胺、重氮和偶氮化合物
H3CH2C
N H3C
H
CH2CH3
N CH3之间的相互转化
2
为了证明这种可能性,有人曾设计合成了具有刚性环状结构的三级胺 Tröger 碱,并成功地 分离得到光学活性的对映体,
N N
N N
CH3
CH3
CH3
CH3
(+)-Tröger 碱
(-)-Tröger 碱
在季铵盐分子中,氮的四个 sp3 杂化轨道均用于成键,这与碳的四面体相似,不易发生上述 对映体的构型转化,因此,如果氮上的四个基团不同时,应该有对映体存在。事实上,也确实 分离到了这样的对映体。
Ethylamine
-80
Diethylamine
-39
Triethylamine
-115
Propylamine
-83
Butylamine
-50
Aniline
-
氯化甲(基)铵 氯化甲基苯(基)铵 溴化三乙基苄基铵 值得注意的是,当氨基作为取代基时,无论是-NH2 基还是-NHR 或-NR2 基,都只能称为“氨
1
基或某氨基”,而不能写成“胺基或某胺基”,只有“氨基”作为母体时,化合物才能称为“某 某胺”。而“铵”则表示胺类化合物形成了盐。
13.1.3 胺的结构 氨和胺分子的结构相似,其氮原子均采取 sp3 杂化。四个 sp3 杂化轨道中,有三个与氢原子
或碳原子形成σ键,剩下的一个则被孤电子对所占据。这样,氨和胺的空间排布与碳的四面体结 构相似,是四面体构型,氮在四面体的中心,孤对电子处在四面体的一个顶端,相当于第四个 “基团”,如图 13-1 所示:
100.8pm N
H
107.3o
H
H
147.4p1m12.9No H3C
o
105.9
H
H
氨的结构
甲胺的结构
第 13 章 胺、重氮和偶氮化合物
胺(amines)是最重要的含氮化合物,它可看作是氨的烃基取代物,根据氮上烃基取代的
数目,可将胺分为伯(一级)胺、仲(二级)胺、叔(三级)胺和季(四级)铵盐:
NH3
RNH2
R2NH
R3N
R4N+X-
氨
伯胺
仲胺
叔胺
季铵盐
在许多方面,胺的性质与醇和醚的性质相似,例如所有的胺都是碱(虽然伯胺和仲胺也具 有酸的性质),它们能形成氢键,并具有亲核性。然而,由于氮的电负性比氧小,它的反应活性 与氧有些不同,例如伯胺和仲胺的酸性比醇弱,形成的氢键也比醇弱,但碱性和亲核性却比醇 强。本章将着重介绍胺的这些物理、化学性质以及制备胺的各种常用方法。
CH3 C2H5 N+ C6H5
I-
CH2CH CH2
I-
CH3 +N
C6H5 C2H5
CH2 CHCH2
(S) 13.2 胺的物理性质和波谱特征
(R)
13.2.1 熔点、沸点和溶解度
低级脂肪胺是气体或易挥发的液体,气味与氨相似,有的具有鱼醒味;高级脂肪胺为固体。 芳香胺为高沸点的液体或固体,有特殊气味。芳香胺的毒性很大,液体芳胺还能通过皮肤吸收 而中毒。苯胺、α-和β-萘胺、联苯胺等尚有致癌作用。
4-(N, N-二甲氨基)苯甲酸
3-甲基-5-氨基-1-戊醇
胺类化合物形成铵盐或季铵盐后,命名如下例:
CH3NH2 HCl 甲胺盐酸盐
(C6H5NH2)2 H2SO4 苯胺硫酸盐
(CH3CH2)4+NBr 溴化四乙铵
CH3+NH3Cl
C6H5N+H2CH3Cl-
+ C6H5CH2N(CH2CH3)3Br
此外,由胺衍生出的重氮化合物、重氮盐是重要的有机活性中间体,在有机合成中有广泛 应用,而偶氮化合物则是一类重要的有机染料,本章也将对这两类化合物进行讨论。
13.1 胺的命名和结构
13.1.1 普通命名法 对于简单的胺,命名时以氨基作为官能团,命名为“某胺”。把氨基上所连烃基的数目和名
称写在前面,若有两个或三个不同的烃基时,按简单到复杂先后列出。例如:
化合物 甲胺 二甲胺 三甲胺 乙胺 二乙胺 三乙胺 正丙胺 正丁胺 苯胺 二苯胺 三苯胺 N-甲基苯胺 N, N-二甲基苯胺 邻硝基苯胺 间硝基苯胺
表 13-1 一些常见胺的名称与物理性质
英文名称
熔 点(oC)
Methylamine
-92
Dimethylamine
-96
Trimethylamine
-117
CH3CH2NH2
(CH3CH2)2NH
NH2
CH3NCH2CH3 CH2CH2CH3
乙胺
二乙胺
苯胺
甲(基)乙(基)丙胺
13.1.2 IUPAC 命名法
选择含氮的最长碳链为母体,称为“某胺”,氮上的其它烃基则作为取代基,在其前面加上
N-,以明确取代基的位置。例如:
CH3NCH2CH3 CH2CH2CH3
N
H H 142.5 o
图 13-2 苯胺的结构
在仲胺和叔胺中,如果与氮相连的三个基团不同时,氮原子是一个手性中心,孤电子对相 当于第四个“基团”,故应该存在两个具有光学活性的对映体。但这种胺的对映体却未分离得到 过,原因是它们之间很容易相互转化(如图 13-3 所示),这种转化就像雨伞在大风中由里向外 翻转一样,所需活化能很低(一般为 6~37.6 KJ/mol),在室温下就能够快速地相互转化。
CH3O
N CH3 CH3
CH3 CH3CH2NHCH2CH2CHCH2CH3
N-甲基-N-乙基丙胺 N, N-二甲基-4-甲氧基苯胺
3-甲基-N-乙基戊胺
结构比较复杂的胺和含有多官能团的化合物,也可以把烃或其它官能团作为母体,氨基作
为取代基来命名,例如:
HO2C
N CH3 CH3
CH3 H2NCH2CH2CHCH2CH2OH
147pm N 108o
H3C
CH3 CH3
三甲胺的结构
图 13-1 氨和胺的结构
在芳香胺如苯胺分子中,氮原子虽然仍是 sp3 杂化,但却接近于平面构型。氮上的孤电子对 的 sp3 杂化轨道比氨分子中氮上的 sp3 杂化轨道具有更多的 p 轨道成分,可以与苯环中π电子的 轨道重叠,当这两种轨道接近平行时重叠最有效,共轭也最有效。可以说,氮原子的杂化状态 处于 sp3 和 sp2 之间,比甲胺更接近于 sp2 杂化。因此,在苯胺分子中,苯环平面与 NH2 的三个 原子所在平面的夹角(142.5o)要比甲胺分子中 C—N 键与 NH2 所在平面之间的夹角(125o)大 得多,而且苯胺的 C—N 键具有部分双键的性质,键长(140pm)要比甲胺和三甲胺的 C—N 键 长(147 pm)短。
第十一章胺和生物碱
O
[
S O
NR H
]
-
Na+
S
O
O S O
+
R 2N H
S O
N R 2 N aOH
不溶解
Cl
+
R N
3
不反应
(三)与亚硝酸的反应 不同类型的胺与HNO2反应,生成不 同的产物。由于亚硝酸不稳定,在反应中 用NaNO2与 HCl(或H2SO4)作用产生。 1. 伯胺
芳香伯胺若在低温强酸性溶液与亚
硝酸反应,生成重氮盐,称为重氮化反应。
2-甲基-3-氨基戊烷
CH3 CH3CHCHNHCH3 CH3
2-甲基-3-甲氨基丁烷
4.季铵盐和季铵碱(命名同无机铵类化 合物) [(CH3)3NC2H5 ]+Br [(CH3)4N]+OH氢氧化四甲基铵
溴化三甲基乙基铵
必须注意“氨、胺、铵”字的用法, 氨用来表示气态氨(NH3)或基团,如氨
基(—NH2),亚氨基( NH);胺用来
2. 仲胺
脂肪仲胺与芳香仲胺与亚硝酸反应,
都是在氮上进行亚硝化,生成N-亚硝基
胺类化合物,强致癌物。
CH3CH2NHCH2CH3 + HNO2 CH3CH2 N CH2CH3 + H2O N O N-亚硝基二乙胺(黄色油状)
N=O NHCH3 + HNO2 N CH3 + H2O
N-甲基苯胺
N-甲基-N-亚硝基-苯胺
的性质。
1. 氧化反应 芳胺很容易被氧化,氧化的产物很复
杂,这取决于氧化剂的性质和反应的条件。
NH2 MnO2 + H2SO4 O
O
对苯醌
2. 亲电取代反应 由于氨基使苯环活化,所以苯胺很 容易发生亲电取代反应。
含氮化合物有机化学
其结构简式为:
+
CH 3
CH2 N C12H25 Br -
CH 3
在人体中存在着一种季铵碱,因最初是在胆汁中发
现的,而且有碱性,故称胆碱。
其结构简式为;
CH 3
+
_
HO CH2 CH2 N CH3 OH
CH 3
胆碱广泛分布于生物体内,脑组织和蛋黄内含量
较高。胆碱是卵磷脂的组成部分。在人体内与脂肪代
H3C N CH 3
+ HONO
N,N-二甲基苯胺
H3C N
NO
CH 3
对-亚硝基-N,N-二甲基苯胺
综上所述,根据脂肪族和芳香族伯、仲、 叔胺与亚硝酸反应的不同, 可以鉴别三种胺。
6、氧化反应
胺有还原性,易被氧化。芳香族胺更易被氧化, 空气中氧即可将苯胺氧化。如苯胺可被氧化生成对苯 醌,因此在有机合成中,如果要氧化芳胺环上其它基 团,必须首先要保护氨基。
SO2Cl
NHCOCH3
NH2
H2O(H+或 OH- )
水解
SO2NH2
SO2NH2
四、 季铵盐和季铵碱
氮原子上连有4个烃基的化合物称为季铵化合物。 季铵化合物中的四个烃基可以是相同的,也可是不同 的,分为季铵盐(quaternary ammonium salts)和季铵碱 (quaternary ammonium base)。
与羰基化合物类似,含有α-氢的硝基化合物, 在强碱的作用下,可与醛酮发生缩合反应。
11 含氮有机化合物
11.2
一、分类
胺(amine)
氨、NH3 铵NH4Cl
烃基的数目 伯胺 RNH2 仲胺 R2NH
叔胺 R3N
第十六章重氮与偶氮化合物
上述反应溴代时要用HBr和Cu2Br2,不能用HCl和Cu2Cl2代替。 上述反应如果用铜粉代替Cu2X2 ,加热重氮盐也可生成卤代烃, 但产率较低,该反应称为伽特曼(Gattermann)反应。
N Br 2 Cu Br CH 3 CH 3
被碘原子取代
由于I-原子的亲核活性较高,重氮基比较容易被碘原子取代, 而无需催化剂。只要把重氮盐与KI水溶液一起加热,重氮基即 可被碘原子取代,这是把碘原子引入芳环的好方法。 NaNO + H SO KI 2 2 4 O N NH O N N HSO O NI 2 2 2 2 4 2
N 如果用H2SO4代替HCl,则生成重氮苯硫酸盐。 2HSO 4 在进行重氮化反应时,应注意以下几点: (1)反应温度要控制在0~ 5 ℃之间,过高会分解。 (2)加酸要过量。酸有三个作用:一是与NaNO2作用生成 HNO2,二是与产物作用成盐,三使反应体系保持强酸性。因 为重氮盐在强酸中才能稳定存在。酸度小时,会与未反应的苯 胺发生偶合反应。
O H
4 ( N , N 二 甲 氨 基 ) 偶 氮 苯 4 ' 磺 酸 4 , 4 ' - 二 羟 基 氢 化 偶 氮 苯
( C H ) C N N C ( C H ) 3 2 3 2 C N C N 偶 氮 二 异 丁 腈 ( C H ) C+ 3 2 N 2 2 C N 自 由 基 引 发 剂 , 发 泡 剂
重氮化合物的命名
如果重氮基只一端与烃基相连,则称为重氮化合物。如:
N NC l
N N
N N
氯 化 重 氮 苯 ( 重 氮 苯 盐 酸 盐 ) C H N 2 2 C H 2 N N 重 氮 甲 烷 C H 2 N N
重氮与偶氮
OH(NR2) N2Cl +
CH3
OH(NR2) NN
CH3
N2Cl + H2N
N N NH
如果将苯重氮氨基苯和盐酸或盐酸苯胺共热,则重排成对氨基
偶氮苯。
N N NH
C6H5NH2 HCl 30-40度
NN
NH2
但是重氮盐与间甲苯胺、间苯二胺、萘胺偶合时,由于甲基、 氨基都是供电子基,使苯环电子云密度较高,故反应主要发生 在芳环上;对于萘胺来说,由于-位活性本来较高,故主要 发生在萘环的-位上,而不是氨基上。
NH2 CH3
NH2 NH2
NH2
NH2
N2Cl +
OHNaOH+H2O (PH=9-10) 0℃
NN
OH
对羟基偶氮苯(桔红色)
N2Cl +
N(CH3)2 CH3COONa+H2O (PH=5-7) 0℃
NN
N(CH3)2
对(N,N-二甲氨基)偶氮苯(黄色)
偶合反应是亲电取代历程,但由于重氮盐正离子(ArN2)是一个 很弱的亲电试剂,只能与带有较强供电子基团的酚、胺类化合 物发生偶合反应,与其它化合物不发生偶合反应。
概念解释:
重氮与偶氮化合物
重氮和偶氮化合物分子内都含有偶氮基官能团-N=N-,如 果该官能团两端均与烃基相连,则称为偶氮化合物。
NN 偶氮苯
CH3 N N CH3 H3C
NN
OH
偶氮甲烷 4-甲基-4'-羟基偶氮苯
HO3S
NN
N(CH3)2 HO
含氮有机化合物
3.2 胺
氨分子中一个,两个或三个氢原子被烃基取代所生成的化合物分 别称为伯胺(一级胺)、仲胺(二级胺)和叔胺(三级胺)。铵盐分 子中四个氢原子都被烃基取代生成的化合物称为季铵盐。
有些胺类化合物因其特殊的生理活性,与人类的生命活动及健康 密切相关。
H3C N H3C N + CH2 N CH2CH2OH S Cl-
Cl NO2
OH NO2
1.NaOH, 100℃ 2. H3O+
NO2 NO2
Cl + NH3 NO2 Cl NO2 + CH3NH2 NO2 Cl NO2 + CH3CH2OH NO2 F + CH3OK NO2
CH3OH
25℃
NH2
NO2 NHCH3 NO2 NO2 OCH2CH3
Et3N
20℃
CH3
(CH3CO)2O
CH3
1.Br2 2.OH-,H2O
CH3
NaNO2,HCl
CH3
H3PO2,H2O
CH3 Br
Br NH2
0~5 ℃
NH2
NHCOCH3
Br 25 ℃ N2Cl
NH2
1.HNO3,H2SO4 2.Sn+HC2
Br
N2Cl Br
H3PO2
Br
烷基供电子的诱导效应与水的溶剂化效应二者综合作用的结果,造
成了胺在水中的碱性强度次序。
H R2N H
H :O H H :O H
R3N-H
H :O H
仲胺的溶剂化情况
叔胺的溶剂化情况
芳香胺的碱性比氨和脂肪胺弱,这是由于氮原子上孤对电子通过 p-π 共轭部分地向苯环转移,形成更稳定的共轭体系,使氮原子与 质子的结合能力降低。
第十四章 重氮和偶氮化合物
官能团。 重氮和偶氮化合物都含有 -N=N- 官能团。 该官能团的两端与烃基相连的化合物称为偶氮化合物 偶氮化合物。 该官能团的两端与烃基相连的化合物称为偶氮化合物。 偶氮化合物通式: 偶氮化合物通式:R—N=N—R 、Ar—N=N—R或Ar—N=N—Ar 或
若该官能团的一端与烃基相连,另一端与其他原子 非碳原子 非碳原子, 若该官能团的一端与烃基相连,另一端与其他原子(非碳原子, 重氮化合物。 CN- 是例外 或原子团相连的化合物,称为重氮化合物。重氮化 是例外)或原子团相连的化合物 称为重氮化合物 或原子团相连的化合物, 合物通式: 合物通式:R—N=N—X 或 Ar—N=N—X
另一方面它本身又易为亲核试剂所取代, 另一方面它本身又易为亲核试剂所取代,是芳环上导入负性基 团如卤素、羟基、氨基等可能的途径,所以在合成上非常有用。 团如卤素、羟基、氨基等可能的途径,所以在合成上非常有用。
重氮盐的反应一般可归纳为两类:一是重氮基 重氮盐的反应一般可归纳为两类:一是重氮基(N2)被取代并释 被取代并释 放出氮气,二是反应产物的分子中仍保留着两个氮原子。 放出氮气,二是反应产物的分子中仍保留着两个氮原。
重氮盐与第一、第二芳胺在中性或弱酸性溶液中, 重氮盐与第一、第二芳胺在中性或弱酸性溶液中,亲电试剂的重 氮阳离子进攻氨基上的氮原子,生成重氮氨基化合物,这种偶联 氮阳离子进攻氨基上的氮原子,生成重氮氨基化合物, 氮偶联。 叫氮偶联。
因此,重氮化反应必须在强酸溶液中进行。 因此,重氮化反应必须在强酸溶液中进行。
NaNO2 H2SO4
Br
N2 HSO4 Br NO2 NaNO2 HCl H3PO2 H2O
CuCN Br KCN
产物 — 2,6-二溴苯甲酸 二溴苯甲酸
第十四章 有机含氮化合物
NH2
-
-CHO O NHC-CH3
-
H2 / Ni
NO2 NO2 -NO2 或(NH4)2S
NH4SH
NH2 NH2 -NO2
-
-
四、胺的物理性质和光谱性质
1. 物理性质
① 状态 甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺常温下为气态。 丙胺以上为液态。 ② 气味 低级胺有氨味或鱼腥味 如: 甲胺、二甲胺—— 氨味 三甲胺、乙胺—— 鱼腥味
NH 2
按氨基数目不同分
RNH2
一元胺
H2NRNH2
二元胺
2. 命名 NH3 -NH2 —— 氨 —— 氨基
R-NH2 、R2CHNH2 、 R3CNH2 ——胺 R-NH- 、R2N- ——胺基 含有四个R 或H 的胺正离子为铵
R4N Cl
+
-
简单胺 由简单烃基组成的胺,按其所有含烃基的名称命名为某胺
三、胺的制法
1. 氨或胺的烃基化
① 脂肪胺 NH3 + R-X R-NH3 + X OH R-NH2 + H2O + R-NH2-R + X OH R2-NH +H2O
+
-
R-NH2 + R-X 醇也可用作烷基化剂:
CH3 OH + H NH2
Al2O3
CH3NH2 + H2O
CH3OH Al2O3,
生理或药理作用。例如:
N CHOHCHCH3 NHCH3 H OOCCH CH2OH CH3
阿托品
麻黄碱
一、胺的分类与命名
1. 分类
按氨所连烃基数目分
R-NH2 R-N-H R
重氮,偶氮和硝基化物
重氮、偶氮、硝基化合物一、重氮和偶氮化合物重氮和偶氮化合物都含有-N 2-官能团,都是合成产物。
(一)分类-N 2-官能团只有一端连有烃基的属于重氮化合物;如:N 2+Cl -氯化重氮苯N=N OH氢氧化重氮苯-N 2-官能团两端都连有烃基的属于偶氮化合物,一般有颜色。
如:N NN=N 偶氮苯N=NHO 对羟基偶氮苯2,2'-偶氮萘(β,β'-偶氮萘)(二)重氮化反应芳伯胺在低温、强酸中与亚硝酸反应可生成重氮化合物,称为重氮化反应;重氮盐化学性质活泼,可发生多种化学变化。
NH 2NaNO 2 ,N 2Cl -+HCl(三)重氮盐的化学性质 1、取代(放氮)反应重氮基可以被许多其它基团如卤素、氰基、羟基等取代,称为重氮盐的取代反应,这在有机合成和工业生产上有着广泛用途;取代反应的同时有氮气释放,因此也称为重氮盐的放氮反应:N 2HSO 4-+N 2Cl-++ N 2)此处重氮化最好用硫酸,因硫酸氢根亲核性弱于水,副产物少;氯的亲核性强于水,副产物多合成应用:(1)官能团转换:通过重氮化反应再经放氮反应可把氨基转换成许多其它的官能团,尤其重氮化后与次磷酸反应取代的是H ,故又称“去氨基反应”;(2)发挥NH 2的定位作用后再脱去:先在苯环上引入氨基(不能直接引入,通过硝基还原),利用其定位效应在特定位置引入其他官能团,之后通过“去氨基反应”而脱去。
2、偶联(不放氮)反应重氮盐正离子N 2+作为较弱的亲核试剂,进攻活性较大的芳香化物,发生芳环上的亲电取代反应,生成偶氮化合物,称为偶联反应(不放出氮气)。
N 2Cl -OH-N N OH ++对羟基偶氮苯二、硝基化合物由于硝基的强吸电子作用,使硝基化合物的性质发生某些改变,主要表现如下:(一)硝基对酸性的影响硝基取代将使酸性增强,例如“苦味酸”; 硝基取代苯甲酸等则邻位酸性增强最多(邻位效应),其次是对位,间位增强最少(无C 效应)。
(二)硝基的还原NO 2Fe+HClNH2NO 2CHO NH 2CHONO 2NO2HNO 3H 2SO 4(三)硝基对芳环取代反应的影响1、芳环的亲电取代——钝化、间位基:NO 2395℃24NO 2NO 22、芳环的亲核取代——活化,邻对位:ClNaOH 2很难ClNa 2CO 32NO 22OHNO 22容易例如:芳香异构体ABC ,分子式C 6H 4NO 2Br 。
重氮化合物和偶氮化合物的区别
偶氮化合物和重氮化合物的主要区别是:术语偶氮化合物是指存在N=N基团,而重氮化合物是指在有机化合物的末端存在偶氮基团。
在偶氮化合物中,N=N官能团出现在化合物的中间,其中官能团的两个末端与一些其它取代基相连,相反,在重氮化合物中,官能团出现在化合物的末端。
1、什么是偶氮化合物?
偶氮是指存在N=N官能团。
在有机化合物中,该官能团以RN=N-R'的形式出现,其中R和R'是烷基或芳基,偶氮这个名字来源于术语azote,它指的是氮的法语名称。
芳基偶氮化合物比烷基偶氮化合物相对稳定,它们通常以结晶形式存在。
烷基化合物含有与偶氮官能团相连的烷基,我们可以称为脂肪族偶氮化合物。
2、什么是重氮化合物?
重氮是指存在连接到有机化合物末端的两个氮原子。
这类化合物的一般结构式为2C=+=−。
简单的重氮化合物的一个例子是重氮甲烷,它具有连接到甲烷分子的偶氮官能团。
重氮化合物可以在环加成反应中充当1,3-偶极子,此外它们可以作为卡宾生产的前提,还可以在亲核加成反应中作为亲核试剂反应。
重氮化合物和偶氮化合物
OH NaOH O0C
N(CH3)2
N=N
OH
N=N
N(CH3)2
重氮组分 偶联组分 偶氮化合物
酚偶联时要弱碱性介质,不能强碱性。弱碱性以酚氧负离 子形式存在,苯环活泼。但是强碱性时有下面转换,无有 亲电试剂存在:
+
NN
+
N N -OH
N=NOH -OH
N=NO-
用重氮盐制酚时要强酸性,为了避免发生偶联反应。 而苯胺偶联反应要弱酸性,不能强酸性,强酸性变成 铵盐,苯环钝化,不能反应。当然碱性可以。
重氮化合物和偶氮化合物
重氮化合物和偶氮化合物
(1)被 OH 取代(重氮盐的水解)
NH2 NaNO2 + H2SO4
0_5 ℃
N2SO4H H2O H
OH + N2 + H2SO4
只有在人群中间,才能认识自己。
机理: 与此H反3应PO是2将反碘应原机子理引(进自苯由A环基r的机好理方N)法2,X但此法不能用来引进氯A原r子或溴+原子N。2 + X
Br H3C
N2 SO4H
Br
H2O
H3C
OH
H3C
例 2: 合成
分析:
H3C
COOH
H3C
H3C
COOH
CN
H3C
N2 X
H3C
NH2
H3C
NO2
H3C
是否还有其它分析?
H3C
COOH
H3C
MgX
H3C
X
合成:
H3C
HNO3 H2SO4
H3C
Fe
NO2
HCl
(分离除去邻位产物)
