C12有机含氮化合物.ppt
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1、第十二章 有机含氮化合物【基本要求基本要求】1 1、掌握硝基化合物的性质,了解硝基化合物的制法。、掌握硝基化合物的性质,了解硝基化合物的制法。2 2、掌掌握握胺胺的的分分类类、结结构构和和重重要要的的化化学学性性质质。掌掌握握季季铵铵盐的性质及霍夫曼规则。了解胺的制法。盐的性质及霍夫曼规则。了解胺的制法。3 3、了了解解重重氮氮化化合合物物和和偶偶氮氮化化合合物物的的结结构构,掌掌握握重重氮氮盐盐的取代反应和偶联反应及其在有机合成上的应用。的取代反应和偶联反应及其在有机合成上的应用。12.1 硝基化合物硝基化合物 分子中含有分子中含有NO2官能团的化合物统称为硝基化合物。官能团的化合物统称为硝
2、基化合物。硝基化合物可看成是烃分子中的一个或几个氢原子被硝基取硝基化合物可看成是烃分子中的一个或几个氢原子被硝基取代的结果。代的结果。一、分类一、分类硝基乙硝基乙烷烷 对对硝基甲苯硝基甲苯二、命名二、命名(与卤代烃相似)(与卤代烃相似)三、结构三、结构 硝基化合物的构造式为:硝基化合物的构造式为:由此看来,硝基中的两个氮氧键的键长应该是不同的,由此看来,硝基中的两个氮氧键的键长应该是不同的,且氮氧双键且氮氧双键(N=O)的键长应短些。的键长应短些。然而,电子衍射法证明:硝基中两个氮氧键的键长是完然而,电子衍射法证明:硝基中两个氮氧键的键长是完全相同的。如:全相同的。如:CH3NO2 分子中的两
3、个分子中的两个 NO 键的键长均为键的键长均为0.122nm。其原因在于:其原因在于:硝基中,氮原子和两个氧原子上的硝基中,氮原子和两个氧原子上的p轨道相互重叠,形成包括轨道相互重叠,形成包括O、N、O三个原子在内的分子轨道:三个原子在内的分子轨道:由于键长的平均化,硝由于键长的平均化,硝基中基中的两个氧原子是等同的。的两个氧原子是等同的。四、脂肪硝基化合物(硝基烷)四、脂肪硝基化合物(硝基烷)1、硝基烷的制法、硝基烷的制法 工业上由烷烃在高温下用浓硝酸、工业上由烷烃在高温下用浓硝酸、N2O4或或NO2直接直接硝化制备。硝化制备。CH4 +HNO3400CH3NO2 +H2O CH3CH2CH
4、3NO2,200CH3CH2CH2NO2 +(CH3)2CHNO2 实验室中可通过卤代烷与亚硝酸盐的取代反应来制实验室中可通过卤代烷与亚硝酸盐的取代反应来制备硝基烷。备硝基烷。CH3(CH2)5CHCH3 +NaNO2ICH3(CH2)5CHCH3 +NaINO22、硝基烷的化学性质、硝基烷的化学性质 -H的活泼性(酸性)的活泼性(酸性)具有具有-H的硝基化合物,可与强碱作用生成可溶于水的盐。的硝基化合物,可与强碱作用生成可溶于水的盐。这是因为具有这是因为具有-H的硝基化合物存在的硝基化合物存在,-超共轭效应,超共轭效应,导致发生互变异构现象的结果:导致发生互变异构现象的结果:显然,显然,不含
5、不含-H的的 3硝基化合物就不能与碱作用。硝基化合物就不能与碱作用。五、芳香族硝基化合物五、芳香族硝基化合物1、芳香族硝基化合物的制法、芳香族硝基化合物的制法芳香族硝基化合物一般采用直接硝化法制备。芳香族硝基化合物一般采用直接硝化法制备。还原还原 硝基化合物可在酸性还原系统中(硝基化合物可在酸性还原系统中(Fe、Zn、Sn和盐和盐酸)或催化氢化为胺。酸)或催化氢化为胺。2、芳香族硝基化合物的性质、芳香族硝基化合物的性质 还原反应还原反应 硝基很容易被还原。脂肪族硝基化合物的还原反就硝基很容易被还原。脂肪族硝基化合物的还原反就比较简单比较简单,在酸性还原系统中或催化氢化可生成伯胺。在酸性还原系统
6、中或催化氢化可生成伯胺。芳香族硝基化合物可还原成伯胺。芳香族硝基化合物可还原成伯胺。若选用适当的还原试剂,可以使硝基苯生成各种不若选用适当的还原试剂,可以使硝基苯生成各种不同的中间还原产物,这些中间产物又在一定的条件下互同的中间还原产物,这些中间产物又在一定的条件下互相转变。相转变。酸性介质酸性介质中性介质中性介质碱性介质碱性介质Fe,Zn,Sn/HClZn/NH4ClFe/HCl葡萄糖,葡萄糖,NaOHFe,NaOHZn,NaOHN=NNHNHN=NOFe,NaOHZn,NaOHH2O2NaOBrFe/HCl 还原产物因反应条件不同而异,还原产物因反应条件不同而异,SnCl2 +HCl 又是
7、又是一个选择性还原剂,当苯环上同时一个选择性还原剂,当苯环上同时连有连有羰基羰基和和硝基硝基时,时,只还原硝基。只还原硝基。多硝基化合物在钠或铵的硫化物、硫氢化物等还原剂多硝基化合物在钠或铵的硫化物、硫氢化物等还原剂作用下,可进行选择性作用下,可进行选择性(或部分或部分)还原。还原。(机理尚未清楚机理尚未清楚)如:如:此外,利用催化氢化、氢化铝锂都可实现芳香族此外,利用催化氢化、氢化铝锂都可实现芳香族硝基化合物还原成芳香胺类。如:硝基化合物还原成芳香胺类。如:CH2=CHCH2NO2CH2=CHCH2NH2LiAlH4 硝基对苯环的影响硝基对苯环的影响 硝基是强吸电子基,当其与苯环直接相连时,
8、不仅使硝基是强吸电子基,当其与苯环直接相连时,不仅使芳环上的亲电取代反应活性芳环上的亲电取代反应活性,以致不能进行,以致不能进行(如:如:F-C反反应应),而且通过,而且通过I、C效应,对其邻、对位的取代基产生效应,对其邻、对位的取代基产生显著的影响。显著的影响。a.对酚、芳酸的酸性及芳胺碱性的影响对酚、芳酸的酸性及芳胺碱性的影响 当硝基的邻、对位有当硝基的邻、对位有OH、COOH存在时,由于存在时,由于I、C效应的影响,将使酚、芳酸的酸性增强。当硝基的邻、对效应的影响,将使酚、芳酸的酸性增强。当硝基的邻、对位有位有NH2存在时,由于存在时,由于I、C效应的影响,将使芳胺的效应的影响,将使芳胺
9、的碱性减弱。但硝基对其间位的基团因只存在碱性减弱。但硝基对其间位的基团因只存在I效应,故影响效应,故影响较小。较小。b.对芳卤的影响对芳卤的影响 但在但在Cl的邻、对位引入的邻、对位引入NO2时,时,Cl的反应活性的反应活性,且易于发生亲核取代反应。,且易于发生亲核取代反应。这是因为这是因为CCl键受键受NO2的的I、C效应效应的影响,使与的影响,使与Cl直接相连的碳原子上电子云密度直接相连的碳原子上电子云密度,而有利于亲核试剂的进攻,使其水解反应得以,而有利于亲核试剂的进攻,使其水解反应得以进行。进行。显然,显然,Cl原子的邻、对位上的原子的邻、对位上的NO2数目数目,其亲核取代反应活性,其
10、亲核取代反应活性。12.2 胺 氨分子中的氢原子被一个或几个烃基取代后的化合物统称为胺。氨分子中的氢原子被一个或几个烃基取代后的化合物统称为胺。一、胺的结构一、胺的结构此外,还有一类相当于此外,还有一类相当于NH4+Cl和和NH4+OH的化合物:的化合物:(CH3)4N+Cl(CH3)4N+OH二、胺的分类二、胺的分类 胺按氮原子连接的烃基数目不同,可分为胺按氮原子连接的烃基数目不同,可分为1、2、3胺。胺。胺按氮原子连接的烃基类型不同,可分为脂肪胺、芳香胺。胺按氮原子连接的烃基类型不同,可分为脂肪胺、芳香胺。三、三、胺的命名胺的命名 构造简单的胺一般用衍生命法命名。此时,把氨看作构造简单的胺
11、一般用衍生命法命名。此时,把氨看作母体,烃基看作取代基。当取代基相同时,可在取代基前母体,烃基看作取代基。当取代基相同时,可在取代基前面用数字表示取代基的数目。面用数字表示取代基的数目。CH3NH2 甲胺甲胺苯胺苯胺(CH3)2NH 二甲胺二甲胺 在命名芳胺时,当氮上同时连有芳基与脂肪烃基时,在命名芳胺时,当氮上同时连有芳基与脂肪烃基时,应在芳胺名称前冠以应在芳胺名称前冠以“N”,以表示脂肪烃基是连在氨基以表示脂肪烃基是连在氨基氮原子上。氨基若连在侧链上的芳胺,一般以脂肪胺为母氮原子上。氨基若连在侧链上的芳胺,一般以脂肪胺为母体,苯为取代基来命名。体,苯为取代基来命名。N-甲基苯胺甲基苯胺CH
12、CH3 3CH2CH2NH22-苯乙胺苯乙胺 四、胺的制备方法四、胺的制备方法 1.氨或胺的烃基化氨或胺的烃基化 亲核试剂:亲核试剂:NH3、RNH2(以以1胺为宜胺为宜)。烃基化试剂:卤代烃、醇、具有活泼卤原子的芳卤。烃基化试剂:卤代烃、醇、具有活泼卤原子的芳卤。2.醛、酮的还原氨化醛、酮的还原氨化醛、酮与氨或伯胺反应后,继而进行催化加氢的结果醛、酮与氨或伯胺反应后,继而进行催化加氢的结果。还原氨化法是制备还原氨化法是制备R2CHNH2或或R2CHNHR类胺的好方类胺的好方法,因为仲卤代烷进行氨法,因为仲卤代烷进行氨(胺胺)解时易发生消除反应。解时易发生消除反应。亚胺亚胺 3.腈和酰胺的还原
13、腈和酰胺的还原 4.酰胺的酰胺的Hofmann降解降解 5.Gabriel合成法合成法 6.硝基化合物还原硝基化合物还原五、胺的物理性质五、胺的物理性质常温下的状态常温下的状态 甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体,其它胺为液体或甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体,其它胺为液体或固体。固体。许多胺类有难闻的气味,如三甲胺有鱼腥味、许多胺类有难闻的气味,如三甲胺有鱼腥味、1,4-丁二胺丁二胺俗称腐肉胺、俗称腐肉胺、1,5-戊二胺俗称尸胺。戊二胺俗称尸胺。叔胺不能形成分子间氢键,其沸点低于相对分子质量相叔胺不能形成分子间氢键,其沸点低于相对分子质量相近的伯胺和仲胺,而与相对分子质量相近的烷烃差不多。近的
14、伯胺和仲胺,而与相对分子质量相近的烷烃差不多。六、六、胺的化学性质胺的化学性质 一、一、碱性碱性1.脂肪胺脂肪胺N上的电子云密度上的电子云密度,接受质子的能力,接受质子的能力,碱性,碱性。与醇相似,伯胺、仲胺可以形成分子间氢键,其沸与醇相似,伯胺、仲胺可以形成分子间氢键,其沸点高于相对分子质量相近的非极性化合物点高于相对分子质量相近的非极性化合物(如烷烃如烷烃),而低,而低于相应的醇或羧酸于相应的醇或羧酸.沸点沸点(b.p)脂肪胺的碱性强度:脂肪胺的碱性强度:在气相或非水溶液中在气相或非水溶液中3胺胺2胺胺1胺胺(电子效应的影响电子效应的影响)在水溶液中在水溶液中2胺胺1胺胺 3胺胺(水的溶剂
15、化作用)(水的溶剂化作用)2.芳胺芳胺综上所述:综上所述:碱性:碱性:脂肪胺脂肪胺 NH3 芳香胺芳香胺取代芳胺的碱性:取代芳胺的碱性:取代基对芳胺碱性的影响,与其对酚的酸性的影响刚好相反。取代基对芳胺碱性的影响,与其对酚的酸性的影响刚好相反。在芳胺分子中,当取代基处于氨基的对位时,在芳胺分子中,当取代基处于氨基的对位时,+I基团使基团使碱性碱性,而,而I基团使碱性基团使碱性。如:。如:当取代基处于邻位時,一般情况下与取代基处于当取代基处于邻位時,一般情况下与取代基处于对位时的影响相似,但因取代基处于邻位時,其影响对位时的影响相似,但因取代基处于邻位時,其影响因素较多,较为复杂,常常会给出意外
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