有机含氮化合物 (4)课件.ppt
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1、关于有机含氮化合物(4)第1页,此课件共140页哦15.1 芳香族硝基化合物(aromatic nitro-compounds):硝基直接与苯环连接的化合物 CH3CH(CH3)2NO22甲基5异丙基硝基苯OHNO2O2NNO22,4,6三硝基苯酚(苦味酸)NO22硝基萘 第2页,此课件共140页哦硝基的构造:负电荷平均分布在两个O原子上或NOONOONOONOO共振杂化体第3页,此课件共140页哦15.1.1 芳香族硝基化合物的制法直接硝化法:CH3CH(CH3)2+HNO3H2SO410CH3CH(CH3)2NO2(80%)第4页,此课件共140页哦15.1.2 芳香族硝基化合物的物理性质
2、(不讲)15.1.3 芳香族硝基化合物的波谱性质(不讲)第5页,此课件共140页哦15.1.4 芳香族硝基化合物的化学性质(1)还原芳环上硝基还原的过程:NO2NONHOHNH2亚硝基苯 N羟基苯胺第6页,此课件共140页哦反应条件不同,产物不同。NO2Fe,稀稀HCl,100%NH2NO2Fe,NH4ClH2O,6 60 0NHOHN羟基苯胺(苯胲)在中性介质中还原时,反应可停留在N羟基苯胺阶段第7页,此课件共140页哦 在碱性介质中还原时,则硝基苯被还原成两分子缩合的产物:NO2Zn,NaOH CH3OHNN偶氮第8页,此课件共140页哦工业上:催化氢化,催化剂:Cu,Ni,Pt等NO2H
3、2,Cu,300 95%NH2实验室中:醇溶液NHCOCH3NO2H2,Pt醇醇NHCOCH3NH2第9页,此课件共140页哦SnCl2 的选择性还原:SnCl2,浓浓HClCOHNO2COHNH23硝基苯甲醛 3氨基苯甲醛 第10页,此课件共140页哦 Na2S,(NH4)2S,NaHS,NH4HS,SnCl2+HCl可以选择性地将多硝基化合物中的一个硝基还原为氨基:NO2CH3OH,NH2NO2NaHSNO2间二硝基苯 3硝基苯胺(80%)第11页,此课件共140页哦OHC2H5OH,NO2Na2SO2NNO2OHNH2O2NNO22,4,6三硝基苯酚 4,6二硝基2氨基 苯酚第12页,此
4、课件共140页哦(适量)(过量)NHNHNNNHOHNH2NaOHZnNaOHZnNH4Cl(H2O)ZnHClFe(Zn,Sn)NO2总结介质及还原剂不同,产物也不同。氢化偶氮苯第13页,此课件共140页哦 多硝基芳香化合物在Na2S、NaHS、(NH4)2S等还原剂作用下进行部分还原。NH2NH2NH2NO2(NH4)2SFe/HClNO2NO2第14页,此课件共140页哦(2)芳环上的亲电取代反应NO2发发烟烟 H2SO4100NO2SO3H NO2:间位定位基,致钝基团,特点:反应温度均高于苯;新引入基团上硝基的间位。硝基苯不能发生付氏反应(是“三化”而不是“四化”)。第15页,此课件
5、共140页哦SO3H发烟发烟浓H2SO4H2SO4HNO3110950 0 C0 C0140 CBr2 FeNO2NO2NO2NO2NO2Br第16页,此课件共140页哦(3)芳环上的亲核取代反应第17页,此课件共140页哦(3)芳环上的亲核取代反应(不讲)硝基是强吸电子基团,芳环上易发生亲核取代反应:稀稀 NaOH,季季 铵铵 盐盐100NO2NO2ONaNO2OCH3NO2NO2180PhNH2NHPhNO2NO22,4二硝基苯甲醚N苯基2,4二硝基苯胺(80%)第18页,此课件共140页哦(4)硝基对其邻、对位取代基的影响硝基对其邻、对位取代基的影响 Ar-ClAr-OH水解 对卤原子活
6、泼性的影响对卤原子活泼性的影响 以下列水解反应为例以下列水解反应为例:芳环上连有硝基,对邻对位的取代基产生显著的影响,对间位取代基的影响较小。第19页,此课件共140页哦 以上的实验表明,若卤素原子的邻、对位有硝基等强吸电子基时,水解反应容易进行。why?硝基的引入有利于碱或亲核试剂的进攻。第20页,此课件共140页哦b.对酚羟基酸性的影响对酚羟基酸性的影响 Why?NO2的引入,使苯氧负离子的负电荷得到有效的分散。酚羟基的邻和/或对位上有NO2时,酸性大增。第21页,此课件共140页哦15.2 胺(amines)氨分子的H原子部分或全部被烃基取代后的产物。15.2.1 胺的分类和命名NH3R
7、NH2RNHRNRRR氨 伯胺 仲胺 叔胺(1)胺的分类1.按照氮原子连接的烃基数目不同分第22页,此课件共140页哦 2.脂肪胺:R为脂肪族烃基时叔丁胺(tButylamine)(CH3)3CNH2哌啶(六氢吡啶)N HCH2NH2苄胺(benzylamine)(CH3)3N三甲胺第23页,此课件共140页哦芳胺:有一个芳环直接与氮原子相连。NH2NHN(CH3)2萘胺 二苯胺 N,N二甲苯胺第24页,此课件共140页哦一元胺:RNH2H2NCH2CH2NH2多元胺:H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2乙二胺二亚乙基三胺二元胺:3.按分子中氨基数目分第25页,此课件共140页哦季铵盐:R
8、4N X季铵化合物季铵碱:R4N OH4.季铵化合物:四个相同或不同的烃基与氮原子相连的化合物。第26页,此课件共140页哦 简单的胺:烃基 “胺”NH2环己胺(cyclohexylamine)H2N(CH2)6NH2 1,6己二胺(1,6-hexyldiamine)NH2苯胺(aniline)(2)胺的命名:第27页,此课件共140页哦 复杂的脂肪胺:烃作为母体,氨基作为 取代基1苯基3氨基丁烷CH2CH2CHCH3NH2CH3NHCH(CH2)4CH3CH32甲氨基庚烷CH3CH2CH2CHNCH3CH3CH2CH32甲乙氨基戊烷第28页,此课件共140页哦当N原子上连有烃基时:烃基名称前
9、加“N”(CH3)2NCHCH2CH3CH3二甲仲丁胺N,N二甲基仲丁胺NCH3CH3N,N二甲基苯胺(N,NDimethylaniline)第29页,此课件共140页哦季铵化合物的命名:用“铵”代替“胺”C6H5NH3Cl氯化苯铵(C2H5NH3)2SO42-硫酸二乙铵(CH3)3NCH2CH3OH氢氧化三甲乙铵第30页,此课件共140页哦15.2.2 胺的结构 1s22s22px12py12pz1氨或脂肪胺分子:氮原子 sp3 杂化 NH 或 NC 键的形成 孤对电子占有 一个sp3 轨道 氨或胺分子的几何构型为 三角棱锥形,键角为109.5N原子:第31页,此课件共140页哦图15.2
10、叔胺结构的示意图第32页,此课件共140页哦 叔胺分子中三个烷基不同时,分子是手性的。对映异构体的相互转化,不易分离,能垒:25 kJmol-1第33页,此课件共140页哦NRRRNRRR第34页,此课件共140页哦 季铵化合物,含有四个不同烃基时,可拆分。NCH3H5C2C6H5CH2CH CH2XNCH3C6H5CH2CHCH2C2H5X(S)(R)第35页,此课件共140页哦R XR NH3XNaOHRNH2NH3(过过量量)+RNH2RXR2NHOHR3NRXOH(1)氨或胺的烃基化氨或胺与RX反应,亲核取代反应15.2.3 胺的制法第36页,此课件共140页哦酰胺经LiAlH4还原得
11、到胺。NCH3CCH3O+LiAlH4Et2OH2ONCH2CH3CH3(2)腈和酰胺的还原C N+2 H2兰尼 Ni140(71%)CH2CH2CH2NH2腈经催化氢化或LiAlH4还原可得到伯胺。第37页,此课件共140页哦工业上制备高级脂肪伯胺的方法:C15H31COOHNH3C15H31CONH2H2OC15H31CNH2NiC15H31CH2NH2第38页,此课件共140页哦(3)醛和酮的还原胺化CR(R)H O+NH3(或 RNH2)-H2OCR(R)H NH(R)H2,NiCHR(R)HNH2(R)氨或胺与醛和酮缩合成亚胺,亚胺不稳定。在还原剂存在下还原成胺。第39页,此课件共1
12、40页哦CH3CCH2CH3O+NH3H2,Ni160,加加压压CH3CHCH2CH3NH2CH3CCH3O+NH2H2,Pt79%N(CH3)2CHH第40页,此课件共140页哦(4)由酰胺降解制备 酰胺经Hofmann降解反应,得到少1个C原子的伯胺。CONH2NaOH,Br2NH290%第41页,此课件共140页哦(5)Gabriel(盖布瑞尔)合成法邻苯二甲酰亚胺的钾盐 卤代烃N取代亚胺 水解 伯胺第42页,此课件共140页哦CCOOONH3CCOONHKOHCCOON KR BrCCOODMFNaOH,H2OCOCOOO+R NH2N R邻苯二甲酰亚胺N-烷基邻苯二甲酰亚胺第43页,
13、此课件共140页哦(6)硝基化合物的还原 纯的脂肪族硝基化合物不容易用直接硝化法得到,硝基化合物的还原主要用于制备芳胺。ArHHNO3ArNO2 HArNH2H2SO4NO2Fe,HClOHNH2第44页,此课件共140页哦Na2S,NaSH,(NH4)2S选择性还原 NH2NO2NO2H2S,NH350NH2NO2NH2第45页,此课件共140页哦15.2.4 胺的物理性质(不讲)15.2.5 胺的波谱性质(不讲)第46页,此课件共140页哦N15.2.6 胺的化学性质 象氨一样,伯、仲、叔胺的氮原子上都具有未共用电子对,因此胺与氨在化学性质上很相似。第47页,此课件共140页哦氨基对芳环的
14、致活作用 碱性(basicity):N+H X亲核性(nucleophilicity):N+CO第48页,此课件共140页哦(1)碱性 RNH2+H+RN+H3RN+H3+H2O RNH2+OH-RNH2确有碱性所有的胺呈弱碱性H2O RNH2 共轭酸的pKa 4.582.471.00 第58页,此课件共140页哦练习:比较下列化合物的碱性强弱:CH3ONH2ClO2NNO2NH2NH2NH2NH2O2N第59页,此课件共140页哦解:CH3ONH2NH2NH2ClNH2O2NNH2NO2O2N第60页,此课件共140页哦+HClNH3ClNH2CH3(CH2)9NH2+HClCH3(CH2)
15、9NH3Cl 与强碱溶液作用,可使胺重新游离出来,利用这个性质可以区别、分离溶于水的胺和不溶于水的有机物。铵盐通常为无色固体,溶于水,不溶于有机溶剂。脂肪胺 碱性 与无机酸作用生成铵盐。第61页,此课件共140页哦(2)烃基化 亲核试剂胺与RX、ROH、ArOH等烃基化试剂发生亲核取代反应,在胺的氮原子上引入烃基。NH2OHZnCl2,260 NH+H2OCH2NH2+3 CH3IMeOHCH2N(CH3)3 I第62页,此课件共140页哦胺类:伯胺,仲胺酰化剂:酰氯,酸酐叔胺分子中氮原子上无氢,不能生成一般的酰胺。RNH2+RC ClORC NHRO+HClRNH2+RCOO2RNHCROR
16、COHO(3)酰基化 第63页,此课件共140页哦芳胺的酰基化作用:引入永久性酰基。药物合成常用。氨基的保护基降低芳环的致活能力NH2(CH3CO)2ONHCOCH3Br2,NHCOCH3BrH2O,OH-,NH2Br降低芳环的致活能力第64页,此课件共140页哦ClNO2 NaOH,H2O H3O+HONO2H2,NiHONH2(CH3CO)2OHONHCCH3O 解热镇痛药物扑热息痛(paraspen)的合成。水解 硝基化合物的还原 胺的酰基化第65页,此课件共140页哦C2H5NH2(C2H5)2NH(C2H5)3NSO2ClNaOHC2H5NSO2(C2H5)2NSO2(C2H5)3N
17、Na(4)磺酰化 Hinsberg 反应 伯胺、仲胺在碱性溶液中与芳磺酰氯反应,生成磺酰胺。(溶于水)(不溶于水)不反应(溶于酸)第66页,此课件共140页哦 苯磺酰基是较强的吸电子基,伯胺生成的苯磺酰胺氮上的氢原子受它的影响具有一定的酸性,能与氢氧化钠生成溶于碱的盐。仲胺生成的苯磺酰胺氮原子上没有氢原子,不能与碱作用生成盐,不能溶于碱的水溶液。利用这性质可以鉴别和分离伯、仲、叔胺。第67页,此课件共140页哦(5)与亚硝酸(nitrous acid)反应亚硝酸钠+强酸的水溶液NaNO2+HCl1/2 H2SO4HNO2+NaCl1/2 Na2SO4 亚硝酸同所有的胺反应,产物不同,用于胺的鉴
18、定。第68页,此课件共140页哦(a)与伯胺的反应脂肪族伯胺重氮盐 碳正离子CH3CH2CH2NH2NaNO2,HClCH3CH2CH2N NClCH3CH2CH2+N2 +HCl烯烃、醇或卤代烃定量放出氮气,可用于定性和定量分析。第69页,此课件共140页哦芳香族伯胺 芳胺低温下与HNO2作用,生成芳香族重氮盐。NH2+NaNO2+2 HCl0 5 N N Cl+2H2O+NaCl芳香重氮盐在5以下稳定。重氮化反应第70页,此课件共140页哦(b)与仲胺反应 生成难溶于水的黄色油状物或固体:N亚硝基胺。+NaNO2+2 HClNNCH3ONHCH3第71页,此课件共140页哦(c)与叔胺的反
19、应R3N NaNO2,HCl不不反反应应N(CH3)2NaNO2,HClN(CH3)2ON脂肪胺,无氢原子:芳胺,环上的亲电取代:亚硝化反应绿色晶体第72页,此课件共140页哦黄色油状液体N2NaNO2,HCl不反应R3NR2NHRNH2 综上所述:不同的胺与亚硝酸反应,产物不同,现象不同,因此利用亚硝化反应在化学上可鉴别三种胺。脂肪族胺:第73页,此课件共140页哦黄色油状液体ArNH2NaNO2,HClRNHR2N透明液体绿色晶体低温N2芳香族胺:第74页,此课件共140页哦(6)胺的氧化胺的氧化 脂肪胺及芳香胺都容易被氧化。其中最有意义的是用H2O2或RCO3H氧化叔胺,可得到氧化叔胺:
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