第十六部分脂肪胺和芳香胺教学讲义

H+
-H2O
HON=O H2ON=O
NO RNH2
RN-NO
-H+
H+
RNH-N=O
RNH-N=OH
-H+
H2
RN=N-OH
重氮酸
H+
-H2O
RN=N-OH2
R-N=N
-N2 R
-氨基醇的pinacol重排
ph
ph CH3 - C - C - CH3
NaNO2
HO NH2
HCl
ph O
CH3 - C - C - ph CH3
D
H H2O2 H N(CH3)2
D H H N(CH3)2
O
ph
ph
H (CH3)2N
D H2O2
H
CH3 (CH3)2N
D CH3
ph
ph
O ph
(CH3)2N
CH3
O ph ph
O
D (CH3)2N
H CH3
H
D
ph
D + (CH3)2NOH
16.7 重氮甲烷和叠氮化合物的性质
1. 重氮甲烷(CH2N2)
Br2 NaOH
RNH2
3. 催化加氢
RNO2
RCN
H2
O
Pt
R-C-NH2
RNH2 RCH2NH2
RCH2NH2
CH=N
CH3 H2
Pt
CH2NH
5．硝基还原
O2N
NO2
Fe H2N H+
Na2S O2N
NH2 NH2
16.9 芳香胺的化学性质I
——亲电取代
1．硝化
反应
NH2 HNO3
NH3+
a. 与活泼氢的反应——甲基化
O R-C-OH R-OH
OH
CH2N2
O R-C-OCH3 R-OCH3
OCH3
+ N2
b. 与醛酮的反应——增加一个碳的酮
O
O
R-C-H O
CH2N2 R-C-CH3 O
+ N2
R1-C-R2
R1-C-CH2R2
机理
O
R1-C-R2(H)
CH2-N=N (亲核加成)
O R1-C-R2(H)
CH2-N=N
-N2
O R1-C-CH2R2(H)
恢复C=O;-R2(H)迁移;放出N2
同步完成
O CH2-N=N
CH2-N=N O
CH2-N=N O
O 63%
O 15%
c. 与酰氯反应——增加一个碳的羧酸(酯)
O 2 CH2N2 R-C-Cl
O
R-C-CH=N=N
-重氮酮
16.11 联苯胺重排反应
NH2 Fe
H+
NO2 pH=10
Zn
NHNH
-NO2在酸性条件下 用金属彻底还原为
-NH2
-NO2在碱性条件下 用金属部分还原为 氢化偶氮苯
机理：
2H+
NHNH
NH2NH2
H+ H2N
NH2
氢化偶氮苯在酸性 介质中重排为联苯胺
NH2 NH2
H
H
H2N
NH2 -2H+
同步的极化过渡态 反应无中间体
NH2
Br
Br
Br
白色沉淀
CH3COOH CH3CONH
CH3CONH
Br2
H3+O
NH2
Fe
Br
Br
NH2 H2SO4
3．磺化
NH2
NH3+
转化成内盐更为稳定
SO3H CH3COOH CH3CONH ClSO3H CH3CONH
SO3-
CH3CONH RNH2
本步骤采用氯磺酸进行 氯磺化生成磺酰氯。
CH3CH2CHCH3 N(CH3)3 OH
CH3CH2CH=CH2 + CH3CH=CHCH3
主产物
次产物
HO H
H OH
CH3CH-CH-CH2
N(CH3)3
酸性强
CH3CH2CH=CH2 主产物
D
H H N(CH3)3 OH
D OH
H H N(CH3)3
苄基位的氢的酸性强
N OH
+N
+ HDO + (CH3)3N
O=C=N-R H2O RNH2 + CO2 异腈酸酯
16.8 胺的合成
1. 由卤代烃制备
2. 由羧酸及衍生物制备
Gabriel法
O O NH3
O NH K2CO3
O 邻苯二甲酸酐
O 邻苯二甲酰亚胺
O NK RX -KX
O
亲核取代
O NR H3+O RNH2
O
Hofmann降解
O R-C-NH2
1．取代反应
a. Sandmeyer反应
N N CuCl
Cl
CuBr Br
Gatterman改进了反应条件： 将CuCl和CuBr分别改为Cu/HCl和Cu/HBr
Cu Na2SO3
Cu NaNO2
Cu KCN Cu KSCN
SO3Na
KI
I
NO2
NaBF4
N NBF4
F
CN 不能直接采用亲电取代法合成， 只能采取重氮盐取代方法合成。
NH2
NH2
N N Cl
Br2 Br
Br NaNO2 Br
Br H3PO2 Br
Br
H2O
HCl
Br
0~50C
Br
Br
合成3-溴甲苯
CH3 HNO3 Fe H2SO4 H+
CH3 (CH3CO)2O
CH3
NH2
CH3CONH
H3+O
CH3
Br NH2
NaNO2 HCl
H3PO2
CH3 Br
CH3
Br2
与芳香胺偶联(pH=5~7)
NH2 +
N NCl pH=5~7 H2N
NN
4-氨基偶氮苯
酸性太强会使-NH2质子化，转化为钝化基团。
NH2
NaNO2/HCl 0~50C
SO3Na
N NCl
N(CH3)2
SO3Na
CH3COOH 微酸性
(CH3)2N
NN
SO3Na
4'-(N,N-二甲基氨基)偶氮苯-4-磺酸钠 甲基橙
ph
稳定构像上 OH 的反式消除 H CH3
ph
Hofmann彻底甲基化鉴别结构
N
N
1. CH3I 2. Ag2O
OH N
OH N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N
N
1. CH3I 2. Ag2O
OH N
OH N
1. O3 2. Zn
2 HCHO
2 HCHO
O O
OO
2. 氮氧化物的热消除——Cope消除
CH3CH2CHCH3 H2O2 CH3CH2CHCH3
30胺
C3H7 甲乙丙胺 CH3NC2H5
(C2H5)3N 三乙胺
N(CH3)2 N,N-二甲基苯胺
N
N N
N
六次甲基四胺 (乌洛托品)
季铵盐(碱) (CH3)4NOH 氢氧化四甲基铵
C16H33N(CH3)3Br 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)
3．酸碱性
A. 酸性
CH3 (CH3CH)2NH + n-C4H9Li
+ H2O
N
OH
Cl
CH2=CHCl + H2O +
N
联有吸电子基团的beta位的氢的酸性强
OH N
+ H2O N
O OC2H5
O OC2H5
N OH
ph
H (CH3)3N
D OH CH3
ph
ph
ph (CH3)3N
CH3
H
D
N
+ H2O
反式共平面
D
ph
的Hofmann
ph
CH3
消除
D (CH3)3N
CH3
OH NaNO2 CH3 HCl
NH2 OH
CH3 NaNO2 NH2 HCl CH3
HO
NH2 NaNO2 HO
HCl
OH O
CH3 NaNO2
CH3
HCl
NH2
O
CH3
OH NaNO2 NH2 HCl
CH3
N=N -N2 HO
CH2
OH -H+
O O
O
16.6 化学性质IV——消除反应
1. 季胺碱的热消除
Fe
Br
CH3CONH
N N+
d. 芳基化
NaOH H2O
R
O COOH R
N NCl
CuCl2
O COOH
G NN
2．偶联反应
H
G
NN
H G
NN
H G
NN
-H+ G
NN
取代偶氮苯
与酚偶联(pH=8~10)
OH +
N NCl pH=8~10 HO
NN
4-羟基偶氮苯
pH太高，重氮盐转化为重氮酸ph-N=N-OH，无 偶联活性 。
NHNH
H+ H2N
NH2
O2N
NHNH
H+ NO2
NH2 NH2
NO2 NO2
合成联苯的方法：带有吸电子基团的卤代苯 的偶联反应；重氮盐的芳基化；联苯胺重排。
phCH2
N H Cl
C2H5
CH3
C2H5
H N CH3 Cl
phCH2
对映体关系
2．命名
10胺
CH3NH2 甲胺
CH3 CH3-C-NH2
CH3
H2NCH2CH2NH2 乙二胺
20胺
叔丁胺
NH2 环己胺
NH2 苯胺
CH3NHC2H5 甲乙胺 (C2H5)2NH 二乙胺
NH 哌啶(六氢吡啶)
NHCH3 N-甲基苯胺
H2O
O
Ag2O RCH2-C-OH
ROH
O
Ag2O RCH2-C-OR
机理
O R-C-Cl
CH2-N=N
O
-Cl- O
R-C- CH2-N=N
R-C- CH2-N=N
Cl
CH2-N=N
O R-C- CH-N=N
同步完成
C=C的形成 N2的脱出
R-的迁移
O=C=C-R 烯酮
H2O
O
Ag2O RCH2-C-OH
NH2
O=C-CH3
5．Vilsmeier反应——叔芳胺的醛基化
O
(CH3)2N C H
O
N(CH3)2
H-C POCl3
N(CH3)2
芳香环直接醛基化反应：苯的Gattermann-Kohn反应；
酚的Reimer-Tiemann反应；
叔芳胺的Vilsmeier反应。
16.10 芳香胺的化学性质II ——重氮盐的反应
第十六章 脂肪胺与芳香胺
胺的鉴别 胺的合成 季铵碱的热消除 氮氧化物的热消除 重氮甲烷与叠氮化合物 -氨基醇的pinacol重排
16.1 结构与命名
1.结构
N sp3
NH
C2H5
CH3
含孤对电子，是很好的亲核试剂。
C2H5
H
N
CH3 翻转活化能=25~27kJ/mol
通过烷基化反 应将其固定 phCH2Cl
溶于NaOH 不溶于HCl
不溶于NaOH 不溶于HCl
通过胺与对-甲基苯磺酰氯反应的产物是 否溶于NaOH和HCl来判断胺的级别
16.4 化学性质II——氧化反应
16.5 化学性质III——与亚硝酸反应
1．3级胺与HNO2反应
2．2级胺与HNO2反应
3．1级胺与HNO2反应——生成重氮盐
生成重氮盐的机理：
SO2Cl
O S - Cl O
SO2NHR H3+O
NH2 磺胺
SO2NHR
4．Friedel-Crafts酰基化
NH2
CH3CONH
CH3CONH
CH3COCl
CH3COCl
直接反应生成 乙酰苯胺
N(CH3)2
CH3COCl AlCl3
AlCl3
O CH3C
O=C-CH3 N(CH3)2
H3+O
16.3 化学性质I——烷(酰)基化
NH3 + CH3Br
CH3NH2 CH3Br (CH3)2NH
CH3Br (CH3)3N CH3Br (CH3)4NBr
NH2 CH3I
NHCH3 CH3I
N(CH3)2
工业生产 N,N-二甲基苯胺
O
NH2
NHCCH3
NH2
CH3OH H2SO4
高温高压
O
CH3C-Cl (CH3CO)2O
ROH
O
Ag2O RCH2-C-OR
2. 叠氮化钠(NaN3)（自学）
RNNN
a. 与卤代烃的反应——经还原得到伯胺
Br
NaN3
CH3CH2CHCH3
N3
LiAlH4
NH2
CH3CH2CHCH3
CH3CH2CHCH3
b. 与酰氯反应——生成少一个碳的伯胺
O
O
R-C-Cl N3 R-C-N-N=N
Cl
SCN
例：3-氟苯胺的合成
2HNO3 H2SO4
NO2 NaBF4
NO2
Na2S
NO2
NH2
NaNO2
HCl NO2 0~50C
NO2
N NBF4
F Fe
NO2 H+
F NH2
N N Cl
b. 羟基化
N N H3+O
OH
c. 氢化
N N H3PO2
H
N N D3PO2
D
合成1,3,5-三溴苯
HNO3 Fe H2SO4 H+
CH3 (CH3CH)2NLi + n-C4H10
B. 碱性
胺的氢的酸性仅比烷烃氢的酸性强
RNH2 + H+
RNH3+
电子效应：推电子基团对碱性提高有利；
空间效应：空间阻碍大对碱性提高不利；
溶剂效应：RNH3+易溶于水有利于碱性提高
碱性：2级>3级>1级>NH3>芳香胺
16.2 物理性质
形成分子间氢键的能力为：酸>醇>胺。 相同分子量的胺的沸点：1级>2级>3胺。 胺的溶解度为：C1~C4脂肪胺与水互溶， 如甲胺、乙胺、二甲胺为气体。C5以上 则微溶于水。
HNO3
NH3+
NH2 OH-
H2SO4
H2SO4
NO2
NO2
(CH3CO)2O CH3CONH 氨基保护
H2SO4
CH3CONH HNO3 H2SO4
NO2
H3+O
NH2 NO2
CH3CONH
CH3CONH
HNO3
NO2 H3+O
H2SO4
SO3H
SO3H
NH2 NO2
2．卤代
NH2 Br2 H2O
CH3NH2
O
CH3C-NHCH3
CH3COOH
Hinsberg反应——鉴别胺的级别
10胺与对-甲基苯磺酰氯反应
CH3
SO2Cl RNH2 CH3
SO2NHR
由于磺酸基吸电子使 NHR中的H具有酸性
20胺与对-甲基苯磺酰氯反应
CH3
SO2Cl R2NH CH3
SO2NR2
由于无H原子可与NaOH和 HCl反应，不溶于酸和碱
N(CH3)2
N(CH3)2
O 3级胺的氮氧化物
CH3CH2CH=CH2 + 主产物
CH3CH=CHCH3 + (CH3)2NOH 次产物
CH3CH-CH-CH3 CH3CH2-CH-CH2
H N(CH3)2 (CH3)2N H
O
顺式的 酸性弱
O
酸性强
Hofmann 消除
CH3CH2CH=CH2 主产物