大学有机化学第14章.ppt
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1、第十四章第十四章 硝基化合物和胺硝基化合物和胺要求深刻要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有要求深刻要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有:硝基化合物的结构和化学性质;硝基化合物的结构和化学性质;胺的结构、制备和化学性质;胺的结构、制备和化学性质;腈的化学性质。腈的化学性质。要求一般理解和掌握的内容有要求一般理解和掌握的内容有:硝基化合物的物理性质;硝基化合物的物理性质;胺的物理性质;胺的物理性质;腈的物理性质;腈的物理性质;难点:难点:硝基对苯环上邻、对位取代基的影响;硝基对苯环上邻、对位取代基的影响;胺的碱性大小比较;胺的碱性大小比较;季铵碱的季铵碱的HofmannHofmann消除反应。消除反应
2、。硝硝基基化化合合物物可可看看成成烃烃分分子子中中的的氢氢原原子子被被硝硝基基取取代代后后的的衍生物。衍生物。(1)一硝基化合物和多硝基化合物一硝基化合物和多硝基化合物(2)伯、仲、叔硝基化合物(伯、仲、叔硝基化合物(1,2,3硝基化合物)硝基化合物)命名命名硝基作为取代基硝基作为取代基:第十五章第十五章 硝基化合物和胺硝基化合物和胺(一)硝基化合物(一)硝基化合物15.1 硝基化合物的分类、结构和命名硝基化合物的分类、结构和命名对应的是几级碳对应的是几级碳(1)电子结构式:)电子结构式:或或 两个氮氧键长均为两个氮氧键长均为0.121nm 硝基化合物的结构硝基化合物的结构:硝基的共振结构式硝
3、基的共振结构式(2)硝基的结构硝基的结构(1)烷烃和硝酸烷烃和硝酸硝化反应(得混合物作溶剂)硝化反应(得混合物作溶剂)主主要要产产物物为为一一硝硝基基化化合合物物;同同时时发发生生碳碳键键的的断断裂裂而而生生成成低低级级硝基化合物。硝基化合物。(2)芳香族硝基化合物的制备芳香族硝基化合物的制备淡黄色液体淡黄色液体15.2 硝基化合物的制备硝基化合物的制备 脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体,难溶难溶于水于水,而易溶于醇和醚而易溶于醇和醚;大部分芳香族硝基化合物都是大部分芳香族硝基化合物都是淡黄色淡黄色固体固体,有些一有些一硝基化合物是液体硝基化合物是液
4、体,它们具有它们具有苦杏仁味苦杏仁味;有有毒性毒性.多硝基化合物在受热时一般易分解而发生多硝基化合物在受热时一般易分解而发生爆炸爆炸.15.3 硝基化合物的物理性质硝基化合物的物理性质 脂肪族硝基化合物中脂肪族硝基化合物中,含有含有-H的伯或仲硝基化合的伯或仲硝基化合物能逐渐溶解于氢氧化钠物能逐渐溶解于氢氧化钠(生成稳定的负离子生成稳定的负离子):共振结构式共振结构式:硝基化合物存在硝基化合物存在硝基式硝基式和和酸式酸式互变异构互变异构:主要主要15.4 硝基化合物的化学性质硝基化合物的化学性质15.4.1 与碱作用与碱作用具有具有-H的伯或仲硝基化合物存在互变异构现象的伯或仲硝基化合物存在互
5、变异构现象,所所以呈酸性以呈酸性:叔硝基叔硝基化合物没有这种氢原子化合物没有这种氢原子,因此不能异构成因此不能异构成酸式酸式,也就不能与碱作用也就不能与碱作用.例例1例例215.4.2 硝基的还原硝基的还原(1)硝基化合物与还原剂硝基化合物与还原剂(如铁如铁,锡和盐酸锡和盐酸)作用作用,可以得到可以得到 胺类化合物胺类化合物:注注意意:此此反反应应不不可可逆逆,氧氧化化会会带带来来苯苯环的破裂!环的破裂!注意:注意:2个基团的变化个基团的变化 该该反反应应是是在在中中性性条条件件下下进进行行,对对于于那那些些带带有有酸酸性性和碱性条件下易水解基团的化合物可用此法还原和碱性条件下易水解基团的化合
6、物可用此法还原.(2)催化加氢催化加氢-工业上由硝基化合物制取胺工业上由硝基化合物制取胺补充补充 酸性酸性条件下中间体的生成条件下中间体的生成:在在中性中性条件下还原条件下还原,很容易停留在很容易停留在 N-羟基苯胺羟基苯胺(3)在不同介质中还原得到不同的还原产物在不同介质中还原得到不同的还原产物 在在不同碱性不同碱性条件下条件下,可得到不同的还原产物可得到不同的还原产物:在在不同碱性不同碱性条件下条件下,可得到不同的还原产物可得到不同的还原产物:Na3AsO3Fe+NaOHZn+NaOHFeH2O2Zn+NaOHNaOBr它们可能是由两分子不同的中间产物缩合而成它们可能是由两分子不同的中间产
7、物缩合而成 氧氧化化偶偶氮氮苯苯如如进进一一步步还还原原可可得得偶偶氮氮苯苯或或氢氢化化偶偶氮氮苯苯.这这些些产产物物如如经经强强烈烈还还原原条条件件下下进进一一步步还还原原,最最后后都都可可得得到苯胺到苯胺.芳香族多硝基化合物用芳香族多硝基化合物用碱金属的硫化物碱金属的硫化物或或多硫化物多硫化物,硫硫氢化铵氢化铵、硫化铵硫化铵或或多硫化铵多硫化铵为还原剂,可以为还原剂,可以选择性还原选择性还原其中的一个硝基成为氨基:其中的一个硝基成为氨基:选选择择性性还还原原其其中中的的一一个个硝硝基基成为氨基成为氨基.硝基是硝基是间位定位基间位定位基,它使苯环钝化:,它使苯环钝化:由于硝基的钝化影响,硝基
8、苯不能发生傅由于硝基的钝化影响,硝基苯不能发生傅-克反应。克反应。15.4.3 苯环上的取代反应苯环上的取代反应 硝基对其邻位和对位上的卤素取代基有硝基对其邻位和对位上的卤素取代基有活化作用活化作用。15.4.4 硝基对邻、对位上取代基的影响硝基对邻、对位上取代基的影响(1)对卤原子活泼性的影响对卤原子活泼性的影响 与与苯苯及及衍衍生生物物的的定定位位效效应应(亲亲电电取取代代)不不同同,这里是亲核取代这里是亲核取代,所以硝基起活化作用所以硝基起活化作用.注意注意:硝基氯苯的水解反应历程硝基氯苯的水解反应历程(加成(加成-消除反应):消除反应):第二步第二步:碳负离子硝去一个氯离子恢复苯环的结
9、构:碳负离子硝去一个氯离子恢复苯环的结构:硝硝基基的的存存在在降降低低了了硝硝基基氯氯苯苯在在芳芳香香族族亲亲核核取取代代过过程程中中形形成成中中间间体体的的能量能量。硝硝基基通通过过诱诱导导效效应应和和共共轭轭效效应应,使使苯苯环环上上的的邻邻、对对位位上上的的电电子子云云密度降低。密度降低。第一步第一步:亲核试剂与苯环生成碳负离子:亲核试剂与苯环生成碳负离子(迈森海默迈森海默络合物络合物)稳定稳定 络合物稳定,也就是生成这个这个络合物的活化能也络合物稳定,也就是生成这个这个络合物的活化能也越低,所以反应容易进行。越低,所以反应容易进行。迈森海默迈森海默络合物的共振式:络合物的共振式:苯酚的
10、酸性比碳酸弱苯酚的酸性比碳酸弱;随着苯环上引入硝基,增强了随着苯环上引入硝基,增强了酚的酸性;酚的酸性;2,4,6-三硝基苯酚的酸性几乎与强无机酸三硝基苯酚的酸性几乎与强无机酸相近相近.硝基苯氧负离子的硝基苯氧负离子的共振结构共振结构:(2)对)对酚类酚类酸性的影响酸性的影响氨分子中的氢原子被烃基取代后的衍生物称为胺。氨分子中的氢原子被烃基取代后的衍生物称为胺。分类分类1:第一胺第一胺(1胺胺);第二胺第二胺(2胺胺);第三胺第三胺(3胺胺)注意比较注意比较(二二)胺胺15.5 胺的分类、命名和结构胺的分类、命名和结构指氮上氢被取代指氮上氢被取代分类分类2:脂肪族胺、芳香族胺:脂肪族胺、芳香族
11、胺分类分类3:一元胺、二元胺:一元胺、二元胺.相应于氢氧化相应于氢氧化铵铵和铵盐的四烃基取代物,分别称为和铵盐的四烃基取代物,分别称为季铵碱季铵碱和和季铵盐季铵盐:(1)在在“胺胺”之前加烃基来命名之前加烃基来命名;(2)对仲胺和叔胺对仲胺和叔胺,当烃基相同时当烃基相同时,在前面标出数目在前面标出数目;(3)当烃基不同当烃基不同,按次序规则按次序规则“较优较优”的基团放在的基团放在后面后面:胺的胺的习惯命名法习惯命名法:含有两个氨基的化合物称为含有两个氨基的化合物称为“二胺二胺”:(*)烃为母体烃为母体,氨基为取代基氨基为取代基:复杂的胺以系统命名法命名复杂的胺以系统命名法命名:胺的结构胺的结
12、构:N:sp3杂化杂化三甲胺的结构三甲胺的结构 脂肪烃硝化困难,不用此法;脂肪烃硝化困难,不用此法;伯芳胺伯芳胺一般由芳香族一般由芳香族硝基化合物还原制取:硝基化合物还原制取:苯胺遇漂白粉溶液时变苯胺遇漂白粉溶液时变紫色紫色(鉴别)。(鉴别)。例例1:例例2:15.6 胺的制法胺的制法15.6.1 从硝基化合物还原从硝基化合物还原伯胺伯胺 因为萘硝化得不到因为萘硝化得不到-硝基萘硝基萘。-萘酚可由此法制备萘酚可由此法制备-萘胺萘胺。萘胺是制备染料的中间体。萘胺是制备染料的中间体。例例3:注意注意 -萘胺萘胺的制备的制备 氨的烷基化反应历程(亲核取代反应):氨的烷基化反应历程(亲核取代反应):卤
13、烷与氨作用所得到的是伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐卤烷与氨作用所得到的是伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐混合物混合物,分离困难,在应用上有一定限制。,分离困难,在应用上有一定限制。15.6.2 从氨的烷基化从氨的烷基化(1)卤烃与氨作用卤烃与氨作用:(3)醇和氨反应)醇和氨反应也能生成伯胺、仲胺和叔胺的混也能生成伯胺、仲胺和叔胺的混合物:合物:(2)芳香族卤化物和氨作用)芳香族卤化物和氨作用困难,注意条件困难,注意条件例如例如:甲胺、二甲胺和三甲胺的工业制备:甲胺、二甲胺和三甲胺的工业制备:得到的是得到的是混合物混合物,以二甲胺、三甲胺为主。,以二甲胺、三甲胺为主。己二胺是制造己二胺是制造尼龙尼龙-66的原
14、料的原料.己二胺己二胺能和能和己二酸己二酸发生发生缩聚反应生成聚酰胺缩聚反应生成聚酰胺;等摩尔物质反应后等摩尔物质反应后,再缩聚再缩聚:N2聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺15.6.3 从腈和酰胺还原从腈和酰胺还原(1)腈催化加氢生成伯胺:腈催化加氢生成伯胺:此法特别适用于仲胺和叔胺此法特别适用于仲胺和叔胺芳芳胺胺类类若若N上上有有H,则则不不发发生生傅傅-克克反反应应,但但酰酰基基化化反反应应后后可可发生!发生!(补例补例)芳芳胺胺类类若若N上上无无H,如如:Ph(CH3)2,则则在在温温和和条条件件下下可可以以发发生傅生傅-克反应克反应!(2)酰胺用氢化锂铝还原成胺酰胺用氢化锂铝还原成胺:酰酰
15、基基化化反反应应后后可可发发生生傅傅-克反应克反应!补充例题:补充例题:还原?还原?氨或胺可以与醛酮缩合成不稳定的亚胺氨或胺可以与醛酮缩合成不稳定的亚胺,可加氢还原可加氢还原成相应的伯、仲、叔胺成相应的伯、仲、叔胺:15.6.4 从醛酮的还原胺化从醛酮的还原胺化*是合成纯伯胺的方法是合成纯伯胺的方法例例115.6.5 从霍夫曼酰胺降解反应从霍夫曼酰胺降解反应少一个碳的伯胺少一个碳的伯胺15.6.6 从盖布瑞尔合成法从盖布瑞尔合成法有时用有时用NaOH,Br2例例2:盖布瑞尔法合成盖布瑞尔法合成-氨基酸氨基酸具体历程见:具体历程见:P339-340邻苯二甲酰亚胺的制备邻苯二甲酰亚胺的制备因因只只
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