有机化学ppt课件 第十章含氮有机化合物.ppt
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1、第十章 含氮有机化合物,有机化学 Organic Chemistry,教材:有机化学(第二版) 赵建庄 张金桐主编 高等教育出版社,氨分子中的氢原子被烃基取代后的衍生物称为胺。 分类1:,第一胺(1胺); 第二胺(2胺); 第三胺(3胺),注意比较,( 一 ) 胺,10.1.1 胺的分类、命名和结构,指氮上氢被取代,分类2:脂肪族胺、芳香族胺分类3:一元胺、二元胺.,相应于氢氧化铵和铵盐的四烃基取代物,分别称为季铵碱和季铵盐:,(1) 在“胺”之前加烃基来命名;(2) 对仲胺和叔胺,当烃基相同时,在前面标出数目; (3) 当烃基不同,按次序规则“较优”的基团放在后面:,胺的习惯命名法:,含有两
2、个氨基的化合物称为 “二胺”:,(*) 烃为母体,氨基为取代基:,复杂的胺以系统命名法命名:,2-(N-甲基氨基)己烷 2-氨基-1-丁醇季铵类化合物的命名则与铵碱或铵盐的命名相似。例如:(CH3)4 N+OH 氢氧化四甲铵 碘化三甲基乙基铵,胺的结构:,N: sp3杂化,三甲胺的结构,在胺分子中,氮原子是以不等性SP3杂化轨道参与成键的。,在芳香胺中,氮原子上的孤电子对所处的轨道和苯环上的电子所处的轨道有共轭关系,相互之间可以重叠,使得氮原子的杂化状态在sp2与sp3之间,孤对电子所处的轨道比氨有更多的p成分。例如,苯胺分子中,H-N-H键角为113.9,H-N-H平面与苯环平面之间的角度为
3、39.4。,10.1.2 胺的物理性质 低级脂肪胺如甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺,在常温下为气体,有与氨相似的气味,但刺激性比氨小。其它低级胺为液体,多有难闻的臭味。高级胺多为固体,不易挥发,几乎没有气味。二元胺的臭味常很明显,例如蛋白质腐烂时能产生极臭而剧毒的腐肉胺和尸胺。 H2NCH2CH2CH2CH2NH2 1,4-丁二胺(腐肉胺) H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2 1,5-戊二胺(尸胺),芳香胺一般为高沸点的液体或低熔点的固体,具有特殊气味,毒性很大,与皮肤接触或吸入其蒸气都会引起中毒。胺和氨一样,是极性物质,除了叔胺外,都能形成分子间的氢键,所以胺的沸点比分子量相近的烃要高。
4、但由于氮的电负性比氧小,胺的氢键弱于醇分子中的OHO氢键,故胺的沸点比相应的醇或羧酸的沸点低。叔胺的氮原子上没有氢,分子间不能形成氢键,因此叔胺的沸点比相应的仲胺或伯胺低。,伯、仲、叔胺都能与水分子通过氢键发生缔合,因此较低级的脂肪胺易溶于水,溶解度的分界线在六个碳原子左右。芳胺则微溶于水。各类胺大多能溶于有机溶剂。,-6.3 -161.7 64.7,胺与氨相似,它们都具有碱性。氮原子有未共用电子对,形成带正电荷铵离子的缘故:,胺溶于水,可发生离解反应:,10.1.3 胺的化学性质,:NH3 + H+ NH4+R-NH2 + H+ RNH3+,R-NH2 + H2O RNH3+ + OH-,(
5、1)胺的碱性,胺的碱强度也常用它的共轭酸RNH3+的离解常数Ka或Kb表示:,胺的Kb与其共轭酸的Ka有下列关系:,如一个胺的Kb值越大,或pKb越小,则此胺的碱性越强;如一个胺的共轭酸的Ka值越大,或pKa越小,则此胺的碱性越弱。,R-NH3+ + H2O RNH2 + H3O+,Kb 4.76 3.35 3.27 4.22 脂肪胺在水中的碱性强弱,不但与电子效应有关,并且与溶剂化效应和空间效应有关。从诱导效应来看,胺的氮原子上烷基取代逐渐增多,碱性也就逐渐增强;而从溶剂化效应来看,烷基取代愈多,则胺的氮原子上的氢就愈少,溶剂化程度就愈低,取代铵离子就不稳定,碱性就愈弱;从空间效应来看,氮上
6、取代烃基愈多,空间位阻愈大,不利于氮原子接受质子,胺的碱性也就愈弱。因此,胺的碱性强弱是由于上面几种效应综合作用的结果。,注意:电子效应, 溶剂化效应, 立体效应的影响.,碱性从强到弱的顺序:,溶剂化程度与稳定性:,从电子效应考虑:烷基越多碱性越强;从溶剂化效应考虑:烷基越多碱性越弱。,R2NH + H2O R2N+H2 + OH-,(CH3)2NH CH3NH2 (CH3)3N 苄胺 NH3 吡啶 苯胺 吡咯,一般情况下,脂肪族的伯、仲、叔胺在气态和非极性溶剂中的碱性强弱顺序是叔胺仲胺伯胺;而在水溶液中,碱性强弱的顺序是诱导效应 、溶剂化效应 、空间效应几种效应综合作用的结果。,季铵碱的碱性
7、 (如(CH3)4 N+OH)与氢氧化钠相当,芳香胺的碱性比氨弱。这是因为氮原子上的未共用电子对所在轨道与苯环上的轨道产生的共轭体系,通过共轭效应使氮原子上的未共用电子对离域到芳环上,使氮原子上的电子云密度降低,从而降低了其与质子结合的能力。从另一方面看,苯基是吸电子基团,不利于分散取代铵离子Ar-NH3+中的正电荷,使它没有NH4+稳定。故芳胺的碱性比氨弱。芳香胺不能使红色石蕊试纸变蓝,而脂肪胺能使红色石蕊试纸变蓝。,对于芳香胺,共轭效应、溶剂化效应与空间效应的影响是一致的,因而芳胺的碱性强弱顺序是伯胺仲胺叔胺。pKb 4.76 9.28 13.2 近中性 芳胺的碱性比氨弱(由于共轭体系,发
8、生电子的离域),苯胺与强酸成盐:,二苯胺的碱性更弱,与强酸成盐在水溶液中完全水解; 三苯胺的碱性最弱,不能与强酸成盐.,盐的命名:(CH3)2NH2+Br- 二甲基溴化铵 (CH3)2NHHBr 二甲胺氢溴酸,铵盐若加较强的碱,就会使胺游离出来,这可用来精制和鉴别胺类.,多不溶于水 溶于水,补充:取代芳胺碱性的强弱,取决于取代基的性质,1)若取代基是供电子基团碱性略强,如:,2)若取代基是吸电子基团碱性降低,如:,如发生在这也一样,例如:比较下列化合物碱性大小,供电子基团,吸电子基团,可与卤烃或醇烷基化剂作用:,工业上苯胺的甲基化反应:,N-甲基苯胺,N,N-二甲基苯胺,过量,(2)烷基化,N
9、-烷基(代)酰胺经还原又得到胺.因此利用胺的酰基化和酰胺的还原反应,可以一种胺为原料制取另一类的胺化合物.,(3 )酰基化,可用LiAlH4还原成胺,1)伯胺、仲胺与酰基化试剂(酰氯,酸酐)发生酰基化 反应,生成N-烷基(代)酰胺:,氢化锂铝还原成胺,补充,补充,可发生傅克反应 邻对位定位基,2) 芳胺与酰氯或酸酐发生酰基化反应,生成芳胺的酰 基衍生物:,分离叔胺在乙醚溶液中,伯仲叔胺混合物经乙酸酐酰基化后,再加稀盐酸,只有叔胺仍能与盐酸成盐。,(C) 保护氨基芳胺易氧化(如硝化反应等)。由芳胺酰基化制得芳胺的酰基衍生物(较稳定),带反应结束后再水解转变为原来的芳胺。,胺的酰基衍生物多为结晶固
10、体,且有一定的熔点,根据 熔点的测定可推断(鉴定)伯胺和仲胺.,(B) N-烷基(代)酰胺呈中性,不能与酸成盐.,苯胺 乙酰苯胺 对硝基乙酰苯胺 对硝基苯胺如果氨基不保护起来,苯胺会被硝酸氧化。,伯胺或仲胺与磺酰化剂作用,生成相应的芳磺酰胺:,分离、鉴别伯、仲、叔胺。,(4)磺酰化反应,N-R烷基-苯磺酰胺,N,N-二R烷基-对甲基苯磺酰胺,不溶于碱,固体析出,溶于碱,叔胺不发生磺酰化反应,不溶于碱,蒸馏分离,利用这个性质可以鉴别和分离伯、仲、叔胺。这个反应称为Hinsberg(兴斯堡)反应。例如:,由于亚硝酸不稳定,一般用亚硝酸钠与盐酸(或硫酸)代替亚硝酸:,作为氨基的定量测定,(5)与亚硝
11、酸反应,1)脂肪族伯胺与亚硝酸反应生成脂肪族重氮盐, 易分解:,放出气体,条件:低温(一般5度以下)及强酸水溶液中反应,生成芳基重氮化盐:,3)脂肪族和芳香族仲胺与亚硝酸反应N-亚硝基胺,产物都是黄色油状液体,它与稀盐酸共热,则水解成原来的仲胺,用来分离、提纯仲胺。,2)芳香族伯胺与亚硝酸反应重氮化反应,4)脂肪族叔胺与亚硝酸反应产物不稳定,易水解,加碱后可重新得到游离的叔胺。 芳香族叔胺与亚硝酸作用,易发生环上的亚硝化反应,生成对亚硝基取代物:,利用亚硝酸与伯、仲、叔胺的反应不同,可以鉴别伯、仲、叔胺。,亚硝基化合物一般都具有致癌毒性。,绿色叶片状,芳胺(尤其是伯芳胺)极易氧化。 反应式可能
12、如下所示:,苯胺用重铬酸钠或FeCl3氧化成黑色染料苯胺黑,(6) 氧化,苯胺用MnO2,H2SO4氧化成苯醌:,苯胺的氧化反应很复杂。苯胺遇漂白粉溶液即呈紫色(含有醌型结构的化合物),可以此来检验苯胺.,氨基是很强的邻、对位定位基,容易发生亲电取代反应:1)卤化速度快,溴化和氯化得2,4,6-三卤苯胺:,思考: 如何鉴别苯酚与苯胺?,白色沉淀,苯胺与碘作用只得到一元碘化物:,(7)芳环上的取代反应,主要产物对溴乙酰苯胺:,乙酰化,溴化,水解,苯胺的一元溴化物制备,使苯胺活性降低!,例1间位取代反应,例2对位取代反应,2)硝化注意硝酸的氧化作用和氨基的保护,氨基的保护,间位取代反应,注意条件,
13、3)磺化“内盐”,注意条件,10.1.4个别化合物 (1)乙二胺。H2N-CH2-CH2-NH2为无色粘稠液体。沸点117。它可以由1,2-二氯乙烷或1,2-二溴乙烷与氨作用而制得:乙二胺溶于水和乙醇,有氨的气味。它是制备药物、乳化剂和杀虫剂的原料,又可作为环氧树脂的固化剂。乙二胺与氯乙酸作用,生成乙二胺四乙酸。乙二胺四乙酸简称EDTA,是一种重要的螯合剂,常应用于许多金属离子的配位滴定,(2)苯胺。苯胺主要的制法是用硝基苯还原(Fe+HCl)。苯胺为无色油状液体,沸点184.4,相对密度1.0217,在空气中长期放置后,会因氧化而变成黄、红、棕等色。可通过蒸馏而净制。苯胺有毒,难溶于水,易溶
14、于有机溶剂。是制造染料、药物、农药等化工产品的重要原料。苯胺是典型的芳香胺,有碱性,能与盐酸形成盐酸盐,与硫酸形成硫酸盐,能起卤化、乙酰化、重氮化等反应。(3)胆胺。H2N-CH2-CH2-OH也称氨基乙醇,为无色粘稠液体,是脑磷脂的组成部分。,(4)胆碱。 HOCH2CH2N+(CH3)3OH-也称为氢氧化(2-羟乙基)三甲基铵。胆碱是广泛分布于生物体内的季铵碱,在动物的卵和脑髓中含量较多,因为最初是由胆汁中发现的,并具有碱性,所以称为胆碱。它是无色吸湿性很强的结晶,易溶于水和乙醇,而不溶于乙醚、氯仿等。胆碱是动物生长不可缺少的物质,而且必须从食物或饲料中供给。它具有调节肝中脂肪代谢和运输的
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