Chapter13羧酸衍生物

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,*,第十四章 胺,exit,第一节 胺的分类、命名、物性和,光谱特征,第二节 胺的制备,第三节 胺的反应,第四节 重氮甲烷,本章提纲,第一节 胺的分类、命名、物性和光谱特征,胺根据在氮上的取代基的数目，可分为一级(伯)，二级(仲)，三级(叔)胺和四级(季)铵盐,二 胺的命名:,甲胺 苯胺 甲基乙基环丙胺,一 胺的分类：,1 普通命名法：可用胺为官能团，如：,选含氮最长的碳链为母体，称某胺。,N,上其它烃基为取代基，并用,N,定其位,N,N,-diethyl-3-methyl-2-,pentanaime,N,N,-,二乙基-3-甲基-2-戊胺,2.,IUPAC,命名法：,甲胺,N,4-,二甲基-,N,-,乙基苯胺,C,H,3,N,H,2,N,H,3,C,C,H,3,C,2,H,5,m,e,t,h,y,l,a,m,i,n,e,N,-,e,t,h,y,l,-,N,4,-,d,i,e,t,h,y,l,b,e,n,z,e,n,a,m,i,n,e,2,5-双(三氟甲基)苯胺,3. 胺盐和四级铵化合物的命名：,甲,胺盐酸盐 乙胺醋酸盐,Tetraethylammonium,bromide,Tetraethylammonium hydrooxide,溴化四乙铵 氢氧化四乙铵,三 胺的物性,低级胺为气体或易挥发性液体；,高级胺为固体；,芳香胺为高沸点的液体或低熔点的固体；,胺具有特殊的气味；,胺能与水形成氢键；,一级胺和二级胺本身分子间也能形成氢键；,胺的红外和核磁共振谱见第八章。,四 胺的光谱特征,一 氨或胺的烷基化,二 盖布瑞尔合成法,三 用醇制备,四 硝基化合物的还原,五 腈、肟、酰胺的还原,六 醛、酮的还原胺化,七 从羧酸及其衍生物制胺,第二节 胺的制备,一 氨或胺的烷基化（,Hofmann,烷基化）,S,N,2,RNH,2,+ HX,RNH,3,X,-,+,OH,-,RNH,2,+ H,2,O + X,-,NH,3,RNH,2,+ NH,4,X,-,R,4,NX,-,RX + NH,3,RNH,2,R,2,NH,R,3,N,OH,-,OH,-,OH,-,RX,RX,RX,+,+,RX + 2mol NH,3,+,RNH,2,R,2,NH,R,3,N,R,4,NX,-,+,-NH,4,X,-,RX,NH,3,-NH,4,X,-,RX,RX,NH,3,-NH,4,X,-,RI ,RBr,RCl, RF,1RX 2RX, 3RX,以消除为主。,氨或胺的烷基化的具体应用,1 工业制备（结合高效率的分馏塔）,2 利用电子效应和原料配比的调节，可以制备,1胺,+,NH,3,+,HBr,1mol 70mol 65 % -70%,4 将2,o,胺制成金属胺化物，使,N,的亲核能力,增强，来制备3,o,胺。,n,-C,8,H,7,Br,3 利用空阻及原料配比的调节, 来制备2,o,胺。,C,6,H,5,NH,2,+ C,6,H,5,CH,2,Cl,OH,-,C,6,H,5,NHCH,2,C,6,H,5,4mol 1mol 96%,(C,2,H,5,),2,NH,RLi,(C,2,H,5,),2,NLi,n,-C,8,H,7,N(C,2,H,5,),2,6 介绍一个常用的四级铵盐,5 制备环状胺,TEBA,(,氯化三乙基苄基铵),Br(CH,2,),n,Br,NH,3,(C,2,H,5,),3,N + C,6,H,5,CH,2,Cl,Br(CH,2,),n,Br,n=4-6, (,C,2,H,5,),3,NCH,2,C,6,H,5,+,Cl,-,二 盖布瑞尔（,S.Gabriel）,合成法,利用邻苯二甲酰亚胺的烷基化来制备一级胺，称为盖,布瑞尔合成法。（空阻大的,RX,不能发生此反应）,NH,3,THF,orDMF,KOH,C,2,H,5,OH,C,2,H,5,OH,H,+,or OH,-,H,2,O or ROH,NH,2,-NH,2,+,RNH,2,+,RNH,2,三 用醇来制备,（醇的羟基被氨或胺取代）,3,1,Al,2,O,3,加压,RNH,2,+ R,2,NH + R,3,N + H,2,O,2,ROH,TsCl,ROTs,NH,3,S,N,2,RNH,2,+,TsOH,实 例,（R）,（R）,（S）,RNO,2,还原剂,RNH,2,四 硝基化合物的还原（制备1,o,胺）,反应式：,1 酸性还原剂: 酸+金属,（,Fe+,HCl, Zn+,HCl,Sn,+,HCl, SnCl,2,+,HCl,),2,中性还原剂：催化氢化，常用的催化剂有,Ni, Pt, Pd.,3,碱性还原剂：,Na,2,S,NaHS, (NH,4,),2,S, NH,4,HS, LiAlH,4,( NaBH,4,和,B,2,H,6,不能还原硝基）,还原剂的分类：,应用： 制备1,o,胺,五 腈、酰胺、肟的还原,RCH,2,NHR,2胺,腈,RCN RCH,2,NH,2,1,胺,酰胺,RCH,2,NH,2,1,胺,RCH,2,NR,2,3,胺,还原剂,还原剂,还原剂,还原剂,常用还原剂,：,LiAlH,4, B,2,H,6,，,催化氢化,Na +C,2,H,5,OH,6-8MPa, 75-80,o,C,Ni / H,2,CH,3,(CH,2,),5,CH=NOH,Na + C,2,H,5,OH,1,胺,1,胺,适用于肟的还原,肟,Eg,1,CH,2,=CHCH,2,CN,CH,2,=CHCH,2,CH,2,NH,2,LiAlH,4,Eg,2,B,2,H,6,/ THF,醛（或酮）与氨（或胺）反应生成亚胺，亚胺被还原剂还原，生成,1,o,胺、 2,o,胺、 3,o,胺的反应，称为醛酮的还原胺化。,六 醛、酮的还原胺化,常用的还原剂是催化氢化或其它提供氢的氢化试剂,RCHO + NH,3,RCH=NH,RCH,2,NH,2,RCHO,RCH,2,N=CHR,还原剂,加成,消除,加成,加成,消除,还原剂,还原剂,RCH,2,NHCH,2,R,RCHO,(RCH,2,),3,N,1 醛、酮的还原胺化,2 刘卡特反应,醛、酮在高温下与甲酸铵反应生成一级胺。该反应称为刘卡特反应。,185,o,C,(,高温),甲酸铵的作用是提供,NH,3,和还原剂甲酸，甲酸既提供,H,+,，,又提供,H,-,。,HCOOH + NH,3,-,NO,2,、-NO、C=C、-OH,不干扰反应,+ CO,2,+,NH,3,加成,消除,反应机制,如果用,HCOOH+,氨或胺，反应同样能发生。,3 埃斯韦勒-克拉克反应,在过量甲酸存在下，甲醛与一级胺或二级胺,反应，生成,N-,甲基化的胺，这个反应称为埃斯韦勒-克拉克反应。,反应式：,一级胺,过量,过量,二级胺,三级胺,反应特点：,操作简便、条件温和(100左右)，产率高。,反应机理：(由同学自己写出),从反应机理可知：,（1）甲醛是一个甲基化试剂,（2）甲酸是一个还原剂，在反应中既提供,正氢，也提供负氢。,七 从羧酸及其衍生物制胺,1 霍夫曼重排,酰胺与次卤酸盐的碱溶液(或卤素的氢氧化钠溶液)作用时，放出二氧化碳，生成比酰胺少一个碳原子的一级胺的反应。,（1）定义：,介绍二个结构,氮宾,酰基氮宾,（2）反应机理,异氰酸酯,胺基甲酸,酰基氮宾,重排,1. 只有1,o,酰胺能发生霍夫曼重排,2. 迁移碳构型不变,3. 异氰酸酯与烯酮结构类似，易水解。,讨 论,* -,NH,2,经重氮化反应，可被-,X、-CN、-OH、-H,取代,（3）应用实例,2 克尔提斯重排,惰性溶剂,定义： 酰基叠氮化合物（或称叠氮化酰）在惰性溶剂中加热重排成异氰酸酯的反应称为克尔提斯重排。,-N,2,重排,定义：叠氮酸在强酸的存在下，分别与羧酸、醛、酮作用，生成相应的胺、腈或甲酰胺、酰胺的反应。,三个重排反应的机理是类似的，都是经过一个相同的酰基氮宾中间体。最后得到的产物是比原料少一个碳的一级胺。,RNH,2,+ CO,2,+ N,2,H,2,SO,4,C,6,H,6,50,o,C,H,2,O,H,2,O,H,2,O,H,+,H,+,+ N,2,RCN + N,2,+ H,2,O,3 希密特重排,HN,3,+,叠氮酸,第三节 胺的反应,一 胺的结构和碱性,二 胺的成盐反应,四级铵碱,制备、特点及应用,酰化、兴斯堡反应,四级铵盐的制备、特点及应用,胺的氧化和科普消除,胺与亚硝酸的反应,（1） 氨和胺中的,N,是不等性的,sp,3,杂化，未共用电子对占据一个,sp,3,杂化轨道。,（2） 随着,N,上连接基团的不同，键角大小会有改变。,一 胺的结构和碱性,1 结构,E,= 25.104,k,J/mol,已,拆分出一对对映体。,（3）当氮与三个不同基团相连时，有一对对映体。,（1）产生碱性的原因：,N,上的孤对电子,（2）判别碱性的方法：,碱的,p,K,b,；,其共轭酸的,p,K,a,；,形成铵正离子的稳定性。,（3）影响碱性强弱的因素：,电子效应：3,o,胺 2,o,胺 1,o,胺,空间效应：1,o,胺 2,o,胺 3,o,胺,溶剂化效应：,NH,3, 1,o,胺 2,o,胺 3,o,胺,2 胺的碱性,综合上述各种因素，,在水溶液中，胺的碱性强弱次序为：,脂肪胺（213）氨芳香胺,在氯苯中，脂肪胺的碱性强弱次序为：,3 2 1,溶剂化效应是给电子的，,N,上的,H,越多，溶剂化效应越大，形成的铵正离子就越稳定。不同溶剂的溶剂化效应是不同的。,+,（4）芳香胺碱性强弱的分析,具体分析时，既要考虑,N,上取代基的影响，也要考虑苯环上取代基的影响。,首先考虑,N,上的孤电子对，能不能与苯环共轭，能共轭，碱性弱，不能共轭，碱性强。,(2),(1),（2）比（1）的碱性强4万倍,二 胺的成盐反应,所有的铵盐都具有一定的熔点或分解点。,胺有碱性，遇酸能形成盐。,CH,3,COO,- +,NH,3,R,RNH,2,+ CH,3,COOH,成盐反应的应用,不溶于水 溶于水 不溶于水 溶于水,1. 用于分离提纯,2. 用于鉴定,+,-,非对映体利用溶解度等物理性质上的差别予以分离。,许多天然有机胺都具有光活性，可用来析解一对消旋的有机酸。,有机酸（）+ 光活性有机胺（-）,外消旋体,有机酸（-）,铵盐,（+）酸（-）胺,（-） 酸（-）胺,有机酸（+）,HCl,HCl,3. 析解消旋体,三 四级铵盐和四级铵碱的应用,2. 特点：*1. 呈固体,*2. 具有离子化合物的性质,*3. 遇碱形成四级铵碱,1. 制备：由三级胺和卤代烃反应制备。,四级铵盐,四级铵碱,肥皂,RCOO,-,Na,+,皂胺,R,4,N,+,Cl,-,正性基团大,负性基团大,3. 应用：,(1) 作表面活性剂（洗涤剂、润湿剂、乳化剂、悬浮剂等）,*1 定义：能把反应物从一相转移到另一相的催化剂,称为相转移催化剂。,(2) 作相转移催化剂,*2 特点：,（1）既能溶于水相，又能溶于有机相,（2）能与其中一个反应物反应、反应生成的产物能与,另一个反应物反应。,常用的相转移催化剂：,三乙基苯甲基氯化铵（,TEBA）,四正丁基溴化铵,eg,2,.,*3 相转移催化剂的用处：,提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。,eg,1,相转移催化剂的使用原理,利用相转移催化剂在两相之间运送离子使反应发生,相转移催化剂,从上图可以看出；相转移催化剂不断地将,CN,-,从水相运送到有机相，然后又将,X,-,从有机相运送到水相。,RX,+ Q,+,CN,-,反应物,Q,+,X,-,+,RCN,产物,NaX,+ Q,+,CN,-,Q,+,X,-,+,NaCN,相转移催化剂,反应物,水相,有机相,四,、,四,级铵碱,制备、特点及应用,1. 制备：,R,4,N,+,OH,-,+,AgCl,R,4,N,+,Cl,-,+,AgOH,（,或用,Ag,2,O + H,2,O）,2. 性质：,1. 是强碱，在水中能完全电离给出,OH,-,2.,加热发生霍夫曼消除反应,3. 霍夫曼消除反应,（1）定义：四级铵碱加热分解为三级胺、烯烃和水的反应。,（2）反应式：,霍夫曼消除的一个特例：,三级胺,烯烃,水,（3）霍夫曼消除反应的机理,*1 消除反应机理的分类,醇失水，三级卤代烷在强极性溶剂中失卤化氢,分类,反 应 机 理,实 例,E1,（,单分子消除）,L,是一个好的离去基团，,L,比,H,易离去，共轭效应控制,（,双分子消除）,E2,似E1,E2,似E1cb,+,完全协同，,L,与,H,同时离去,。,H,比,L,易离去，诱导效应控制,-,热力学控制的产物。,卤代烷的,E2,消除（符合扎依采夫规则）,动力学控制的产物。,四级铵碱的,E2,消除（符合霍夫曼规则）,E1cb,（,单分子共轭碱消除）,碳负离子很不稳定。按这种机制进行的情况很少。,-L,-,(X),(-,NR,3,),+,+,*2 霍夫曼消除的规律,A,霍夫曼规则：四级铵碱热解时，若有两个,-H,可以发生消除。总是优先消去取代较少的碳上的,-H。,实例,2CH,3,CH,2,CH,2,CHCH,3,2CH,3,CH,2,CH,2,CH=CH,2,+,CH,3,CH,2,CH=CHCH,3,+ 2N(CH,3,),3,N(CH,3,),3,+,C,2,H,5,OK 130,o,C,C,2,H,5,OH -2H,+,55.7%,1.3%,OH,-,B,若四级铵碱上有一个乙基，又有一个长链烃基，则总是乙基上的,-H,首先被消除。,（实际上，这与霍夫曼规则是一致的。）,CH,3,CH,2,N(CH,3,),2,CH,2,CH,2,R,OH,-,+,CH,2,=CH,2,+ R,CH,2,CH,2,N(CH,3,),2,+ H,2,O,*3 问题的讨论,为什么四级铵碱按似,E1cb,过渡态进行反应，产物符合,Hofmann,规则,呢,？,原因如下：,（1）,H,2,的酸性比,H,1,大。,（2）碱进攻,H,2,空阻小。,（3）一级碳负离子的稳定性好，进攻,H,2,过渡态易形成；,（4）与末端,C,上的,H,消除时，消除构象的数目多，产物稳定性好。,*4 不符合霍夫曼规则的特殊例子,Eg,1.,Eg,2.,eg,3.,碳负离子与共轭体系相连，稳定。,eg,4.,只有两个,-,H,，,两个,-,H,均在环上。,89.5 % -93 %,10.5 % -7 %,霍夫曼产物,扎依采夫产物,eg,5.,99 %,1 %,+,符合霍夫曼规则,优势构象,eg,6.,(CH,3,),3,CCH=CH,2,+ (CH,3,),3,N,(CH,3,),3,CCH,2,CH,2,N(CH,3,),2,+ CH,3,OH,20%,80%,-,H,空阻太大时，得不到正常产物。,卤 代 烷 的,E2,消 除,（符合扎依采夫规则，热力学控制的产物。 ）,四 级 铵 碱 的,E2,消 除（符合霍夫曼规则，动力学控制的产物。 ）,*5,E2,消除反应的进一步分析,100,o,C,碱,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,Hofmann,烯烃,L,的变化规律,L,吸电子能力增强,离去能力减弱,Hofmann,烯烃的含量,t-,BuO,-,/t-,BuOH,I,Br,Cl,F,+,NMe,3,CH,3,O,-,/CH,3,OH,19.3,69.0,27.6,80.0,33.3,87.6,69.9 97.4,96.2 98,L,吸电子能力增强，试剂的碱性增强，试剂的体积增大时，,Hofmann,烯烃的含量也增大。,(4) 四级铵碱的应用,*1 彻底甲基化反应：,胺与碘甲烷作用生成四级铵盐的反应。,*2,应用：,将彻底甲基化，四级铵碱的制备，,Hofmann,消除三个反应结合起来应用，有两种主要用途。,用途一：合成用一般方法不易合成的烯烃,已知化合物,（,A）,经下列反应得3-甲基,-1,4-戊二烯，,求,（,A）,的可能结构式。,用途二：测定结构,A,B,2CH,3,I,AgOH,CH,3,I,AgOH,五,胺的酰化和兴斯堡反应,酰基,铵,盐（不能析离）,NH,3,R,2,NH,1 胺的酰化,氢氧化钠,或吡啶,放热反应，产物酰胺均为固体。,3,o,胺 + 磺酰氯,2 兴斯堡反应,反应现象分析：,1,o,胺 + 磺酰氯,沉淀溶解,沉淀,NaOH,H,+,2,o,胺 + 磺酰氯,沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱）,3胺油状物 +,TsO,-,的水溶液 +,NaCl,油状物消失,H,+,-,OH,定义：1,o, 2,o, 3,o,胺与磺酰氯的反应称为兴斯堡反应。,RNH,2,+,NaOH,-H,2,O,NaOH,H,+,R,2,NH,+,NaOH,-H,2,O,+,NaCl,R,3,N +,NaOH,-H,2,O,R,3,N +,R,3,NH,+,H,+,-,OH,磺酰胺的水解速率比酰胺慢得多。,兴斯堡反应的反应式,RI,-,OH,R,3,N,+,1 氧化胺的制备：,2 性质：,R,3,N, 偶极矩大，分子极性大。, 当,N,上相连的三个烷基不相同时，,可析分出一对光活异构体。, 能发生科普消除,R,3,NO （R,3,N,+,-O,-,）,氧化胺,H,2,O,2,or RCO,3,H,六,胺的氧化和科普消除,(1)定义：氧化胺的,-,碳上有氢时，会发生热分解反应，得羟胺和烯。这个反应称为科普消除反应。,3 科普消除反应,CH,3,CH=CHCH,3,+ CH,3,CH,2,CH=CH,2,+ (CH,3,),2,N-OH,E,型,21,% 67%,Z,型 12,%,150,o,C,（2）反应机理,+,R,2,N-OH,（,分子内的消除,）,六电子五元环状过渡态,顺式消除,氧化胺的制备和科普消除可以在同一体系中完成。,（3）反应规律,*1. 当氧化胺的一个烃基上有两种,-H,时，产物为混合物，但以霍夫曼产物为主。,*2. 若同一个,-C,上有两个,H，,得到的烯烃又有顺反异构体，一般以反（,E,）,型产物为主。,七 胺与亚硝酸的反应,1 脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应,3,o,胺,分类,1,o,胺,2,o,胺,脂肪胺与亚硝酸的反应,芳香胺与亚硝酸的反应,RNH,2,NaNO,2,HCl,R-N,N,Cl,-,-N,2,R,+,醇、烯、卤代烃等的混合物,ArNH,2,NaNO,2,HCl,0-5,o,C,0-5,o,C,Ar,-N,N,Cl,-,+,+,发生取代反应制备,ArX,ArCN,ArOH,ArSH,ArH,Ar,-,Ar,R,2,NH,NaNO,2,HCl,R,2,N,-N=O,SnCl,2,HCl,R,2,NH,与脂肪胺类似,N,-,亚硝基二级胺,黄色油状物或固体,R,3,N + HNO,2,R,3,NH,+,NO,2,-,OH,-,1,o,胺放出气体。 2,o,胺出现黄色油状物。 3,o,胺发生成盐反应，无特殊现象。,1,o,胺放出气体。 2,o,胺出现黄色油状物。 3,o,胺出现绿色晶体。,1,o,胺与,HNO,2,的反应,重氮化反应：一级胺与亚硝酸作用生成重氮,盐的反应称为重氮化反应。,重氮化试剂：亚硝酸（实际用的是,NaNO,2,+,HCl,or NaNO,2,+ H,2,SO,4,）,用量大于 1,mol,反应机理,互变异构,2,o,胺与,HNO,2,反应的反应机理,3,o,胺与,HNO,2,反应的反应机理,R,3,N + HNO,2,R,3,NH,+,NO,2,-,pH,大于,3,2 捷姆扬诺夫反应,（1） 定义：环烷基胺、环烷基甲胺与亚硝酸作用，生成扩环或缩环的产物，这类反应称为捷姆扬诺夫反应。,（2） 反应式：,（3）反应机理：,（1）定义：1-氨甲基环烷醇与亚硝酸反应，得到环上增加一个碳的环酮的反应称为蒂芬欧-捷姆杨诺夫反应。,3 蒂芬欧-捷姆杨诺夫的环扩大重排反应,（2）反应式,HNO,2,（3）反应机理：,HNO,2,-N,2,重排,-H,+,（4）由低级环酮制备成高一级环酮的方法归纳,HNO,2,HCN,H,2,/ Ni,CH,3,NO,2,H,2,/ Ni,HNO,2,CH,2,N,2,-N,2,重排,*1,*2,+,正负结合,第四节 重氮甲烷,一 结构,二 制备,三 反应,第四节 重氮甲烷,一,重氮甲烷的结构,结构： 线状分子 偶极矩不大,分子式 ：,CH,2,N,2,共振式：,3原子4电子的大,键,sp,sp,2,sp,电负性：,C（2.6） N（3.0）,CH,2,N,2,二 重氮化合物的制备,1.,N,-,甲基-,N,-,亚硝基酰胺的碱性分解,如将氮上的甲基换成其它烃基，可得其它重氮化合物。,2.,N,-,甲基-,N,-,亚硝基对甲苯磺酰胺的碱性分解,三 重氮甲烷的反应,1.,与酸性物质的反应,R-OH + CH,2,N,2,R-OH + CH,2,N,2,HBF,4,R-OCH,3,eg,1,eg,3,eg,2,eg,4,S,N,2,2. 与醛、酮的反应,普通酮主要生成环氧化合物，,醛与环酮以重排产物为主，重排时，基团的迁移能力是：,HCH,3,RCH,2,R,2,CHR,3,C,eg,2,eg,1,+,反应机理：,3.,与酰氯的反应,-（阿恩特-艾司特反应）,反应式,加成-消除,Ag,2,O H,2,O,Ag,2,O ROH,Ag,2,O NH,3,重氮酮,反应机理,加成,-,Cl,-,-H,+,H,2,O,Ag,2,O,-N,2,重排,RCH=C=O,ROH,H,2,O,NH,3,烯酮,重氮酮，中性分子,酰基卡宾,加成，互变异构,4.,制备卡宾（光照分解）,反应机理：,其它重氮化合物也可以制成相应的卡宾。,CH,2,N,2,h,R,2,CN,2,h,