基础有机化学北京大学

基础有机化学 2

裴坚

北京大学化学与分子工程学院

2017年秋季

奎宁（quinine），俗称金鸡纳霜或金鸡纳碱

在氨基酸、多肽、蛋白质及各类生物碱中，氮是必不可少的。自然界中存在的含氮化合物大多以胺的形式存在。许多具有麻醉、镇静、兴奋及消炎等生理活性的天然产物也都含有氨基官能团，它们大多属于生物碱类化合物。

胺及其衍生物: 丰富多彩的功能和重要的合成意义

阿立哌唑抗抑郁和精神疾病2015年销售额30亿美元

2011年产量200万吨尼龙66有机LED 材料下一代显示元件生命的化学基础生物固氮108 吨/年

数据：大型制药公司研发部门使用的反应频率统计前8

从反应的角度看胺及其衍生物的合成: 中心位置

反应类型占比%

胺的酰化16.0

含氮杂环合成7.4

胺的芳基化 6.3

羧酸衍生物转化为羧酸 5.4

胺与卤代烃的取代反应 5.3

还原胺化 5.3

叔丁氧羰基(Bo c )脱保护反应 4.9

铃木交叉偶联反应 4.6

胺……

胺……胺……

胺常作为亲核试剂，具碱性，也可形成氢键。但由于氮的电负性比氧小，与醇和醚中氧原子相比，胺中氮原子的亲核能力相对较强。此外，伯胺与仲胺的碱性更强，酸性更弱，其形成的氢键更弱。因此，在学习胺的过程中，需要复习醇和醚的基本性质，并与其进行对比。胺通常分为脂肪胺和芳香胺，由于两者的某些化学性质具有明显的差别，因此本章将主要介绍脂肪胺的基本性质、反应以及合成方法。

氨（NH

3）上的氢被烷基和芳基取代后的物质统称为胺(amine)

，因此胺是氨的衍生物。正如醇和醚与水相关一样，胺的基本化学性质与氨紧密相关。

氨基(-NH 2)和胺基(-NHR 、-NR 2，amino)都属于胺的官能团。

脂肪胺(aliphatic amine)和芳香胺(aromatic amine)：

1-丁胺（脂肪胺）4-甲基苯胺（芳香胺）

一级胺二级胺三级胺四级铵盐注意：一级、二级、三级胺与一级、二级、三级醇的区别

胺的命名：自学

第二节胺的结构

脂肪胺的结构：

空间排布基本上近似甲烷的四面体构型，氮原子在四面体的中心。实际上，这对孤对电子正是氨或胺具有碱性和亲核性的本源。

可以认为苯胺中氮原子的杂化轨道在某种形式上介于sp2和sp3杂化之间。

芳香胺的结构：

对小分子的胺而言，通常只需活化能21~30 kJ·mol-1，在室温就可很快地互相转化。

实际上，氮原子上的孤对电子不能起到四面体构型中第四个“基团”的作用，这也是通常胺被认为是三角锥形构型的原因。

如何让胺的四面体构型不能顺利翻转？

碱性：孤对电子；

酸性：N-H的吸电子诱导效应

脂肪胺

电子效应：烷基属于给电子基团，使氮原子的电荷密度增加，此外与酸反应后形成的铵正离子也会因正

电荷容易分散而稳定。胺中烷基越多，碱性也

应该越强。

立体效应：取代烷基逐渐增大，占据的空间也大，使质子不易与氨基接近，就会导致胺的碱性降低。

溶剂化效应：烷基取代越多，则胺的氮原子上的氢就越少，溶剂化程度亦逐渐减少，碱性也就减弱。

在水中的碱性：(n-Bu)

NH>n-BuNH2>(n-Bu)3N；

2

N>(n-Bu)2NH>n-BuNH2；

在氯苯中的碱性：(n-Bu)

3

在苯中的碱性：(n-Bu)

NH>(n-Bu)3N>n-BuNH2。

2

胺能与水有形成氢键的溶剂化作用，而与氯苯和苯则不能形成氢键。

由于氮上的孤对电子与苯环的π电子互相作用，形成一个大的共轭体系而变得稳定；但也降低了氮原子的电子云密

度，从而减弱了其质子化的能力，因此苯胺的碱性(p K

b =

9.40)比氨或烷基胺弱得多（接近于p K b= 6）。

具有给电子效应的取代基使相应苯胺衍生物的碱性增加；反之，具有吸电子效应的取代基会导致相应苯胺衍生物的碱性减弱。吸电子取代基不管位于苯环的哪一个位置，都会使氨基的碱性减弱。

芳香胺的碱性与取代基的关系：

芳香胺的碱性与取代基的关系：

苯胺二苯胺三苯胺

其共轭酸的p K

a 4.60.8-5

当氮原子上连接更多苯环时，如二苯胺和三苯胺，其碱性进一步减弱。如二苯胺的碱性要比苯胺弱6300倍，而三苯胺基本上可以认为没有碱性：

第三节胺的酸、碱性

芳香胺的碱性与取代基的关系：

吡啶，其氮原子采用了sp2杂化方式，与其类似物六氢吡啶相比，其碱性要差106倍

咪唑的碱性要比吡啶强100倍，这是由于咪唑环质子化后可以形成更为稳定的共振结构。

胺的成盐反应：

胺可与盐酸、硫酸、硝酸、醋酸和草酸等酸反应生成铵盐。铵盐是离子化合物，有机酸的铵盐在水中溶解度较小，通常不溶于非极性有机溶剂。

也可以与卤代烷反应生成胺盐。

许多药物和具有生理活性的胺通常以盐的方式保存和使用。离子液体：

相转移催化剂：

氨或胺的烷基化和Gabriel 合成法

Hofmann 烷基化反应(alkylation): 直接烷基化

利用氨/胺的亲核性与烷基亲电试剂发生S N 2反应，常得到一级胺、二级胺、以及三级胺混合物

解决的方法：

1. 大过量的原料；

2. 位阻的控制；

3. 分子内反应

第二步的反应速率极快

碱

碱