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第十一章含氮有机化合物湖南中医药大学有机药化教研室OrganicCompoundsContainingNitrogenOrSulfur含氮有机物硝基化合物NitroCompunds酰胺Amides腈Nitriles肟Oximes胺Amines重氮和偶氮化合物DiazoniumSalts&AzocompoundsRNO2NO2RNH2RNHR'RNR'R''RNR'R''R'''XRNR'R''R'''OHArN2XCH2N2NNArArRCNOR'R''CCOONR'RCR'NOHRCN第一节硝基化合物烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生物叫做硝基化合物。（多为人工合成）NitroCompounds①根据烃基的不同：RNO2——脂肪族硝基物；ArNO2——芳香族硝基物②根据与－NO2相连的碳原子的不同：CH3NO2CH3CH2NO2CH3-C-CH3NO2CH3CH3CHCH3NO2硝基甲烷硝基乙烷2-硝基丙烷2-甲基-2-硝基丙烷伯、。1仲2。、叔3。、（））（）（③根据分子中－NO2的个数：一元、二元、……多元硝基化合物。NO2NO2间二硝基苯CH3NO2对硝基甲苯硝基化合物的分类：命名：以烃为母体，硝基为取代基一、物理性质硝基化合物比重都大于1，硝基越多比重越大不溶于水而溶于有机溶剂,并能溶于浓硫酸中；这是由于形成烊盐的缘故多硝基化合物受热易分解爆炸，使用时要特别小心；如2，4，6-三硝基甲苯（TNT）芳香族硝基化合物有毒性二、化学性质RNOORNOO+-RNOO结构特征δ-δ-N：sp2不等性杂化三个σ键两个共价键（C-N，N-O），一个配位键（N-O）一个π键p轨道与共价结合的氧形成离域的大π键配位键氧的一对p电子与π键共轭，两个氮氧键等长，氮带正电，负电荷等分在两个氧原子上。δ+硝基化合物的化学性质因-NO2具有很强的-I和-C效应使α-H活泼性增加，酸性增强芳香硝基化合物中，硝基的π键与苯环共轭，芳环上亲电取代反应：硝基为钝化芳环的间为定位基芳环上亲核取代反应：硝基则是活化芳环的邻对位定位基实例见p202-203（一）还原反应硝基化合物被还原的最终产物是胺。[H]NH2NO2NH2NO2H2/Ni例：苯胺重要的染料、药物中间体或Fe+HCl[H]：LiAlH4H2/NiH2/PtFe+HClSnCl2+HCl还原产物因还原剂种类、介质不同而不同。结论：①还原剂：H2/Ni：产率高，质量纯度高，无“铁泥”污染，中性条件下进行，适于对酸或碱敏感的基团。Fe+HCl：操作简单，实验室较为常用。酸性条件下进行，不适于还原带有对酸或碱敏感的基团的化合物。SnCl2+HCl：特别适用于还原苯环上带有羰基的化合物。②反应介质酸性介质：彻底还原，生成伯胺；中性介质：单分子还原，得羟胺；碱性介质：双分子还原，得到一系列产物。Fe(orSn)+HClNH2NO2Zn+NH4Cl+H2ONHOHN=N+O-As2O3+NaOHN=NNH-NHZn+NaOHZn+NaOHFe(orSn)+HClNH2N-羟基苯胺氧化偶氮苯偶氮苯氢化偶氮苯苯胺苯胺CHONO2CHONH2SnCl2,浓HCl③选择性还原NO2NO2(NH4)2SNH2NO2orNH4HS(NH4)2S2Na2S2、、、Fe+HClNH2NH2OHNO2NO2O2NNa2SC2H5OH,OHNH2NO2O2N（二）硝基化合物的α-氢的活泼性1．互变异构现象（RNO2）+++NaOHH2ORCH2NOORCHNOHORCHNOONa----+H2SO4硝基式假酸式①烯醇式特征：与FeCl3显色与Br2/CCl4加成②含量少③无α-H的RNO2无假酸式应用：先碱后酸分离提纯具α-H的伯、仲RNO2含α-H的硝基化合物可溶于NaOH溶液1、芳环上的亲电取代反应－NO2是钝化定位基，硝基苯不能再发生付-克反应！NO295CNO2NO2发烟HNO3，浓H2SO4。Br2,Fe135-145CNO2BrNO2。发烟H2SO4110C。NO2NO2SO3H特点：①反应温度均高于苯；②新引入基团进入硝基的间位。（三）硝基对芳环上取代或取代基的影响2、硝基对其邻、对位取代基的影响a.对卤苯水解反应的影响若卤素的邻、对位有硝基等强吸电子基时，水解反应容易进行，且活化作用可累积。结论：硝基的引入有利于碱或亲核试剂的进攻。见p203b.对酚羟基酸性的影响酚羟基的o-、p-上有－NO2时，酸性增高。如三硝基苯酚对羧基的酸性有类似的的影响c.增加烷基上α-氢的活性CH3NO2O2NNO2H2OOH-PhCHONO2O2NNO2Ph+-硝基甲苯相当于CH3NO2的插烯物第二节胺NH3（氨）分子中的氢原子被R－或Ar－取代后的衍生物叫做胺。胺类广泛存在于生物界，如许多生物碱具有生理或药理作用。例如：CHOHCHCH3NHCH3CH3OOCCHCH2OHHN麻黄碱阿托品一、胺的分类和命名分类：①按烃基的类型RNH2脂肪胺ArNH2芳香胺②N上烃基数目RNH2伯胺、1°胺R2NH仲胺、2°胺；R3N叔胺、3°胺；R4N＋X－季铵盐，R4N＋OH－季铵碱。③按氨基数目一元胺RNH2二元胺H2NRNH2多元胺注意：伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的含义不同。命名：①简单胺：以胺为母体CH3NH2(CH3CH2)2NH甲胺二乙胺CH3NHC2H5(CH3)3NH2NCH2CH2NH2a.脂胺：甲乙胺b.芳香胺：NH2CH3NHCH3苯胺N-甲基-对甲基苯胺三甲胺乙二胺CH2NH2苯甲胺（苄胺）CH2CH2NH2苯乙胺练习NH2NH2NCH3C2H52-乙基-1，3-丁二胺N-甲基-N-乙基苯胺②复杂胺：以烃为母体CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3CH3NH2CH3-CH-CH2-CH-N-CH2-CH3CH3CH3CH2-CH32-甲基-4-氨基己烷2-甲基-4-(二乙氨基)戊烷－NH2氨基，－NHR、－NR2取代氨基，＝NH亚胺基③季铵盐和季铵碱：将负离子和烃基名称放在“铵”字之前(CH3)4N+I-(CH3)2N+(C2H5)2Br-[CH3(CH2)3]4N+OH-碘化四甲铵或四甲基碘化铵溴化二甲基二乙基铵或二甲基二乙基溴化铵四丁基氢氧化铵或氢氧化四丁基铵NH4INH4BrNH4OH碘化铵溴化铵氢氧化铵写出乙酰胆碱的结构式二、胺的结构NCH3HHH3CH3CNCH3键长：键角：键角：键长：C－N0.147nmC-N-C108。C－N0.147nmN－H0.101nm。C-N-H112.9H-N-H105.9。甲胺三甲胺NH3（氨）分子中氮原子采取不等性sp3杂化；有机胺分子中氮原子也是采取不等性sp3杂化:三、胺的物理性质低级胺有氨味或鱼腥味，高级胺无味芳胺有毒！水溶性：低级胺可溶于水，高级胺不溶于水。（与形成氢键的能力和R的大小有关）沸点：伯、仲胺较高，叔胺较低。10胺、20胺能形成分子间氢键。(N-H···N)弱于(O-H···O)。CH3CH2OCH2CH3(CH3CH2)2NHCH3CH2CH2CH2OH34.5oC56oC117oC四、胺的化学性质(1)碱性(2)烃基化反应(3)酰基化反应(4)磺酰化反应(5)与亚硝酸的反应(6)胺的氧化(7)芳环上的亲电取代反应(a)卤化(b)硝化(c)磺化胺是典型的有机碱，其化学性质主要因氮原子上的孤对电子，使胺表现出碱性和亲核性，胺基是芳环亲电取代反应的致活基。(RNH2)(一)碱性和成盐RNH2+H+RN+H3RN+H3+H2ORNH2+OH-RNH2确有碱性1、水溶液的弱碱性及与酸成盐应用：①成盐可用于分离、提纯胺类化合物②成盐也用于增加胺类药物的水溶性ONSNNNO2HHHCl盐酸普鲁卡因盐酸雷尼替丁(C2H5)2NCH2CH2OCONH2HCl(C2H5)2NCH2CH2OCONH22、碱性的强弱（1）、脂肪胺RNH2Kb=10-3-10-4NH3Kb=10-5。∴碱性：RNH2＞NH3原因①R→推电子效应可使RNH2中氮上电子云密度↑②R→推电子效应可分散RN＋H3中氮上正电荷，使RN＋H3更稳定。推理：N上R取代越多，碱性越大？在非极性或弱极性介质（如CHCl3）中：R3N＞R2NH＞RNH2在水溶液中：从电子效应角度：N上R取代越多，碱性越大从溶剂效应角度：胺在水中要发生作用：溶剂化氢越多，碱性越强R3N碱性小稳定性小溶剂化程度小溶剂化程度大稳定性大R2NH碱性大R2N+HHR3N+-HOHHOHHOHH从空间效应角度：N上R取代越多，碱性越小∴胺在水溶液中的碱性由电子效应、溶剂化效应、空间效应决定结论：2°＞1°＞3°胺芳胺的碱性小于脂肪胺即：碱性原因：芳胺中因p-π共轭，使N上电子云密度↓，碱性↓问题：苯胺与二苯胺，何者碱性大？NH3NH2＞（2）、芳香胺Pka9.24.61.0中性二苯胺分子中有两个苯环分散N上孤对电子，碱性更弱。芳胺苯环上取代基对碱性大小的影响：氨基对位有斥电子基时，其碱性略强于苯胺；有吸电子基时，碱性比苯胺弱NH2OHNH2CH3NH2NH2ClNH2NO2NO2NH2NO2pKa5.505.084.624.001.000.08不同胺的碱性强弱顺序：记住！！(CH3)2NHCH3NH2(CH3)3NNH3＞＞＞NH(C6H5)3N＞＞NH2NH2NO2NH2OCH3＞＞＞（3）、芳脂胺：仍属芳香胺范畴，碱性远弱于脂肪胺PhNH2PhNHCH3PhN(CH3)2pKa4.624.855.07（4）、季铵碱呈强碱性，类似于氢氧化钠和氢氧化钾不同类型含氮化合物的酸、碱性顺序：胍、季铵碱〉脂肪胺〉氨〉芳香胺〉酰胺〉磺酰胺≈酰亚胺pka13.89-119.24.6中性酸性思考比较和的碱性大小NHHN碱性NHHN＞pKa11.311.1原因脂仲胺中键的自由旋转对N上孤对电子产生屏蔽作用，导致碱性下降（环仲胺）（脂仲胺）1、酰化伯、仲胺与酰基化试剂（酰氯、酸酐、羧酸等）发生亲核取代反应，氨基亲核取代酰基的X。（二）胺的酰化和磺酰化反应CH3-C-NHRORNH2+CH3-C-XO(ArNH2)(R')X=-Cl-OC-R'-OHO(Ar)(R')(Ar2NH)R2NH+CH3-C-XOCH3-C-NR2O(Ar)R3N+CH3-C-XOxLiAlH4CH3-CH2-NHRLiAlH4CH3-CH2-NR2(n-C4H9)2NHC-N(C4H9-n)2OC6H5COCl例：反应特点：为亲核反应，则N上电子云密度越大，亲核能力越强，反应活性越大脂肪胺与酰卤、酸酐、酯或羧酸都能生成酰胺；芳香胺碱性弱，亲核性差，只能被酰卤或酸酐酰化胺类的酰化比醇类酰化容易。亲核能力：-NH2＞-OH应用：①保护氨基或降低氨基的致活性。例如：NH2+(CH3CO)2O(orCH3COOH)NHCOCH3易三元溴代易一元溴代易氧化不易氧化②增加药物的脂溶性，并可降低毒副作用。例如：NO2ClNO2HONH2HONHCCH3HOO(1)NaOH,H2O(2)H2O,H+H2,Ni(CH3CO)2O对氨基乙酰苯胺扑热息痛(paracetamol)对羟基乙酰苯胺2、磺酰化RNH2R3N(油状液体，可溶于酸)（可溶于NaOH）有酸性R3N(油状液体，可蒸出)H2O/H+NaOHNa+RN-SO2CH3RNH－SCH3ORNH2R2NHR3NH3CSO2ClNaOH固体固体R2NSO2CH3OR2NHH2O/H+R2NSO2CH3（不溶于NaOH，可滤出）胺的磺酰化反应称为Hinsbergreaction，可用来分离、鉴别伯、仲、叔胺。3、与亚硝酸的反应（1）脂肪胺：3胺。R3N+HNO2x脂肪族胺与HNO2的反应也可用来区别伯、仲、叔胺，但不是太好。1胺。RNH2+HNO2N2+R++Cl-NaNO2+H2SO40C。醇、烯、卤烃等的混合物测定-NH2的含量R2NHR2N-N=O+H2ON-亚硝基胺+中性，黄色液体分离、提纯仲胺2胺。R2NHR2N-N=O+HClHNO2（2）、芳香胺NH2NHCH3N(CH3)2HNO2N2+Cl