硝基化合物

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CH3NO2 + H2O
200 CH3CH2CH3 NO2, ℃ CH3CH2CH2NO2 + (CH3)2CHNO2 70%
在实验室中可以用取代反应来制备一些硝基烷。
CH3(CH2)5CHCH3 I
+
NaNO2 58% CH3(CH2)5CHCH3+ NaI NO2
2.硝基烷的性质
硝基烷是无色的高沸点液体,常用作溶剂。
构型翻转
H2N
C6H13 H CH3
构型翻转
C6H13 HO H CH3 TsO C6H13 H CH3
构型再次翻转
H
C6H13 NH2 CH3
酰胺的 Hofmann 降解( Hofmann重排)
O R C NH2
Br2 / NaOH
R
NH2
+
CO2
Hofmann 降解
R=烷基、芳基
比原料少一个碳
仲胺 (二级胺)
叔胺 (三级胺)
R = 烷基: 脂肪胺 芳基: 芳香胺
季铵盐 (四级铵盐)
胺类化合物的命名
C2H5 C2H5 NH2 C2H5 NH C2H5 C2H5 N C2H5 N Et 甲基乙基环丙胺 Me
乙胺
二乙胺
三乙胺
CH3 NH2 N CH3 N, N-二甲基 苯胺
H3C
NH CH3 N
CH2OH HOCH2 C NH2 CH2OH
二、芳香族硝基化合物
Cl
CH3 O2N NO2
NO2
NO2
对硝基氯苯
NO2
2,4,6-三硝基甲苯(TNT) 2-硝基萘
芳香族硝基化合物的制法
NO2
H3C
CH3
HNO3 CH3COOH
H3C
CH3
CH3
CH3
Cl
HNO3,H2SO4 100-110℃
Cl NO2
Cl NO2 NH2OH
NHOH NO2
NO2
NO2
NO2
反应机理:芳香环上的SN2反应 (加成-消除过程)
L + Nu N O
+
L
Nu N
+
L
Nu N
+
L
Nu
slow
N O
+
O
O
fast
O
O
O
O
Nu
+L
N 加成,生成 Meisenheimer络合物 (2)络合物中,硝基通过共轭作用,使苯环 上的负电荷分散到O上
H2 Pd / C
RCH2 CH NR"2 (H)R'
烯胺
芳香胺的制备
硝基的还原
还原剂 Ar NO2 Ar NH2
Fe / HCl , Sn / HCl , SnCl2 / HCl H2 / Ni or Pt or Pd H2S / NH4OH
芳香族卤代物的取代
Ar X NaNH2 Ar NH2 R O2N N R
NH2
CHO
CHO
中性介质中还原,可停留在N-羟基苯胺阶段
NO2
Zn, NH4Cl H2O,60℃
NHOH
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。
NO2 NaHS NO2 CH3OH,
O R C NH2 LiAlH4 H2O RCH2NH2
R C R' R C R' N NH2 N OH
H2 / Ni 或 LiAH4 R CH H2 / Ni R' NH2



醛酮的还原氨化
NH3 过量 NH3 : 醛酮=1 : 2
伯胺 对称仲胺
R CH R' NH2
R C R' O
H2 / Ni NH3
含α-H的硝基烷易与碱作用成盐。
NaOH,H2O O RCH=N O- Na+
RCH2NO2
R CHNO2 R NaOH,H2O
R C=N R
O O Na
+
-H的酸性 由于硝基强吸电子作用,使得-H显酸性, 含-H的硝基化合物能溶于的硝基化合物能 溶于碱。
O RCH2 N O RCH N
OH O 酸式结构
R
N
给电子基使 N 碱性增强
(CH3)2NH CH3NH2
> >
CH3NH2 (CH3)3N
> >
NH3 NH3
位阻作用, (CH3)3N+-H 溶剂化作用弱
脂肪胺与芳香胺的碱性比较
RNH2 > NH2 PhNH2 NH2 NH2 NH2
胺类化合物的亲核性
与卤代烃的亲核取代反应(胺的烷基化)
N H
N H
氢化偶氮苯
在化工生产中,常用Cu、Ni或Pt等催化剂, 采用催化加氢的方法,还原硝基化合物。实验室
中也可采用类似的方法。
NO2
H2,Cu,约300 ℃ 约95%
NH2
NHCOCH3 NO2
H2,Pt 醇
NHCOCH3 NH2
2.芳环上的亲电取代反应
NO2 Br2 Fe,140 ℃ NO2 发烟HNO3,浓H2SO4 95 ℃ NO2 发烟H2SO4 110 ℃ SO3H NO2 Br NO2
O RCH2 N O O RCH N O
-H+
O RCH N O RCH N
O O
CH3NO2 pka: 10.2
与羰基化合物的反应
硝基化合物的α-H具有酸性,
遇碱生成亲核性强的碳负离子, 能发生类似羟醛缩合反应——Henry反应。
CH2OH 3HCHO + CH3NO2 OH HOCH2 C NO2 CH2OH Fe/H2SO4
NH2
苯胺
N, 4-二甲基苯胺
氨基吡啶
NH2CH2CH2NH2
NH2CH2CH2CH2COOH
CH3NH CH(CH2)4CH3 CH3 2-甲氨基庚烷
乙二胺
g -氨基丁酸
简单的脂肪胺在烃基名称后面加上“胺”
NH2
(CH3)2NCHCH2CH3 H2N(CH2)6NH2 CH3
CH2NH2
环己胺
(3)第二步:L带着一对电子离去,完成反应
(4)整个反应中,加成是决速步骤
(5)NO2处于L间位时,失去活化作用,则L 不易被取代
(6)NO2若与苯环不能有效地共轭(空阻), 则NO2失去活化作用。
胺类(Amine)的类型、结构
R"
类型
R
NH2
R
NH R'
R
N
R'
伯胺 (一级胺)
R3 R1 N R2 R4 X
NO2
NO
NHOH
NH2
在酸性介质中用金属还原硝基化合物,直接 生成相应的胺
NO2
NH2
Fe, 稀HCl, ~100%
+ Fe3O4
CH3
CH3 NO2
Fe, HCl, CH3OH, ~75%
NH2
NO2
NH2
当芳环上还连有可被还原的羰基时,用 氯化亚锡和盐酸选择性还原硝基成为氨基。
NO2
SnCl2,浓HCl
脂肪族仲胺的制备(一些方法与伯胺的制备类似)
伯胺的烷基化(卤代烷的取代)
R' NH2 R X 碱 R NH R' + HX (碱吸收)
醛酮的还原胺化(亚胺的还原)
R C R' O NH2 H
+
R"
R C R' N R"
H2 / Ni
R CH R' NH R"
N-取代酰胺的还原
O R C NHR' (2) H2O (1) LiAlH4 RCH2NHR'
N-H伸缩 N-H弯曲
C-N伸缩
N-甲基苯胺的红外光谱
胺类化合物的性质(I)
结构分析
有未共用电子对 • 有碱性 • 有亲核性 • 可被氧化剂氧化
R
N H
H
R
N H
R
R
N R
R
• 可被强碱夺取 有活泼氢 • 可被氧化剂氧化
胺类化合物的碱性
气相中: 液相中:
(CH3)3N (CH3)2NH > >
SN2机理
邻苯二甲酰亚胺
或水解
O
O R OTs = R O S O CH3
对甲苯磺酸酯
例: Gabriel 伯胺合成法应用
C6H13 C6H13 H OH CH3
手性醇 构型保持 构型翻转
H2N CH3
H
C6H13 H NH2 CH3
合成分析
C6H13 H OH CH3 H C6H13 OTs CH3
Cl
Cl
HNO3,H2SO4 130℃
+
NO2
NO2
NO2
芳香族硝基化合物的物理性质
CH3 O2N NO2 OCH3 C(CH3)3 葵子麝香 O2N (CH3)3C
CH3 COCH3 CH3 NO2 酮麝香 O2N
CH3 NO2 CH3 NO2 二甲苯麝香
(CH3)3C
3. 芳香族硝基化合物的化学性质
脂肪族叔胺的制备
仲胺的烷基化
"R NH R' R X 碱 "R N Li R' 醚 R N R" R X R N R" R' R' + HX (碱吸收)
n-BuLi "R NH R'
取代基位 阻较小时 产率较高。
通过烯胺的还原
RCH2 C (H)R' O HNR"2 H
+
RCH C (H)R' NR"2
二甲(基)仲丁(基)胺
1,6-己二胺
苄胺
复杂的脂肪胺以烃作母体,氨基作为取代基
NH2 CH2CH2CHCH3
CH3NHCH(CH2)4CH3 CH3
1-苯基-3-氨基丁烷 CH3 CH3 CH3CH2CH2CHN C2H5
2-甲氨基己烷 2-甲乙氨基戊烷
当氮原子同时连有芳基和脂肪基时,命名时必 须在脂肪烃基名称前面加“N”。
苯环上的亲核取代反应
硝基是强吸电子基团, 在芳环的亲核取代反应中, 活化芳环邻、 对位。氯苯中的氯是不活泼的,不易被水解,但2,4-二硝基 氯苯则很易水解。
Cl 10%NaOH
360oC, 加压
OH H+
Cl O2N NO2 H2O 室温 NO2 H+ O2N
OH NO2
NO2
SH NO2 NaSH
第十五章
硝基化合物和胺
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:
NO2
CH3CH2NO2
(CH3)2C=CHNO2
芳香族:
NO2
NO2 CH3 NO2
NO2
NO2
硝基化合物:烃分子中的氢原子被硝基 (-NO2)取代的化合物。
苯炔机理
O2N
X
R2NH
加成-消除 机理
酰胺的 Hofmann 降解
O C Ar
O NH3 O O O Cl2 / NaOH ONa NH2 H
+
X2 / NaOH NH2 Ar NH2 +
CO2
制备芳香伯胺
例:
O NH O O OH NH2 NaOH O ONa NH2 O
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。 胺的特征红外是:N-H:3500~3270, 1650~ 1580 和 910~ 650 cm-1;脂肪胺C-N伸缩振动在1100cm-1附近,芳香胺在 1350~1250cm-1附近。 胺的质子核磁共振谱与醇和醚相似,氮原子较大的电负性所造 成的去屏敝作用,使α位碳原子上的质子化学位移移向低场。
R C R'
R C R'
H2 / Ni N H
(过量)
NH3
NH2 NH2
H2 / Ni - NH3
R R CH R' NH2 R' C O R' R CH N C R' R' R H2 / Ni R'
R CH NH CH R
Gabriel 伯胺合成法
O KOH NH or K2CO3 O O O NH2NH2(肼解) N R R NH2 N K O R X 或 R OTs
CH3 N C2H5
ON
N(CH3)2
N-甲基-N-乙基苯胺
对亚硝基-N,N-二甲苯胺
NH
NH
O2N
NH
NO2
N,N’-二苯基对苯二胺
4,4’-二硝基二苯胺
胺类化合物的结构
脂肪胺 N 原子一般为 sp3 杂化
快速翻转 R
N R R' R" R' R" N N "R R' R
转180o
对映关系,但无手性
手性胺或手性季铵盐
手性中心 手性中心
R1 N
N N
手性中心
R4
R3
R2
胺类化合物的制备方法
脂肪族伯胺的制备
氨的烷基化(卤代烷的取代,SN2 机理)
R X
+
NH3
R
NH2
+
NH4X
过量
副反应
R X R R
R R NH R
+
R
N
+
R
N R
R X
有多取代产物,分离有难度 2o 或 3o R-X 可能有消除产物
CH3OH
+
NH3
Al2O3 380~450 C 5MPa

CH3NH2
CH3OH,Al2O3 380~450 C 5MPa

(CH3)2NH CH3OH,Al2O3
380~450℃ 5MPa
(CH3)3N
腈、酰胺、肟、腙的还原
H2, Raney Ni NH3 R CN LiAlH4 R CH2NH2
O R N O N O
0.122nm
C N 0.147nm
O R N O R N
O R N O
O O
N: sp2
脂肪族硝基化合物 1、硝基烷的命名
CH3NO2
硝基甲烷
(CH3)2CHNO2
2-硝基丙烷
NO2
O2N(CH2)5NO2
1,5-二硝基戊烷
硝基环戊烷
2. 硝基烷的制法
CH4 HNO3 400℃
OH O2N NO2 Na2S C2H5OH, NO2 NO2 O2N OH NH2
NH2
NO2
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。
O 葡萄糖,NaOH N N
NO2 2
100 ℃
氧化偶氮苯
Zn(2mol),NaOH CH3OH
N N 偶氮苯
Zn(3mol),NaOH CH3OH
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