有机含氮和含磷化合物.ppt
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1、第十章第十章 有机含氮和含磷化合物有机含氮和含磷化合物第一节第一节胺胺第二节第二节重氮与偶氮化合物重氮与偶氮化合物第三节第三节脲脲第四节第四节氨基甲酸酯类化合物氨基甲酸酯类化合物第五节第五节含磷有机化合物含磷有机化合物氮分子中的氢原子部分或全部被烃基取代后氮分子中的氢原子部分或全部被烃基取代后的化合物,统称为的化合物,统称为胺胺。许多源于植物的碱性含氮化合物许多源于植物的碱性含氮化合物(又称生物碱又称生物碱)具有很强的生理活性,常被用作药物。具有很强的生理活性,常被用作药物。l-麻黄碱麻黄碱(1R,2S)第一节第一节胺胺一、胺的分类和命名一、胺的分类和命名按照氮原子连接的烃基数目不同,可把胺分
2、为按照氮原子连接的烃基数目不同,可把胺分为伯伯(1)、仲、仲(2)、叔、叔(3)胺胺。按分子中氨基的数目,胺分为按分子中氨基的数目,胺分为一元胺一元胺、二元胺二元胺和和三元胺三元胺。NH3RNH3氨氨伯胺伯胺(1胺胺)仲胺仲胺(2胺胺)叔胺叔胺(3胺胺)l当当R、R和和R都是脂肪族烃基时,为都是脂肪族烃基时,为脂肪胺脂肪胺。l当其中一个是芳基时,为当其中一个是芳基时,为芳香族胺芳香族胺。(CH3)3N叔丁基胺叔丁基胺(伯胺伯胺)六氢吡啶六氢吡啶(仲胺仲胺)脂肪胺:脂肪胺:三甲胺三甲胺(叔胺叔胺)-萘胺萘胺(伯胺伯胺)二苯胺二苯胺(仲胺仲胺)N,N-二甲苯胺二甲苯胺(叔胺叔胺)芳芳胺胺:1.1.
3、简单的脂肪胺是用烃基名称后面加上简单的脂肪胺是用烃基名称后面加上简单的脂肪胺是用烃基名称后面加上简单的脂肪胺是用烃基名称后面加上“胺胺胺胺”来来来来 命名。命名。命名。命名。命名:命名:H2N(CH2)6NH2环己胺环己胺二甲二甲(基基)仲丁仲丁(基基)胺胺1,6-己二胺己二胺苄胺苄胺2.2.比较复杂的脂肪族胺是以烃作母体,氨基作为取代比较复杂的脂肪族胺是以烃作母体,氨基作为取代比较复杂的脂肪族胺是以烃作母体,氨基作为取代比较复杂的脂肪族胺是以烃作母体,氨基作为取代基来命名。基来命名。基来命名。基来命名。1-苯基苯基-3-氨基丁氨基丁烷烷2-甲氨基庚烷甲氨基庚烷3.当氮原子同时连有芳基和脂肪基
4、时,命名时必当氮原子同时连有芳基和脂肪基时,命名时必须在芳胺名称前面加字母须在芳胺名称前面加字母“N”。N-甲基甲基-N-乙基苯胺乙基苯胺对亚硝基对亚硝基-N,N-二甲苯胺二甲苯胺N,N-二苯基二苯基对苯二胺对苯二胺4,4-二硝基二苯胺二硝基二苯胺4.四个相同或不同的烃基与氮原子相连的化合物称四个相同或不同的烃基与氮原子相连的化合物称为为季铵季铵化化合物合物,其中,其中R4N+X-称为称为季铵盐季铵盐,R4N+OH-称为称为季铵碱季铵碱。命名胺与酸生成的盐或季胺类化合物时,用命名胺与酸生成的盐或季胺类化合物时,用“铵铵”代替代替“胺胺”,并在前面加负离子的名称。,并在前面加负离子的名称。C6H
5、5N+H3Cl-氯化苯铵氯化苯铵(C2H5N+H3)2SO42-硫酸二乙铵硫酸二乙铵(CH3)3N+CH2C6H5Br-溴化三甲苄铵溴化三甲苄铵(CH3)3N+CH2CH3OH-氢氧化三甲乙铵氢氧化三甲乙铵二、胺的结构二、胺的结构氨、甲胺、苯胺的结构如下图:氨、甲胺、苯胺的结构如下图:由于胺是棱锥形结构,当氮原子上有三个不同的由于胺是棱锥形结构,当氮原子上有三个不同的基团时,它是手性分子。基团时,它是手性分子。简单的手性胺很容易发生对映体的相互转变,不易简单的手性胺很容易发生对映体的相互转变,不易分离得到其中的某个对映体。分离得到其中的某个对映体。手性季正离子,可以被拆开成对映体。手性季正离子
6、,可以被拆开成对映体。三、胺的物理性质三、胺的物理性质u胺与醇相似,也是极性化合物。除叔胺外,胺与醇相似,也是极性化合物。除叔胺外,伯胺和仲胺均易生成分子间的氢键。伯胺和仲胺均易生成分子间的氢键。u伯、仲和叔胺都能与水分子通过氢键发生缔伯、仲和叔胺都能与水分子通过氢键发生缔合,因此低级胺易溶于水。合,因此低级胺易溶于水。芳香胺有一定毒性。芳香胺有一定毒性。胺和氨相似,具有碱性,能与大多数酸作用成盐。胺和氨相似,具有碱性,能与大多数酸作用成盐。胺的碱性较弱,其盐与氢氧化钠溶液作用时,释放胺的碱性较弱,其盐与氢氧化钠溶液作用时,释放出游离胺。出游离胺。四、胺的化学性质四、胺的化学性质1.碱性碱性胺
7、的碱性强弱,可用胺的碱性强弱,可用Kb或或pKb表示:表示:胺的碱性比水强,比胺的碱性比水强,比OH-弱,可用此反应分离胺和弱,可用此反应分离胺和非碱性物质非碱性物质uu碱性大小与碱性大小与碱性大小与碱性大小与N N上电子密度相关。上电子密度相关。上电子密度相关。上电子密度相关。电子密度电子密度,Kb;反之,反之,电电子密度子密度,Kb故:故:N上上连连有斥有斥电电子基子基团团,Kb;吸吸电子基团,电子基团,Kb碱性:脂肪胺碱性:脂肪胺氨氨芳香胺芳香胺pKb8.40 uu与与与与N N上所连烃基数目有关。数目越多,空间位阻越上所连烃基数目有关。数目越多,空间位阻越上所连烃基数目有关。数目越多,
8、空间位阻越上所连烃基数目有关。数目越多,空间位阻越大,不利于大,不利于大,不利于大,不利于N N接受质子。接受质子。接受质子。接受质子。uu与水的溶剂化效应有关与水的溶剂化效应有关与水的溶剂化效应有关与水的溶剂化效应有关水与胺的共轭酸形成氢键水与胺的共轭酸形成氢键N上所连上所连H越多,溶剂化效越多,溶剂化效应越强,共轭酸越稳定,应越强,共轭酸越稳定,碱性越强。碱性越强。胺胺的的碱碱性性强强弱弱是是电电子子效效应应、空空间间效效应应、溶溶剂剂化化效应共同影响的结果。效应共同影响的结果。一般来说,碱性有如下顺序:一般来说,碱性有如下顺序:脂脂脂脂环环环环仲仲仲仲胺胺胺胺 脂脂脂脂肪肪肪肪仲仲仲仲胺
9、胺胺胺 脂脂脂脂肪肪肪肪伯伯伯伯、叔叔叔叔胺胺胺胺 芳芳芳芳伯胺伯胺伯胺伯胺芳仲胺芳仲胺芳仲胺芳仲胺芳叔胺芳叔胺芳叔胺芳叔胺四氢吡咯四氢吡咯2.烷基化烷基化胺和氨一样,氮原子上具有未共用电子对,可胺和氨一样,氮原子上具有未共用电子对,可以与卤代烃发生亲核取代反应,生成高一级的以与卤代烃发生亲核取代反应,生成高一级的胺,最终生成季铵盐。胺,最终生成季铵盐。RNH2RXR2NHRXR3NRXR4N+XArNH2RXArNHRRXArNR2RXArN+R3X控制反应条件,原料的物料比,可得到一种主要产物。控制反应条件,原料的物料比,可得到一种主要产物。3.酰基化酰基化脂肪族或芳香族伯胺和仲胺与酰氯、
10、酸酐或羧酸等脂肪族或芳香族伯胺和仲胺与酰氯、酸酐或羧酸等酰基化试剂反应,生成酰基化试剂反应,生成N-取代或取代或N,N-二取代酰胺。二取代酰胺。但羧酸的酰化能力较弱。但羧酸的酰化能力较弱。绝大多数酰胺具有一定熔点,可用来鉴定胺。绝大多数酰胺具有一定熔点,可用来鉴定胺。酰胺在酰胺在H+、OH-催化下水解可得到原来的胺,催化下水解可得到原来的胺,因此可用酰基化反应保护氨基。因此可用酰基化反应保护氨基。C6H5Br水解水解?扑热息痛扑热息痛(Paracetamol)4.磺酰化磺酰化该反应也称为该反应也称为Hinsberg反应,可以用来分离和鉴别伯、反应,可以用来分离和鉴别伯、仲、叔胺。仲、叔胺。常用
11、的磺酰化试剂是常用的磺酰化试剂是苯磺酰氯苯磺酰氯和和对甲基苯磺酰氯对甲基苯磺酰氯5.与亚硝酸的反应与亚硝酸的反应样品样品与亚硝酸反应的现象与亚硝酸反应的现象用途用途脂肪族伯胺脂肪族伯胺生成不稳定的重氮盐,生成不稳定的重氮盐,定量地放出氮气定量地放出氮气脂肪族伯胺的定量脂肪族伯胺的定量或定性分析或定性分析芳香族伯胺芳香族伯胺生成稳定的重氮盐生成稳定的重氮盐合成合成脂肪族、芳香族脂肪族、芳香族仲胺仲胺黄色的油状或固状的黄色的油状或固状的N-亚硝基胺亚硝基胺定性分析定性分析脂肪族叔胺脂肪族叔胺不反应不反应定性分析定性分析芳香族叔胺芳香族叔胺亚硝化反应亚硝化反应合成或定性分析合成或定性分析亚硝酸(亚硝
12、酸(HNO2)不稳定,)不稳定,反应时由亚硝酸钠与反应时由亚硝酸钠与盐酸或硫酸作用而得。盐酸或硫酸作用而得。由于产物复杂,该由于产物复杂,该反应在合成上的意义不大。但反应在合成上的意义不大。但定量放出氮气用于定量放出氮气用于-NH2定量分析。定量分析。脂肪族伯胺与亚硝酸的反应:脂肪族伯胺与亚硝酸的反应:芳香族低温下与亚硝酸作用生成相应的重氮盐,芳香族低温下与亚硝酸作用生成相应的重氮盐,合成上具有重要的意义。合成上具有重要的意义。脂肪族或芳香族的伯胺与亚硝酸作用,生成难溶于脂肪族或芳香族的伯胺与亚硝酸作用,生成难溶于水的黄色油状或固状水的黄色油状或固状N-亚硝基胺。亚硝基胺。N-N-亚硝基亚硝基
13、亚硝基亚硝基-N-N-甲苯胺甲苯胺甲苯胺甲苯胺(黄色黄色黄色黄色)叔胺上无氢原子,叔胺上无氢原子,因此脂肪族的叔胺不与亚硝酸发生反应,因此脂肪族的叔胺不与亚硝酸发生反应,芳香族叔胺与亚硝酸发生环上亲电取代反应:芳香族叔胺与亚硝酸发生环上亲电取代反应:对亚硝基对亚硝基-N,N-二甲苯胺二甲苯胺(绿色绿色)五、季铵盐和季铵碱五、季铵盐和季铵碱叔胺与卤化烷或具有活泼卤原子的芳卤化合物作用生叔胺与卤化烷或具有活泼卤原子的芳卤化合物作用生成铵盐,称为季铵盐。成铵盐,称为季铵盐。季铵盐加热分解,生成叔胺与卤化烷。季铵盐加热分解,生成叔胺与卤化烷。季铵盐与强碱作用,可以得到季铵碱。季铵盐与强碱作用,可以得到
14、季铵碱。季铵盐主要用途季铵盐主要用途季铵盐主要用途季铵盐主要用途1表面活性剂、抗静电剂、柔软剂、杀菌剂。表面活性剂、抗静电剂、柔软剂、杀菌剂。2动植物激素。动植物激素。如:乙酰胆碱如:乙酰胆碱3有机合成中的相转移催化剂。有机合成中的相转移催化剂。季铵碱的性质季铵碱的性质1)强碱性,其碱性与)强碱性,其碱性与NaOH相近。易潮解,易溶于水。相近。易潮解,易溶于水。2)化学特性反应)化学特性反应加热分解反应加热分解反应消除反应的取向消除反应的取向霍夫曼霍夫曼(Hofmann)规则)规则季铵碱加热分解时,主要生成季铵碱加热分解时,主要生成Hofmann烯(双键上烷基取烯(双键上烷基取代基最少的烯烃)
15、。代基最少的烯烃)。这种反应称为这种反应称为霍夫曼霍夫曼彻底甲基化或彻底甲基化或霍夫曼霍夫曼降解。降解。导致导致Hofmann消除的原因:消除的原因:1)-H的酸性的酸性季季铵铵碱碱的的热热分分解解是是按按E2历历程程进进行行的的,由由于于氮氮原原子子带带正正电电荷荷,它它的的诱诱导导效效应应影影响响到到-碳碳原原子子,使使-氢氢原原子子的的酸酸性性增增加加,容容易易受受到到碱碱性性试试剂剂的的进进攻攻。如如果果-碳碳原原子子上上连连有有供供电电子子基基团团,则则可可降降低低-氢氢原原子子的的酸酸性性,-氢氢原原子子也也就就不不易易被被碱碱性性试试剂剂进进攻。攻。2)立体因素)立体因素季季铵铵
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- 有机 磷化
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