1、第 1 页辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学第十五章 含氮有机化合物学习要求1掌握芳香族硝基化合物的制法，性质。理解硝基对苯环邻对位取代基（X、OH）性质的影响。2掌握胺的分类、命名和制法。3熟练掌握胺的性质及胺的碱性强弱次序，理解影响胺的碱性强弱的因素。4掌握区别伯、仲、叔胺的方法及氨基保护在有机合成中的应用。5掌握重氮盐的反应和偶联反应在有机合成中的应用。6了解季铵盐、季铵碱的性质和应用，初步了解偶氮染料。7学习、掌握重要的分子重排反应。分子中含有 C-N 键的有机化合物称为含氮有机化合物。含氮有机化合物种类很多，本章简单讨论硝基化合物，重点讨论胺、重氮盐和分子重排反应。年 月
2、日 x0404-08第 2 页辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学15.1 硝基化合物 一、硝基化合物的分类、命名和结构1分类 （略）2命名 （与卤代烃相次似）3硝基的结构一般表示为 （由一个 N=O 和一个 NO 配位键组成）物理测试表明，两个 NO 键键长相等，这说明硝基为一 P- 共轭体系（N 原子是以 sp2 杂化成键的，其结构表示如下： 二、硝基化合物的性质1物理性质 2脂肪族硝基化合物的化学性质（1）还原 硝基化合物可在酸性还原系统中（Fe、Zn、Sn 和盐酸）或催化氢化为胺。（2）酸性 NOORNOO RNOO RNOO第 3 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学
3、杏林学院讲稿课程名称：有机化学硝基为强吸电子基，能活泼 - H，所以有 - H 的硝基化合物能产生假酸式-酸式互变异构，从而具有一定的酸性。例如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷的 pKa 值分别为：10.2、8.5、7.8 。（3）与羰基化合物缩合有 - H 的硝基化合物在碱性条件下能与某些羰基化合物起缩合反应。其缩合过程是：硝基烷在碱的作用下脱去 - H 形成碳负离子，碳负离子再与羰基化合物发生缩合反应。（4）与亚硝酸的反应第三硝基烷与亚硝酸不起反应。此性质可用于区别三类RCH2NOO RCHNOHONaOHRCHNOONa RCH2NO2RCOH(R )+ OHRCOHH(R )CNO2RH
4、H2ORCH(R )CNO2RRCH2NO2+ HONORCHNO2NONaOHRCNO2NONaR2CHNO2+ HONO R2CNO2NONaOH aHNaOH第 4 页硝基化合物。年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学3芳香族硝基化合物的化学性质（1）还原反应硝基苯在酸性条件下用 Zn 或 Fe 为还原剂还原，其最终产物是伯胺。若选用适当的还原剂，可使硝基苯还原成各种不同的中间还原产物，这些中间产物又在一定的条件下互相转化。（2）硝基对苯环上其它基团的影响硝基同苯环相连后，对苯环呈现出强的吸电子诱导效应和吸电子共轭效应，使苯环上的电子云密度大为降低，亲电
5、取代反应变得困难，但硝基可使邻位基团的反应活性（亲核取代）增加。1使卤苯易水解、氨解、烷基化 例如：NO2Fe or ZnHCl NH2Cl OH10% NaOH40 32MPaClNO2NaHCO3130 ONaNO2 OHNO2HClNO2NO2 NaHCO310ONaNO2NO2OHNO2NO2H第 5 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学卤素直接连接在苯环上很难被氨基、烷氧基取代，当苯环上有硝基存在时，则卤代苯的氨化、烷基化在没有催化剂条件下即可发生。2使酚的酸性增强三、硝基化合物的制备1卤代烃与亚硝酸盐反应。2芳烃的硝化。OH OHOHNO2 N
6、O2NO2OHNO2NO2O2NpKa9.89 7.15 0.384.09第 6 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学15.2 胺一、胺的分类和命名1分类2命名 简单胺的命名是在烃基名称后加胺字，称为某胺。复杂结构的胺是将氨基和烷基作为取代基来命名。季铵盐或季铵碱的命名是将其看作铵的衍生物来命名。二、胺的结构胺分子中，N 原子是以不等性 sp3 杂化成键的，其构型成棱锥形。故 N 原子上连有四个不同基团的化合物存在着对映体，可以分离出左旋体和右旋体。三、胺的性质 NH3 RNH2R2NHR3NR4NXR4NOHArNR2ArNH2Ar2NHArNHR 12
7、3 NHHH NH3CCH3CH3 NH1080.147nm第 7 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学1 胺的化学性质1碱性胺和氨相似，具有碱性，能与大多数酸作用成盐。胺的碱性较弱，其盐与氢氧化钠溶液作用时，释放出游离胺。胺的碱性强弱，可用 Kb或 pKb表示：碱性： 脂肪胺 氨 芳香胺pKb 8.40 脂肪胺在气态时碱性为： (CH 3)3N (CH3)2NH CH3NH2 NH(CH3)2NH CH3NH2 (CH3)3N NH3原因：气态时，仅有烷基的供电子效应，烷基越多，供电子效应越大，故碱性次序如上。在水溶液中，碱性的强弱决定于电子效应、溶剂化
8、效应等。 溶剂化效应RNH2+ HCl RNH3ClRNH2+ HOS3H RNH3 OS3HRNH3Cl+ NaOHRNH2 + Cl + H2ORNH2+ H2ORNH3 + OHKbKb=RNH3 OHRNH2 pKb= logKb第 8 页铵正离子与水的溶剂化作用（胺的氮原子上的氢与水形成氢键的作用） 。胺的氮原子上的氢越多，溶剂化作用越大， 年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学铵正离子越稳定，胺的碱性越强。芳胺的碱性 ArNH 2 Ar2NH Ar3N例如： NH 3 PhNH2 (Ph)2NH (Ph)3NpKb 4.75 9.38 13.21
9、中性对取代芳胺，苯环上连供电子基时，碱性略有增强；连有吸电子基时，碱性则降低。3烃基化反应 胺作为亲核试剂与卤代烃发生取代反应，生成仲胺、叔胺和季铵盐。此反应可用于工业上生产胺类。但往往得到的是混合物。4酰基化反应和磺酰化反应（1）酰基化反应 伯胺、仲胺易与酰氯或酸酐等酰基化剂作用生成酰胺。RNHH R2NHH R3NHOHHOH2OH2OH22OH2RNH2 RCOCl(RCO)2ORNHCOR(Ar) orR2NHRCOCl R2NCORNHCH3CH3COCl NCOCH3CH3R3NRCOCl(RCO)2O(Ar)3 or第 9 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿
10、课程名称：有机化学酰胺是具有一定熔点的固体，在强酸或强碱的水溶液中加热易水解生成酰胺。因此，此反应在有机合成上常用来保护氨基。（先把芳胺酰化，把氨基保护起来，再进行其他反应，然后使酰胺水解再变为胺）。（2）磺酰化反应（兴斯堡Hinsberg 反应）胺与磺酰化试剂反应生成磺酰胺的反应叫做磺酰化反应。常用的磺酰化试剂是苯磺酰氯和对甲基苯磺酰氯兴斯堡反应可用于鉴别、分离纯化伯、仲、叔胺。5与亚硝酸反应SO2Cl SO2ClCH3 ( TsCl )RNH2R2NHR3N SO2ClSO2NHRSO2NR2 NaOHNaOH SO2N-RNaRNH2R2NHR3NSO2Cl SO2NHRSO2NR2 H
11、ClHCl第 10 页亚硝酸（HNO 2 ）不稳定， 反应时由亚硝酸钠与盐酸或硫酸作用而得。脂肪胺与 HNO2的反应伯胺与亚硝酸的反应：年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学生成的碳正离子可以发生各种不同的反应生成烯烃、醇和卤代烃。例如：所以，伯胺与亚硝酸的反应在有机合成上用途不大。仲胺与 HNO2反应，生成黄色油状或固体的 N-亚硝基化合物。叔胺在同样条件下，与 HNO2不发生类似的反应。因而，胺与亚硝酸的反应可以区别伯、仲、叔胺。芳胺与亚硝酸的反应：RCH2CH2NH2NaO2 + HCl RCH2CH2N2Cl RCH2CH2 + N2 + Cl CH2
12、NH2HNO2 OH CH3OH CH3CH3+ + +RNHNaO2 + HCl RN-=ON-H2O+NaO2 + HCl 2H2O + NaClNH2 N2 Cl0 5OH第 11 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学此反应称为重氮化反应。芳香族仲胺与亚硝酸反应，生成棕色油状和黄色固体的亚硝基胺。芳香族叔胺与亚硝酸反应，亚硝基上到苯环，生成对亚硝基胺。芳胺与亚硝酸的反应也可用来区别芳香族伯、仲、叔胺。6氧化反应胺容易氧化，用不同的氧化剂可以得到不同的氧化产物。叔胺的氧化最有意义。具有 -氢的氧化叔胺加热时发生消除反应，产生烯烃。此反应称为科普（Cop
13、e）消除反应。科普（Cope）消除反应是一种立体选择性很高的顺式（同侧）消除反应。反应是通过形成平面五元环的过程完成的。HCH2N(CH3)2H2O2 HCH2N(CH3)2ON, N HCH2N(CH3)2O160 CH2+ (CH3)2OH98%HCH2N(CH3)2O 160 CH2第 12 页例如：年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学四、季铵盐和季铵碱（一）季铵盐1制法 2主要用途1表面活性剂、抗静电剂、柔软剂、杀菌剂。2动植物激素。如： 矮壮素乙酰胆碱3有机合成中的相转移催化剂。（二）季铵碱1制法2性质15CON(CH3)2OCH3H3CHC65
14、CCH3HH3CC6H5 CCHCH3H3CC6H5+96% 0.1%R3N + R X R3NR XClH2CH2N(CH3)ClCH3NCH2CH3CH2CH2OCH3OHO -R4NCl+ Ag2OH2OR4N OH+ AgBr第 13 页（1） 强碱性，其碱性与 NaOH 相近。易潮解，易溶于水。（2）化学特性反应加热分解反应年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学烃基上无 -H 的季铵碱在加热下分解生成叔胺和醇。例如：-碳上有氢原子时，加热分解生成叔胺、烯烃和水。例如：消除反应的取向霍夫曼（Hofmann）规则季铵碱加热分解时，主要生成 Hofmann
15、 烯（双键上烷基取代基最少的烯烃） 。这种反应称为霍夫曼彻底甲基化或霍夫曼降解。导致 Hofmann 消除的原因：（1） -H 的酸性 (CH3)4N OH (CH3)N + CH3OH(CH3)-N-CH2CH2CH3OH (CH3)N + CH3CH=CH2 + H2OCH3CH2CHCH3N(CH3)OH CH3CH2CH=CH2CH3CH=CHCH3(CH3)N+95% 5%(CH3)2-NCH2CH3CH2CH2CH3 CH2=CH2CH3CH=CH2OH + +(CH3)NC3H7-n98% 2%第 14 页季铵碱的热分解是按 E2 历程进行的，由于氮原子带正电荷，它的诱导效应影响
16、到 -碳原子，使 - 氢原子的酸性增加，容易受到碱性试剂的进攻。如果 -碳原子上连有供电子基团，则可降低 -氢原子的酸性，- 氢原子也就不易被碱性试剂进攻。年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学（2）立体因素 季铵碱热分解时，要求被消除的氢和氮基团在同一平面上，且处与对位交叉。能形成对位交叉式的氢越多，且与氮基团处于邻位交叉的基团的体积小。有利于消除反应的发生。当 -碳上连有苯基、乙烯基、羰基、氰基等吸电子基团时，霍夫曼规则不适用。例如：霍夫曼消除反应的应用测定胺的结构例如：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 R 的骨架。例如：CH
17、2CH2NCH3CH2CH2OHCH3 CH=CH2CH2=CH2+94% 6%RCH2CH2-NH2 RCH2CH2-N-CH3CH3CH3I3CH3I AgOHRCH2CH2-N-CH3CH3CH3OHRCH=CH2 + (CH3)N + H2O第 15 页年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称：有机化学NHCH3 CH32CH3IAgOHNCH3CH3O CH3NCH3CH2 AgOHCH3ICH3NCH3CH23OH CH2=CH-CH2-CH=CH2NH CH32CH3IAgOHNCH3OH CH3NCH3 AgOHCH3ICH3 CH3 CH3CH3NCH3CH3CH3 O CH2=CH-C=H2CH3第 16 页年 月 日 x0404-08
