中南大学有机化学—第十章 有机含氮化合物.ppt
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1、中南大学有机化学第十章 有机含氮化合物 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一一、芳香族硝基化合物、芳香族硝基化合物1、芳香族硝基化合物的定义、芳香族硝基化合物的定义2、芳香族硝基化合物的化学性质、芳香族硝基化合物的化学性质(1)还原反应还原反应还原剂还原剂:Fe+稀稀HCl;Zn+稀稀HCl;SnCl2+稀稀HCl.当芳环上同时连有可被还原的羰基时,用当芳环上同时连有可被还原的羰基时,用SnCl2+浓浓HCl为还原剂时,只还原硝基为氨基。为还原剂时,只
2、还原硝基为氨基。对于多硝基化合物,可选择适当的催化剂,如硫对于多硝基化合物,可选择适当的催化剂,如硫化钠、硫化铵、硫氢化钠、硫氢化铵等,将其中化钠、硫化铵、硫氢化钠、硫氢化铵等,将其中的一个硝基还原为氨基,其它硝基保留。的一个硝基还原为氨基,其它硝基保留。(2)芳环上的亲电取代反应芳环上的亲电取代反应(3)硝基对其邻、对位取代基的影响)硝基对其邻、对位取代基的影响硝基是强吸电基,连在芳环上时,不仅是致钝的间位硝基是强吸电基,连在芳环上时,不仅是致钝的间位定位基,而且通过吸电的诱导和共轭效应对其邻、对定位基,而且通过吸电的诱导和共轭效应对其邻、对位存在的取代基(位存在的取代基(X、OH、COOH
3、、NH2等)等)也会产生显著的影响。也会产生显著的影响。a、使芳环上的酚羟基、羧基更易电离,即酸性增强。使芳环上的酚羟基、羧基更易电离,即酸性增强。b、芳环上的硝基,使芳胺中氮原子上的电子云密芳环上的硝基,使芳胺中氮原子上的电子云密度降低,从而使芳胺的碱性明显减弱。度降低,从而使芳胺的碱性明显减弱。c、使邻、对位的卤原子容易被亲核试剂取代。使邻、对位的卤原子容易被亲核试剂取代。二、胺二、胺(amine)1、胺的分类和命名、胺的分类和命名胺或氨分子中的胺或氨分子中的胺或氨分子中的胺或氨分子中的HH原子被烃基取代后的衍生物称为胺。原子被烃基取代后的衍生物称为胺。原子被烃基取代后的衍生物称为胺。原子
4、被烃基取代后的衍生物称为胺。1)胺的定义)胺的定义2)胺的分类)胺的分类 NH3 CH3NH2 (CH3)2NH 氨氨 甲胺甲胺 二甲胺二甲胺 (1)根据烃基种类不同分为脂肪胺和芳香胺。)根据烃基种类不同分为脂肪胺和芳香胺。脂肪胺脂肪胺 RNH2 芳香胺芳香胺 ArNH2(2)根据氮原子连接的烃基数目不同分为伯)根据氮原子连接的烃基数目不同分为伯胺胺(1。)、仲胺()、仲胺(2。)和叔胺()和叔胺(3。)。)。RNH2 RNHR1 RR1NR2伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别:伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别:叔丁基胺叔丁基胺叔丁基醇叔丁基醇(伯胺)(伯胺)(叔醇)(叔醇)(4)季铵盐和季铵碱
5、:氢氧化铵或铵盐分子中)季铵盐和季铵碱:氢氧化铵或铵盐分子中四个氢原子完全被烃基取代而生成的化合物分别四个氢原子完全被烃基取代而生成的化合物分别称为季铵盐和季铵碱。称为季铵盐和季铵碱。R4N+X-R4N+OH-氯化四甲铵(季铵盐)氯化四甲铵(季铵盐)氢氧化四甲铵(季铵碱)氢氧化四甲铵(季铵碱)(3)根据分子中氨基()根据分子中氨基(-NH2)的数目分为一元)的数目分为一元胺、二元胺和多元胺。胺、二元胺和多元胺。CH3CH2NH2 H2NCH2CH2NH2 胺的命名胺的命名简单的脂肪胺在烃基后面加上简单的脂肪胺在烃基后面加上“胺胺”字来命名,烃基字来命名,烃基相同时,在前面用相同时,在前面用“二
6、二”或或“三三”表明相同烃基的数表明相同烃基的数目;目;烃基不同时,则按次序规则烃基不同时,则按次序规则“较优较优”基团后列出。基团后列出。乙胺乙胺乙胺乙胺 甲乙胺甲乙胺甲乙胺甲乙胺 二乙胺二乙胺二乙胺二乙胺 乙二胺乙二胺乙二胺乙二胺 甲乙异丙胺甲乙异丙胺甲乙异丙胺甲乙异丙胺 -萘胺萘胺苯胺苯胺苯胺苯胺 环己胺环己胺环己胺环己胺 二苯胺二苯胺二苯胺二苯胺 N N,N-N-二甲基苯胺二甲基苯胺二甲基苯胺二甲基苯胺N N,N N,4-4-三甲基苯胺三甲基苯胺三甲基苯胺三甲基苯胺烷基连在芳胺氮原子上,则在烷基名称前加烷基连在芳胺氮原子上,则在烷基名称前加烷基连在芳胺氮原子上,则在烷基名称前加烷基连在
7、芳胺氮原子上,则在烷基名称前加“N N”字母,以便与苯环取代物加以区别。字母,以便与苯环取代物加以区别。字母,以便与苯环取代物加以区别。字母,以便与苯环取代物加以区别。N N,N N-二甲基苯胺二甲基苯胺二甲基苯胺二甲基苯胺 N N-甲基甲基甲基甲基-N N-乙基苯胺乙基苯胺乙基苯胺乙基苯胺季铵化合物可看作是铵的衍生物来命名。季铵化合物可看作是铵的衍生物来命名。季铵化合物可看作是铵的衍生物来命名。季铵化合物可看作是铵的衍生物来命名。(CH3)4N+Cl-(CH3)3N+(C2H5)OH-氯化四甲基铵氯化四甲基铵 氢氧化三甲基乙基铵氢氧化三甲基乙基铵比较复杂的胺,以烃类作母体,比较复杂的胺,以烃
8、类作母体,氨基作为取代基来命名。氨基作为取代基来命名。2 2-甲基甲基甲基甲基-3 3-氨基戊烷氨基戊烷氨基戊烷氨基戊烷3 3一二乙氨基戊烷一二乙氨基戊烷一二乙氨基戊烷一二乙氨基戊烷3-氨甲基氨甲基-2-二甲氨基己烷二甲氨基己烷2,4-二甲基二甲基-2-氨基氨基-3-甲氨基戊烷甲氨基戊烷 氨甲基与甲氨基的区别氨甲基与甲氨基的区别 必须注意必须注意“氨、胺、铵氨、胺、铵”字的用法字的用法,氨用氨用来表示气态氨(来表示气态氨(NH3)或基,如氨基()或基,如氨基(NH2)亚氨基()亚氨基(NH);胺用来表示);胺用来表示NH3的烃基衍生物;如的烃基衍生物;如CH3NH2 甲胺;甲胺;铵用来表示胺的
9、盐类及季铵盐、季铵碱。铵用来表示胺的盐类及季铵盐、季铵碱。2、胺的结构、胺的结构 氮原子在成键时发生了轨道杂化氮原子在成键时发生了轨道杂化,形成了形成了4个个SP3不等性不等性杂化轨道杂化轨道,其中三个其中三个SP3杂化轨道和杂化轨道和3个其它原子个其它原子(C或或H)形成形成3个个键键,另一个轨道含有一对未共用电子对另一个轨道含有一对未共用电子对,在在棱锥体的顶点棱锥体的顶点,整个构型呈棱锥体。整个构型呈棱锥体。NHHHNH3CCH3CH3NH3CHH氨氨氨氨 甲胺甲胺甲胺甲胺 三甲胺三甲胺三甲胺三甲胺 苯胺氮原子苯胺氮原子sp3杂化,其中一对孤对电子是一种杂化,其中一对孤对电子是一种不等性
10、杂化电子,该对电子所占有的不等性杂化电子,该对电子所占有的sp3杂化轨杂化轨道中道中p轨道成分较多,尽管苯胺分子不是一个轨道成分较多,尽管苯胺分子不是一个平面型分子,但氮原子的孤对电子仍能与苯环平面型分子,但氮原子的孤对电子仍能与苯环的大的大电子互相重叠,形成共轭体系。电子互相重叠,形成共轭体系。苯胺分子中共轭体系苯胺分子中共轭体系3、胺的化学性质、胺的化学性质(1)碱性和成盐反应碱性和成盐反应NH3+H2O NH4+OH-RNH2+H2O RNH3+OH-a、脂肪胺的碱性脂肪胺的碱性 氨氨 甲胺甲胺 二甲胺二甲胺 三甲胺三甲胺 pKa 9.24 10.65 10.73 9.78 乙胺乙胺 二
11、乙胺二乙胺 三乙胺三乙胺 pKa 10.71 11.0 10.75 脂肪胺的碱性比氨强。当烷基相同时,仲胺脂肪胺的碱性比氨强。当烷基相同时,仲胺的碱性最强,伯胺和叔胺次之。的碱性最强,伯胺和叔胺次之。b、芳香胺的碱性、芳香胺的碱性 苯胺的碱性比氨小得多。因为氮上的未共用电子对与苯环有苯胺的碱性比氨小得多。因为氮上的未共用电子对与苯环有共轭作用,使其电子云密度降低,从而使其碱性大大减弱。共轭作用,使其电子云密度降低,从而使其碱性大大减弱。氨氨 苯胺苯胺 N-甲基苯胺甲基苯胺 N,N-二甲基苯胺二甲基苯胺 pKa 9.24 4.60 4.85 5.06 苯胺苯胺 二苯胺二苯胺 三苯胺三苯胺 pKa
12、 4.60 1.0 近中性近中性苯胺环上有取代基时,其碱性可以归纳为:苯胺环上有取代基时,其碱性可以归纳为:取取代代基基在在氨氨基基的的对对位位和和间间位位时时,给给电电子子基基团团使使碱碱性性增增强强,吸吸电电子子基基团团使使碱碱性性减减弱弱;并并且且这这种种影影响响在对位比在间位明显。在对位比在间位明显。取取代代基基在在邻邻位位时时,一一般般与与对对位位影影响响相相似似,但但由由于于其其它它因因素素的的影影响响,绝绝大大多多数数取取代代基基(-OH除除外外),无无论论是给电子还是吸电子的,都使碱性比苯胺的减弱;是给电子还是吸电子的,都使碱性比苯胺的减弱;碱性:碱性:间硝基苯胺间硝基苯胺 对
13、硝基苯胺对硝基苯胺 间甲氧基苯胺间甲氧基苯胺 苯胺苯胺 对甲氧基苯胺对甲氧基苯胺 pKa 4.30 4.60 5.30如何解释间甲氧基苯胺的碱性比苯胺弱,如何解释间甲氧基苯胺的碱性比苯胺弱,而对甲氧基苯胺的碱性比苯胺强呢?而对甲氧基苯胺的碱性比苯胺强呢?影响胺类碱性的主要因素影响胺类碱性的主要因素(A)电子效应:电子效应:脂肪叔胺脂肪叔胺 仲胺仲胺 伯胺伯胺 NH3 芳香胺芳香胺 (B)溶剂化效应:溶剂化效应:胺氮上的氢越多,其铵正离子越稳定胺氮上的氢越多,其铵正离子越稳定。伯胺伯胺 仲胺仲胺 叔胺叔胺 综综上上所所述述,胺胺的的碱碱性性强强弱弱是是这这些些因因素素综综合合影影响响的的结果。各
14、类胺的碱性强弱大致表现为:结果。各类胺的碱性强弱大致表现为:脂肪胺中仲胺的碱性最强,而伯胺和叔胺次之。脂肪胺中仲胺的碱性最强,而伯胺和叔胺次之。季铵碱是强碱,其碱性与氢氧化钠相当。季铵碱是强碱,其碱性与氢氧化钠相当。(C)空间效应的影响空间效应的影响 N原子上连接的基团越多越大,则对原子上连接的基团越多越大,则对N原子上的孤对电子原子上的孤对电子的屏蔽作用越大,与质子的结合就越不易,碱性就越弱。的屏蔽作用越大,与质子的结合就越不易,碱性就越弱。季铵碱季铵碱 脂肪胺脂肪胺 NH3 芳香胺芳香胺 酰胺酰胺 季铵碱与酸作用生成季铵盐季铵碱与酸作用生成季铵盐,而季铵盐遇强碱不而季铵盐遇强碱不会游离出季
15、铵碱会游离出季铵碱,说明季铵碱的碱性非常强。说明季铵碱的碱性非常强。建立新的平衡,而不游离出季铵碱。建立新的平衡,而不游离出季铵碱。R4N+OH-+HCl R4N+Cl-+H2OR4N+Cl-+NaOH R4N+OH-+Na+Cl-芳香胺的碱性芳香胺的碱性(2)烃基化反应烃基化反应(卤代烃的氨基化反应卤代烃的氨基化反应卤代烃的氨基化反应卤代烃的氨基化反应)胺类化合物中氮原子上有一对未共用电子,它可以与卤代胺类化合物中氮原子上有一对未共用电子,它可以与卤代烷发生亲核取代反应。如伯胺与卤代烷反应得仲铵盐。烷发生亲核取代反应。如伯胺与卤代烷反应得仲铵盐。仲胺的氮上仍有未共用电子对,可以继续与卤代烷反
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