臨床醫(yī)學(xué)有機(jī)化學(xué)-有機(jī)含氮化合物

第十四章有機(jī)含氮化合物本章主要討論胺類，重氮和偶氮化合物分子中含有碳氮鍵的有機(jī)化合物。硝基化合物 R-NO2 -NO2胺 R-NH2

CH3-NH2酰胺 R-CO-NH2 CH3-CO-NH2腈 R-CN CH2=CH-CN重氮鹽

Ar-N+2X- -N+2Cl-偶氮化合物

Ar-N=N-Ar’-N=N-生物堿含氮雜環(huán)CH3√√√√第一節(jié)、芳香硝基化合物

一元硝基化合物的通式是：

RNO2或ArNO2、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)硝基化合物與亞硝酸酯是同分異構(gòu)體：硝基化合物亞硝酸酯硝基中的兩個(gè)氮氧鍵的鍵長(zhǎng)相等，均為122pm。兩個(gè)氧原子是等同的。氮為sp2雜化，形成了3中心4電子的大π鍵：或結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)可用共振式表示：在芳香硝基化合物中，硝基與苯環(huán)的π-π共軛形成更大的共軛體系。α-氫酸性脂肪族硝基化合物中，α-氫受硝基的影響，較為活潑，可發(fā)生類似酮-烯醇互變異構(gòu)。

二化學(xué)反應(yīng)1.增強(qiáng)鹵原子的活潑性直接連在芳烴的鹵素較難被取代。但當(dāng)鄰、對(duì)位有硝基存在時(shí)，鹵原子活潑性增加，且硝基越多，取代越容易。

（一）芳核上的親核取代反應(yīng)(SN2Ar)

分兩步進(jìn)行的，第一步是親核加成，形成活性中間體Meisenheimercomplex(邁森海默爾配合物)，第二步是鹵素的離去(消除)，（二）硝基的還原反應(yīng)硝基容易被還原。反應(yīng)條件及介質(zhì)對(duì)反應(yīng)有影響。在酸性介質(zhì)中還原為苯胺：還原過(guò)程：亞硝基苯N-羥基苯胺選擇性還原:SnCl2還原硝基,避免醛基的還原用催化氫化:也可將硝基還原為氨基。適用于對(duì)酸敏感的硝基化合物的還原，例如：在中性或弱酸性中，產(chǎn)物為N-芳基羥胺。在堿性介質(zhì)中發(fā)生雙分子還原。(了解)氫化偶氮苯在酸性介質(zhì)中可發(fā)生重排，則得聯(lián)苯胺，稱聯(lián)苯胺重排。(了解)多硝基苯的部分還原：多硝基芳烴在Na2Sx、NH4SH、(NH4)2S、(NH4)2Sx等硫化物：還原一個(gè)硝基。(NH4)2S無(wú)法預(yù)測(cè)還原哪個(gè)硝基，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能確定

第二節(jié)胺Amines（一）分類RNH2R2NHR3NR4N+X-伯胺仲胺叔胺季銨鹽一、胺的分類和命名伯、仲、叔胺與伯、仲、叔醇的區(qū)別：叔丁(基)胺叔丁醇（伯胺）（叔醇）（二）命名三甲(基)胺1,3-環(huán)己二胺乙胺N,N-二甲基苯胺N,N-二甲基對(duì)甲基苯胺β-萘胺1、烴基較簡(jiǎn)單時(shí)，以胺為母體，稱為某胺。芳香族仲、叔胺，氮上取代基前面要以“N”標(biāo)明。例如：2，4-二甲基-2-氨基-3-甲氨基戊烷3-氨甲基-2-二甲氨基己烷注意：氨甲基與甲氨基的區(qū)別。

2、烴基復(fù)雜時(shí)，烴為母體，氨基為取代基。例如：

二、胺的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)物理性質(zhì)（自學(xué)）

胺的結(jié)構(gòu)：1、氨的結(jié)構(gòu)：2、胺的結(jié)構(gòu)：季銨鹽的對(duì)映體：自動(dòng)外消旋化：苯胺的結(jié)構(gòu)：碳原子：sp2雜化氮原子為不等性的sp3雜化，但未共用電子對(duì)所占據(jù)的軌道含有較多p軌道成份（介于sp2和

sp3之間）。仍可與苯環(huán)大π鍵有一定程度的重疊。使得N的電子向苯環(huán)移動(dòng)。p–π共軛三、胺的化學(xué)反應(yīng)（一）、堿性與成鹽1、脂肪胺的堿性

氨甲胺二甲胺三甲胺pKa9.2410.6510.739.78

乙胺二乙胺三乙胺

pKa10.7111.010.75說(shuō)明：脂肪胺(仲胺的堿性最強(qiáng))堿性比氨強(qiáng)。影響胺的堿性的主要因素（1）電子效應(yīng)：堿性的大小排列為:叔胺>仲胺>伯胺（2）溶劑化效應(yīng)：堿性的大小排列為：伯胺>仲胺>叔胺綜合:當(dāng)烷基相同時(shí)，仲胺的堿性最強(qiáng)，伯胺和叔胺次之。

2、芳香胺的堿性

氨

苯胺

N-甲基苯胺

N,N-二甲基苯胺pKa9.244.604.855.06

苯胺

二苯胺三苯胺pKa4.601.0近中性苯胺的堿性比氨小得多。因?yàn)榈系奈垂灿秒娮訉?duì)與苯環(huán)有共軛作用，使其電子云密度降低，從而使其堿性大大減弱。

堿性：間硝基苯胺

>對(duì)硝基苯胺

絕大多數(shù)取代基（-OH除外），無(wú)論是給電子還是吸電子的，在鄰位時(shí)都使堿性減弱；給電子基團(tuán)使堿性增強(qiáng)，吸電子基團(tuán)使堿性減弱；并且這種影響在對(duì)位比在間位明顯。如：若苯環(huán)上有取代基，其堿性可以歸納為：（二）烴基化胺類可與鹵代烷發(fā)生親核取代反應(yīng)。如伯胺與鹵代烷反應(yīng)得仲銨鹽：

可進(jìn)一步得到季銨鹽，最后得到的將是復(fù)雜的混合物。（三）酰化和磺?；?、?；磻?yīng)伯胺和仲胺的?；磻?yīng)。其反應(yīng)通式為：

例如：注意：叔胺因?yàn)榈蠜]有氫原子，不發(fā)生反應(yīng)。

應(yīng)用：保護(hù)氨基例如：如何由苯胺制備對(duì)硝基苯胺

苯胺不能直接硝化，因?yàn)橄跛崮馨驯桨费趸杀锦Ｋ员仨毾葘被氨Ｗo(hù)”起來(lái)，再進(jìn)行硝化反應(yīng)。

2、磺?；磻?yīng)：興斯堡(Hinsberg)實(shí)驗(yàn)伯胺和仲胺能與磺酰氯作用生成磺酰胺，叔胺因氮上無(wú)氫而無(wú)此反應(yīng)。例如：

由伯胺生成的磺酰胺，氮原子上留下的氫因受磺?；挠绊懀哂腥跛嵝裕芘c堿作用成鹽而能溶于水；而仲胺形成的磺酰胺因氮上無(wú)氫，故不能溶于堿液.進(jìn)行三種胺的分離與鑒定。這也叫興斯堡(Hinsberg)實(shí)驗(yàn)。鑒別：（四）與亞硝酸反應(yīng)1、伯胺（1）芳香伯胺芳香伯胺與亞硝酸在低溫下反應(yīng)生成重氮鹽，稱為重氮化反應(yīng)。例如：

重氮鹽注意事項(xiàng)：（1）亞硝酸不穩(wěn)定，一般用亞硝酸鈉與鹽酸或硫酸反應(yīng)產(chǎn)生；（2）反應(yīng)產(chǎn)物重氮鹽是易溶于水的固體。干燥的重氮鹽很不穩(wěn)定，容易爆炸，只有在低溫下或在水溶液中才穩(wěn)定，所以，重氮鹽一般保存在冰水中。

反應(yīng)歷程：(略)（2）脂肪伯胺根據(jù)氮?dú)獾牧縼?lái)進(jìn)行伯胺的定量測(cè)定。脂肪族胺與亞硝酸的反應(yīng)可適用于擴(kuò)環(huán)反應(yīng)，可制備5至9元的環(huán)化合物。

重排擴(kuò)環(huán)反應(yīng)：2、仲胺脂肪仲胺和芳香仲胺與亞硝酸反應(yīng)的結(jié)果基本相同，都是生成N-亞硝基化合物，例如：

應(yīng)用：（1）N-亞硝基仲胺是中性的黃色固體或液體，可以用于鑒別仲胺；（2）該亞硝基化合物可以經(jīng)水解或還原成得原來(lái)的胺，所以可用作仲胺的精制；

3、叔胺脂肪叔胺與亞硝酸反應(yīng)成鹽（互溶成均相），遇強(qiáng)堿又重新析出叔胺：

芳香叔胺與亞硝酸反應(yīng)得對(duì)亞硝基化合物，若對(duì)位有取代基，則亞硝基進(jìn)入鄰位。這屬于親電取代反應(yīng)，亞硝基正離子（+N=O）是一個(gè)親電試劑：

明顯的顏色變化，可用于鑒別。芳香胺的亞硝基化合物都有明顯的顏色，可用于鑒別化合物，如：

（五）芳環(huán)上的取代

1、鹵代反應(yīng)2、硝化反應(yīng)3、磺化反應(yīng)對(duì)氨基苯磺酰胺（SN）是最簡(jiǎn)單的磺胺類藥物，也是其他磺胺藥物的母體，它的合成如下：各種磺胺類藥物的通式：

（六）其他反應(yīng)*與醛反應(yīng)形成西佛堿（Schiff’sbase）

西佛堿屬于亞胺類化合物，它可以水解為原來(lái)的芳香胺和芳香醛，所以，該反應(yīng)可用于保護(hù)氨基或醛基。

4、傅-克反應(yīng)（了解）四、胺的制備1、氨或胺的烴基化氨與鹵代芳烴的反應(yīng)，因鹵原子與苯環(huán)共軛，鹵素很難被取代，需要高溫高壓或特別強(qiáng)的堿（如氨基鈉）作為親核試劑。如：

鹵素的鄰、對(duì)位有強(qiáng)的吸電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)就變得容易多了。例如：這類反應(yīng)屬芳香親核取代

例如：2、硝基化合物的還原用氯化亞錫作還原劑，可避免醛基的還原：

若用硫化銨（H2S+NH4OH）或是硫氫化鈉（NaHS）作還原劑，其特點(diǎn)是用計(jì)算量的試劑可以對(duì)二硝基化合物選擇還原，如果試劑過(guò)量，則繼續(xù)反應(yīng)：3、腈和酰胺的還原

例如：練習(xí)：由甲苯合成1-苯基-2-氨基乙醇：

腈的還原提供了一條從烯烴或鹵代烴制備胺的方法。例如：4、還原氨化

醛、酮與胺或氨縮合后，再用催化氫化或氫化試劑，可得到相應(yīng)的各種胺類化合物。這種制備胺的方法稱為還原氨化。例如：

劉卡特（Leuckart）反應(yīng)：醛、酮在高溫下與甲酸銨反應(yīng)得伯胺。5、霍夫曼降解（Hofmann）：

6、加布瑞爾(Gabriel)合成法（略）用鄰苯二甲酰亞胺與鹵代烷進(jìn)行烷基化后，再水解就得到較純凈的伯胺：

7、曼尼希(Mannich)反應(yīng)：含有α-氫的酮與甲醛及一個(gè)胺反應(yīng)，可以在酮的α-位引入一個(gè)胺甲基。這個(gè)反應(yīng)又叫胺甲基化反應(yīng)：條件：一般在酸中進(jìn)行反應(yīng)物：胺一般用仲胺的鹽酸鹽；甲醛可用三聚甲醛或多聚甲醛應(yīng)用：可以利用此反應(yīng)從一個(gè)較小的胺制備一個(gè)較復(fù)雜的胺。

第三節(jié)、季銨鹽和季銨堿一、季銨鹽季銨鹽的命名溴化四丁基銨氯化三甲基芐基銨季銨鹽的應(yīng)用：1、常用作陽(yáng)離子表面活性劑，這些表面活性劑還有殺菌消毒作用；2、常用作相轉(zhuǎn)移催化劑。相轉(zhuǎn)移催化過(guò)程：二、季銨堿1、季銨堿的堿性氫氧化四丁基銨這四種物質(zhì)都是離子型化合物，由于四種離子共存，反應(yīng)可逆，這表明季銨堿的堿性很強(qiáng)，與NaOH相當(dāng)。

2、霍夫曼（Hofmann）消除反應(yīng)當(dāng)季銨堿中有β氫原子時(shí)，則羥基負(fù)離子可進(jìn)攻并奪取β-H，同時(shí)C-N鍵斷裂，發(fā)生消除反應(yīng)，生成叔胺、烯烴和水，這個(gè)反應(yīng)叫霍夫曼（Hofmann）消除反應(yīng)：

霍夫曼規(guī)則：主產(chǎn)物是雙鍵上取代較少的烯烴。如：霍夫曼消除反應(yīng)是按E2機(jī)理進(jìn)行。（略）β-氫的酸性越強(qiáng)，就越易受到氫氧根離子的進(jìn)攻。-N+R3具有很強(qiáng)的吸電子的能力，使其β-氫在它的作用下酸性增強(qiáng)。在只有烷基而沒有其他取代基時(shí)，顯然，由于烷基的給電子效應(yīng)，β-位的取代基越多，則酸性越低，氫就越不易離去。所以，形成雙鍵碳上含較少取代基的烯烴

若β碳上連有一些吸電子基團(tuán)時(shí)，如苯基、乙烯基、羰基等時(shí)，分析的原理一樣，β-氫的酸性越強(qiáng)，越易離去。此時(shí)要根據(jù)具體情況具體分析。例如：

上面反應(yīng)得到的產(chǎn)物與霍夫曼規(guī)則不同，所以，霍夫曼規(guī)則一般只適用于烷基取代基。

霍夫曼消除反應(yīng)的應(yīng)用：可用于測(cè)定胺的結(jié)構(gòu)。

例如：某胺分子式為C6H13N，制成季銨鹽時(shí)，只消耗1mol的碘甲烷，經(jīng)兩次霍夫曼消除，生成1,4-戊二烯和三甲胺，則原胺的結(jié)構(gòu)可能為：習(xí)題：分子式都為C5H13N的三種胺A、B、C，其徹底甲基化和霍夫曼消除的情況如下，寫出A、B、C的結(jié)構(gòu)A、消耗1mol的碘甲烷，并最終生成丙烯；Ｂ、消耗２mol的碘甲烷，并最終生成乙烯和一個(gè)叔胺；Ｃ、消耗３mol的碘甲烷，原胺有旋光性。第四節(jié)重氮化合物和偶氮化合物都含有-N2-（氮氮重鍵）。

-N2-的兩端都與烴基相連，叫偶氮化合物，-N=N-叫偶氮基；

-N2-的一端與烴基相連，而另一端與非碳（如X等）相連叫重氮化合物，含有重氮基-N+≡N。重氮：偶氮：通式為：

一、芳香重氮鹽重氮化反應(yīng)：1、重氮鹽的結(jié)構(gòu)2、取代反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理重氮鹽的取代反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理一般認(rèn)為是按SN1進(jìn)行的：

（1）被鹵素或氰基取代

在亞銅鹽催化下，重氮基被-Cl、-Br或-CN取代的反應(yīng)稱為桑德邁爾（Sandmeyer）反應(yīng)：蓋特曼（Gatterman）反應(yīng)

被碘取代將重氮鹽先制成氟硼酸重氮鹽，然后小心加熱，使之分解，得到氟代物。此法稱席曼（Schiemann）反應(yīng)。被氟取代：（2）被硝基取代此法可用于那些不能直接用硝化反應(yīng)制備的多硝基化合物。

（3）被羥基取代（水解反應(yīng)）a、若用鹽酸鹽或氫溴酸鹽，則由于Cl-或Br-有較強(qiáng)的親核性，易與芳香正離子結(jié)合，產(chǎn)生副產(chǎn)物氯苯或溴苯。b、該反應(yīng)必須在