胺类化合物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十七章 胺,1,胺类广泛地存在于生物界，具有极其重要的生理作用。,绝大多数的药物含有胺的官能团,氨基。,蛋白质、核酸、许多激素、抗生素和生物碱都含有氨基，是胺的复杂的衍生物。学习胺的性质和合成方法是学习和研究这些复杂天然化合物的基础。,2,本章讲授提要,第一节：分类、结构与命名,第二节：胺的物理性质与光谱性质,第三节：胺的制备,第四节：胺的化学性质,第五节：芳香重氮盐的制备及其在合成,中的应用,第六节：重氮甲烷的制备与反应,3,第一节 胺的分类、命名与结构,一、分类,胺可以看作是氨的烃基衍生物，根据氨分子中氮上氢原子被烃基取代的数目分为：,NH,3,RNH,2,R,2,NH R,3,N,氨 伯胺,仲胺,叔胺,NH,4,Cl NH,4,OH R,4,N,+,X,-,R,4,N,+,OH,氯化铵 氢氧化铵 季铵盐,季铵碱,4,注意：,叔丁醇（叔醇）,叔丁胺（,伯胺,）,氨 胺 铵,叔醇：指官能团连接的碳原子是叔碳原子；,伯胺：是指氨的氮原子上的氢只有一个被烃,基取代。,5,二、结构,形 状,：棱锥形,氮原子：,sp,3,杂化,形 状,：棱锥形,氮原子：,sp,3,sp,2,杂化,（更接近,sp,2,杂化）,脂肪胺 芳香胺,6,HNH 105.9,HNC 112.9,HNH 113,苯胺中氮上的孤对电子与苯环发生了,p,共轭,7,胺的立体化学：,优先次序：,R,1,R,2,R,3,孤对电子,S R,两种异构体之间通过快速翻转（,10,3,10,5,/,秒）相互转化，因而不能分离。,S R,8,若限制这种翻转就能够得到两种对映体。,1944,年,Prelog,就将 拆分得到其左旋体和右旋体。,在季铵盐中若氮上连的四个基团不同时，可以拆开成对映异构体：,9,三、命名,简单的胺是以胺为母体，以氮上的烃基为取代基进行命名：,甲胺,二乙胺,苯胺 环己胺,当氮上连接的烃基不同时：,应先小后大，先烷后芳。,N-,甲基乙胺,N-,甲基,-N-,乙基丙胺,N-,甲基,-N-,乙基,环丙胺,10,N,N-,二甲基苯胺,N,3-,二甲基,-N-,乙基苯胺,乙二胺 己二胺,二元胺的命名：,N,N-,二甲基对苯二胺,11,对于结构复杂的胺是以相应的烃基作为母体，,氨基作为取代基：,2-,氨基,-4-,甲基戊烷,3-,（,N-,乙氨基,）庚烷,胺盐和季铵化合物的命名：,甲胺盐酸盐 乙胺醋酸盐,（盐酸甲铵）（醋酸乙铵）,三乙基苄基氯化铵 三甲基十六烷基氢氧化铵,（,TEBA,）,12,第二节 胺的物理性质与光谱性质,甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺室温下为气体，其它低级胺为液体；高级胺为固体；,低级胺有氨味，三甲胺有鱼腥味，腐胺（丙二胺）尸胺（丁二胺）有恶臭味；,芳香胺为高沸点的液体或低熔点的固体；,胺与水能形成分子间的氢键；,一级胺和二级胺本身分子间也能形成氢键。,一、胺的物理性质,13,大多数芳胺具有毒性，苯胺可以导致再生障碍,性贫血，通过吸入，食入或透过皮肤吸收而致中,毒，食入,0.25,mL,就严重中毒。,萘胺与联苯胺是能够引起恶性肿瘤的物质。,14,二、光谱性质,IR,：胺的,N,H,伸缩振动吸收：,R,2,NH:,在,33003500cm,-1,处,出现,1,个峰,R,3,N:,在上述区域没有,N-H,吸收峰,RNH,2,:,在,34003490 cm,-1,处出现,2,个峰,NMR,：,N-H :,0.5,5,ppm,-C,H,-NH,2,:,2.22.8,ppm,15,第三节 胺的制备,一、,氨或胺的烃基化反应,季胺盐,伯胺,伯胺,伯胺,仲胺,叔胺,卤代烷的反应活性：,RI,RBr,RCl,RF,RCH,2,X,R,2,CHX,R,3,CX,以消除为主,16,可利用原料的配比来调节反应的产物：,过量,47%,过量,17,通过亲核取代反应可用来制,备环状胺：,n=4-6,18,硝基对苯环亲核取代反应的影响：,在苯环的亲核取代反应中，硝基对邻、对位的取代,起着活化的作用：,19,二、,盖伯瑞尔（,Gabriel),合成法,利用邻苯二甲酰亚胺的烷基化反应来制备一级胺，称为盖布瑞尔合成法。,伯胺,伯胺,邻苯二甲酰亚胺,THF,或,（,DMF,）,20,反应特点：,1,、此法是用来制备纯的伯胺的一种好方法。,2,、适用于伯卤代烷、仲卤代烷，对于叔卤代烷则,以消除反应为主。,3,、烃化反应在,DMF,溶液中进行更容易。当,N-,取代,酰亚胺水解困难时，可以用水合肼进行肼解。,21,三、,硝基化合物的还原,主要用来制备芳香伯胺,还原方式：,1,、酸性还原剂,:,酸,+,金属,Fe+HCl,、,Zn+HCl,、,Sn+HCl,、,SnCl,2,+HCl,2,、催化氢化：常用的催化剂有,Ni,、,Pt,、,Pd.,3,、碱性还原剂：,Na,2,S,、,NaHS,、,(NH,4,),2,S,、,NH,4,HS,、,LiAlH,4,(NaBH,4,和,B,2,H,6,不能还原硝基）,22,97%,74%,87,90%,23,选择性还原：,二硝基化合物可被硫化钠，硫氢化钠，硫化铵等较,温和的还原剂用计算量的试剂选择还原，得到只有,一个硝基被还原的产物：,24,若硝基化合物中含有醛或酮羰基，用较温和的还原剂,则只还原硝基：,25,碱性条件下硝基苯的双分子还原：,氧化偶氮苯,偶氮苯,氢化偶氮苯,H:,Fe,、,Zn,、,Sn,、,Sn/HCl,或,H,2,/Ni,、,Pt,、,Pd,均可,26,定义：氢化偶氮苯在酸催化下发生重排，生成,4,4-,二氨基联苯的反应称为联苯胺重排。,联苯胺重排：,27,重排是分子内的反应：,无交叉产物生成：,28,重排反应历程：,29,四、,腈、酰胺、肟的还原的还原,1,、腈的还原,腈含有不饱和的基团氰基，可通过催化氢化或四氢铝锂还原得到伯胺：,己二腈 己二胺,工业上长链伯胺就是从油脂水解等一系列反应来制备,30,2,、酰胺的还原,酰胺在醚溶液中用,LiAlH,4,还原可把羰基还原成,亚甲基，用于制备伯、仲、叔胺：,叔胺,仲胺,伯胺,31,3,、肟的还原,醛、酮与羟胺作用生成肟，肟可通过,LiAlH,4,、,B,2,H,6,、催化氢化、,Na+C,2,H,5,OH,还原制备伯胺：,伯胺,伯胺,伯胺,32,五、,醛、酮的还原氨化反应,氨 亚 胺,伯胺,伯胺 西佛碱 仲胺,(Schiff),仲胺 醇胺,叔胺,1,、醛、酮的还原胺化,33,伯胺,仲胺,N-,丁基六氢吡啶,（叔胺）,34,特殊还原试剂氰基氢硼化钠：,NaBH,3,CN,ROH,溶液。它的还原能力比硼氢化,钠弱，用这种还原剂还原，只还原中间产物不,还原醛、酮：,N,N-,二甲基环己胺,N-,乙基苄基胺,N-,甲基,-N-,环己基苄基胺,35,2,、路卡特（,Leuckart,),反应,醛、酮在高温下与甲酸铵反应生成一级胺。该反应称为,Leuckart,反应。,反应历程：,甲酸铵的作用是提供,NH,3,和还原剂甲酸，甲酸既提供,H,+,，又提供,H,-,。,36,3,、埃斯韦勒,-,克拉克（,Eschweiler,-Clarke),反应,由伯、仲胺与甲醛和甲酸进行还原甲基化制备叔胺的反应就叫,埃斯韦勒,-,克拉克反应。,反应历程：,37,六、,霍夫曼（,Hofmann),降解及类似反应,1,、霍夫曼（,Hofmann),重排,酰胺与卤素的氢氧化钠溶液，放出二氧化碳，生成比,酰胺少一个碳原子的伯胺的反应叫霍夫曼降解。,38,异氰酸酯,异氰酸酯,反应历程：,氨基甲酸,39,霍夫曼重排的立体化学：,当手性碳原子与酰基碳相连时，,Hofmann,重排后，手性碳原子的构型保持不变。,R R,40,2,、库提斯（,Curtius,),重排与施密特,(Schmidt),重排,异氰酸酯,三个重排反应的机理是类似的，都是经过,异氰酸酯这个,中间产物。最后得到的产物是比原料少一个碳的一级胺。,41,七、,布歇尔（,Bucherer,),反应,通过布歇尔反应可在萘的,位上引入多种用其它,方法难以引入的基团（可参芳香重氮盐在合成中的,应用）。,42,八、,曼尼氏（,Mannich,),反应,氨甲基化反应,具有,活泼氢的化合物与甲醛、胺（氨）盐同时缩合，生成,氨甲基或取代氨甲基的反应，称为,曼尼氏,(,Mannich,C.),反应。,曼尼氏碱盐,曼尼氏碱,取代氨甲基,43,具有,-H,的化合物：,醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃以及含有活泼氢的芳香环系化合物。如：,所用原料：,胺：多用伯胺、仲胺的盐酸盐,44,反应历程：,酮式 烯醇式,45,氨甲基化反应实例：,不对称酮反应时，亚甲基比甲基优先反应。,用来制备,-,氨基酮,在芳环上引入氨甲基,46,草绿碱,1917,年,Robinson,利用该反应合成了托品酮：,47,制,-,不饱和酮、,-,不饱和酯以及被氰基取代：,草绿碱,-,吲哚乙酸一种植物生长刺激素,48,第四节 胺的化学性质,一、胺的碱性,学习胺的化学，要注意,N,上的孤对电子，胺的许多性质都与它有关。,49,（,1,）,产生碱性的原因：,N,上的孤对电子,（,2,）,判别碱性的方法：,p,K,b,的值；或其共轭酸的,p,K,a,的值；以及形成的铵正离子的稳定性。,（,3,）,影响碱性强弱的因素：,电 子 效 应：,3,o,胺,2,o,胺,1,o,胺,空 间 效 应：,1,o,胺,2,o,胺,3,o,胺,溶剂化效应：,NH,3,1,o,胺,2,o,胺,3,o,胺,50,一些胺（氨）在水溶液中的,pKb,值,在水溶液中胺的碱性强弱次序为：,在氯苯中脂肪胺的碱性强弱次序为：,3 2 1,51,溶剂化效应是给电子的，,N,上的,H,越多，溶剂化效应就越强,（,NH,3,1,o,胺,2,o,胺,3,o,胺），,形成的铵正离子就越稳定：,胺在水溶液中碱性的强弱，是其电子效应、空间效应以及溶剂化效应的综合体现。,1,o,胺,3,o,胺,52,芳胺：,当环上连有,给,电子基团时，其碱性,增强,；,当环上连有,吸,电子基团时，其碱性,减弱,。,53,前,者,N,上的孤对电子可与环发生,p,共轭，因而碱,性弱,;,后,者由于甲基的空间位阻作用，使得,N,上的孤,对电子不能与苯环发生,p,共轭因而碱性强，,后者的碱性比前者强,4,万倍,54,二、彻底甲基化和霍夫曼（,Hofmann),消除反应,胺与过量的碘甲烷作用生成季铵盐的反应叫做彻,底甲基化反应：,季铵盐与氢氧化银作用转化成季铵碱，季铵碱加,热时脱去,H,和叔胺生成烯烃的反应就叫霍夫曼,消除反应：,1,、基本反应,55,2,、消除反应历程：为,E,2,（双分子消除）,过渡态,特例：季铵碱中无,H,时则进行,S,N,2,反应,56,3,、消除反应的取向,霍夫曼规则：季铵碱加热消除时，总是优先得到双,键碳原子上烃基取代比较少的烯烃。,57,4,、对消除反应取向的解释：,E2,消除的立体化学是：反式共平面，据此写出季铵碱进行消除时的构象式：,非优势构象 优势构象,（消除后得到,2,丁烯）（消除后得到,1,丁烯）,58,赤（式）顺（式）,消除反应所需构象,59,消除反应所需构象,苏（式）反（式）,60,霍夫曼取向的烯烃,查伊采夫取向的烯烃,化合物,A,、,B,进行消除反应时的构象,61,1%99%,符合霍夫曼规则,62,5,、不符合霍夫曼规则的特殊例子,当,碳原子上连有吸电子基时，,H,的酸性,增强，易于被碱夺取发生消除，生成,不符合霍夫曼,规则的,烯烃。,63,6,、彻底甲基化和霍夫曼消除反应的,用途,、用于合成用一般方法不易合成的烯烃,64,、,测定胺类的结构,a、用,彻底甲基化所消耗的碘甲烷的摩尔数来判断,胺的种类。,b,、根据霍夫曼消去的次数及所产生的烯烯烃和,胺的 结构，分析推理原来胺的结构。,65,例,1,：,66,例,2,：,67,三、酰化与磺酰化反应,1,、酰化反应,胺类：伯胺、仲胺，叔胺分子中氮原子上无氢，,不能进行酰化反应。,酰化剂,:,酰氯、酸酐。,酰化时，常加入,NaOH,，吡啶，三乙胺，二甲苯胺,等碱类，用以吸收反应放出的,HCl,可避免它与胺成,盐消耗原料胺，且可促进反应的进行。,68,用途,：(1),、,胺的鉴定,酰胺都是具有固定熔点的良好结晶，通过测定熔点，可以确定酰胺。例：,乙酰苯胺,m.p 114,69,(,2,),、,在合成中用于保护氨基,若不保护氨基，硝化时芳环将会被氧化破裂。,70,乙酰苯胺 对乙酰氨基苯磺酰氯,磺胺嘧啶,若不将氨基保护起来，氨基将会优先与氯磺酸反应。,71,2,、磺酰化反应,兴斯堡（,Hinsberg,）反应,定义：伯、仲、叔胺与芳香族磺酰氯（如苯磺酰氯、,对甲苯磺酰氯）的作用称为兴斯堡反应。,该反应用于伯,、仲、叔胺的分离与鉴定。,72,反应现象：,73,兴斯堡反应的反应式如下：,伯胺,仲胺,叔胺,74,利用兴斯堡反应分离伯、仲、叔胺的混合物：,75,四、与亚硝酸的反应,1,、脂肪胺与亚硝酸的反应,伯胺放出氮气，仲胺生成黄色油状物或固体，叔胺则成盐无特殊现象。据反应现象可用于区别三种不同的胺。,注意：,N,亚硝基胺有强烈的致癌作用。,76,伯胺与亚硝酸反应的历程：,碳正离子生成后，可以失去,H,转化成烯烃，也与富电子试剂结合生成醇、卤代烃等。例如：,77,对于脂肪族伯胺与亚硝酸反应生成的产物我们不感兴趣，但根据在反应中定量放出的氮气，可以用来鉴别伯胺和测定分子中的氨基氮。,78,2,、芳胺与亚硝酸的反应,绿色鳞片状结晶,对亚硝基,N,N,二甲基苯胺,N,甲基,N,亚硝基苯胺,棕色油状物,氯化重氮苯,79,五、,叔胺的氧化与Cope消除,胺盐很稳定，但胺容易氧化，特别是芳胺。大多数,氧化剂将胺氧化成焦油状物，但过氧化氢及过酸能,将叔胺氧化为氧化叔胺。,80,当氧化叔胺,碳上有氢时，加热到,150-200,热分,解，生成烯和,N,N-,二烃基羟胺的反应叫,Cope,消除,E,型,21%67%,Z,型,12%,反应特点：,1,、主要得到霍夫曼取向的烯烃；,81,2,、消除是通过五元环状过渡态所进行的顺式消除。,五元环状过渡态,82,季铵碱的消除反式进行,氧化叔胺的消除顺式进行,83,六、,芳胺环上的反应,氨基是强的给电子基团，它的存在使芳胺苯环上的,亲电取代反应极易进行。,1,、卤代,84,若要得到一溴代产物，须先将氨基乙酰化以降低氨基的活性：,85,2,、硝化,主要产物,主要产物,先进行酰基化反应将氨基保护起来，反应完毕后再脱除保护基：,86,先与浓硫酸作用生成苯胺的硫酸盐后再进行硝化，则得到间硝基苯胺：,87,4,、磺化,苯氨基磺酸,对氨,基苯磺酸（以内盐的形式存在）,88,七、,烯胺的制备及在合成中的应用,1,、烯胺的制备,仲胺 烯胺,常用的仲胺是一些环胺：,四氢,吡咯,吗啉 四氢吡啶,（,吡咯烷）,（哌啶）,89,N(1,环己烯基,),四氢吡咯,1954,年，,G.Stock,首次将烯胺用于醛酮的烷基化,和酰基化，避免了醛酮在强碱存在下自身的缩合,反应和不希望发生的多元取代，从而为非活化羰,基化合物的烷基化和酰基化找到了一条新的途径。,2,、烯胺的反应,90,、与活泼的卤代烃如：碘甲烷、烯丙型卤代烃、苄基型卤代烃作用则可在羰基的位引入烃基：,91,、与酰氯反应得到,1,3-,二酮,、,与,卤代酮反应得到,1,4,二羰基化合物,92,、与,-,不饱和羰基化合物作用，则 进行共轭,加成，得到,1,，,5-,二羰基化合物。,93,2,、烯胺在合成中的应用,、,制备长链脂肪酸：,正辛酸,94,、,制备二元长链脂肪酸,二十二碳二酸,95,合成：,96,第五节：芳香重氮盐的制备,及其在合成中的应用,一、芳香重氮盐的制备,氯化重氮苯,硫酸重氮苯,1,、反应在,0,0,5,，以及过量的酸作用下进行；,2、重氮盐通常不从溶液中分离，而直接使用。,97,二、芳香重氮盐在合成上的应用,、重氮基被取代的反应,98,在亚铜盐催化下，重氮基被相应的原子或基团所取代的反应叫桑德迈尔（,Sandmeyer,）反应。,氟硼酸重氮盐加热分解，重氮基被氟原子取代的反应叫席曼（,Schiemann,）反应。,用金属铜代替亚铜盐，使芳香重氮盐分解制得芳香卤化物的反应叫加特曼反应。利用加特曼反应还可制备下列化合物：,99,被羟基取代的反应：,被氢原子取代的反应：,100,、芳香重氮盐在合成上的应用,芳香重氮盐在有机合成中很有用，被称为芳香格氏试剂。它主要用于合成用通常的亲电取代反应所无法得到的芳香族化合物：,101,102,不符合取代基的定位规则,分子中有硝基高温碱熔有可能发生爆炸,103,正确的合成方法：,104,、芳香重氮盐的偶联反应,重氮盐正离子可以作为亲电试剂与酚，芳胺等活泼,的芳香化合物进行芳环上的亲电取代，生成偶氮化,合物，这类反应称为偶联反应。,弱的亲电试剂,105,与芳香叔胺的偶联：,与芳香伯胺或仲胺的偶联：,106,与芳香伯胺或仲胺的偶联首先发生在氮上：,酸性条件下发生重排,最终得到的是与芳环偶联的产物,107,偶合的介质是重要的，与酚的偶合在弱碱性介质,中进行（,pH=8,10,），是为了产生反应活性更大,的酚氧负离子；与芳胺的偶合在弱酸性介质中进,行（,pH=4,6,），是为了防止偶合反应发生在氨,基的氮上。,108,当萘环上有取代基时偶联反应的取向：,109,第六节 重氮甲烷的制备与反应,一、重氮甲烷的结构,重氮甲烷的,分子式 与共振式：,CH,2,N,2,从极限式可看出：重氮甲烷分子是一个偶极离子，其碳原子，既有亲核性又有亲电性。,110,二、重氮甲烷的制备,1,、,N,-,甲基,-,N,-,亚硝基酰胺的碱性分解,111,2,、,N,-,甲基,-,N,-,亚硝基对甲苯磺酰胺的碱性分解,若将氮上的甲基换成其它烃基，则可得其它,重氮化合物,112,三、重氮甲烷的反应,1,、,与酸性物质的反应,反应历程：,113,2,、,与酰氯的反应,1 :1,氯代甲基酮,、等摩尔的重氮甲烷与酰氯的反应,反应历程：,114,、过量的重氮甲烷与酰氯的反应,反应历程：,115,、伍尔夫（,Wolff),重排与阿恩特,艾司特,（,Arndt,Eistert,),反应,重氮甲基酮在加热、光照或在,Ag,2,O,、,AgNO,3,NH,3,催化下，重排生成烯酮的反应叫,伍尔夫（,Wolff),重排：,酰基卡宾,烯酮,116,互变异构,117,以羧酸为原料，经过氯化、,重氮甲基酮的,重排、烯酮的水解等步骤制得多一个碳原子的,羧酸的反应叫,阿恩特,艾司特（,Arndt,Eistert,),反应：,118,3,、,与醛、酮的反应,反应历程：,119,例：,与此类似的是蒂芬欧,-,捷姆杨诺夫环扩大的重排,反,应：,120,与上述方法殊途同归，都是由低级环酮制备成高一级,的环酮。适用于制,C,5,C,9,环酮，最有用的是制,C,5,、,C,6,、,C,7,的环酮。,例：,121,4,、,用来制备卡宾,反应历程：,卡宾的反应：用于制备三元环,122,