14 第14章 含氮化合物.pptx

第1页：第十四章含氮化合物

第十四章含氮化合物

第2页：硝基化合物

硝基化合物含R—NO2氮R—NH2胺化R—CNR—ONO亚硝酸酯R—ONO2硝酸酯腈合R—+N三NX-重氮化合物物RN=N—R'偶氮化合物

第3页：一、硝基化合物

一、硝基化合物R—NO2ArNO21.物性高极性，（CH3—NO2)稳定，良溶剂，有毒。

u=4.30ORNO不能反应其真正的结构Oδ-RNOδ-两个N—O键等长

第4页：2.制备方法a.烷烃的硝化

2.制备方法a.烷烃的硝化：CH3CH2CH3HONO2400OCCH3CH2CH2NO2CH3CHCH3混NO2合CH3CH2NO2物CH3NO2

第5页：2.制备方法a.烷烃的硝化（续）

b.硝基对卤代烃的取代反应c.芳烃的硝化..Oδ-N+RCH2XOδ-..ONδ-δ-O+RCH2XRCH2NO2N取代硝基化合物RCH2ONO亚硝酸酯O取代副反应：+HONO2浓H2SO450~60OCNO2+H2

第6页：3.化学性质

3.化学性质RNO2a.还原反应3H2/NiRNH2+2H2ONO2FeHClNH2

第7页：不同的还原条件

不同的还原条件可以得到一系列的中间体还原产物NO2NaAsO3ONNFe,NaOHNNZn+NaOHNHNHFe,HClZn+NH4ClNHOHNOZn,H2OFe,orSn+HClNH2Fe,orSn+HClOrganicChem

第8页：不同的还原条件（续）

• b.α-活性H反应
• 与碱作用生成盐RCH2NOORCHNOHONaOHRCHNOONa+
• 与羰基化合物缩合CH3NO2-CH2NO2+ORCR'(H)2HOOHRCCH2NO2R'(H)

第9页：二、胺 1.分类和命名

二、胺 1.分类和命名R—NH2R2NHR3NR4N+X—一级胺二级胺三级胺季胺盐（注意与1○、2○、3○H,C或醇的区别）

第10页：比较复杂的胺

比较复杂的胺，把胺基当作取代基，烃基作为母体来命名简单胺，根据所连烃基命名H3CNH2CH3(CH3)2CHCH2NC2H5(C2H5)3N三乙胺H2N(CH2)6NH2己二胺对甲苯胺C2H5NHCH3甲乙胺N-甲基-N-乙基异丁胺CH3N(C2H5)2CH3CH2CHCHCH32-(N,N-二乙胺基)-3-甲基戊烷CH3CHCH2CH(CH3)2NH22-氨基-4-甲基戊烷CH3CH3N+CH3OH-C2H5氢氧化三甲乙胺

第11页：2.胺的物理性质

• 2.胺的物理性质OrganicChema.
• 芳胺毒性大，（吸，食，透0.25mL，严重中毒）β-萘胺,联苯胺——致癌物
• N-H氢键不如O-H的氢键强，b.p.较醇低。

N上的取代基使N-H键减少，2○，3○胺b.p.↓，水溶性↓IR：νN—H一级胺3300-3500δN—H(面内)1590-1650δN—H(面外)652-900νC—N1030-1230（宽、强）（强）(两个峰，尖、中）700-750（强）弱3300-3500（单峰）二级胺

第12页：2.胺的物理性质（续）

NMR：—CH2———CH2———NH2δ1.1-1.72.2-2.80.5-5ppm(与溶剂的性质，溶液浓度，温度等影响氢键缔合的因素有关，可用D2O交换判定）R''NR'+R''m/z=30+14nR.+OrganicChemR-NH2M+小奇数个N，M+奇数Ar-NH2M+大R'+.RCNMS:

第13页：3.胺的化学性质结构与反应性

3.胺的化学性质结构与反应性：脂肪胺：RNHH棱锥形结构，SP3杂化，一对未共用电子占据一个SP3轨道二级胺（当R≠R'）;

三级胺（当R≠R'≠R"时）应当有旋光异构体，实际分离不出，因为：103~105/秒ΔE=6千卡/molNRR''R'NRR'R''....

第14页：但有些被环状结构固定的三级胺

但有些被环状结构固定的三级胺，由于不能翻转，也可以分离出对映异构体，如：NCH3..N..Troger碱..NN+四级胺盐的对映体已经分离出来，N上四个SP3轨道都用于成键，氮的翻转难发生：CH3CH3PhPhC2H5CH2CHCH2C2H5H2CCHCH2+I-I-

第15页：芳胺的分子结构

芳胺的分子结构：NH1.40AO具有较多p成份H142.5ON介于sp2～sp3杂化之间..而：3H1.47ACHNOH125

第16页：芳胺的分子结构（续）

C—N键缩短（1.40Å比正常1.47Å短）电子云向环上共轭转移：N原子的碱性和亲核性都大大降低芳环上的亲电取代活性增强(特别是o、p-位)CF3CF3NH2NH2———推测OrganicChemp—π共轭的证据μ＝2.9Dμ＝4.3Dμ＝1.4Dp—π共轭的结果：

第17页：芳胺的分子结构（续）

a.胺的碱性与酸性i.碱性N上的未共用电子对能接受一个质子，与大多数的无机酸成盐——呈碱性+NH3ClRNH2+HClR碱性强弱顺序：脂肪胺>

NH3>

芳香胺pKb3—4.54.759—10在脂肪胺中：RNH2一级 <

R2NH>

R3N二级三级

第18页：一些常见的胺的pKb值

一些常见的胺的pKb值：pKb(25℃)化合物pKb(25℃)化合物3.36C2H5NH24.75NH33.06(C2H5)2NH3.38CH3NH23.25(C2H5)3N3.27(CH3)2NH4.21(CH3)3N2NH13.8NH29.4NH2CH38.0NH2NO214.3

第19页：从电子效应看

•从电子效应看：R基给电子，使N上的电子云更集中，孤对电子接受H+的能力增强，碱性顺序应是：R3N>

R2NH>

RNH2>

NH3，（在气相中测定或非质子性溶剂中（如CHCl3,CH３CN,Ph-Cl等）测定确按此顺序）•从溶剂效应和空间位阻效应看：N上取代基多，与H2O形成氢键少，与H+结合形成铵离子后，溶剂化稳定作用弱，碱性减弱。

•N上的取代基多了，空间障碍就不利于N接受H+——碱性减弱。

•具体的胺的碱性是这两种相反因素协同作用的结果，一级胺与三级胺哪个碱性强，要看是什么烃基，不同的烃基得出的次序可能不同。

•芳胺的碱性较弱，主要是p-π共轭，N上电子云向苯环转移，N原子与质子结合能力降低。

第20页：从电子效应看（续）

ii.酸性伯、仲胺中N-H键可电离，酸性很弱。

例如（C2H5）2NH，pKa=36R2N-R2NH+H+(i-Pr)2NH+n-C4H9LiTHF(i-Pr)2NLi+n-C4H10LDA~50pKa~40

第21页：当N上H被吸电子基团

当N上H被吸电子基团(如：R)取代，酸性大增！

OCH3CNHPhpKa=17.6+t-BuONaCH3CNHPhO-Na+OCONH+KOHOpKa=8N-K+

第22页：当N上H被吸电子基团（续）

b.胺或氨的烷基化反应NH3+RXRNH2+NH4XRXR2NH+NH4XRXR3N+NH4XRXOrganicChem4RN+X使用过量的氨，可以得到伯胺为主的产物控制条件，也可以得到某一胺为主的产物

第23页：当N上H被吸电子基团（续）

4RN+XAgOHRN+OHHoffmann烯4季胺碱例：CH3CH2CHCH3+N(CH3)3OHCH3CH2CHCHCH3)CH2+(CH3CH次主要95%N用于胺的结构测定：CH32CH3IOHCH3CH3N+OHCH3NCH3CH3CH3CH3IOHCH3

第24页：电子因素

电子因素:NR3是难离去基团，消去历程按E2E1cb.即必须等B-H键几乎完全生成，H-C键几乎完全断裂，+NR3才开始离去.β-碳上取代基少的，有利于发展负电荷，易消除，故生成β-取代少的烯烃——Hoffmann烯。

优先生成取代基较少的烯烃——Hoffmann烯

第25页：空间因素

空间因素：N+HCH2CH2CH3HHHH3CCH3CH2CH2N+(CH3)3-OHCHCH3C1-C2Newman投影式C1上有三个Ｈ，都可与C2上的N(CH3)3处于交叉式，发生消除反应（反式消除）CH3CH3例：

第26页：空间因素（续）

• CH2CH3HCH3CH3HCH3CH3
• H+NC2C3有三种交叉式构象：CH3CH2CH3CH3HHCH3CH3
• H+NCH3HCH2CH3CH3HCH3HCH3H+N
• 大基团处于对位
• 交叉，能量最低
• 但无反式H可消除⑵⑶两最大基团均处于邻位交叉，空间拥挤，能量很高,存在几率很小
• 故消除难于在C2-C3之间发生，而倾向于在
• C1-C2之间发生Hoffmann烯

第27页：下列消除

下列消除产物哪种为主？

是否符合Hoffmann规则？

CH2=CHOHN+(CH3)3?

?

CH3CCH2CHCH3N+(CH3)2OH-OPhCH2CH2CH3N+CH2CH3CH3-OHCH2CHCH3PhCHCH293%+CH2CH20.4%

第28页：当β-H空间位阻很大时

当β-H空间位阻很大时，常发生取代而非消除例如：Ht-BuCHCH2+N(CH3)3-OHt-BuCHCH232+NH+HO20%(only)CH3CH3CH3CCH2CH2+N(CH3)2CH3t-Bu-OHCH3CH3CCH2CH2N(CH3)2CH3主+CH3OHOrganicChem

第29页：当β-H空间位阻很大时（续）

c.胺的酰基化反应RNH2+OArCClNaOHORNHCArR'2NH+除了RCOCl，ORCClOR'2NCRPySO2Cl(RCO)2O、CH3也是常用的酰化试剂多肽合成中常用的NH保护基，可催化加氢除去2t-BuOOOCClPhCH2OCClOrganicChem

第30页：兴斯堡

兴斯堡（Hinsberg）反应——用于鉴别1o、2o、3o胺1o、RNH2+CH3SO2ClCH3SO2NHR2NaOH/HOCH32SONR水中不溶Na+水溶性2o、R2NH+CH3SO2ClCH3SO2NR2水中不溶NaOH/H2O水中不溶，酸中亦不溶3o、R3N+CH3SO2ClCH33SO2NR+ClNaOH/H2O3OrganicChemRN溶于酸

第31页：兴斯堡（续）

OrganicChemd.胺的氧化反应RCH2NH2H2O2[O]RCHNOHR2NOHR2NHNH2NHOHNO3o胺的氧化合成烯（除去N）产物复杂无制备意义CH2N(CH3)2有β-H的三级胺：cope消去H[O]CH2N+(CH3)2HO-160OC+(CH3)2NOHCH298%

第32页：兴斯堡（续）

OrganicChemCope消去的立体化学：（顺式消去）CCCH3N+(CH3)2HCH3OHCH65115oCCCCH3HC6H5CH3+HCH3C6H5CH3CC0.1%96%立体选择性很高N+(CH3)2HDO+DDH

第33页：用于制备

用于制备O5~rg9a元nic环Ch酮eme.与亚硝酸的反应CH3CH2CH2CH2NH2NaNO2HClCH3CH2CH2CH2N2+Cl-H2OCl--H+CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2ClCH3CH2CHCH2i.伯胺产物复杂，无制备意义用于伯胺的定量分析COOHCCH2NH2HNO2(CH2)n(CH2)n+1

第34页：用于制备（续）

ii.仲胺iii.叔胺二级胺亚硝酸盐黄色油状或固体强致癌物!

HNO2R2NNOCH3HHONOR2NHPhNPhNNOCH3R3N+HONON(CH3)2+HONON(CH3)2ONOrganicChem

第35页：用于制备（续）

f.胺在缩合反应中的应用OCH3CCH3OCH3CCH2CH2N(C2H5)2+CH2O+(C2H5)2NHHCl.i.Mannich（满氏）反应机理：..R2NH+..HR2NCOHHHR2NCOHHR2NCH2+OCH3CCH3OHCHC3CH22OCH3CCH2CH2NR2+H+HCOHH++..亚胺离子含活泼氢的化合物：醛、酮、酸、酯都可以H+..+CHNR2

第36页：用于制备（续）

ii.烯胺的反应O+N+NNHorNHOH+(orOH-)-（烯胺）N+..ClCRON+OH2OCRH+OOCR+NHOrganicChem

第37页：用于制备（续）

N+..XCH2CHCH2N+HO2H+OOCH2CHCRORON+OHO2RH+

第38页：4.胺的制法a.氨的烷基化

4.胺的制法a.氨的烷基化NH3+RXRNH2+NH4XRXR2NH+NH4XRXR3N+NH4X4RN+X使用过量的氨，可以得到伯胺为主的产物控制条件，也可以得到某一胺为主的产物RXCH3CH23CHCOOHBr+NH3CH3(CH2)3CHCOOHNH2合成氨基酸常用此法OrganicChemRX,R为1o,(2o,3o易消除)。

活性：RI>

RBr>

RCl

第39页：4.胺的制法a.氨的烷基化（续）

b.含氮化合物的还原i.硝基化合物的还原NO2NH2Fe+HCl脂肪族硝基化合物亦可：HOCH2CNO2CH3CH3H2SO4Fe+FeSO4HOCH2CNH2CH3CH390%

第40页：选择性还原

选择性还原NO2CHONH2CHO69~75%FeSO4NH3,H2OCH3OO2NH2NCH3O1.Sn+HCl2.NaOH82%O2NNO2O2NNH278~83%NaSHEtOHOrganicChem

第41页：选择性还原（续）

OrganicChemb.腈、肟、酰胺的还原RCN+H2RCHNHRCHNCH2RRCH2NH2RCHNH2HNCH2RH2腈催化加氢，除伯胺外，常生成仲、叔胺使用过量的氨，加入Ac2ORCNRCNOHRCNH2OLiAlH4orH2/Ni,orNa/C2H5OHRCH2NH2NaOBrRNH2少一个C

第42页：选择性还原（续）

例：2CHCNo120-130CH2/Ni130atmCH2CH2NH287%CH3(CH2)5CHNOHNa+C2H5OHCH3(CH2)6NH273%OCN(CH3)2LiAlH4CH2N(CH3)288%

第43页：选择性还原（续）

Hoffmann降解：立体化学——构型保持CH3HPhCH2NH2CH3HPhCH2OCNH2Br,NaOH2H2

第44页：选择性还原（续）

c.醛酮的还原胺化RCHO+NH3—H2O[RCH=NH]H2/NiRCHNH22R2C=O+NH3—H2O2[RC=NH]H2/NiRCHRNH23CH(CH)CHO25ONH3,H2/Ni3CH(CH)CHNH252260%CH3(CH2)5CCH332NH,H/NiCH3(CH2)5CHNH288---91%CH3

第45页：选择性还原（续）

R.Leukart改进这个反应：PhCHO+NH31mol2mol1mol1mol苄胺+二苄胺89.4%80.8%H2/Ni,9MPa70~90OC生成的伯胺有可能和醛酮再反应生成仲、叔胺OPhCCH3NH2PhCHCH366%HCOO-+NH4185OCOrganicChem

第46页：选择性还原（续）

d.S.Gabriel (盖布瑞尔)合成法OO+NH3OONHKOHOOOBrCH2CH2CH3NKDMFNCH2CH2CH3OONH2NH2NHOONH+CHCHCHNHNaOH2HOOOONaONa+CH3CH2CH2NH23222(伯胺）RCHOR2CO+NH(CH)32ONH(CH3)23NaBHCNCH3NCH3三级胺

第47页：选择性还原（续）

e.从羧酸衍生物合成T.Curtius重排：ORCCl+NaN3ORCN3+NaCl---N2重排RNCOH2O--CO2RNH2ORCNNNO..RCN+N2RNCO+-..

第48页：选择性还原（续）

COOH+HN3H2SO4NH268---80%例：（CH3）2CHCH2COClNaN3（CH3）2CHCH2NH270%C.L.A.Schmidt.改进此法，用羧酸与等摩尔HN3于惰性溶剂中在H2SO4存在下缩合：

第49页：5.芳胺的重氮化及重氮盐的反应

5.芳胺的重氮化及重氮盐的反应0~-5OCArNH2+NaNO2+2HClArN2+Cl-+NaCl+H2ONH2N+NCl-NaNO2HCl-5OC低温在此条件下,重氮盐稳定酸性

第50页：5.芳胺的重氮化及重氮盐的反应（续）

OrganicChema.重氮盐的取代反应——制取芳香取代产物的重要反应用最早用C2H5OH，只有50~60%的产率H3PO2+H2O+N2orHCHO+NaOH+HCOONa+NaCl+H2OKCNCuCNCN+N2SCNHBrCuBrNa2SO3CuKSCNCu+H3PO3+HClBrSO3+N2HClCuClNaNO2Cu+N2ClNO2H2OOHKII+N2HBF4N+2BF4-F+BF32N+Cl-N+2HSO4-,避免Cl-取代OH-

第51页：制备上的应用

制备上的应用i.CH3CH3BrCH3CH3CH3CH3NH21.OH-/H2O2.NaNO2+HClHNOCH3CH3NO2BrHNOCH33.H2O2CH3BrHNO3H2SO4Fe+HCl(CH3CO)2OBr2

第52页：制备上的应用（续）

ii.BrBrBrNH2NH2BrBrBr2.H3PO2BrBrBrBr2+H2O1.HNO2

第53页：制备上的应用（续）

b.重氮盐的还原c.偶联反应G是强的给电子基（OH、OCH3、NH2、NHR等）取代发生在对位若对位已有取代基则进入邻位NNG发色基团，有鲜艳的颜色——偶氮染料G2N++亲电取代+N2ClSn+HCl2NHNHHCl+SnCl4232NHNH2或NaSO/HOHClOrganicChemOH-

第54页：对偶联组分的要求①有强

• 对偶联组分的要求
• 有强的给电子基
• 反应的酸碱性要求严格对苯酚：中性弱碱性有利：若碱性太强，则：OHO--给电子能力增强2N++N2OH--OH--N=NO--非亲电进攻试剂，不能偶联OH酸性，则：对苯胺：中性弱酸性有利：但若太酸，则：2OH+重氮盐含量高NR2+NHR2

第55页：对苯胺

对苯胺：在中性或酸性条件下，重氮盐进攻的是氨基的氮原子，生成重氮氨基化合物，必须在强酸中加热，才能重排为偶氮化合物。

2N++NH2HAC,NaACN=N—NH+H+2N++NHCH3HAC,NaACN=N—NCH3+H+HClN=NNH2N=NNHCH3许多偶氮化合物是致癌物！

第56页：三、重要的重氮化合物

三、重要的重氮化合物(1)CH3CH3NH2SOClCH231.重氮甲烷：CH2N2黄色气体，剧毒，易燃，不便贮存，重要的有机合成试剂。

制备：SO2NHCH3HNO22SONCH3CH3NONaOHSO2ONa+CH2N2+H2OCH32CNH2O(2)NH3+CHNH2HCl2NHCNCHO3NOCH2N2+KNCO+2H2ONaNO2KOHOrganicChem

第57页：三、重要的重氮化合物（续）

结构：CNNHH+CH2NNCH2NN-..+-+δ-δ-CH2NN....

第58页：重要化学反应

重要化学反应：（1）与酸性化合物的反应：ORCOH+CHN22---N23ORCOCHOH+CH2N2OCH3甲基化试剂优点易溶于有机溶剂反应快，产率高本身就是指示剂CH3CCH2COOC2H5OCH2N2OCH3CH3CCHCOOC2H5

第59页：重要化学反应（续）

（2）重氮甲烷与酰氯的反应Arndf-Eister反应——使羧酸增加一个C原子的重要方法+CH2N2ORCClORCCHN2+H2OR'OHNH3AgOorhvRCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2

第60页：重要化学反应（续）

历程：H2OR'OHNH3RCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2AgO-N2ORCCHN2O..RCCHRCHCO+

第61页：重要化学反应（续）

（3）与醛酮的反应ORCCH2R'ORCR'+CH2N2RCHO+CH2N2RCCH3OON+N+-CH2CH2-ON+NCH2-ON+NOOCH2（用于环酮的扩张）63%15%

第62页：重要化学反应（续）

（4）与不饱和化合物的反应CHN22hvorAg2..or卡宾C原子上两个未成键电子可以：共占一个轨道，自旋相反——单线态高能量各占一个轨道，自旋平行——三线态低能量△E=11千卡/mol2N+CH（卡宾，Carbene）CH2历程：CH3CCOOC2H5CH3COOC2H5+CHN22+N2

第63页：顺式加

顺式加成若卡宾以三线态和双键加成：若卡宾以单线态和双键加成：HCH3HH2HCCCCH3..CH2HCCCH3CH3顺加反的产物CCCCH2CH3CH3HCHCH3HHCH3HCH3HCCCH3H2CCCH3HCCH3H+CH2CH2

第64页：顺式加（续）

Simmons-Simth反应：CCC2H5CH25CHI22----Zn（Cu）C2H5HCH25HEt2OHH其它重氮化合物：CCl2N2CHCOORRCCR''ON2

第65页：四、叠氮化合物

四、叠氮化合物(Azides)R-N3和氮烯(Nitrene)++R.N.N.-.R.N.NN-.N.......纯烷基叠氮化合物易爆叠氮酸HN3是弱酸，pKa=11，其负离子结构为：两端的氮原子有很强的亲核性，容易与卤代烷，酰卤，芳香重氮盐反应。

N+N-2.N......N..... ....N+.N.N+N...N.-2__

第66页：1.叠氮化合物

1.叠氮化合物的制备CH3CH2CH2CH2Br+Na+N3-CH3CH2CH2CH2N3C2H5OH/H2O90%由于是弱碱而强亲核性，特别适于与仲卤代烷反应OOHN3OO/H2ONaN3N2+Cl-+Na+N3-PhCH2CN3N3+NaCl3+Na+N-BrCH3CH2CHCH3OPhCH2CCl+NaBr3+Na+N-N3CH3CH2CHCH3

第67页：2.叠氮化合物

2.叠氮化合物的反应⑴还原反应：CH3CH2CHCH3N3OHLiAlH4orNaBH4H2OCH3CH2CHCH3NH2N3H2/PtOHNH2⑵酰基叠氮化物的Curtius重排：3ORCNO..RCNRNCORCOOHRNH2RNH22HO1.NaN3,H2SO42.NaOH..少一个C的胺

第68页：2.叠氮化合物（续）

3.氮烯..RNRN3RN+N2与卡宾相似，也有两种电子构型：单线态：三线态：R..NOrganicChem

第69页：2.叠氮化合物（续）

• OC2H5OCN+HC2H5OCNHO
• 与C-H键的插入反应OC2H5OCNOC2H5OCN+OC2H5OCNO+C2H5OCNOC2H5OCN发生与卡宾相似的反应
• 对双键的插入反应

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