有机含氮化合物

  • A+

硝基化合物



一、结构:

二、化学性质


(一) α-氢的反应

1.酸性

具有α-氢的脂肪族硝基化合物能与强碱形成盐,由于硝基的吸电子作用,使α-氢具有明显的酸性

 硝基化合物的硝基式-假酸式的互变异构与羰基化合物的酮式-烯醇式相似。

2.与羰基化合物的缩合反应 

具有α-氢的硝基化合物在碱性条件下可以生成碳负离子,能与某些羰基化合物发生缩合反应。


(二) 芳香族硝基化合物的性质 

1.硝基增强苯环上亲核取代反应活性

邻对位上硝基越多,碳负离子越稳定,卤素的活性越强,越容易被取代。          

2.硝基增强苄位氢原子活性

邻对位上硝基吸电子的影响,使苄位氢原子的活性增加。

3.硝基增强酚的酸性

详见取代酚的酸性,不再赘述。


(三) 硝基的还原

     在酸性或中性条件下,发生单分子还原,硝基被还原为氨基用催化氢化法或在酸性介质中还原,硝基被还原为氨基。中性介质中主要生成苯基羟胺

在碱性溶液中,发生双分子还原。联苯胺重排:氢化偶氮苯在酸性溶液中重排形成联苯胺。

多硝基化合物用硫化铵、多硫化铵和硫氢化钠等作还原剂时,可以选择性的将一个硝基还原为氨基







Part  Two



一、结构

注意伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇在结构上的不同。

脂肪胺中的氮原子为不等性的sp³杂化芳香胺中氮原子的杂化状态更接近于sp²,因此,氮原子上的孤电子对所占的轨道具有更多的p轨道成分,可参与苯环π键轨道的重叠。


二、物理性质

伯胺和仲胺能形成分子间氢键,且胺分子中N-H的极性比醇中O-H弱,故沸点高于相对分子质量接近的烷烃而低于醇。叔胺沸点则比相应的伯胺和仲胺要低


三、化学性质


(一) 碱性及成盐

胺分子中氮原子上的孤对电子能接受质子而显碱性。

脂肪胺的碱性强于氨:仲胺>伯胺、叔胺。(电子效应和溶剂化效应综合作用,使得仲胺碱性最强),甲胺的碱性大于三甲胺,乙胺的碱性小于三乙胺。

芳香胺的碱性比氨弱:苯胺中氮上的未共用电子对与苯环有共轭作用,苯胺碱性比氨弱的多。苯胺>二苯胺>三苯胺。

芳香胺分子中氮上所连的取代基为烷基时,芳香胺的碱性增强,但还是弱于脂肪胺。

绝大多数取代基(除羟基)无论是供电子基还是吸电子基,在邻位时使胺碱性减弱

供电子基使胺碱性增强,吸电子基使胺碱性减弱,且影响程度对位比间位明显

当取代基的诱导效应与共轭效应方向不一致时,则要考虑其相对强弱以及所在的位置。书上的例子多看。


(二) 烃基化反应

胺与卤化烃的烃基化反应,往往得到几种胺及其盐的混合物。若用过量的伯卤代烃,主产物可为季铵盐。

芳香伯胺的亲核性弱,反应可以停留在仲胺的阶段。


(三) 氧化反应

叔胺能被过氧化氢或者有机过氧酸氧化生成叔胺-N-氧化物


(四) 酰化和磺化反应

1.酰化反应

伯胺、仲胺能与酰氯、酸酐等酰化试剂反应,生成N-烃基酰胺或N,N-二烃基酰胺,叔胺不能发生此反应。

用途:可用于保护氨基使其不易被氧化,同时可以降低氨基的定位能力。

2.磺酰化反应(兴斯堡反应)

伯胺、仲胺能与苯磺酰氯等磺酰化试剂反应生成相应的苯磺酰胺。叔胺中氮原子上无氢原子,不发生磺酰化反应。

此外,伯胺磺酰化反应的产物中氮原子上还有一个氢原子,因此可以与碱成盐而溶于水。 

用途:可以分离、提纯和鉴别三种胺类化合物。


(五) 与亚硝酸反应

伯、仲、叔胺在低温下与亚硝酸反应生成的产物和现象不同,可鉴别几种不同类型的胺。

1.伯胺

芳香伯胺与亚硝酸在低温和强酸性溶液中反应生成芳香重氮盐,称为重氮化反应

芳香重氮盐与β-萘酚反应,得到橙红色的化合物,可用来鉴别芳香伯胺

脂肪伯胺形成的重氮盐不稳定,一般在低温下生成后会立即分解放出氮气,形成碳正离子

用途:扩环反应,可用于制备五至九元环状化合物。例如1-氨甲基环辛醇生成环壬酮的反应。

2.仲胺

脂肪仲胺与芳香仲胺与亚硝酸反应都生成N-亚硝基胺类化合物,一般为难溶于水的黄色油状液体或固体。

3.叔胺

脂肪叔胺与亚硝酸反应生成不稳定的亚硝酸盐。

芳香叔胺与亚硝酸进行亲电取代反应生成对亚硝基胺类化合物,若对位被占据,亚硝基则进入邻位。


(六) 芳香胺芳环上的取代反应

1.卤代反应

苯胺与溴水反应立即产生2,4,6-三溴苯胺白色沉淀,可用于苯胺的检验和定量分析。

若想制得一元取代物,可先将苯胺乙酰化,当溴代完毕后再进行水解得到一元取代物。

2.硝化反应

若制备硝基苯,则应先将氨基酰化在进行硝化,后经水解得对硝基苯胺

乙酰苯胺采用温和的硝化剂硝乙酐进行硝化,主要得到邻硝基苯胺

苯胺溶于浓硫酸,使其形成硫酸盐后再硝化,最后用碱处理,可得到间硝基取代物

注:-NH3+为间位定位基,可钝化苯环。   

3.磺化反应

苯胺溶于浓硫酸生成苯胺硫酸盐,加热脱水生成不稳定的N-磺酸基苯胺,然后重排得到对氨基苯磺酸,对氨基苯磺酸常以内盐的形式存在,沸点很高。


(七) 烯胺及其在合成中的应用

仲胺与含α-H的醛、酮进行亲核加成,再脱水形成烯胺。

烯胺存在一个含有碳负离子的共振极限式,可以作为亲核试剂参与反应。eg:与酰卤或卤代烃等发生酰基化或烃基化反应


四、制备

1.氨或胺的烃基化

与卤代烃反应生成几种胺的混合物

2.硝基化合物的还原

硝基化合物在酸碱溶液中用适当的还原剂还原制得伯胺。 

3.腈、酰胺及其他含氮化合物的还原

腈用氢化铝锂或催化氢化可以制得伯胺;酰胺在无水乙醚等溶剂中与氢化铝锂回流,分子中的羰基还原成亚甲基。

还原胺化醛酮与氨反应形成亚胺,再经催化氢化得到伯胺的反应

当与伯胺反应,再还原得到仲胺;当与仲胺反应,制备烯胺,再还原得到叔胺。

刘卡特反应:醛、酮与甲酸铵在高温下反应生成伯胺。

4.霍夫曼降解

制备比原酰胺少一个碳原子的伯胺,且产物中α-碳的构型不变。

5.加布瑞尔合成法

用邻苯二甲酰亚胺与卤代烷反应,生成的产物 N-烃基邻苯二甲酰亚胺在酸性或碱性条件下水解,得到纯净的伯胺。

注:若 N-烃基邻苯二甲酰亚胺水解困难,可用水合肼进行肼解。






Part Three

季铵盐和季铵碱



一、季铵盐

季铵盐为离子型化合物,易溶于水,具有较高的熔点。

1.与碱作用形成季铵碱

季铵盐与碱作用形成季铵碱,但此反应可逆。若用湿的氧化银或氢氧化银与季铵盐作用,反应进行较完全。

2.季铵盐的表面活性作用及其相转移催化剂作用

eg:氯化三乙基苄基铵(TEBA)、溴化四丁基铵(TBAB)


二、季铵碱

1.碱性

强碱,其碱性与氢氧化钠或氢氧化钾相当。

2.霍夫曼彻底甲基化

胺与足量的碘甲烷反应转化为季铵盐

3.霍夫曼消除反应

季铵碱受热时易发生分解

a. 氢氧化四甲铵(无β-H)在加热条件下分解产生三甲胺和甲醇,SN2机理进行。

b. 当季铵碱中烃基上有β-氢时,加热则发生消除反应,形成烯烃和叔胺。按E2机理进行

4.霍夫曼消除规则

消除含烃基比较少的β-碳原子上的氢,生成以双键碳原子上连有烷基最少的烯烃为主要产物区别于卤代烃消除遵循的扎依采夫规则!

影响β-H消除反应因素中起决定作用的主要是β-H的酸性。若β-碳上连有苯基、羰基、乙烯基等吸电子基时,β-H的酸性增强,易发生消除,产物不一定符合霍夫曼规则。

5.霍夫曼消除反应的立体化学

E2 消除反应要求被消除的离去基团处于反式共平面的位置。课本上的例子多看。

6.应用

如何推测原来胺的结构,课本上的例子要掌握






Part Four

重氮化合物和偶氮化合物





一、结构

偶氮化合物分子中的偶氮基上两个氮原子以sp²杂化,每个氮都有一对共用电子占据一个sp²杂化轨道,所以偶氮苯有顺反异构体




weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0