胺和四级季铵盐
季铵盐降速原理
季铵盐降速原理季铵盐作为一类重要的阳离子表面活性剂，在多个领域如消毒、抗菌、防腐以及工业水处理中都有着广泛的应用。
然而，在某些应用场景中，季铵盐的降速性能也受到了广泛关注。
本文旨在深入探讨季铵盐的降速原理，从分子结构、作用机制到影响因素等多个层面进行分析。
一、季铵盐的基本结构与性质季铵盐，又称为四级铵盐，是指氮原子上连接了四个有机基团的铵盐。
其通式为[R1R2R3R4N]+X-，其中R1-R4为四个不同的有机基团，X为阴离子。
季铵盐具有阳离子性，水溶性良好，并且在广泛的pH范围内都能保持稳定。
二、季铵盐的降速原理季铵盐的降速性能主要与其阳离子特性和在水溶液中的行为有关。
具体原理可归纳为以下几点：1. 电荷中和作用：季铵盐带有正电荷，可以与带有负电荷的粒子发生电荷中和反应。
在某些体系中，如含有阴离子表面活性剂的水溶液中，季铵盐能够通过电荷中和作用降低体系的表面张力，从而减缓泡沫的生成和稳定泡沫的存在。
2. 吸附作用：季铵盐分子在固-液界面或液-气界面上具有较强的吸附能力。
当季铵盐分子吸附在这些界面上时，会改变界面的性质，如表面张力、接触角等。
这种吸附作用可以减少液体在固体表面的润湿性，从而降低液体的流速。
3. 粘度增加：在水溶液中，季铵盐分子可以与水分子形成氢键，增加溶液的粘度。
粘度的增加会阻碍液体分子的运动，从而降低液体的流动速度。
4. 胶体稳定性：季铵盐在某些条件下可以形成胶体颗粒。
这些胶体颗粒在水中具有一定的稳定性，能够吸附和包裹其他物质，形成较大的聚集体。
这种聚集作用可以减少液体中有效成分的浓度，从而降低反应速率或传输速率。
三、影响季铵盐降速性能的因素1. 季铵盐的结构：不同的季铵盐分子结构会导致其降速性能的差异。
一般来说，具有较长碳链的季铵盐具有更好的降速效果，因为长碳链可以增加分子在界面上的吸附能力和形成胶体颗粒的稳定性。
2. 浓度：季铵盐的浓度对其降速性能有重要影响。
在一定范围内，随着季铵盐浓度的增加，其降速效果也会增强。
胺、重氮和偶氮化合物
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。
图133n甲基乙胺对映体之间的相互转化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trger碱并成功地分离得到光学活性的对映体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
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
在脂肪胺中，烷基是给电子基团，氮上所连的烷基能使氮上孤对电子的电子云密度增大， 有利于结合质子，使其形成的共轭酸——铵正离子的正电荷容易得到分散而稳定，因此脂肪胺 的碱性比氨强。例如，在气相中测定的乙胺、二乙胺、三乙胺和氨的碱性强弱次序为： (C2H5)3N > (C2H5)2NH > C2H5NH2 > NH3，这说明氮上的烷基越多，给电子作用越强，越有利于稳定铵正 离子，因而碱性越强。但在水溶液中测定的乙胺、二乙胺、三乙胺和氨的碱性强弱次序为： (C2H5)2NH > (C2H5)3N > C2H5NH2 > NH3，即从二乙胺到三乙胺，随着烷基增加，碱性反而降低， 这说明溶剂对胺的碱性有一定影响。在水溶液中，水能够与铵离子形成氢键，氢键的生成使铵 离子更加稳定，从而使碱性增强。乙胺的铵离子中有三个氢可参与形成氢键，而二乙胺和三乙 胺的铵离子中分别有两个和一个氢参与形成氢键：
第十七章--胺
第三节 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；
胺的反应
1. 胺的成盐反应 四级铵盐的应用 2. 四级铵碱和霍夫曼消除反应 3. 胺的酰化和兴斯堡反应 4. 胺的氧化和科普消除 5. 胺与亚硝酸的反应
CH3
Cl
NO2
NO2
pkb 8.50 8.90 9.30 10.02 13.0 13.82
二、胺与酸的成盐反应
胺有碱性，遇酸能形成盐。 RNH2 + CH3COOH
成盐反应的应用
CH3COO- +NH3R
1. 用于分离提纯
HCl RNH2
不溶于水
RN+ H3C-l NaOH RNH2 + H2O + NaCl
效的p－π共轭。
如果N原子上连有三个不同基团的化合物存在 着对映体，理论上可以分离出左旋体和右旋体。
C2H5 N H
CH3
N CH3 H
C2H5
但难以拆分，其原因在于简单胺的构型转化只需
25kJ/mol的能量，该转化经历一个平面过渡态而迅速
转化，过渡态的氮原子呈sp2杂化。
sp3
C2H5 N H
CH3
第八节 胺与亚硝酸的反应
一、 脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应 －－－－－－重氮化反应
重氮化试剂： 亚硝酸(实际用的是NaNO2 +HCl or
NaNO2 + H2SO4)用量大于 1 mol
1. 伯胺与亚硝酸的反应
脂肪胺： 生成的重氮正离子不稳定，分解后生成碳正离子
胺
编辑本段释义
胺：[àn][ㄢˋ] 郑码：QWZM，U：80FA，GBK：B0B7 五笔:EPV 笔画数：10，部首：月，笔顺编号：3511445531 参考词汇: amic amine 氨分子中的氢被烃基取代而生成的化合物。
编辑本段分类
按照氢被取代的数目，依次分为一级胺（伯胺）RNH2、二级胺(仲胺)R2NH、三级胺(叔胺)R3N、四级铵盐（季铵盐）R4N+X-，例如甲胺CH3NH2、苯胺C6H5NH2、乙二胺H2NCH2CH2NH2、二异丙胺[（CH3）2CH]2NH、三乙醇胺(HOCH2CH2）3N、溴化四丁基铵（CH3CH2CH2CH2）4N+Br-。
编辑本段性质
胺具有碱性，在气相条件下氨比任何一种甲胺的碱性都弱得多，但在溶液中其碱性与三甲胺[1]相近，
胺
一甲胺和二甲胺的碱性较三甲胺约强10倍。
低级的胺是气体或易挥发的液体，气味与氨相似，有的有鱼腥味（鱼的腥味其实就主要来自三甲胺）；高级的胺为固体；芳香胺多为高沸点的液体或低熔点的固体，具有特殊的气味。
胺的沸点比相对分子质量相似的非极性化合物高，比醇或羧酸的沸点低；叔胺的沸点比相对分子质量相近的伯胺和仲胺低。
胺是极性化合物。
低级胺易溶于水，胺可溶于醇、醚、苯等有机溶剂。
胺与酸作用易成盐。
在许多有机反应中，常把胺作为亲核试剂使用。
其反应活性通常随碱性的强弱而异，取代基的大小对反应活性的影响较大，位阻较大的胺反应活性降低，例如二异丙基乙基胺已完全不能与卤代烷发生作用。
此外，芳香胺的重氮化反应也是重要的有机反应之一。
季铵盐制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解季铵盐的制备原理和方法。
2. 掌握季铵盐的制备实验操作步骤。
3. 分析实验结果，提高对季铵盐性质的认识。
二、实验原理季铵盐，又称四级铵盐，是由四个烃基取代铵根离子中的四个氢原子而形成的化合物。
其通式为R4NX，其中R为烃基，X为卤素负离子或酸根离子。
季铵盐具有优良的导电性、杀菌性、絮凝性等特性，广泛应用于化工、医药、采矿、纺织等领域。
本实验采用卤代烃与胺的取代反应来制备季铵盐。
具体步骤如下：1. 将卤代烃与胺按一定比例混合，在加热条件下反应，生成季铵盐的卤代物。
2. 将季铵盐的卤代物与氢氧化钠溶液反应，生成季铵盐的氢氧化物。
3. 将季铵盐的氢氧化物与盐酸溶液反应，得到季铵盐。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：卤代烃（如溴代烷）、胺（如三乙胺）、氢氧化钠、盐酸、蒸馏水等。
2. 实验仪器：烧杯、搅拌器、酒精灯、试管、滴管、试管架、电子天平、移液管、容量瓶、pH计等。
四、实验步骤1. 称取一定量的卤代烃和胺，按一定比例混合，放入烧杯中。
2. 加热烧杯中的混合物，保持温度在60-70℃，反应时间为2小时。
3. 停止加热，冷却至室温。
用pH计检测溶液pH值，调整至8-9。
4. 将冷却后的溶液转移至另一烧杯中，加入适量的氢氧化钠溶液，搅拌至完全溶解。
5. 将氢氧化钠溶液与盐酸溶液混合，调节pH值至7-8。
6. 将混合液转移至容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线。
7. 摇匀溶液，静置过夜。
8. 用滤纸过滤溶液，收集滤液。
9. 将滤液转移至烧杯中，用酒精灯加热蒸发至近干。
10. 停止加热，冷却至室温。
用少量蒸馏水溶解固体，转移至容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线。
11. 将溶液转移至试剂瓶中，密封保存。
五、实验结果与分析1. 通过实验，成功制备出季铵盐。
2. 实验过程中，溶液pH值的变化表明反应进行了充分。
3. 实验过程中，溶液的透明度逐渐变浑浊，表明季铵盐的生成。
4. 通过实验，对季铵盐的性质有了更深入的认识。
第十七章_胺
C H 2 H 3 CN C H 2 C HR O H
C H 3 H
( -消 除 )
C H 3 H 3 CN + C H 2 C HR
C H 3
2021/1/16
Hofmann消除的选择性 —— 主要生成取代基少的烯烃
'
H3CCH2 CH2 CH CH3
N(CH3)3 OH
H3CCH2 CH2 CH CH2 +
nh在乙酸中在乙酸酐中主要产物主要产物nh3磺化反应nh9601立体选择性很高第二节重氮化合物和偶氮化合物arnhcl重氮盐干燥时易爆炸与重氮盐稳定性有关的一些因素一芳香重氮盐重氮盐的反应还原反应1重氮盐的取代反应ararcnaroh离子性和自由基型反应1卤素或氰基取代经自由基机理
第十七章_胺
主要内容
( 两个峰，光、中） （强）
（宽、强）
二级胺 3300-3500
弱
（单峰）
2021/1/16
700-750 （弱）
NMR： —CH2—CH2—NH2
δ 1.1-1.7; 2.2-2.8;0.5-5ppm (与溶剂的性质，溶液浓度，温度有关，可影响H—键缔和)
MS:
R—NH2 —M+小 M+ 奇数个N ，M+奇数 Ar—NH2 M+大
CH3 C2H5 N CH2=CH—CH2 C6H5
CH3
N
C6H5
C2H5 CH2—CH=CH2
2021/1/16
2 、胺的物理性质
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。
季铵盐
季铵盐化合物1.1.1 结构与性质季铵盐（又称四级铵盐）是中的4个都被取代后形成的的[3]。
季铵盐有4个碳原子通过共价键直接与氮原子相连，阴离子在烃基化试剂作用下通过离子键与氮原子相连，其分子通式为:结构中4个烃基R可以相同，也可以不相同。
取代的或非取代的，饱和的或不饱和的，可以有分支或没有分支，可以为环状结构或直链结构，可以包含醚、酯、酰胺，也可以是芳香族或芳香族取代物。
通过离子键与氮原子相连的多为阴离子（F－、Cl－、Br －、I－）或酸根（HSO4－、RCOO－等），以氯和溴最为常见[4]。
合成与分析方法1.1.3 应用研究概况季铵盐化合物特有的分子结构赋予其乳化、分散、增溶、洗涤、润湿、润滑、发泡、消泡、杀菌、柔软、凝聚、减摩、匀染、防腐和抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用[8]，这些独特性能使其在造纸、纺织、涂料、染色、医药、农药、道路建设、洗化与个人护理用品和高新技术等领域均显示出了良好的应用前景。
季铵盐杀生剂研究进展在季铵盐化合物的诸多独特性能及相应的实际应用中，优异的杀生性能是其中发现最早、应用最广的性能。
目前，具有广谱高效、低毒安全、长效稳定等优点的季铵盐杀生剂已在工业、农业、建筑、医疗、食品、日常生活等众多领域得到广泛应用。
例如，水处理[43]、造纸[44]、皮革[45]、纺织[46]、印染[47]、采油[48]、涂料[49]等行业的杀菌灭藻、防腐防霉、清洗消毒；农产品和农作物的防霉防病[50]；养殖和畜牧的防病杀菌[51]；木材和建材的防虫防腐[52]；外科手术和医疗器械的杀菌消毒[53]；禽蛋肉类和食品加工的清洗个人家庭和公共卫生的洗涤消毒[55]等均要用到季铵盐杀生剂。
1.2.1 发展历程人们对季铵盐化合物的认识是从其所具有的杀菌作用上开始的，该类化合物在发展初期主要就是用作杀菌剂[13]。
Jacobs W A等于1915年首次合成了季铵盐化合物，并指出这类化合物具有一定的杀菌能力，翻开了季铵盐杀生剂的历史篇章。
四级铵盐
四级铵盐又称季铵盐，英文名quaternary-N 。
为铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，通式R4NX，其中四个烃基R可以相同，也可不同。
X多是卤素负离子(F、Cl、Br、I)，也可是酸根（如HSO4、RCOO 等）。
四级铵盐与无机盐性质相似，易溶于水，水溶液能导电。
主要通过氨或胺与卤代烷反应制得，例如：自然界中存在的四级铵盐，不少具有一定的生物活性，有些四级铵盐可用作药物、农药以及化学反应中的相转移催化剂等。
例如,矮壮素【(CH3)3NCH2CH2Cl】Cl是一种植物生长调节剂，氯化苄基三乙基铵和硫酸氢四丁基铵都是优良的相转移催化剂。
在相转移催化反应中，四级铵盐可与水相中的亲核试剂组成离子对，进入有机相，从而加快反应速率，减少副反应并提高收率。
四级铵盐分子中的X是OH时，通常称为四级铵碱。
四级铵碱是强碱，与氢氧化钠和氢氧化钾的碱性相近。
有些天然化合物也是四级铵碱，例如普遍存在于生物体内的胆碱【(CH3)3NCH2CH2OH】OH。
四级铵碱在加热时分解为水、三级胺和烯烃，该反应称为霍夫曼反应，合成中用来制备烯烃。
四级铵碱可由四级铵卤化物与氧化银作用制得：四级铵盐的毒性一般较胺低，但也有不少毒性较大，例如用作阳离子表面活性剂[1]的氯化十二至十六烷基二甲基苄基铵（见结构式a）,对于青蛙的口服半致死量为30毫克/千克。
再如，神经碱(b)和蕈毒碱(c)都是剧毒化合物，蕈毒碱对于大鼠的静脉注射半致死量仅为0.23毫克/千克。
一、季铵盐的种类：1.单季铵2.双季铵盐（Gemini季铵盐）3.三季铵盐4.多季铵盐5.超支化季铵盐二、季铵盐的用途1.杀菌、消毒剂包括：农业杀菌剂、公共场所杀菌消毒、循环水杀菌灭藻剂、水产养殖杀菌消毒剂、医疗杀菌消毒剂、畜禽舍消毒剂、赤潮杀灭剂、蓝藻杀灭剂等杀菌消毒领域。
特别是Gemini季铵盐杀菌效果突出，综合成本低。
2.柔软、抗静电剂主要用于纺织印染行业，此类柔软剂且有优异的柔软、抗静电、杀菌、抗黄变性能。
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N
（1） 氨和胺中的N是不等性的 sp3杂化，未共用电子 对占据一个sp3杂化轨道。
（2） 随着N上连接基团的不同，键角大小会有改变。
（3）当氮与三个不同基团相连时，有一对 对映体。
RHale Waihona Puke N R2 R1 N R1 R2 R3
E = 25.104kJ/mol
CH3 C6H5 N C2H5 CH2CH=CH2
溴化四乙铵
氢氧化四乙铵
第二 节 胺的性质
一、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；
一 、胺的化学性质 （一）胺的结构和碱性
1 、结构
N H H H
SO2Cl
NaOH-H2O
CH3
SO2NHR
NaOH H+
CH3
SO2NR Na+
R2NH + CH3
SO2Cl
NaOH-H2O
CH3
SO2NR2
+ NaCl
利用兴斯堡反应可以分离伯、仲、叔胺。
（四）胺与亚硝酸的反应
分类
1o胺
脂肪胺与亚硝酸的反应
RNH2 NaNO2, HCl 0-5oC R+ [R-NN]Cl+ -N2
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β-H可以发生消除。总是优先消去取 代较少的碳上的β-H。
实例
β β 2CH3CH2CH2CHCH3 N(CH3)3
+
OH-
C2H5OK 130oC C2H5OH -2H+
2CH3CH2CH2CH=CH2 + CH3CH2CH=CHCH3 + 2N(CH3)3 55.7% 1.3%
+
已拆分出一对对映体。
2、胺的碱性
（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pKb；
（3）影响碱性强弱的因素：
电子效应：3o胺 > 2o胺 > 1o胺 空间效应：1o胺 > 2o胺 > 3o胺 溶剂化效应：NH3 > 1o胺 > 2o胺 > 3o胺 综合上述各种因素， 在水溶液中，胺的碱性强弱次序为：
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β-H首先被消除。
β + CH3CH2N(CH3)2
CH2CH2R β
OH-
CH2=CH2 + R CH2CH2N(CH3)2 + H2O
不符合霍夫曼规则的特殊例子
1.
C6H5CH2CH2N+(CH3)OHC2H5 C6H5CH CH2 + C2H5N(CH3)2
2.
O RCCH2CHN+(CH3)3 OHCH3
O RCCH CHCH3 + (CH3)3N
脂肪胺（2°>1°>3°）>氨>芳香胺
3.胺的成盐反应及应用
RNH2 + CH3COOH
（1） 用于分离提纯 + - NaOH HCl RNH2 RNH3Cl 不溶于水 （2）用于鉴定 溶于水
CH3COO- +NH3R
RNH2 + H2O + NaCl
不溶于水 溶于水
所有的铵盐都具有一定的熔点或分解点。
第十章 含氮有机化合物 Ⅰ. 胺
第一节 胺的分类、命名
一 、 胺的分类
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
简单胺的命名是把“胺”字作为类名，在胺字 前面加上烃基的名称和数目即组成胺的名称。
CH3 CH3NH2 methylamine aniline NH2 N CH2CH3
（二）烷基化反应
胺作为亲核试剂，可以与卤代烷发 生反应，结果氮上的氢被烷基取代。
RNH2+R1X RNHR1+HX
（三）胺的酰化和兴斯堡反应
1、胺的酰化
NH3
O RCCl + R'NH2 O
氢氧化钠 或吡啶
RCNH2 + HCl O
RCNHR' + HCl
O RCNR'2 + HCl
R’2NH
★ 放热反应，产物酰胺均为固体。 ★ 叔胺氮原子上没有氢原子，所以 不能发生酰基化反应。
cyclopropylethylmethylamine
甲胺
苯胺
甲基乙基环丙胺
复杂的胺是以烃作为母体，把氨基
作为取代基来命名的。 CH3 NH2
CH3CHCH2CHCH3
2-甲基-4-氨基戊烷
胺盐和四级铵化合物的命名：
CH3NH2 HCl methylamine hydrochloride
甲胺盐酸盐
[CH3CH2N (CH3)3]OH [RCHN+(CH3)3]OH CH3
+
o - 100-200 C o
CH2
CH2 + (CH3)3N + H2O CH2 + (CH3)3N + H2O
胺 三级胺 水
- 100-200 C
RCH
烯烃
不生成烯烃的情况：
(CH3)3NOH
100-200 oC
(CH3)3N + CH3OH
2 、兴斯堡反应
定义：1o, 2o, 3o胺与磺酰氯的反应称为兴斯堡 反应。 反应现象分析：
1o胺 + 磺酰氯 2o胺 + 磺酰氯 3o胺 + 磺酰氯 沉淀
NaOH
H+
沉淀溶解
沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱） 3°胺油状物 + TsO-的水溶液 + NaCl
-OH
H+
油状物消失
兴斯堡反应的反应式
RNH2 + CH3
芳香胺与亚硝酸的反应
ArNH2
NaNO2, HCl 0-5oC
[Ar-NN]Cl-
+
醇、烯、卤代烃等的混合物
发生取代反应制备ArX, ArCN, ArOH, ArSH, ArH, Ar-Ar 与脂肪胺类似
2o胺
R2NH NaNO2, HCl [R2N-N=O]
SnCl2, HCl
N-亚硝基二级胺
R2NH
CH 2CH 3 CH 3CH 2-N-CH2CH3 Br CH 2CH 3
+
CH3CH2NH2 HOAc ethylamine acetate
乙胺醋酸盐
CH 2CH 3 CH 3CH 2-N-CH2CH3 OH CH 2CH 3
+
Tetraethylammonium bromide
Tetraethylammonium hydrooxide
黄色油状 物或固体 [R3NH]+NO2N(CH3)2 + HNO2
ON N(CH3)2
3o胺
R3N + HNO2
OH-
1o胺放出气体。 2o胺出现黄色 油状物。 3o胺发生成盐反应， 无特殊现象。
1o胺放出气体。 2o胺出现黄色 油状物。 3o胺出现绿色晶体。
（五）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：