺的结构,NH,3,中的,N,原子是以,sp,3,不等性杂化,成键的，脂肪胺中的,N,也是如此。,四个,sp,3,轨道形成三个,键，还有一个,sp,3,轨道被未成键电子对占据，分子为角锥形。,理论上，当三个取代基不同时，胺应具有手性，存在对映异构体。,但由于二个异构体间的能垒较低，为,25kJmol,-1,，在室温下可以迅速翻转而无法分离。,季铵盐氮原子上连有四个不同基团时，存在对映体。,原因：当生成季铵盐后，,N,的四个,sp,3,轨道全部用来成键，四个基团不同时，则不可以翻转。,苯胺分子,中，,氮原子更接近平面构型，杂化状态介于,sp,2,和,sp,3,之间。,孤电子对所在的轨道具有更多的,p,轨道成分，可以与苯环上的大,键重叠，使,C,N,键具有部分双键的性质。,142.5,苯胺的结构用共振式表示更为恰当：,芳胺的偶极具与脂肪胺相反：,说明芳胺中氮原子上的孤电子对于芳环上的,键电子组成共轭体系,+C,。,4,化学性质,(1),碱性,胺和氨相似,，具有弱,碱性,，,能与大多数酸作用成盐。,胺的盐都是结晶型固体，易溶于水。,胺类的大部分化学性质与氮原子上的孤电子对有关。,具有碱性、亲核性，能与一些亲电化合物如,H,+,、卤代烷、羰基化合物等反应。,胺的碱性较弱，因此胺盐在强碱如,NaOH,的水溶液中，,能释放出游离胺。,有机层,水,层,胺与酸生成的盐在水中一般都有较大的溶解度，利用这一性质，可用于胺与中性化合物的分离。,有机层,水,层,在有机化学中，胺的碱性强度，习惯上用其共轭酸的,K,a,或,pK,a,来表示。,胺的碱性越强，越容易接受质子，形成的,RNH,3,越稳定。,+,因此它的共轭酸酸性就越弱，,K,a,越小或,pK,a,越大。,影响碱性强弱的因素：,电子效应：,由于烷基的,+I,效应，使脂肪胺的碱性比氨强，且,3,胺,2,胺,1,胺，而,(CF,3,),3,N,几乎无碱性。,空间效应：使碱性强弱顺序为,1,胺,2,胺,3,胺。,溶剂化效应：,N,上的,H,越多，溶剂化效应越大，形成的铵正离子就越稳定，,NH,3,1,胺,2,胺,3,胺,。,综合各种因素，在水溶液中，胺的碱性强弱次序为：,pK,b,3.27,3.38,4.21,4.76,(CH,3,),2,NH CH,3,NH,2, (CH,3,),3,N NH,3,不能用石蕊试纸等检验芳香胺的碱性。,脂肪胺, NH,3,芳香胺。,芳香胺的碱性比氨弱，还由于芳香胺氮原子上的未共用电子对能与苯环形成共轭体系,。,同理，酰胺的碱性也比氨弱。,从而使氮原子上的电子密度降低。,三苯胺已接近中性。,(2),酸性,氨、伯胺、仲胺分子中的,N,H,键可以电离，因此具有很弱的酸性。,氨和二乙胺的,pK,a,分别为,34,和,36,，酸性强度相当于甲苯分子中甲基上的氢。,氨和胺的共轭碱,NH,2,-,、,RNH,-,、,R,2,N,-,则是很强的碱。,丁基锂碱性比胺的共轭碱更强，可在乙醚或四氢呋喃中反应和胺生成锂盐。,二烷基氨基锂氮上的空间位阻较大，只能和质子作用而不发生其他亲核反应，称为,不亲核碱,。,苯炔,(3),烷基化反应,胺可以作为亲核试剂，和伯卤代烷发生取代，反应是按,S,N,2,历程进行的,。,仲胺还可以进一步和卤代烷反应，直到生成季铵盐。,在一般条件下，反应很难停留在只生成仲胺或叔胺阶段，如用过量的卤代烷，可以得到季铵盐。,也可用伯卤代烷和大过量的氨反应来制取伯胺。,仲卤代烷、,-,卤代酸也可以用来使胺烃基化。,叔卤代烷和胺反应主要生成消除产物。,(4),酰基化反应,伯胺或仲胺可以作为亲核试剂，和酰氯或酸酐反应，生成,N,-,取代酰胺或,N,N,-,二取代酰胺。,叔胺的氮原子上没有氢原子，不能被酰化。,在有机合成中常用乙酰化的方法来保护氨基。,酰胺在酸或碱催化下，很容易水解得到原来的胺。,磺酰氯和胺的反应与酰氯相似，产物是磺酰胺。,低级的,伯胺,生成的,N-,烷基对甲苯磺酰胺，氮原子上有氢显酸性，能溶于,NaOH,水溶液中。,（白色）,（白色）,仲胺,的磺酰胺氮原子上没有氢，不溶于,NaOH,溶液。,叔胺,与对甲苯磺酰氯反应只生成盐，与,NaOH,作用又释放出叔胺。,这个反应常用于伯、仲、叔胺的鉴别或分离，称为,Hinsberg,反应,。,(5),和亚硝酸反应,伯胺,和亚硝酸反应，生成,重氮盐,。,脂肪族重氮盐很不稳定，,NN,是离去倾向非常大的基团，在低温下也会放出氮气，生成碳正离子。,+,碳正离子还可能发生重排，生成重排的产物。,由于在反应中定量地放出氮气，因此这个反应可用于氨基的定量测定。,芳香族伯胺在强酸溶液中和较低温度下，与亚硝酸反应得到重氮盐。,芳香族重氮盐在较低温度下和水溶液中稳定，升高温度即分解放出氮气得到酚。,芳香族重氮盐广泛用于合成。,N,-,亚硝基胺为黄色油状液体或固体，用稀酸或加热分解为原来的胺，可用于分离提纯仲胺。,脂肪族或芳香族,仲胺,和亚硝酸反应时，都得到,N,-,亚硝基胺。,N,-,亚硝基胺是能引起癌变的物质。,利用和亚硝酸作用的现象不同，也可区别伯、仲、叔胺，但不如,Hinsberg,反应常用。,脂肪族,叔胺,只能和亚硝酸形成不稳定的盐。,芳香族叔胺和亚硝酸反应时，可在氨基的对位引入亚硝基，产物为绿色片状晶体。,(6),氧化反应,脂肪胺，在常温下较稳定，不易被空气氧化,。,用不同的氧化剂可以得到不同的氧化产物，胺的氧化有两种方式：,加入氧,和,脱去氢,。,叔胺用过氧化氢或过氧酸氧化，生成氧化叔胺。,具有,-,氢的氧化叔胺加热时发生,Cope,消除反应，生成烯烃。,Cope,消除的反应机理：,通过形成平面五元环的过渡状态完成的。,为立体选择性很高的,顺式消除,反应。,原因：在反应中氧化叔胺的氧作为进攻,-H,的碱。,Cope,消除,反应的规律：,有顺反异构体时一般以,E,型产物为主。,67%,21%,12%,消除方向，以违反查依采夫规则的产物为主。,芳香胺，特别是芳香族伯胺极易被氧化。,利用芳胺易被氧化的性质，可用作抗氧化剂。,用氧化剂处理苯胺时，生成复杂的混合物，主要产物与氧化剂及反应条件有关。,纯苯胺为无色透明的液体，在空气中放置会变为黄色、浅棕色甚至红棕色。,氨基的邻、对位上有卤素、硝基、氰基等吸电子基团时，用三氟过氧乙酸氧化，可以把氨基氧化成硝基。,芳胺的盐对氧化剂不那么敏感，因此有时将芳胺变成盐后再储存。,氨基为邻、对位取代基，芳香族伯胺分子中的氨基能使苯环活化。,(7),芳胺的亲电取代反应,苯胺在水溶液中与溴的反应可用于鉴别。,卤代反应：苯胺在水溶液中与氯、溴反应很快，难以停留在一氯或一溴化物阶段。,氨基用酰基保护后，反应可停留在一氯或一溴化物阶段。,酰基的作用：使氨基氮原子上的电子密度降低，减弱它对苯环的活化作用。,用硫酸或盐酸成盐后再溴化，主要为间位取代产物。,芳胺与活性较小的碘反应，能够得到一碘化物。,硝化反应：芳香族伯胺容易被氧化，不能直接用硝酸硝化，用酰基将氨基保护起来后，硝化可以顺利进行。,用浓硫酸和浓硝酸的混合酸硝化，主要得到间硝基产物。,低酸度产物,高酸度产物,对氨基苯磺酸常以内盐形式存在，是染料中间体。,磺化反应：苯胺在室温下与浓硫酸作用时生成盐，在,180190,与浓硫酸共热，生成对氨基苯磺酸。,(1),氨或胺的烷基化,5,胺的制法,反应是按,S,N,2,历程进行的。,伯卤代烷与过量氨的亲核取代反应，制取伯胺。,在一般条件下，生成的伯胺能和卤代烃进一步反应，最终结果是得到季铵盐。,芳香族伯胺的亲核性弱，与卤代烃反应容易停留在生成仲胺阶段。,(2),卤代芳烃的氨解,卤素直接连在苯环上很难被氨基取代。当卤素的邻、对位上有强吸电子基团时，则容易发生亲核取代。,反应是按,S,N,2,历程进行的。,卤代芳烃在液氨中和,NaNH,2,作用，卤素被取代生成苯胺。,反应为消除,-,加成历程，中间体为,苯炔,。,苯炔中的两个,sp,2,轨道重叠程度很小，伸展方向在苯环的平面外，不能和苯环上的,电子重叠。,因此苯炔的安定性很小，反应性很强。,用,14,C,标记的氯苯进行反应，可得相等的两种产物。,sp,2,杂化,轨道,稳定,邻氯三氟甲基苯与,NaNH,2,作用，只得到间三氟甲基苯胺。,反应也是按消除,-,加成历程进行的。,负电荷在三氟甲基邻位的碳负离子，三氟甲基的强吸电子作用使它更稳定。,苯炔是有机反应的一种活性中间体，反应性很强，虽然不能分离出来，但可用波谱方法，证明其存在。,也可以用活性试剂截获，来证明它的存在。,m/z 76,m/z 152,(3),含氮化合物的还原,芳香族硝基化合物很容易由硝化得到，硝基苯在酸性条件下用锡、铁、锌等金属还原，可制取苯胺。,二硝基化合物用,(NH,4,),2,S,、,Na,2,S,等还原，可以只还原一个硝基。,-,萘胺可由,-,硝基萘还原得到。,-,硝基萘不能由萘硝化得到，因此,-,萘胺要用间接的方法制取。,酰胺、取代酰胺用氢化铝锂在无水乙醚等溶剂中还原，可以得到伯胺、仲胺或叔胺。,肟容易还原成伯胺，这是由醛酮制备伯胺的方便方法。,腈用氢化铝锂还原或催化加氢也得到伯胺。,用催化加氢法还原腈时产物中有少量的仲胺和叔胺，原因是中间体为亚胺，亚胺能与生成的伯胺起加成反应。,(4),醛或酮的还原氨化,醛或酮和氨或胺发生亲核加成后脱水生成的亚胺，催化加氢可得到胺。,(5),Gabriel,合成法,邻苯二甲酰亚胺在碱性条件下，和卤代烷发生亲核取代反应，将取代产物水解可得到伯胺。,这种方法,得到的伯胺中，不含仲胺、叔胺,等杂质。,(6),Hofmann,降级反应,酰胺与氯或溴在碱性溶液中反应，发生重排反应后，生成少一个碳原子的伯胺。,在反应中酰胺分子的羰基碳原子成为碳酸盐脱去，是使碳链缩短的一种方法，可用于制取伯胺。,可,用,叔胺和卤代烷共热来制取季铵盐，为,S,N,2,反应。,也可由伯胺与过量的卤代烷反应制备,。,6,季铵盐和相转移催化,氯化三乙基苄基铵,(,TEBAC,),季铵盐是离子化合物，,易溶于水，常在熔点时分解。,季铵盐和氢氧化钠溶液为平衡反应，制取,季铵碱,时常用湿的氧化银与季铵盐作用。,季铵碱是强碱，极易吸湿，其碱性和,NaOH,或,KOH,接近。,季铵碱受热易分解，无,-,氢的季铵碱分解时发生,S,N,2,反应。,在,-,碳上有氢的季铵碱，,受热分解发生消除反应时，遵循,Hofmann,规则,：,95%,5%,主要产物为双键上烷基最少的烯烃。,这一规则与,规则相反。,导致,季铵碱按,Hofmann,规则,消除的原因：,-,H,的酸性：,反应是按,E2,历程进行的,，,OH,-,离子进攻,-,氢原子时，酸性强的,-,氢容易脱去。,-,H,的酸性顺序：,CH,3, RCH,2, R,2,CH,98%,当,-,碳上连有苯基、乙烯基或羰基、氰基等吸电子基团时，,Hofmann,规则不适用。,96%,原因：共轭体系使产物更稳定，吸电基团能使,-,氢酸性增强。,立体因素：,反应按,E2,历程进行，过渡状态中被消去的,H,和含氮的离去基团，必须处于,反式共平面,的位置。,对消除反应的过渡状态就有利的因素：,能和含氮基团形成反式共平面的氢原子多，且与含氮基团处于邻位交叉的基团的体积小。,1,2,3,4,最稳定,能量较高,能量介于,1,与,2,3,之间,但无反式氢,的纽曼投影式,：,Hofmann,消除,将胺彻底甲基化后，转变成季铵碱，然后进行,Hofmann,消除，常用来,测定胺的结构,。,根据消耗的碘甲烷的摩尔数可推知胺的类型；测定烯烃的结构即可推知烃基的骨架。,相转移催化：,在两相反应体系中，加入能使水相中的反应物转入有机相中的物质，可以加快反应速度。,季铵盐可作为相转移催化剂，如氯化三乙基,苄,基铵,(,TEBA,),、四丁基溴化铵,(,TBAB,),等。,加热回流两个星期后产物也极少，在反应体系中加入,TEBA,，则反应两小时后，已有很高的产率。,实例：,氯代烷为有机相，氰化钠只溶于水中。,作用原理：利用相转移催化剂在两相之间运送离子。,水相,有机相,相转移催化剂的特点：既能溶于水相，又能溶于有机相。,用处：提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。,7,烯胺,氨基直接和双键碳相连的化合物称为烯胺。,但三级烯胺分子中氮原子上的两个氢都被烃基取代，是稳定的化合物，无互变异构现象。,烯胺和烯醇类似，一般是不稳定的，容易转变为亚胺。,烯胺的制备：通常是用含有,-,氢的醛或酮与仲胺缩合，这样能得到稳定的,三级烯胺,。,所用的仲胺常为环状化合物，如四氢吡咯，六氢吡啶,(,哌啶,),等。,反应历程为：,烯胺遇水能迅速分解生成醛酮，因此应用烯胺的反应必须无水。,烯胺分子中,N,原子上的未共用电子对和双键之间存在,p-,共轭，使位于,双键上的,-,碳原子具有亲核性,。,烯胺与卤代烃等起亲核取代反应生成的产物，水解后生成,-,位烃化的酮。,通过烯胺可以在酮的,-,位引进一个烃基或酰基，因此烯胺在有机合成上是一种重要的中间体。,8,个别化合物,苯胺,为无色油状液体，难溶于水，易被氧化变为棕色，有毒，可经皮肤或呼吸道引起中毒。,工业上采用硝基苯还原法生产苯胺，,过去主要用铁粉和盐酸作还原剂，目前改为用活性铜催化氢化法。,三甲胺是无色气体，有鱼腥气味，易溶于水、乙醇等。,工业上用甲醇和氨，在高温下通过装有氧化铝的金属管合成。,乙二胺为无色透明的粘绸液体，有氨味,，溶于水和乙醇，为强碱，能吸收空气中的二氧化碳生成碳酸盐。,工业上，可由,1,2-,二氯乙烷与氨作用制取。,乙二胺与氯乙酸作用生成乙二胺四乙酸,(,EDTA,),，是化学分析上常用的络合剂。,己二胺为无色片状晶体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚。,是锦纶,-66,的原料，工业上可由己二腈催化氢化得到。,多巴胺由脑内分泌，可影响一个人的情绪，是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。,多巴胺可由二羟基苯丙氨酸，在多巴脱羧酶的作用下生成。,1,分类、结构和命名,偶氮化合物,为,N,N,和两个烃基相连的化合物。,偶氮苯,azo,benzene,对羟基偶氮苯,4-hydroxy,azo,benzene,结构接近对称的偶氮化合物命名时，以偶氮苯为母体。,偶氮化合物英文俗名的词头为,azo-,。,diphenyldiazene,4-(phenyldiazenyl)phenol,14-3,重氮和偶氮化合物,偶氮甲烷,azo,methane,萘,-2-,偶氮苯,naphthalene-2-,azo,benzene,dimethyldiazene,1-(naphthalen-2-yl)-2-phenyldiazene,偶氮二异丁腈,azo,diisobutyronitrile,2,2-diazene-1,2-diylbis(2-methylpropanenitrile),偶氮化合物中的氮原子为,sp,2,杂化，成键情况与烯烃相似。,sp,2,杂化,Z,型,其中一个,sp,2,轨道上为孤电子对，由此存在顺反异构。,E,型,重氮化合物：,具有,N,2,基团的化合物中，氮原子连在一个烃基上的化合物，但与偶氮化合物无明确定界。,重氮,甲烷,diazo,methane,重氮乙酸乙酯,ethyl,diazo,acetate,methylidene-1,5,-diazyne,ethyl 1,5,-diazyn-1-ylideneacetate,烃基和重氮基,NN,相连而成的化合物,。,英文俗名以,diazo,为词头。,氰化重氮苯,benzene,diazo,cyanide,苯基重氮酸,(,氢氧化重氮苯,),diazo,benzene hydroxide,在,N,N,基团的一端与烃基相连，另一端与其他原子相连的化合物。,phenyldiazenecarbonitrile,1-hydroxy-2-phenyldiazene,脂肪族重氮盐很不稳定，在低温下也可迅速分解，芳香族重氮盐在,5,以下时稳定。,氯化重氮苯,benzenediazonium chloride,重氮盐：,分子中含有重氮离子基,NN,的盐。,+,sp,杂化,2,芳香族重氮盐的制法,重氮化反应：,将芳香族伯胺溶于,2.53moll,-1,的无机酸溶液中，在,05,下，加入等摩尔的,NaNO,2,溶液。,反应条件：,较低温度,05,；在过量的强酸性溶液中进行；,NaNO,2,保持略过量。,重氮盐通常不从溶液中分离出来，直接用于合成。,重氮化反应的历程为：,3,芳香族重氮盐的性质,(1),取代反应,重氮离子基在较温和的条件下，容易,被许多亲核试剂取代,，生成相应的产物。,因此在有机合成上非常有用，可用于合成各类芳香族化合物，特别是用一般方法难以得到的产物。,重氮盐都溶于水，干燥的重氮盐不稳定，易爆炸，因此完成重氮化后，不分离而直接用于合成。,这些基团有羟基、卤素、氨基、氰基、氢原子等。,被羟基取代：,重氮盐在酸性溶液中加热时，发生水解生成酚,。,反应实际上是重氮盐的分解。,使用硫酸的重氮盐，是为了减少其他亲核试剂的干扰，因为,HSO,4,-,的亲核性较弱，不会与,H,2,O,竞争。,氯化重氮盐在亚铜盐的催化作用下，重氮基能被氯、溴、氰基等取代，称为,Sandmeyer,反应。,在溴代时，应使用氢溴酸的重氮盐，因为在反应体系中有氯离子存在时，会生成氯苯。,用氰基取代重氮基时可以用盐酸的重氮盐，这是由于,CN,-,的亲核性比卤素离子强。,I,-,的亲核性比水和其他卤素离子都要强很多，因此在重氮盐溶液中加如,KI,，加热后可得到碘苯。,还原性试剂,次磷酸,或,碱性甲醛溶液,，可以使重氮基被氢原子取代。,用氟硼酸重氮盐加热，可得到氟苯，称为,Schiemann,反应。,重氮盐在合成上的应用：,在芳环上引进羟基、氰基、碘原子等。,因定位规则限制而得不到的产物。,利用重氮盐的反应，可以合成一些用一般方法得不到的芳香族化合物。,将重氮氟硼酸盐悬浮在亚硝酸盐的水溶液中，然后再用铜粉处理，重氮基被硝基取代，称为,Gatterman,反应。,例,1.,例,2.,例,3.,例,4.,(2),还原反应,重氮盐可以被氯化亚锡、锡和盐酸、锌和乙酸、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等还原成,苯,肼。,生成的苯肼在酸性条件下以盐的形式存在，苯肼盐用碱处理可释放出苯肼。,(3),偶联反应,重氮盐易与酚、芳胺等发生偶联反应，生成偶氮化合物。,重氮组分,偶联组分,偶联反应的条件：,芳胺的偶联，一般在,pH = 57,，原因是重氮离子在酸性条件下的浓度大；,如果酸性太强则芳胺生成,盐，失去反应活性。,重氮基正离子只能和高度活化的苯环进行亲电取代。,酚的偶联，一般在,pH = 810,，,这样的条件下酚和碱作用生成酚盐，而,O,-,比,OH,更能使苯环活化。,若碱性太强,(,pH10,),则重氮盐变成重氮酸或重氮酸盐，不能发生偶联反应,。,偶联反应一般总是发生在氨基或羟基的对位，如果对位已被占据，则在邻位发生。,对位红,一、二级芳胺，氮上有氢原子，易与重氮盐发生,N-,偶联，因此重氮化反应必须在强酸溶液中进行。,4,重氮甲烷,为黄色气体，能溶于乙醚、四氢呋喃，在水或乙醇中迅速分解。剧毒，能强烈刺激皮肤、眼睛和粘膜组织。,为直线型分子，共振论用下面的极限式表示：,重氮甲烷的碳原子既具有亲核性又具有亲电性，还是一个偶极离子。,制法：由,N,-,亚硝基酰胺或,N,-,亚硝基胺与碱反应制取。,重氮甲烷化学性质非常活泼，能发生多种类型的反应，而且反应条件温和、副反应少、产率高。,和羧酸反应，生成羧酸甲酯。,反应历程：,羧酸先和重氮甲烷反应生成甲基重氮盐，羧酸根作为亲核试剂再和甲基重氮盐发生亲核取代反应。,(,1,),亲核反应,其他的酸、酚、烯醇可以和重氮甲烷发生类似的反应，生成卤代烷、酚醚、烯醇醚。,与醛反应生成甲基酮，与酮反应生成多一个碳的酮。,生成的酮还可以再反应，结果生成混合物，合成上无价值。,反应可用于环酮的扩环，但有副产物环氧化物产生。,与酰氯反应：,生成重氮甲基酮，,重氮甲基酮在,Ag,2,O,存在下发生重排反应，生成烯酮。,Wolff,重排,用这一反应可以把羧酸变成增加一个碳原子的羧酸，称为,Arndt-Eistert,反应。,重氮甲烷在光照下，分解生成碳烯。,碳烯是一种有机反应的活性中间体，一经生成立即发生插入、,加成等反应。,吡唑啉,吡唑啉是合成环丙烷的中间体，加热即得环丙烷化合物。,(,2,) 1,3-,偶极环加成：反应机理和双烯合成相似。,5,偶氮染料,合成染料中品种最多的一类，已有一百多年的历史。,全球生产的偶氮染料有三千多种，常用的有两百多种，占所有色素工业之百分之五十以上。,按分子中所含偶氮基数目可分为单偶氮、双偶氮、三偶氮和多偶氮染料。,单偶氮染料：,双偶氮染料：,三偶氮染料：,有机化合物的分子结构与颜色的关系：,共轭体系增长导致颜色加深。,无色,蓝色,橙色,红色,引入助色基或生色基一般伴随着颜色加深。,生色基：能吸收可见光，引起电子跃迁的孤立官能团。,助色基：与发色基相连时，能使吸收带向长波方向移动。,浅黄色,红色,黄绿色,有机化合物离子化时对颜色的影响：,如使吸电子取代基的吸电子能力增强，或供电子取代基的供电子能力增强，则吸收向长波方向移动，颜色加深。,黄色,无色,红色,黄色,紫,色,黄色,如使吸电子取代基的吸电子能力减弱，或供电子取代基的供电子能力减弱，则吸收向短波方向移动，颜色变浅。,氨基与质子结合形成,NH,3,，减弱了供电子能力。,+,一些用偶氮染料染色的服装或其他消费品，与人体皮肤长期接触后，会与代谢过程中释放的成分混合并产生还原反应形成致癌的芳香胺。,原因：经过一系列活化作用，使人体细胞的,DNA,发生结构与功能的变化，成为人体病变的诱因。,2002,年欧盟第六十一号令，禁止使用在还原条件下分解会产生,22,种致癌芳香胺的偶氮染料。,2008,年,9,月，欧盟官方公布了有关有害偶氮染料测试方法的,3,项欧洲标准。,常用的酸碱指使剂中，许多是偶氮化合物。,甲基橙：变色范围在,pH=3.14.4,。,黄色,红色,最早的磺胺药物,Prontosil,，也是一种偶氮染料。,在抗生素还未广泛使用之前，磺胺药是治疗细菌感染的主要药物，至今磺胺药仍是药物工业的重要一环。,分子重排反应，是在化学试剂或光、热等的作用下，分子中的基团从一个原子上迁移到另一个原子上的反应。,反应可能导致分子的,碳架变化,或,官能团的位置变化,。,按反应历程分为：亲核重排、亲电重排、自由基重排等。,一般是在反应物分子中,先产生一个活性中心,，然后迁移基团迁移到活性中心上。,有时因为伴有进一步的反应，得到分子组成与反应物并不相同的重排产物。,14-4,分子重排反应,1,亲核重排,反应物分子先在迁移终点形成一个缺电子活性中心，迁移基团带着一对电子发生迁移。,迁移后通过进一步变化生成稳定产物。,最常见的缺电子活性中心是碳正离子，氧、氮等也容易形成缺电子活性中心。,基团的迁移往往发生在相邻的原子上，称为,1,2-,迁移。,在反应中，迁移基团可以看作是亲核试剂。,(1),重排到缺电子的碳原子,在反应中先形成碳正离子活性中心。,片呐醇重排：是,2,3-,二甲基,-2,3-,丁二醇,(,片呐醇,),在硫酸的作用下，转变为,3,3-,二甲基,-2-,丁酮,(,片呐酮,),的反应,。,现在把,1,2-,二醇在酸催化下转变成醛或酮的反应统称为,片呐醇重排。,反应历程：先生成碳正离子，然后发生甲基的迁移。,重排后生成的碳正离子，由于连有供电子的羟基，使稳定性增高。,结构不对称的邻位二醇发生重排反应时，反应进行的方向主要决定于醇的结构。,重排产物的预测原则一：能生成更稳定的碳正离子的羟基优先离去。,连有苯环的碳形成的碳正离子更稳定。,基团的迁移倾向：,重排产物的预测原则二：迁移倾向大的基团优先迁移。,芳基中对位和间位有供电子取代基时，迁移趋势提高。,芳基邻位带有取代基时，因空间位阻迁移趋势降低。,芳基,烷基，氢原子要视具体的情况而定。,利用片呐醇重排反应，可以合成用别的方法难以合成的含季碳原子的化合物。,所用原料可以由醛或酮的双分子还原得到。,在,-,碳上连有卤素、氨基等的醇，也能发生类似片呐醇重排的反应，且选择性更强，反应条件更温和。,邻卤代醇在硝酸银作用下的重排反应：,邻氨基醇在亚硝酸作用下的重排反应：,-,Meerwein,重排：,最早在研究双环萜类时发现的。,常指醇在酸性条件下脱水，或卤代烷脱卤化氢时发生的重排反应。,反应的活性中间体是碳正离子。,大多数的重排反应,趋向于更稳定的碳正离子,。,由于这种转变的活化能不高，逆向重排也是可能的。,重排,：脂肪族或脂环族伯胺与亚硝酸作用时，发生重排反应。,反应的活性中间体是重氮盐分解生成的碳正离子。,反应物中存在碳环时，可以得到环扩大或缩小的产物，在有机合成上可用于制备三节环到八节环的化合物。,二苯羟基乙酸重排：二苯基乙二酮在强碱作用下发生的分子内重排，生成二苯羟基乙酸。,其他许多,1,2-,二酮也能发生类似的重排反应。,在片呐醇重排反应中，迁移基团从离去基团的背后进攻。,重排反应中的立体化学：反应中迁移基团和离去基团应处于反式位置。,重排过程中，迁移的起点和终点都可能有构型上的反转。,+,构型反转,构型保持,(2),重排到缺电子的氮原子,Beckmann,重排：,醛肟或酮肟在硫酸、五氯化磷等酸性催化剂作用下，发生重排反应生成酰胺。,反应历程为：,Backmann,重排为,反式重排,，,与羟基处于反式位置的烃基迁移到氮原子上。,开链化合物的,Backmann,重排也是这样。,这一反应在有机合成上很重要，例如由环己酮合成锦纶,-6,的单体己内酰胺。,Hoffmann,重排：,氮原子上没有取代基的酰胺，在碱性条件下与溴或氯作用，脱去羰基生成伯胺。,反应历程,：中间体为氮烯,(,nitrene,),。,异氰酸酯,在,Hofmann,重排反应中，如果迁移基团具有旋光性，迁移前后基团的构型不变。,说明迁移基团在重排过程中没有脱离分子，若脱离分子则要发生消旋。,*,*,还有几种重排反应与,Hoffmann,重排机理相似，中间体为异氰酸酯，迁移基团构型保持不变,。,异氰酸酯可与水、醇、胺反应。,伯胺,氨基甲酸酯,取代脲,Curtius,重排：酰基叠氮化物加热分解生成异氰酸酯。,酰基叠氮化物很容易由羧酸或羧酸酯制取。,Lossen,重排：异羟肟酸与碱性共热，或与,SOCl,2,、,P,2,O,5,、乙酸酐反应，就可生成异氰酸酯。,异羟肟酸,Schmidt,重排：羧酸与叠氮酸在硫酸催化下缩合生成酰基叠氮，再加热重排成异氰酸酯，水解得少一个碳的伯胺。,(3),重排到缺电子的氧原子,氢过氧化物重排：,烃类的氢过氧化物，在酸作用下烃基从碳原子迁移到氧原子上。,重排过程中，基团迁移能力的顺序为：,芳基,叔烷基,仲烷基,正丙基,H ,乙基,甲基。,工业上用异丙苯法合成苯酚和丙酮，就是这一反应,。,Baeyer-Villiger,重排：,酮在酸性条件下被过氧酸氧化，氧原子插入到羰基和烃基之间生成酯。,常用的过氧酸有,C,6,H,5,CO,3,H,、,CH,3,CO,3,H,、,CF,3,CO,3,H,，其中三氟过氧乙酸性能最好。,在反应的历程中，先是酮的羰基质子化，然后过氧酸对羰基进行亲核加成。,氧氧键的断裂和烃基从碳向氧迁移协同完成。,如果是不对称的酮，由于迁移基团是从碳原子迁移到缺电子的氧上，所以,基团的亲核性越强迁移趋势就越大,。,基团迁移到氧原子上的近似顺序为,：叔烷基,仲烷基,苯基,伯烷基,甲基。,如果迁移基团为手性基团，重排后构型保持不变。,Baeyer-Villiger,重排，常用在复杂化合物的合成中关键中间体的合成。,2,亲电重排,在亲电重排反应中，反应物先在迁移终点形成一个具有未共用电子对的活性中心。,迁移基团转移到这个活性中心时，不带成键电子对，在反应中迁移基团可以看作是亲电试剂。,活性中心一般为碳负离子，迁移基团是相邻原子上的正性基团。,大多数碳负离子是通过强碱夺取质子而得到的。,亲电重排比亲核重排少见得多。,当季铵盐,-,碳上连有吸电子基时，,-H,受到季铵基和吸电子基的影响，酸性增强。,在强碱作用下脱去,-H,生成叶立德,(,Ylid,),，叶立德氮上的烃基发生,1,2-,重排，生成叔胺。,(1) Stevens,重排：有活泼,-H,的季铵盐或锍盐，在强碱作用下的重排反应。,反应中迁移的基团有：烯丙基、苄基、二苯甲基、苯甲酰甲基等。,如果迁移基团具有手性，重排后构型保持不变。,说明碳氮键的破裂和碳碳键的生成是协同进行的。,锍盐在强碱的作用下，也能发生,Stevens,重排。,强碱：苯基锂、烷基锂、氨基锂,(,钠,),。,(2),Wittig,重排：在强碱的作用下，醚分子中的烃基发生迁移，生成醇。,(3),重排,：,-,卤代酮在碱作用下加热，经环酮中间体，重排为羧酸或羧酸酯。,反应物为,-,卤代环酮，重排过程中会缩环。,若碱为,OH,-,，产物为羧酸，若碱为,RO,-,，产物为酯，若碱为,NH,3,，产物为酰胺。,3,芳香族重排,芳香族重排是指基团迁移的终点为芳环的重排反应。,联苯胺重排：氢化偶氮苯在强酸作用下重排成联苯胺。,交叉实验证实，联苯胺重排是,分子内的重排,。,Fries,重排：酚酯和,AlCl,3,等,Lewis,酸共热，酰基迁移到羟基的邻位或对位上。,实际上是,Lewis,酸催化芳环上的亲电取代反应，为分子间亲电重排。,低温时对位产物占主导地位，高温时主要得到邻位产物。,原因：邻位产物的羟基和羰基能形成分子内氢键，比对位产物稳定。,4,其他重排反应,自由基重排：反应的活性中间体是自由基。,反应中没有活性中间体产生，而是通过环状过度状态进行的。,只有迁移基团是苯等容易迁移的基团时，才能发生自由基重排。,历程为周环反应，如,键迁移，,Cope,重排、,Claisen,重排等。,