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1、第十五章 有机含氮化合物,第一节 硝基化合物,第二节 胺,第三节 重氮与偶氮化合物,第一节 硝基化合物,定义:,脂肪烃或芳烃分子中一个或多个氢原子被硝基取代的化合物，称为硝基化合物。可分为：芳香族硝基化合物 和 脂肪族硝基化合物。,脂肪族:,芳香族:,1、硝基烷的命名,硝基甲烷,2-硝基丙烷,1,5-二硝基戊烷,硝基环戊烷,一、脂肪族硝基化合物,2.硝基烷的制法,在实验室中可以用取代反应来制备一些硝基烷。,2.硝基烷的性质 a.硝基烷是无色的高沸点液体，常用作溶剂。,b.硝基烷具有明显的酸性。,c.含-H的硝基烷易与碱作用成盐。,二、芳香族硝基化合物,4-硝基-1-氯苯,2,4,6-三硝基甲苯
2、(TNT),2-硝基萘,1.芳香族硝基化合物的制法,2.芳香族硝基化合物的物理性质,多数为黄色结晶固体，不溶于水，溶于有机溶剂。硝机基化合物有毒，不论吸入或皮肤接触都能导致中毒。多硝基化合物具有爆炸性。,3.芳香族硝基化合物的化学性质,(1). 还原,在酸性介质中用金属还原硝基化合物，直接生成相应的胺,钠或铵的硫化物、硫氢化物或多硫化物，如硫化钠、硫化铵、硫氢化钠、硫氢化铵等，以及氯化亚锡和盐酸，在适当的条件下，可以选择性的将多硝基化合物中的一个硝基还原成氨基。,在碱性介质中还原时，则硝基苯被还原成两分子缩合的产物。,2.芳环上的亲电取代反应,第二节 胺,基础知识,一、 胺的分类和命名,二、胺
3、的结构,三、胺的制法,五、 胺的化学性质,四、胺的物理性质,六、季铵盐和季铵碱,氮分子中的氢原子部分或全部被烃基取代后的化合物，统称为胺。,许多源于植物的碱性含氮化合物(又称生物碱)具有很强的生理活性，常被用作药物。,l-麻黄碱(1R,2S),阿托品,(一) 胺的分类和命名,按照氮原子连接的烃基数目不同，可把胺分为伯(1)、仲(2)、叔(3)胺。按分子中氨基的数目，胺分为一元胺、二元胺和三元胺。,NH3,RNH3,氨,伯胺(1胺),仲胺(2胺),叔胺(3胺),当R、R和R都是脂肪族烃基时，为脂肪胺。当其中一个是芳基时，为芳香族胺。例如：,(CH3)3N,叔丁基胺(伯胺),六氢吡啶(仲胺),哌啶
4、,脂肪胺：,三甲胺(叔胺),-萘胺(伯胺),二苯胺(仲胺),N,N-二甲苯胺(叔胺),芳 胺:,1. 简单的脂肪胺是用烃基名称后面加上“胺”来 命名。,命名：,H2N(CH2)6NH2,环己胺,1,6-己二胺,苄胺,2. 比较复杂的脂肪族胺是以烃作母体，氨基作为取代基来命名。,1-苯基-3-氨基丁烷,3. 当氮原子同时连有芳基和脂肪基时，命名时必须在芳胺 名称前面加字母“N”。,N-甲基-N-乙基苯胺,对亚硝基-N,N-二甲苯胺,N,N-二苯基对苯二胺,4,4-二硝基二苯胺,4. 四个相同或不同的烃基与氮原子相连的化合物称为季胺化合物，其中R4N+X-称为季胺盐，R4N+OH-称为季胺碱。 命
5、名胺与酸生成的盐或季胺类化合物时，用“铵”代替“胺”，并在前面加负离子的名称。,C6H5N+H3Cl-,氯化苯铵,(C2H5N+H3)2SO42-,硫酸乙铵,(CH3)3N+CH2C6H5Br-,溴化三甲苄铵,(CH3)3N+CH2CH3OH-,氢氧化三甲乙铵,(二) 胺的结构,氨、甲胺和三甲胺的结构如下图：,由于胺是棱锥形结构，当氮原子上有三个不同的基时，它是手性分子。,简单的手性胺很容易发生对映体的相互转变，不易分离得到其中的某个对映体。,手性季正离子，可以被拆开成对映体。,(三) 胺的制法,1. 氨或胺的烷基化,2.腈或酰胺的还原,3. 醛和酮的还原氨化,醛或酮,亚胺,胺,还原氨化是制备
6、R2CHNH2或R2CHNHR类胺的好方法。例如：,还原氨化是制备R2CHNH2或R2CHNHR类胺的好方法。例如：,4. 从酰胺的降解制备(Hofmann 降解反应),5. 硝基化合物的还原,四、 胺的物理性质,胺与醇相似，也是极性化合物。除叔胺外，伯胺和仲胺均易生成分子间的氢键。,伯、仲和叔胺都能与水分子通过氢键发生缔合，因此低级胺易溶于水。,(五) 胺的化学性质,1.碱性和成盐,氨基与苯环共轭,2. 烃基化,胺的氮原子上具有未共用电子对，易发生亲核取代反应，例如：,3. 酰基化,脂肪族或芳香族伯胺和仲胺与酰氯、酸酐或羧酸等酰基化试剂反应，生成N-取代或N,N-二取代酰胺。但羧酸的酰化能力
7、较弱。,在芳胺上引入酰基，目的主要有二个： 1.引入暂时性的氨基保护氨基或降低氨基对芳环的致活能力。,2. 引入永久性酰基,扑热息痛 (Paracetamol),4. 磺酰化,该反应也称为Hinsberg 反应，可以用来分离和鉴别伯、仲、叔胺。,5. 与亚硝酸的反应,脂肪族伯胺与亚硝酸的反应：,由于产物复杂，该反应在合成上的意义不大。,芳香族低温下与亚硝酸作用生成相应的重氮盐，合成上具有重要的意义。,脂肪族或芳香族的伯胺与亚硝酸作用，生成难溶于水的黄色油状或固状N-亚硝基胺。,N-亚硝基-N-甲苯胺 (黄色),叔胺上无氢原子，因此脂肪族的叔胺不与亚硝酸发生反应，芳香族叔胺与亚硝酸发生环上亲电取
8、代反应：,对亚硝基-N,N-二甲苯胺(绿色),6. 胺的氧化,脂肪族伯胺：氧化产物复杂 仲胺：用过氧化氢氧化生成羟胺 叔胺：用过氧化氢或过氧化酸氧化生成 氧化胺,工业上制备 对苯醌的 主要方法。,芳胺的氧化比较容易，甚至空气也使其氧化。,7. 芳环上的亲电取代反应,(甲) 卤化,反应定量完成，可用作定性、定量分析。,为得到一取代的产物，可采用乙酰化保护氨基的方法。,(乙) 硝化,硝酸是强的氧化剂，而胺又易被氧化，为避免副反应，可先将芳胺溶于浓硫酸生成硫酸氢盐或用乙酰化法保护氨基。,乙酰化保护氨基法：,(丙) 磺化,六 季铵盐和季铵碱,叔胺与卤化烷或具有活泼卤原子的芳卤化合物作用生成铵盐，称为季
9、铵盐。季铵盐加热分解，生成叔胺与卤化烷。,季铵盐与强碱作用，可以得到季铵碱。,季铵碱受热发生分解反应，不含有-氢原子的，发生SN2反应。,其消除过程如下：,含有-氢原子的，发生E2反应生成烯烃和叔胺。,当分子中含有两个以上-氢原子时，发生消除反应，主要从含氢较多的-氢原子上消除。,当空间效应影响与-氢子的酸性不一致时，通常-氢子的酸性起主要作用。,由于季铵碱的消除具有一定的取向，通过测定烯烃的结构，可以推测胺的结构。,第三节 重氮与偶氮化合物,定义,(一) 重氮盐的制备-重氮化反应,(二) 重氮盐的反应及其在合成中的应用,2.保留氮有的反应,(1) 重氮基被氢原子取代,(2) 重氮基被羟基原子
10、取代,(3) 重氮基被卤素取代,(1) 还原反应,(2) 偶合反应,1. 失去氮的反应,(4)重氮基被氰基取代,定义：,两个烃基分别连在-N=N-基两端的化合物称为偶氮化合物。通式为：R-N=N-R，例如：,偶氮苯,对甲氨基偶氮苯,如果 -N=N- 基只与一个烃基相连，而另一个基团不是烃基，这样的化合物称为重氮化合物。,苯重氮氨基苯,苯重氮氨基对甲苯,氯化重氮苯 苯重氮盐酸盐,-萘基重氮硫酸盐,苯重氮氟硼酸盐,一、重氮盐的制备-重氮化反应,芳香族伯胺在低温(一般为05)和强酸溶液中与亚硝酸钠作用，生成重氮盐的反应称为重氮化反应。,重氮盐具有盐的性质。干燥的盐酸或硫酸重氮盐，一般不稳定，需要保存
11、在低温水溶液中。相比较而言，芳香族重氮盐的稳定性较好，苯重氮正离子的结构见下图：,二、重氮盐的反应及其在合成中的应用,1.失去氮的反应,(1) 重氮基被氢原子取代,次磷酸的效果好于乙醇。此反应在有机合成上有重要的用途，例如:,(2). 重氮基被羟基取代,加热芳香族重氮硫酸盐，即有氮气放出，同时生成酚，故又称重氮盐的水解反应。,本法可以用来制备较纯的酚或用其它方法难以得到的酚。例如：,重氮盐制备酚时，常在硫酸中进行，主要因为：,1.若采用盐酸溶液，体系中的Cl-可以作为亲核试剂与苯基正离子反应，生成副产物氯苯。,2.水解反应中生成的酚容易与未反应重氮盐发生偶合反应，硫酸可以抑制该反应，并提高了水
12、解反应温度，使水解反应更彻底。,在氯化亚铜的盐酸溶液作用下，芳香族重氮盐分解，放出氮气，同时重氮基被氯原子取代。该反应称Sandmeyer 反应。(若用溴化重氮盐和溴化亚铜，则得到相应溴化物，用CuI或CuF无法进行此反应),(3) 重氮基被卤素取代,用铜粉代替氯化亚铜或溴化亚铜，也可得到相应卤化物，此反应称为Gattermann反应。,加热重氮盐的碘化钾溶液，可以得到相应的芳基碘。,可以通过Schiemann反应将氟原子引入芳环，例如：,(4)重氮基被氰基取代,通过Sandmeyer或Gattermann反应，重氮基也可被氰基取代。,腈基可以转变成羧基、氨甲基等，这在有机合成上有重要意义，例
13、如：,2.保留氮的反应,1.还原反应,常用的还原剂有： 二氯化锡和盐酸 亚硫酸氢钠 亚硫酸钠 二氧化硫等。,2.偶合反应,重氮正离子作为亲电试剂可与酚、芳胺等发生亲电取代反应，生成偶氮化合物。这种反应称为偶合反应或偶联反应。,X= -OH,-NH2,-NHR,-NR2,参与偶合反应的重氮盐叫重氮组分，酚或芳胺等叫偶合组分。,注：,1.偶合反应不能在强酸介质中进行，否则，酚、芳胺将被质子化，难于进行亲电反应。,2.偶合反应不能在强碱介质中进行，因为：,各种化合物与重氮盐的反应条件：,1.重氮盐与酚偶合，通常在微碱性的介质中进行。此时酚转化为酚氧负离子(Ar-O-)，而氧负离子是比酚羟基(-OH)更强的邻、对位定位基，更容易发生偶合反应。,2.重氮盐与芳胺的偶合，通常在微酸性的介质中进行。,当重氮盐与萘酚或萘胺类化合物反应时，一般发生在同环。,偶合反应最重要的用途是合成偶氮染料,例如：,甲基橙,甲基橙可以作为酸、碱指示剂使用,
