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1、Amine 第十七章 胺,Chapter 17,Organic Chemistry A (2) By Prof. Li Yan-Mei Tsinghua University,17.1 胺的分类、结构和命名 17.2 一元胺的物理性质和光谱性质 17.3 一元胺的化学性质 17.4 一元胺的制备 17.5 芳胺、二胺、不饱和胺和取代胺 17.6 季铵盐和氢氧化四烃基铵 17.7 重要的胺及胺的来源与用途,Content,17.1 胺的分类、结构和命名,17.1.1 胺的分类,季胺盐（碱）,17.1.2 胺的结构,当N上所连接的三个基团不相同时，分子无对称面及对称中心。理论上它们存在异构体，但目
2、前无法拆分。,两种构型之间能垒低（25KJ/mol），可通过N原子的杂化状态变化而迅速转变,室温下每秒互变21011次。二甲胺的能垒更低（18.4KJ/mol）。,当四个取代基不同时，分子中无对称面和对称中心，即可拆分。,当N的自由互变收到限制时，可拆分异构体 。例如，N原子被固定在刚性的环中。,手性季铵盐的拆分 Separation of chiral quaternary ammonium,17.1.3 胺的命名,普通命名法,IUPAC 命名法,1.选含氮最长链为母体，氮上其它烃基作为取代基，并以N定其位,2. 比较复杂的胺以烃基为母体，氨或取代氨基为取代基,3. 芳胺命名遵守从芳环上母体
3、选择规则,4.季氨盐命名与铵盐类似,氨,胺,铵,作为取代基时，用“氨”,作为母体时，用“胺”,氮上带正电荷时，用“铵”,氨基 甲氨基,甲胺,二甲胺,氯化甲铵,17.2 一元胺的物理性质与光谱性质 (自学),17.2.1 物理性质,1.N-H极化程度低于O-H 相应的氢键亦弱 伯胺b.p.高于相应的烷烃而低于醇 。 2.位阻影响氢键 1o 2o 而3o分子间不形成氢键 碳原子数相同的胺：b.p. 1o 2o 3o 3.气味 相对分子量低的胺具有氨的气味 三甲胺具有鱼腥味 芳胺具有特殊气味,4. 毒性 芳胺毒性大，可透皮吸收 苯胺、-萘胺致癌 5. 偶极矩 1）比醇小 2) 芳胺的偶极矩与脂肪胺相
4、近，但方向相反,CH3CH2-NH2 =1.2D CH3CH2-OH =1.7D,CH3CH2-NH2 =1.2D 吸电子诱导 =1.3D 给电子共轭,17.2.2 光谱性质,1. IR N-H 伸缩 脂肪族伯胺 3400-3300cm-1 （不对称） 3300-3200cm-1 （对称） 液体芳胺 3500-3390cm-1 3420-3300cm-1 仲胺 3500-3300cm-1（较弱） 2. NMR N-CH3 2.2 N-CH2- 2.4 N-CH 2.8 3. MS,17.3 一元胺的化学性质,17.3.1 酸碱性 Acidity and Basicity,1. 胺分子中N原子带
5、孤对电子，可接受质子显碱性,N原子上连有H原子，加碱后立即发生质子转移而生成水。季铵盐上的N原子无H，故与KOH、NaOH作用不能释放出游离的胺。,碱性,2.胺碱性强弱，用pKb表示,共轭酸,碱,碱性越强，Kb越大，pKb越小,碱性强弱亦可用其共轭酸的强度表示,3.胺的碱性强弱,气相,液相,原因：烷基给电子,原因：溶剂影响烷基给电子,水溶液中的溶剂效应,三,二,一,氢键作用,烷基给电子效应,氢键数目,不同溶剂中，三种胺的碱性强弱次序也不同,水溶液,氯苯,苯,不可形成氢键,可形成氢键,4. 取代基的影响,几乎无碱性,引入吸电子基,诱导效应使碱性下降 引入给电子基,诱导效应使碱性上升,5.芳胺,1
6、）碱性比氨弱,N上孤电子与苯环共轭，电子分散，接受质子能力降低。,2）取代芳胺,苯环上有吸电子基，碱性降低 苯环上有给电子基，碱性升高,3）邻、间、对取代,规律性不强,规律性不强,6.胺碱性的应用,1） 从混合物中分离出胺,2）对应异构体的分离,HCl,NaOH,酸性,pKa=34,弱酸,强碱,pKa=36 (for diethylamine),胺的碱性常用其共轭酸的pKa值进行比较，切勿与胺本身的pKa相混淆。,反应,不亲核碱,不亲核碱,不亲核碱在合成上作为碱，诱导消除反应，而非取代反应。,17.3.2 烃化反应,1.胺为亲核试剂， 与10 RX 发生SN2 反应,2. 胺与叔卤代烷30 R
7、X 反应主要生成消去产物,3. 胺与仲卤代烷20 RX 可以得到取代产物(亦有一定量消去产物),羧酸衍生物的氨解,17.3.3 酰化反应,1o胺2o胺及NH3可与酰氯、酸酐、酯作用生成酰胺。3o胺N上无H，故不形成酰胺。,Y=,羧酸衍生物的胺解,2.保护氨基,1.许多酰胺为固体，具有一定熔点，可用于一些胺的结构测定,用途,Hinsberg法：苯磺酰氯的反应与烷基酰氯的反应类似,与苯磺酰氯的反应也类似,Hinsberg（兴斯堡）法的用途,1. 鉴别伯胺，仲胺，叔胺。 2. 分离伯胺，仲胺，叔胺。,17.3.4 亚硝化,可发生一系列复杂反应，如取代、消除、重排等，但在合成上用途不大。,用于分离、精
8、制2o胺。,两种方式：“插入氧”“脱氢”,亚硝基化合物 硝基化合物,羟胺,氧化叔胺,17.3.5 氧化,Cope（科普）消除,具有-氢的氧化胺，加热时发生消除反应，生成烯烃和羟胺。,高立体专一性,17.4 一元胺的制备 （自学）,17.5 芳胺、二胺、不饱和胺和取代胺,17.5.1 芳胺,芳胺中氮原子上的孤对电子与苯环形成共轭体系,1.结构特点,偶极矩与脂肪胺相近，但方向相反。,N上孤电子与苯环共轭，电子云分散，接受质子能力下降。,碱性,接近于中性,2.与脂肪族胺类似之性质,碱性,苯环上有吸电子基，碱性更弱；苯环上有给电子基，碱性略强。,芳香重氮盐比脂肪族重氮盐稳定，05水溶液中可保存一段时间
9、。,伯胺生成芳香重氮盐,与亚硝酸反应,N-亚硝基二苯胺 黄色固体,概要,用于区别芳香族伯胺、仲胺、叔胺。,苯炔 Benzyne,LDA：二异丙基氨基锂,制备苯炔的另一种方法,性质,1）聚合,2） 亲电加成,E+= X2, etc.,无法分离出游离体,3）亲核加成,Nu=ROH, RLi, NH3, NH2R, CN , RCOO,4） Diels-Aldel 反应,高度活泼之亲双烯体,1）芳胺氧化过程,2）用MnO2氧化，主产物为对苯醌,产物颜色逐渐加深,对苯醌,3.芳胺的特性,氧化反应,5）N,N-二烷基芳胺及芳铵盐对氧化剂不太敏感，常将芳胺转变为盐保存,3）用重铬酸钾等可得黑色染料苯胺黑（
10、具有复杂醌式结构的化合物）,4）遇漂白粉溶液而得明显的紫色（含有醌式结构的化合物）,增加苯环的电子密度，使得取代或氧化更加容易。,直接硝化，易被氧化,苯环上亲电取代反应,解决办法,与活性小的I2反应，可得一碘化物。,与Cl2, Br2则迅速生成多卤代物。,具体反应,1）卤代反应,室温下与发烟硫酸反应，得到邻、间、对位混合产物。 高温（180190）下与浓硫酸共热，得对位产物。,2）磺化反应,若对位被占据，则生成邻位产物。,直接硝化易氧化。,3）硝化反应,混酸硝化,4）FriedelCrafts反应,17.5.2 二胺,根据二胺分子中两个氨基之间的距离,1. 1,1-二胺,稳定性取决于其结构。,
11、不存在,在水溶液中稳定,四二四,毒鼠强简介,毒鼠强的结构,英文名称为Tetramethylene Disulfotetramine , 简称Tetramine 。,毒鼠强,又名没鼠命,是剧毒化学药品, 分子量为248的小分子有机氮化合物；,分子式为C4H8O4N4S2 环状结构：,化学名称为四亚甲基二砜四胺,简称四二四；,毒鼠强的发现,1933 年,德国科学家Wood 和Bettye 发现,磺酰胺和甲醛相互作用能生成一种透明、稳定的树脂,抗霉菌效果特好。 这种树脂被大量用做生产沙发靠垫和室内装潢纤维织品的浸泡剂、强化剂和抗霉菌剂。 奇怪的是在德国的这些家具厂中却经常发生工人中毒事故,后来发现问
12、题出在用这种树脂浸泡过的一种羊毛织品上。 这种树脂就是毒鼠强。,毒鼠强的性质,物理化学性质：,纯净的毒鼠强是一种白色、无嗅、无味的轻质粉末； 微溶于水、氯仿、丙酮,易溶于乙醚,难溶于甲醇、乙醇等，在水中的溶解度约为0. 25mg/ mL ； 熔点250 254 ；,毒鼠强化学结构稳定，不易降解，常温下,其饱和水溶液放置5 个月,仍可保持稳定的生物学活性；,在稀的酸、碱溶液中能稳定存在；,255 260 时分解,放出氮、硫的氧化物烟,在持续的沸水溶液中也能发生分解；,毒鼠強屬神經性毒，小白鼠 LD50 為 0.2mg/Kg，人的 LD50 為 0.1mg/Kg 。也就是說一個 50Kg 的人誤食
13、 5mg 即有致命危險。且一旦誤食，於幾分鐘至半小時內會迅速出現噁心、嘔吐、抽搐及意識喪失等中毒現象，若是無法及時搶救，多於兩小時內死亡 。 毒鼠強是以原形（沒有被代謝）從尿液和糞便中排泄，可致二次中毒；同理，吃了被這些鼠藥毒死的動物亦會引發中毒。此外，已有報導指出毒鼠強還是植物內吸毒物，例如冷杉周圍的土壤被毒鼠強污染後，結出的樹籽可以毒死野兔。,毒性作用：,毒鼠强药力极强,是剧毒急性灭鼠剂,毒性是氟乙酰胺(已禁用) 的1. 8 倍,磷化锌的15 倍,氰化钾的100 倍,砒霜的100 多倍。,毒鼠强对温血哺乳动物有剧毒,哺乳动物口服的LD50 (即最低致死剂量) 为0. 10mg/ kg。,对
14、人的致死量约为6mg12mg。,毒鼠强可通过消化系统何和呼吸系统吸收，不易被完整的皮肤吸收，以原形经排泄系统派出体外，排出速度较慢。,毒鼠强在植物体内可长期残留，对生态环境造成长期污染，被动物摄取后可以原毒物形式滞留在体内或排泄，从而导致二次、三次中毒现象。,1952年有报道称，在某林区用毒鼠强处理过的土壤所生长的冷杉可以吸收土壤中的毒鼠强，4 年后长出的果实还可以毒死兔子。,致毒机理：,毒鼠强属于神经毒剂，其致毒机理主要是阻断-氨基酸(GABA)的受体，对-氨基酸具有拮抗作用，而 一氨基酸是脊椎动物中枢神经系统的抑制物质，对中枢神经系统具有强烈而广泛的抑制作用。 毒鼠强也可以直接作用于交感神
15、经，导致肾上腺神经兴奋症状及抑制某些酶的活性。,由硫酰胺和甲醛在酸性溶液中回流合成！,1949 年,德国化学家海德尔发明了合成毒鼠强 的方法,最早由Bayer 公司用甲醛(CH2O)和二氨基砜SO(NH2 )2生产,并制成灭鼠毒饵出售。,毒鼠强的合成,反应式？,环状的1,1-二胺可由醛制备,类似于生成缩醛； 碱性溶液中稳定； 酸性溶液中水解生成醛。,制备,特性,乙二胺的衍生物，乙二胺四乙酸(EDTA) 对金属离子具有很强的螯合作用。,乙二胺四乙酸（EDTA）,2. 1,2-二胺,蛋白质腐败时的产物；恶臭；剧毒。,合成尼龙66的原料,3. 其它二胺,1）苯二胺,制备,性质,2）联苯胺,染料中间体
16、，有致癌作用,邻苯二胺易与-二羰基化合物反应而生成杂环化合物。,4. 芳二胺,17.5.3 烯胺,1. 制备：含-H的羰基化合物与仲胺作用,2.互变异构,常用仲胺（通常为环状仲胺）来制备烯胺,N上无可异构的H,3.特性,与共轭双键发生迈克尔加成反应,17.5.4 羟基胺,1. 氨基醇,神经胺 （剧毒）,胆碱,乙醇胺,乙酰胆碱 Acetylcholine,极强的生理作用： 使血压降低，肌肉收缩 EAH：胆碱酯酶,沙林 Sarin,无毒化合物,Tokyo 1995.3.20,2. 氨基酚,17.6 季铵盐和氢氧化四烃基铵（季铵碱）,1. 制备,位阻对反应影响大，含支链的叔胺可用活性高的三氟甲磺酸酯 CF3SO3R 为烷基化试剂，在乙腈、DMF等介质中反应。,17.6.1 季铵盐,长碳链者
