溫州大學有機化學課件第十七章

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1、1,第十七章 胺,2,胺類廣泛地存在于生物界，具有極其重要的生理作用。,絕大多數(shù)的藥物含有胺的官能團-氨基。,蛋白質(zhì)、核酸、許多激素、抗生素和生物堿都含有氨基，是胺的復雜的衍生物。學習胺的性質(zhì)和合成方法是學習和研究這些復雜天然化合物的基礎(chǔ)。,3,本章講授提要,,第一節(jié)：分類、結(jié)構(gòu)與命名 第二節(jié)：胺的物理性質(zhì)與光譜性質(zhì) 第三節(jié)：胺的制備 第四節(jié)：胺的化學性質(zhì) 第五節(jié)：芳香重氮鹽的制備及其在合成 中的應用 第六節(jié)：重氮甲烷的制備與反應,4,第一節(jié) 胺的分類、命名與結(jié)構(gòu),一、分類,,胺可以看作是氨的烴基衍生物，根據(jù)氨分子中氮上氫原子被烴基取代的數(shù)目分為：,NH3 RNH2 R2NH

2、R3N,氨 伯胺 仲胺 叔胺,NH4Cl NH4OH R4N+X- R4N+OH,氯化銨 氫氧化銨 季銨鹽 季銨堿,5,注意：,叔丁醇（叔醇）,叔丁胺（伯胺）,氨 胺 銨,叔醇：指官能團連接的碳原子是叔碳原子； 伯胺：是指氨的氮原子上的氫只有一個被烴 基取代。,6,二、結(jié)構(gòu),形 狀：棱錐形 氮原子：sp3雜化,形 狀：棱錐形 氮原子：sp3sp2雜化 （更接近sp2雜化）,脂肪胺 芳香胺,7,HNH 105.9 HNC 112.9 ,HNH 113 ,苯胺中氮上的孤對電子與苯環(huán)發(fā)生了p-共軛,8,胺的立體化學：,優(yōu)先次序：R1 R2 R3

3、孤對電子,S R,兩種異構(gòu)體之間通過快速翻轉(zhuǎn)（103105/秒）相互轉(zhuǎn)化，因而不能分離。,S R,9,若限制這種翻轉(zhuǎn)就能夠得到兩種對映體。1944年 Prelog就將 拆分得到其左旋體和右旋體。,在季銨鹽中若氮上連的四個基團不同時，可以拆開成對映異構(gòu)體：,10,三、命名,簡單的胺是以胺為母體，以氮上的烴基為取代基進行命名：,甲胺 二乙胺 苯胺 環(huán)己胺,當?shù)线B接的烴基不同時： 應先小后大，先烷后芳。,N-甲基乙胺 N-甲基-N-乙基丙胺 N-甲基-N-乙基 環(huán)丙

4、胺,11,N, N-二甲基苯胺 N, 3-二甲基-N-乙基苯胺,乙二胺 己二胺,二元胺的命名：,N, N-二甲基對苯二胺,12,對于結(jié)構(gòu)復雜的胺是以相應的烴基作為母體， 氨基作為取代基：,2-氨基-4-甲基戊烷 3-(N-乙氨基)庚烷,胺鹽和季銨化合物的命名：,甲胺鹽酸鹽 乙胺醋酸鹽 （鹽酸甲銨） （醋酸乙銨）,三乙基芐基氯化銨 三甲基十六烷基氫氧化銨 （TEBA）,13,第二節(jié) 胺的物理性質(zhì)與光譜性質(zhì),甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺室溫下為氣體，其它低級胺為液體；高級胺為固體； 低級胺有氨味，三甲胺有魚腥味，腐胺（丙二胺）尸胺（丁二胺）有惡臭味； 芳香胺

5、為高沸點的液體或低熔點的固體； 胺與水能形成分子間的氫鍵； 一級胺和二級胺本身分子間也能形成氫鍵。,一、胺的物理性質(zhì),14,大多數(shù)芳胺具有毒性，苯胺可以導致再生障礙 性貧血，通過吸入，食入或透過皮膚吸收而致中 毒，食入0.25 mL就嚴重中毒。 - 萘胺與聯(lián)苯胺是能夠引起惡性腫瘤的物質(zhì)。,15,二、光譜性質(zhì),IR：胺的NH伸縮振動吸收：,R2NH: 在33003500cm-1處 出現(xiàn)1個峰,R3N:在上述區(qū)域沒有N-H吸收峰,RNH2: 在34003490 cm-1處出現(xiàn)2個峰,NMR：N-H : 0.55 ppm -CH-NH2 : 2.22.8 ppm,16,第三節(jié) 胺的制備

6、,一、氨或胺的烴基化反應,季胺鹽,伯胺,伯胺,伯胺,仲胺,叔胺,鹵代烷的反應活性： RI RBr RCl RF RCH2X R2CHX, R3CX 以消除為主,17,,可利用原料的配比來調(diào)節(jié)反應的產(chǎn)物：,過量 47%,過量,18,通過親核取代反應可用來制備環(huán)狀胺：,n=4-6,19,硝基對苯環(huán)親核取代反應的影響： 在苯環(huán)的親核取代反應中，硝基對鄰、對位的取代 起著活化的作用：,20,二、 蓋伯瑞爾(Gabriel)合成法,利用鄰苯二甲酰亞胺的烷基化反應來制備一級胺，稱為蓋布瑞爾合成法。,伯胺,伯胺,鄰苯二甲酰亞胺,THF 或 （DMF）,21,反應特點： 1、此法是用來

7、制備純的伯胺的一種好方法。 2、適用于伯鹵代烷、仲鹵代烷，對于叔鹵代烷則 以消除反應為主。 3、烴化反應在DMF溶液中進行更容易。當N-取代 酰亞胺水解困難時，可以用水合肼進行肼解。,22,三、 硝基化合物的還原,主要用來制備芳香伯胺,還原方式： 1、酸性還原劑: 酸+金屬 Fe+HCl、 Zn+HCl、Sn+HCl、SnCl2+HCl 2、催化氫化：常用的催化劑有 Ni、Pt、Pd. 3、堿性還原劑：Na2S、 NaHS、 (NH4)2S、NH4HS、 LiAlH4 ( NaBH4 和 B2H6 不能還原硝基）,23,97%,74%,8790%,24,選擇性還原： 二硝基化合物可被硫

8、化鈉，硫氫化鈉，硫化銨等較 溫和的還原劑用計算量的試劑選擇還原，得到只有 一個硝基被還原的產(chǎn)物：,25,若硝基化合物中含有醛或酮羰基，用較溫和的還原劑 則只還原硝基：,26,堿性條件下硝基苯的雙分子還原：,氧化偶氮苯,偶氮苯,氫化偶氮苯,H: Fe、Zn、Sn、Sn/HCl或H2/Ni、Pt、Pd均可,27,定義：氫化偶氮苯在酸催化下發(fā)生重排，生成4,4- 二氨基聯(lián)苯的反應稱為聯(lián)苯胺重排。,聯(lián)苯胺重排：,28,重排是分子內(nèi)的反應：,無交叉產(chǎn)物生成：,29,重排反應歷程：,30,四、 腈、酰胺、肟的還原,1、腈的還原,腈含有不飽和的基團氰基，可通過催化氫化或四氫鋁鋰還原得到伯胺：,己二腈

9、 己二胺,工業(yè)上長鏈伯胺就是從油脂水解等一系列反應來制備,31,2、酰胺的還原,酰胺在醚溶液中用LiAlH4還原可把羰基還原成 亞甲基，用于制備伯、仲、叔胺：,叔胺,仲胺,伯胺,32,3、肟的還原,醛、酮與羥胺作用生成肟，肟可通過LiAlH4、B2H6、催化氫化、Na +C2H5OH還原制備伯胺：,伯胺,伯胺,伯胺,33,五、醛、酮的還原氨化反應,氨 亞 胺 伯胺,伯胺 西佛堿 仲胺 (Schiff),仲胺 醇胺 叔胺,1、 醛、酮的還原胺化,34,伯胺,仲胺,N-丁基六氫吡啶 （叔胺）,35,特殊還原試劑氰

10、基氫硼化鈉： NaBH3CNROH溶液。它的還原能力比硼氫化 鈉弱，用這種還原劑還原，只還原中間產(chǎn)物不 還原醛、酮：,N, N-二甲基環(huán)己胺,N-乙基芐基胺,N-甲基- N-環(huán)己基芐基胺,36,2、路卡特（Leuckart)反應,醛、酮在高溫下與甲酸銨反應生成一級胺。該反應稱為Leuckart反應。,反應歷程：,甲酸銨的作用是提供NH3和還原劑甲酸，甲酸既提供H+，又提供H-。,37,3、埃斯韋勒--克拉克（Eschweiler-Clarke)反應,由伯、仲胺與甲醛和甲酸進行還原甲基化制備叔胺的反應就叫埃斯韋勒--克拉克反應。,反應歷程：,38,六、霍夫曼(Hofmann)降解及類似反應,1、

11、霍夫曼(Hofmann)重排,酰胺與鹵素的氫氧化鈉溶液，放出二氧化碳，生成比 酰胺少一個碳原子的伯胺的反應叫霍夫曼降解。,39,異氰酸酯,異氰酸酯,反應歷程：,氨基甲酸,40,霍夫曼重排的立體化學： 當手性碳原子與?；枷噙B時，Hofmann重排后，手性碳原子的構(gòu)型保持不變。,R R,41,,2、庫提斯（Curtius)重排與施密特(Schmidt)重排,異氰酸酯,三個重排反應的機理是類似的，都是經(jīng)過異氰酸酯這個中間產(chǎn)物。最后得到的產(chǎn)物是比原料少一個碳的一級胺。,42,七、布歇爾（Bucherer) 反應,通過布歇爾反應可在萘的-位上引入多種用其它 方法難以引入的基團。,43,

12、八、曼尼氏（Mannich) 反應 氨甲基化反應,具有-活潑氫的化合物與甲醛、胺（氨）鹽同時縮合，生成-氨甲基或取代氨甲基的反應，稱為曼尼氏(Mannich, C.)反應。,曼尼氏堿鹽,曼尼氏堿,取代氨甲基,44,具有-H的化合物： 醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烴以及含有活潑氫的芳香環(huán)系化合物。如：,所用原料：,胺：多用伯胺、仲胺的鹽酸鹽,45,,反應歷程：,酮式 烯醇式,46,氨甲基化反應實例：,不對稱酮反應時，亞甲基比甲基優(yōu)先反應。,用來制備-氨基酮,在芳環(huán)上引入氨甲基,47,草綠堿,1917年Robinson利用該反應合成了托品酮：,48,制,-不飽和酮、

13、,-不飽和酯以及被氰基取代：,草綠堿,-吲哚乙酸一種植物生長刺激素,49,第四節(jié) 胺的化學性質(zhì),一、胺的堿性,學習胺的化學，要注意N上的孤對電子，胺的許多性質(zhì)都與它有關(guān)。,50,（1）產(chǎn)生堿性的原因： N上的孤對電子 （2）判別堿性的方法： pKb的值；或其共軛酸的 pKa的值；以及形成的銨正離子的穩(wěn)定性。,（3）影響堿性強弱的因素： 電 子 效 應：3o胺 2o胺 1o胺 空 間 效 應：1o胺 2o胺 3o胺 溶劑化效應：NH3 1o胺 2o胺 3o胺,51,一些胺（氨）在水溶液中的pKb值,在水溶液中胺的堿性強弱次序為：,在氯苯中脂肪

14、胺的堿性強弱次序為： 3 2 1,52,溶劑化效應是給電子的，N上的H越多，溶劑化效應就越強（NH3 1o胺 2o胺 3o胺），形成的銨正離子就越穩(wěn)定：,胺在水溶液中堿性的強弱，是其電子效應、空間效應以及溶劑化效應的綜合體現(xiàn)。,,1o胺 3o胺,53,芳胺： 當環(huán)上連有給電子基團時，其堿性增強； 當環(huán)上連有吸電子基團時，其堿性減弱。,54,前者N上的孤對電子可與環(huán)發(fā)生p共軛，因而堿 性弱;后者由于甲基的空間位阻作用，使得N上的孤 對電子不能與苯環(huán)發(fā)生p共軛因而堿性強，,后者的堿性比前者強4萬倍,55,二、徹底甲基化和霍夫曼（Hofmann)消除反應,胺與

15、過量的碘甲烷作用生成季銨鹽的反應叫做徹 底甲基化反應：,季銨鹽與氫氧化銀作用轉(zhuǎn)化成季銨堿，季銨堿加 熱時脫去-H和叔胺生成烯烴的反應就叫霍夫曼 消除反應：,1、基本反應,56,2、消除反應歷程：為E2（雙分子消除）,過渡態(tài),,特例：季銨堿中無-H時則進行SN2反應,57,3、消除反應的取向,霍夫曼規(guī)則：季銨堿加熱消除時，總是優(yōu)先得到雙 鍵碳原子上烴基取代比較少的烯烴。,58,4、對消除反應取向的解釋： E2消除的立體化學是：反式共平面，據(jù)此寫出季銨堿進行消除時的構(gòu)象式：,非優(yōu)勢構(gòu)象 優(yōu)勢構(gòu)象 （消除后得到2-丁烯） （消除后得到1-丁烯）,59,赤（式）

16、順（式）,消除反應所需構(gòu)象,60,消除反應所需構(gòu)象,蘇（式） 反（式）,61,霍夫曼取向的烯烴,查伊采夫取向的烯烴,化合物A、B進行消除反應時的構(gòu)象,62,5、不符合霍夫曼規(guī)則的特殊例子,當-碳原子上連有吸電子基時，-H的酸性 增強，易于被堿奪取發(fā)生消除，生成不符合霍夫曼 規(guī)則的烯烴。,63,6、徹底甲基化和霍夫曼消除反應的用途,、用于合成用一般方法不易合成的烯烴,64, 測定胺類的結(jié)構(gòu),a、用徹底甲基化所消耗的碘甲烷的摩爾數(shù)來判斷 胺的種類。,b、根據(jù)霍夫曼消去的次數(shù)及所產(chǎn)生的烯烯烴和 胺的結(jié)構(gòu)，分析推理原來胺的結(jié)構(gòu)。,65,例1：,66,例2：,67,三、?；c磺酰

17、化反應,1、酰化反應,胺類： 伯胺、仲胺，叔胺分子中氮原子上無氫， 不能進行酰化反應。 ?；瘎? 酰氯、酸酐。,酰化時，常加入NaOH，吡啶，三乙胺，二甲苯胺 等堿類，用以吸收反應放出的HCl，可避免它與胺成鹽消耗原料胺，且可促進反應的進行。,68,用途：(1)、胺的鑒定 酰胺都是具有固定熔點的良好結(jié)晶，通過測定熔點，可以確定酰胺。例：,乙酰苯胺 m. p 114,69,(2)、在合成中用于保護氨基,若不保護氨基，硝化時芳環(huán)將會被氧化破裂。,70,,乙酰苯胺 對乙酰氨基苯磺酰氯,磺胺嘧啶,若不將氨基保護起來，氨基將會優(yōu)先與氯磺酸反應。,71,2、磺?；磻? 興斯堡（Hinsbe

18、rg）反應,定義：伯、仲、叔胺與芳香族磺酰氯（如苯磺酰氯、 對甲苯磺酰氯）的作用稱為興斯堡反應。,該反應用于伯、仲、叔胺的分離與鑒定。,72,反應現(xiàn)象：,73,興斯堡反應的反應式如下：,伯胺,,仲胺,叔胺,74,利用興斯堡反應分離伯、仲、叔胺的混合物：,75,四、與亞硝酸的反應,1、脂肪胺與亞硝酸的反應,伯胺放出氮氣，仲胺生成黃色油狀物或固體，叔胺則成鹽無特殊現(xiàn)象。據(jù)反應現(xiàn)象可用于區(qū)別三種不同的胺。,注意： N-亞硝基胺有強烈的致癌作用。,76,伯胺與亞硝酸反應的歷程：,,碳正離子生成后，可以失去-H轉(zhuǎn)化成烯烴，也與富電子試劑結(jié)合生成醇、鹵代烴等。例如：,77,對于脂肪族伯胺與亞硝酸反應

19、生成的產(chǎn)物我們不感興趣，但根據(jù)在反應中定量放出的氮氣，可以用來鑒別伯胺和測定分子中的氨基氮。,78,2、芳胺與亞硝酸的反應,綠色鱗片狀結(jié)晶,對亞硝基-N, N-二甲基苯胺,N甲基N亞硝基苯胺,棕色油狀物,氯化重氮苯,79,五、叔胺的氧化與Cope消除,胺鹽很穩(wěn)定，但胺容易氧化，特別是芳胺。大多數(shù) 氧化劑將胺氧化成焦油狀物，但過氧化氫及過酸能 將叔胺氧化為氧化叔胺。,80,當氧化叔胺碳上有氫時，加熱到150-200熱分 解，生成烯和N, N-二烴基羥胺的反應叫Cope消除,E型 21% 67% Z型 12%,反應特點： 1、主要得到霍夫曼取向的烯烴,81,2、消除是通過五元環(huán)狀過渡態(tài)所進行

20、的順式消除。,五元環(huán)狀過渡態(tài),82,季銨堿的消除反式進行,氧化叔胺的消除順式進行,83,六、芳胺環(huán)上的反應,氨基是強的給電子基團，它的存在使芳胺苯環(huán)上的 親電取代反應極易進行。,1、鹵代,84,若要得到一溴代產(chǎn)物，須先將氨基乙?；越档桶被幕钚裕?85,2、硝化,,主要產(chǎn)物,主要產(chǎn)物,先進行?；磻獙被Ｗo起來，反應完畢后再脫除保護基：,86,先與濃硫酸作用生成苯胺的硫酸鹽后再進行硝化，則得到間硝基苯胺：,87,4、磺化,苯氨基磺酸,對氨基苯磺酸（以內(nèi)鹽的形式存在）,,88,七、烯胺的制備及在合成中的應用,1、烯胺的制備,仲胺 烯胺,常用的仲胺是一些環(huán)胺：,四氫吡咯

21、 嗎啉 四氫吡啶 （吡咯烷） （哌啶）,89,N(1環(huán)己烯基)四氫吡咯,1954年，G. Stock首次將烯胺用于醛酮的烷基化 和?；?，避免了醛酮在強堿存在下自身的縮合 反應和不希望發(fā)生的多元取代，從而為非活化羰 基化合物的烷基化和?；业搅艘粭l新的途徑。,2、烯胺的反應,90,、與活潑的鹵代烴如：碘甲烷、烯丙型鹵代烴、芐基型鹵代烴作用則可在羰基的-位引入烴基：,91,、與酰氯反應得到1,3-二酮,、與 鹵代酮反應得到1, 4 二羰基化合物,92,、與,-不飽和羰基化合物作用，則 進行共軛 加成，得到1，5-二羰基化合物。,93,2、烯胺在合成中的應用,、制備長鏈

22、脂肪酸：,正辛酸,94, 、制備二元長鏈脂肪酸,,二十二碳二酸,95,合成：,96,第五節(jié)：芳香重氮鹽的制備 及其在合成中的應用,一、 芳香重氮鹽的制備,氯化重氮苯,硫酸重氮苯,1、反應在00-5，以及過量的酸作用下進行； 2、重氮鹽通常不從溶液中分離，而直接使用。,97,二、芳香重氮鹽在合成上的應用,、重氮基被取代的反應,98,在亞銅鹽催化下，重氮基被相應的原子或基團所取代的反應叫桑德邁爾（Sandmeyer）反應。 氟硼酸重氮鹽加熱分解，重氮基被氟原子取代的反應叫席曼（Schiemann）反應。 用金屬銅代替亞銅鹽，使芳香重氮鹽分解制得芳香鹵化物的反應叫加特曼反應。利用加特曼反應還可制備

23、下列化合物：,99,被羥基取代的反應：,被氫原子取代的反應：,100,、芳香重氮鹽在合成上的應用,芳香重氮鹽在有機合成中很有用，被稱為芳香格氏試劑。它主要用于合成用通常的親電取代反應所無法得到的芳香族化合物：,101,102,不符合取代基的定位規(guī)則,分子中有硝基高溫堿熔有可能發(fā)生爆炸,103,正確的合成方法：,104,、芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應,重氮鹽正離子可以作為親電試劑與酚，芳胺等活潑 的芳香化合物進行芳環(huán)上的親電取代，生成偶氮化 合物，這類反應稱為偶聯(lián)反應。,弱的親電試劑,105,與芳香叔胺的偶聯(lián)：,與芳香伯胺或仲胺的偶聯(lián)：,106,與芳香伯胺或仲胺的偶聯(lián)首先發(fā)生在氮上：,酸性條件下發(fā)生重排

24、,最終得到的是與芳環(huán)偶聯(lián)的產(chǎn)物,107,偶合的介質(zhì)是重要的，與酚的偶合在弱堿性介質(zhì) 中進行（pH=810），是為了產(chǎn)生反應活性更大 的酚氧負離子；與芳胺的偶合在弱酸性介質(zhì)中進 行（ pH=46），是為了防止偶合反應發(fā)生在氨 基的氮上。,108,當萘環(huán)上有取代基時偶聯(lián)反應的取向：,109,第六節(jié) 重氮甲烷的制備與反應,一、重氮甲烷的結(jié)構(gòu),重氮甲烷的分子式 與共振式：CH2N2,從極限式可看出：重氮甲烷分子是一個偶極離子，其碳原子，既有親核性又有親電性。,110,二、重氮甲烷的制備,1、 N-甲基-N-亞硝基酰胺的堿性分解,111,2、N-甲基-N-亞硝基對甲苯磺酰胺的堿性分解,若將氮上的甲基換成

25、其它烴基，則可得其它 重氮化合物。,112,三、重氮甲烷的反應,1、與酸性物質(zhì)的反應,反應歷程：,113,2、與酰氯的反應,1 : 1 氯代甲基酮,、等摩爾的重氮甲烷與酰氯的反應,反應歷程：,114,、過量的重氮甲烷與酰氯的反應,反應歷程：,115,、伍爾夫(Wolff)重排與阿恩特-艾司特 (ArndtEistert)反應,-重氮甲基酮在加熱、光照或在Ag2O、 AgNO3NH3催化下，重排生成烯酮的反應叫 伍爾夫(Wolff)重排：,?；ㄙe,烯酮,116,互變異構(gòu),117,以羧酸為原料，經(jīng)過氯化、-重氮甲基酮的 重排、烯酮的水解等步驟制得多一個碳原子的 羧酸的反應叫阿恩特-艾司特（Arndt-Eistert) 反應：,118,3、 與醛、酮的反應,反應歷程：,119,例：,與此類似的是蒂芬歐--捷姆楊諾夫環(huán)擴大的重排 反應：,120,與上述方法殊途同歸，都是由低級環(huán)酮制備成高一級 的環(huán)酮。適用于制C5C9環(huán)酮，最有用的是制C5、C6、 C7的環(huán)酮。,例：,121,4、 用來制備卡賓,反應歷程：,卡賓的反應：用于制備三元環(huán),122,,