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08 第十章 含氮有机化合物.ppt

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本课件讲解含氮有机化合物。先介绍硝基化合物的还原与芳环取代,再系统展开胺的分类命名、结构与碱性、烷基化酰基化磺酰化及与亚硝酸的反应,最后讨论季铵盐季铵碱的 Hofmann 规则与重氮盐的偶合反应。

第十章含氮有机化合物章节封面,列出硝基化合物、胺与重氮偶氮化合物三节并指出胺最重要
硝酸与亚硝酸衍生含氮化合物页,对比硝酸酯、硝基化合物、亚硝酸酯与亚硝基化合物四类结构并提示其爆炸性
芳香族硝基化合物性质页,说明多为淡黄色固体、有苦杏仁味且有毒并列出其还原反应
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第1页:含氮有机化合物章节封面

10 含氮有机化合物:含氮的有机化合物种类较多,包括胺、硝基化合物、重氮化合物、偶氮化合物等,其中胺是最重要的。

  • 10.1 硝基化合物
  • 10.2 胺
  • 10.3 重氮和偶氮化合物

第2页:硝基化合物的来源与类型

10.1 硝基化合物:由硝酸和亚硝酸可导出四类含氮的有机物。

  • 硝酸 HO-NO2 → 硝酸酯 R—ONO2
  • 硝基化合物 R—NO2
  • 亚硝酸 HO—NO → 亚硝酸酯 R—ONO
  • 亚硝基化合物 R—NO

硝酸酯和芳香族多硝基化合物都有爆炸性,常被用作炸药,例如 TNT、苦味酸。

第3页:芳香族硝基化合物的性质

一、芳香族硝基化合物的物理性质

  • 大部分芳香族硝基化合物是淡黄色固体
  • 有苦杏仁味
  • 有一定的毒性,能使血红蛋白变性而引起中毒

二、芳香族硝基化合物的化学性质——1、还原反应

第4页:芳环的亲电取代反应

2、芳环的亲电取代反应:硝基使芳环电子云密度降低而钝化,芳香族硝基化合物的亲电取代反应比苯困难。

注:本页源文件以反应式为主,具体取代产物与条件以原课件图片为准。

第5页:胺的分类与命名

10.2 胺(amine)——一、分类、命名

按烃基的数目
伯胺 RNH2、仲胺 R2NH、叔胺 R3N、季铵 R4N+
按烃基的不同
脂肪胺、芳香胺
按氨基的数目
一元胺、二元胺等

示例:乙胺、乙丙胺、二乙丙胺、氯化三乙基丙基铵;氨 NH3 与铵 NH4Cl 为对照。

第6页:胺的命名示例

命名示例

  • 3-甲氨基己烷、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺(尸胺)
  • 苯胺、β-萘胺、N,N-二甲基苯胺
  • 1,4-苯二胺、二苯胺、N,N′-二苯基对苯二胺
  • 4,4′-二硝基二苯胺、N,N′-二甲基对甲苯胺
  • 甲乙氨基(取代基命名)

第7页:胺的结构

二、胺的结构:N 原子的价电子结构为 2s22p3。成键时轨道 sp3 杂化,形成 4 个 sp3 杂化轨道,其中 3 个轨道和 H 或 R 形成 3 个 σ 键,未共用电子对占据第 4 个轨道,呈棱锥形结构,单键键角约为 109°。

胺重要的化学性质是:碱性和亲核性。

第8页:胺的碱性

三、化学性质——1、碱性

  • 碱性电离常数 Kb 越大或 pKb 越小,胺的碱性越强
  • 综合电子效应、空间效应的影响,各类胺的碱性顺序不同
  • 取代基对碱性的影响:供电子基使碱性增强,吸电子基使碱性减弱

用途:可将不溶于水的胺与不溶于水的其他有机物分离(成盐后分液再游离)。

第9页:胺的烷基化

2、烷基化:胺与卤代烷作用可发生烷基化,但反应往往继续进行生成仲胺、叔胺与季铵盐的混合物,因此不是制备伯胺的好方法。

注:本页源文件以反应式为主,具体产物分布以原课件图片为准。

第10页:酰基化与Hinsberg反应

3、酰基化(保护氨基)、4、磺酰化反应

Hinsberg 反应鉴别伯、仲、叔胺的现象
胺的类型加入苯磺酰氯 NaOH 溶液后的现象
伯胺形成均匀的溶液
仲胺有沉淀生成
叔胺分层(不反应)

该反应可用于鉴别、分离提纯伯、仲、叔胺。

第11页:与亚硝酸反应与重氮化

5、与亚硝酸反应

伯胺
芳香族伯胺低温下与 HNO2 作用生成重氮盐,称为重氮化反应;芳香族重氮盐比脂肪族重氮盐稳定,在合成上有许多用途
脂肪族伯胺
反应定量放出 N2,可用于脂肪族伯胺的定性与定量分析

第12页:胺与亚硝酸反应的现象

各类胺与亚硝酸反应的现象明显不同,可用于鉴别伯、仲、叔胺。

仲胺与叔胺与亚硝酸反应的产物及现象
胺的类型主要产物现象
仲胺N-亚硝基-N-甲苯胺黄色油状或固体
叔胺对亚硝基-N,N-二甲苯胺绿色

第13页:胺的氧化

6、胺的氧化:脂肪族、芳香族胺均容易被氧化。

实验室和工业上生产对苯醌的主要方法即为苯胺的氧化。

第14页:芳环上的亲电取代反应

7、芳环上的亲电取代反应

  • ①卤代:苯胺与溴水反应生成白色沉淀
  • ②硝化:氨基使芳环活化

注:源文件提出「如何得到一取代物」,其解决思路(如先酰基化保护)在原课件图片中给出。

第15页:含氮化合物过渡页

本页源文件仅提取到章节名页眉「10 含氮有机化合物」,无正文文字,内容以原课件图片呈现。

注:本页正文字符少于 60 字,建议对照原课件图片补充本页要点。

第16页:氨基的酰基化保护

酰基化:将氨基酰基化可降低其活化能力并保护氨基,从而控制芳环上的取代反应,反应完成后再水解恢复氨基。

注:本页正文字符较少,源文件以反应式为主,具体试剂与步骤以原课件图片为准。

第17页:含氮化合物过渡页(续)

本页源文件仅提取到章节名页眉「10 含氮有机化合物」,无正文文字,内容以原课件图片呈现。

注:本页正文字符少于 60 字,建议对照原课件图片补充本页要点。

第18页:磺化反应与内盐

③磺化:工业上生产对氨基苯磺酸的方法。

在对氨基苯磺酸分子内,同时含有碱性氨基和酸性磺酸基,分子内能生成盐,叫内盐。

第19页:季铵盐

四、季铵盐和季铵碱:叔胺与卤代烷作用生成铵盐,称为季铵盐。

  • 季铵盐的结构和性质与胺有很大差别
  • 季铵盐是白色晶体,具有盐的性质,溶于水、不溶于有机溶剂
  • 熔点高,加热到熔点时即分解,生成叔胺和卤代烷

第20页:季铵碱的制备与分解

  • 用湿的 Ag2O 代替 KOH,由于生成 AgX 沉淀,可得到季铵碱
  • 季铵碱是强碱,其碱性强度与 NaOH 相当
  • 季铵盐与强碱作用得不到游离的胺,而是得到含有季铵碱的平衡混合物
  • 季铵碱受热(100~150 ℃)发生分解;不含 β-H 的季铵碱分解时发生 SN2 反应

第21页:Hofmann规则

有 β-H 的季铵碱分解时发生 E2 反应,生成烯烃和叔胺。

季铵碱热分解产物的分布示例
消除方向产物比例依据
从含 H 较多的 β-C 上消去 H(Hofmann 规则)95%主要生成双键碳上烷基取代较少的烯烃
其他方向5%—

第22页:重氮化合物与偶氮化合物

10.3 重氮和偶氮化合物

重氮化合物
如氯化重氮苯(重氮基一端连烃基,另一端连 Cl、H、N 等)
偶氮化合物
如偶氮苯、对甲氨基偶氮苯、苯重氮氨基苯、苯重氮氨基对甲苯

第23页:重氮盐的反应分类

一、重氮盐的反应及在合成中的应用:重氮盐的化学性质很活泼,能发生许多反应,一般可分为两类。

  • 1、失去氮的反应
  • 2、保留氮的反应

第24页:失去氮的反应

1、失去氮的反应:重氮盐放出氮气并引入羟基、卤素、氰基等基团。

注:本页源文件仅提取到章节名页眉,正文字符少于 60 字,具体反应式与产物以原课件图片为准。

第25页:重氮盐合成练习

本页为重氮盐在合成中应用的练习,源文件仅提取到序号标记。

注:本页正文字符少于 60 字,具体合成路线以原课件图片为准。

第26页:重氮盐的还原反应

2、保留氮的反应——(1)还原反应:重氮盐与 SnCl2+HCl、NaHSO3 等还原剂作用,被还原成苯肼。

第27页:偶合反应

(2)偶合反应:重氮盐与连有强供电子基的芳香族化合物(如酚、芳胺)发生亲电取代反应,生成偶氮化合物,称为偶合反应。

  • 反应发生在 —OH、—NH2 的对位
  • 对位被占据时,发生在其邻位
  • 偶合反应的重要用途是合成偶氮染料

第28页:偶氮化合物与偶氮染料

二、偶氮化合物

  • R、R′ 为脂肪族烃基的偶氮化合物,光照或加热时易分解,放出 N2 并产生自由基,可作自由基引发剂
  • 芳香族偶氮化合物都有颜色,许多衍生物是重要的合成染料,称为偶氮染料
  • 某些偶氮染料可作生物切片的染色剂和酸碱指示剂,例如甲基橙
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