有機(jī)化學(xué)課件(邢其毅)-第9章

8.1硝基化合物8.1.1硝基化合物的命名和結(jié)構(gòu)特征例如，硝基甲烷分子的鍵長(zhǎng)和鍵角為：

兩個(gè)N－O鍵的鍵長(zhǎng)相等。硝基的結(jié)構(gòu)可用共振結(jié)構(gòu)式表示如下：硝基化合物的結(jié)構(gòu)通式為：R-NO2(Ar-NO2)。硝基化合物以硝基為取代基命名，例如：硝基化合物中的N原子為sp2雜化態(tài)，形成三個(gè)共平面的σ鍵，未參加雜化的具有一孤對(duì)電子的p軌道與兩個(gè)氧原子的p軌道形成共軛體系。兩個(gè)N=O鍵是等價(jià)的。結(jié)構(gòu)式為：或C－N147pm，N－O122pm，∠ONO為127°硝基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)(-I)大于羰基。硝基化合物的α-H的酸性強(qiáng)于羰基化合物的α-H。硝基與芳環(huán)相連時(shí)，共軛效應(yīng)也表現(xiàn)為強(qiáng)吸電子共軛效應(yīng)（-C）。18.1硝基化合物8.1.1硝基化合物的命名和結(jié)構(gòu)特征硝基化合物還原成胺，而亞硝酸酯還原成醇：除硝基化合物外，其它含氮化合物有胺、季銨鹽、重氮化合物、偶氮化合物和疊氮化合物。硝基化合物的異構(gòu)體是亞硝酸酯，其中C原子與O原子相連：亞硝酸酯具有和硝基化合物不同的化學(xué)性質(zhì)。硝基化合物不能水解，而亞硝酸酯能被水解成醇(或酚)和亞硝酸(HONO)：28.1硝基化合物8.1.2硝基化合物的物理性質(zhì)硝基化合物的相對(duì)密度都大于1，硝基化合物難溶于水，易溶于醇和醚等有機(jī)溶劑。脂肪族硝基化合物是無色而具有香味的液體，大部分芳香族硝基化合物都是淡黃色固體，多硝基化合物在受熱時(shí)一般易分解而發(fā)生爆炸。芳香族硝基化合物都有毒性。在質(zhì)譜圖中，芳香族硝基化合物有較強(qiáng)的分子離子峰，且出現(xiàn)有判斷價(jià)值的[M-NO]+和[M–NO2]+離子峰。脂肪族硝基化合物的分子離子峰很弱，最大碎片峰為[M–NO2]+離子峰。硝基化合物的紅外光譜特征譜帶：在1660~1500cm-1和1390~1260cm-1區(qū)域分別出現(xiàn)硝基的N－O不對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。在1HNMR譜中，硝基的吸電子作用使鄰近的質(zhì)子的化學(xué)位移向低場(chǎng)移動(dòng)。脂肪族硝基化合物中，α-H的化學(xué)位移值為4.3~4.6ppm，β-H的化學(xué)位移值為1.3~1.4ppm。38.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)硝基化合物的酸式－假酸式互變異構(gòu)類似羰基化合物的酮式－烯醇式互變異構(gòu)。8.1.3.1α-H的酸性具有α-H的硝基化合物由于硝基的吸電子效應(yīng)影響都顯示出較強(qiáng)的酸性：例如：CH3NO2(pKa=10.2)，CH3CH2NO2(pKa=8.5)，CH3CH2CH2NO2(pKa=7.8)硝基烷烴能跟NaOH作用生成鹽：RCHNO2存在下列異構(gòu)現(xiàn)象：－硝基烷烴的鹽酸化后，生成一種不穩(wěn)定的硝基烷烴異構(gòu)體，具有強(qiáng)的酸性，稱為氮酸(nitronicacid)。硝基化合物在溶液中與氮酸存在動(dòng)態(tài)平衡，故硝基化合物稱為假酸式：48.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.2還原硝基化合物能被多種還原劑還原。硝基化合物被催化氫化(H2/Ni)或在強(qiáng)酸性系統(tǒng)中被金屬如(Fe，Zn，Sn)還原可生成伯胺。例如：硝基苯在強(qiáng)酸性溶液中的還原反應(yīng)中，金屬的作用是提供電子，反應(yīng)經(jīng)過許多中間體，最后得到苯胺。其還原過程如下：58.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.2還原氧化偶氮苯偶氮苯氫化偶氮苯N－苯基羥胺亞硝基苯68.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)

8.1.3.3與羰基化合物的縮合第一和第二硝基化合物(都含有α-H原子)在堿催化下，能與某些羰基化合物起縮合反應(yīng)：硝基烷烴負(fù)離子是一種親核試劑，發(fā)生跟其它碳負(fù)離子一樣的反應(yīng)。例如：78.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)第三硝基烷烴不與亞硝酸作用。8.1.3.4和亞硝酸的反應(yīng)第一硝基烷烴與亞硝酸作用，生成結(jié)晶的硝基肟酸。硝基肟酸溶于NaOH溶液中，得到紅色的硝基肟酸鈉鹽溶液。第二硝基烷烴與亞硝酸作用，生成結(jié)晶的N－亞硝基取代的硝基化合物，產(chǎn)物溶于NaOH溶液中，生成藍(lán)色溶液。此反應(yīng)可用來區(qū)別伯、仲、叔這三種硝基化合物。88.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響硝基是強(qiáng)吸電子基，使苯環(huán)上的電子云密度降低，鈍化苯環(huán)，不利于親電試劑的進(jìn)攻。同時(shí)，硝基對(duì)苯環(huán)上的其它取代基也發(fā)生極大的影響。(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響當(dāng)氯苯的鄰位和對(duì)位被硝基取代后，氯原子容易被親核試劑取代：98.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)氟代烷不容易起親核取代反應(yīng)，但對(duì)硝基氟苯中的氟都容易被親核試劑所取代。(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響108.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響一些其它的強(qiáng)吸電子基也能起到硝基的作用，例如：離去基團(tuán)可以是—X，－OR，－NO2，－CN等。這類反應(yīng)可用下列反應(yīng)式表示：式中－L，－Nu在硝基的鄰對(duì)位；－L為－X，－OR，－NO2等；－Nu為－OH，－SH，ROH，RONa，胺，碳負(fù)離子等。118.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響

反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)中間產(chǎn)物是稱為Meisenhemer絡(luò)合物深紫紅色的鹽，被晶體結(jié)構(gòu)分析和1HNMR分析所證實(shí)。128.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響芳環(huán)上雙分子親核取代反應(yīng)的能線圖138.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響(1)硝基對(duì)鹵素活潑性的影響2,5-二硝基-1,3-二甲苯與NH3的親核取代反應(yīng)。只有當(dāng)硝基處在離去基團(tuán)L的鄰對(duì)位時(shí)才對(duì)其相應(yīng)的Meisenhemer絡(luò)合物更有效地起到穩(wěn)定化作用。如五氟硝基苯與氨反應(yīng)，只有鄰、對(duì)位上的氟原子能被取代。2-硝基被取代是因?yàn)?-硝基與苯環(huán)共平面，大大降低苯環(huán)上電子云密度。2-硝基被取代形成Meisenhemer絡(luò)合物較穩(wěn)定。148.1硝基化合物8.1.3硝基化合物的化學(xué)性質(zhì)8.1.3.5硝基對(duì)芳香環(huán)上取代基的影響(2)硝基對(duì)苯酚酸性的影響三硝基苯酚其酸性已接近無機(jī)酸，它可以與NaOH，Na2CO3，NaHCO3作用。在苯酚的苯環(huán)上引入硝基，吸電子的硝基通過誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)的傳遞，增加了羥基中的氫解離成質(zhì)子的能力。158.1硝基化合物8.1.4硝基化合物的制備8.1.4.1烷烴的硝化產(chǎn)物為混合物，較難分離。在工業(yè)上將這些混合物不分離，作為混合溶劑。8.1.4.2芳烴的硝化在更強(qiáng)烈的條件下，還可以合成二硝基化合物和三硝基化合物。三硝基化合物是猛烈的炸藥。168.1硝基化合物8.1.4硝基化合物的制備硝基甲烷可以用等摩爾量的氯乙酸鈉和亞硝酸鈉的水溶液共同加熱制備。反應(yīng)過程中首先生成硝基乙酸鈉中間體，在蒸餾過程中失去二氧化碳而變成硝基甲烷：8.1.4.3亞硝酸鹽的烴基化無機(jī)亞硝酸鹽跟鹵代烷進(jìn)行親核取代反應(yīng)(SN2)。亞硝酸負(fù)離子作為親核試劑，可以是O原子進(jìn)攻，也可以是N原子進(jìn)攻。分別生成亞硝酸酯化合物和硝基化合物：用非質(zhì)子性溶劑可減少亞硝酸化。過量的亞硝酸鹽化合物加尿素來除去。178.2胺類化合物8.2.1胺的分類、命名和結(jié)構(gòu)特征胺分子中，如果含有兩個(gè)以上的氨基，則根據(jù)氨基的多少稱為二元胺，三元胺。8.2.1.1分類氨分子中的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)氫原子被烴基取代的產(chǎn)物分別稱為第一胺，第二胺和第三胺，或稱為伯胺、仲胺、叔胺。銨鹽或氫氧化銨中的四個(gè)氫原子都被烴基取代，稱為季銨鹽或季銨堿。胺分子中的氮原子與脂肪烴相連的稱為脂肪胺；與芳香烴相連的稱為芳香胺。188.2胺類化合物8.2.1胺的分類、命名和結(jié)構(gòu)特征8.2.1.2命名簡(jiǎn)單胺的命名，先寫出連在氮原子上的烴基的名稱，再以胺作詞尾。例：芳香仲胺或叔胺，在取代基前冠以“N”字，以表示這個(gè)基團(tuán)是連接在氮原子上。例：198.2胺類化合物8.2.1胺的分類、命名和結(jié)構(gòu)特征8.2.1.2命名“氨”，“胺”，及“銨”字的用法：在表示基時(shí)，如氨基，亞氨基，則用“氨”字；表示NH3的烴基衍生物時(shí)用“胺”，而季銨類化合物用“銨”。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的胺，將氨基當(dāng)作取代基，以烴或其它官能團(tuán)為母體，取代基按次序規(guī)則排列，將較優(yōu)基團(tuán)后列出。例：季銨化合物可以看作是銨的衍生物來命名，例如：208.2胺類化合物8.2.1胺的分類、命名和結(jié)構(gòu)特征8.2.1.3結(jié)構(gòu)特征胺分子中N原子是sp3雜化態(tài)。胺分子具有棱錐形結(jié)構(gòu)，孤電子對(duì)在棱錐形的頂點(diǎn)：芳香胺分子存在p-π共軛作用，它們的偶極矩方向與脂肪胺的方向相反，大小相近。脂肪胺的偶極矩比相應(yīng)的醇小。電負(fù)性大小次序?yàn)椋篛>N>C。218.2胺類化合物8.2.1胺的分類、命名和結(jié)構(gòu)特征8.2.1.3結(jié)構(gòu)特征若氮原子上連有三個(gè)不同的基團(tuán)，分子沒有對(duì)稱因素，它是手性的。但是，簡(jiǎn)單胺的兩種錐形排列之間的能壘相當(dāng)?shù)?，可以迅速相互轉(zhuǎn)化，因此，胺是無旋光性的。季銨鹽是四面體結(jié)構(gòu)，當(dāng)N原子上連有4個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)，存在著對(duì)映體。8.2.2胺的物理性質(zhì)伯胺和仲胺與醇相似，能形成分子間氫鍵。因此，沸點(diǎn)比較高。但第三胺的N原子上沒有氫，不能形成分子間氫鍵，沸點(diǎn)較低。胺都能與水形成氫鍵，低級(jí)胺能溶于水。但隨著分子量的增加，烴基的比例加大，其溶解度迅速降低。許多胺有難聞的臭味，有些胺毒性較大，某些芳香胺有致癌作用。應(yīng)該注意避免芳胺接觸皮膚或吸入體內(nèi)而中毒。228.2胺類化合物8.2.2胺的物理性質(zhì)紅外光譜：伯胺在3400~3200cm-1出現(xiàn)兩個(gè)尖銳的中等強(qiáng)度吸收峰，它們對(duì)應(yīng)N－H不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)；仲胺在3500~3300cm-1出現(xiàn)一個(gè)N－H伸縮振動(dòng)較為尖銳中等強(qiáng)度吸收峰。叔胺在此區(qū)域無吸收峰。1HNMR譜：α-H化學(xué)位移值為2~3ppm，β-H的化學(xué)位移值為1.1~1.7ppm。脂肪族伯、仲胺的N上H化學(xué)移值為0.5~4.0ppm。芳香胺的N上H化學(xué)位移值為2.5~5.0ppm。N上H化學(xué)位移具體位置與溶劑的性質(zhì)、溶液濃度和溫度等因素有關(guān)。這些因素均影響分子間氫鍵的形成。環(huán)胺和芳香胺的分子離子峰很強(qiáng)。芳香胺和低級(jí)脂肪胺常有M-1峰。芳香胺還能碎裂為[M-HCN]+和[M-HCN-1]+:質(zhì)譜：脂肪胺的分子離子峰很弱，脂肪胺重要的斷裂方式是α-斷裂，生成豐度很大(通常為基峰)的特征離子CnH2n+2N+(m/z為30,44,58,72……)238.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.1堿性和成鹽胺的結(jié)構(gòu)類似于含氧化合物中的醇、酚、醚。胺的N原子上的孤對(duì)電子，既能夠進(jìn)攻質(zhì)子顯堿性，又可作為親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)。由于N原子的電負(fù)性小于O原子，胺的堿性和親核性比醇、醚強(qiáng)。伯胺和仲胺中N－H鍵的極性小于醇中O－H鍵，伯(仲)胺的酸性小于醇。芳香胺中存在N原子的p軌道于芳環(huán)的π軌道的給電子p-π共軛作用，使芳環(huán)電荷密度增大，容易進(jìn)行親電取代反應(yīng)。此外胺能發(fā)生氧化反應(yīng)。胺與大多數(shù)酸作用生成鹽。隨著氮原子上R的增加，堿性增強(qiáng)。各類胺的堿性次序在不同介質(zhì)中不同。在氣相中，堿性順序?yàn)椋喊?lt;甲胺<二甲胺<三甲胺。在溶液中，堿性順序?yàn)椋喊?lt;三甲胺<.甲胺<二甲胺。胺的堿性弱，它的鹽和氫氧化鈉等強(qiáng)堿作用時(shí)會(huì)放出游離的胺：利用以上性質(zhì)可以將胺與其它有機(jī)化合物分離。248.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.1堿性和成鹽如果在苯環(huán)上有吸電子基，堿性降低；苯環(huán)上有供電子基，堿性增強(qiáng)。胺與氨的堿性強(qiáng)弱次序?yàn)椋褐景?gt;氨>芳香胺季銨鹽的氮原子上沒有質(zhì)子，與氫氧化物反應(yīng)形成季銨堿。季銨堿的堿性與NaOH相當(dāng)。季銨堿與酸中和生成季銨鹽：芳胺氮原子上的孤電子對(duì)可以離域到苯環(huán)上，使氮原子上的電子云向苯環(huán)方向移動(dòng)，氮原子上的電子云密度減少，接受質(zhì)子的能力也隨著減小，因此，堿性比脂肪胺弱得多。芳胺堿性強(qiáng)弱次序?yàn)椋?58.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.2酸性N,N-二異丙基鋰，空間位阻使它只能與質(zhì)子作用，不發(fā)生其它的親核反應(yīng)。這種能奪取活潑氫而又不起親核反應(yīng)的強(qiáng)堿性試劑，稱為不親核堿。這種試劑在有機(jī)合成上特別有用。胺的酸性很弱，pKa值約為34，因此它的共軛堿是一種很強(qiáng)的堿性試劑。胺的烴基化反應(yīng)，往往得到一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)胺和季銨鹽的混合物，實(shí)驗(yàn)室合成意義不大。但此法用于工業(yè)上生產(chǎn)胺類。8.2.3.3烴基化反應(yīng)268.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.4酰化反應(yīng)第一、

第二胺能象氨一樣，作為親核試劑跟酰氯、酸酐、酯作用生產(chǎn)酰胺：第三胺氮原子上沒有氫原子，所以不能生產(chǎn)酰胺。278.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.4?；磻?yīng)對(duì)于伯胺、仲胺和叔胺的混合物也可以用上面的反應(yīng)進(jìn)行分離。苯胺的?；磻?yīng)在有機(jī)合成中用于保護(hù)氨基：胺與苯磺酰氯或?qū)妆交酋Ｂ?TsCl)的酰化反應(yīng)稱作興斯堡(Hinsberg)試驗(yàn)。可用于鑒別伯、仲、叔胺：第三胺的氮原子上沒有氫原子，不能與苯磺酰氯反應(yīng)。288.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.5與亞硝酸的反應(yīng)伯、仲、叔胺對(duì)于亞硝酸的作用各不相同。脂肪族胺與HNO2反應(yīng)的情況為：利用上述反應(yīng)，可以區(qū)分1°、2°、3°脂肪胺。298.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.5與亞硝酸的反應(yīng)在5℃以下,芳香重氮鹽可發(fā)生許多在合成上很有價(jià)值的反應(yīng)。芳香胺與HNO2的反應(yīng)：利用三類芳胺與HNO2作用生成的產(chǎn)物不同，可以區(qū)別芳香族第一、第二、第三胺。伯胺與HNO2作用生成重氮鹽的反應(yīng)稱為重氮化反應(yīng)。脂肪族伯胺與HNO2反應(yīng)，總是迅速放出N2，但芳香族伯胺與HNO2反應(yīng)形成的芳香重氮鹽在5℃以下能穩(wěn)定，在5℃以上反應(yīng)如下：308.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)一般胺的氧化反應(yīng)沒有重要實(shí)用價(jià)值。然而下列兩類氧化反應(yīng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。8.2.3.6氧化反應(yīng)胺類化合物容易被氧化。不同類型的胺，氧化產(chǎn)物不同。例如：含氮雜環(huán)化合物的氧化物是重要的醫(yī)藥品和自由基捕捉劑。318.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.6氧化反應(yīng)芳胺也容易被氧化。苯胺氧化時(shí)，主要產(chǎn)物是苯醌。三級(jí)芳胺及其銨鹽對(duì)氧化劑不太敏感。叔胺氧化物在溫和條件下通過Cope消除反應(yīng)熱裂解成烯烴。該反應(yīng)經(jīng)過了一個(gè)環(huán)狀中間體，形成立體專一性的順式消除產(chǎn)物，（霍夫曼產(chǎn)物），產(chǎn)率較高?？梢詫⑹灏费趸虲ope消除反應(yīng)結(jié)合起來，用叔胺制烯烴。328.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.7芳胺的親電取代反應(yīng)①鹵代反應(yīng)苯胺與溴反應(yīng)難以停留在一取代階段，甚至在水溶液中苯胺與溴迅速反應(yīng)生成2,4,6-三溴苯胺白色沉淀，這個(gè)反應(yīng)可用于苯胺的定性及定量分析。苯胺乙?；箐宕苌蓪?duì)位取代物：②磺化反應(yīng)338.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.7芳胺的親電取代反應(yīng)

③硝化反應(yīng)為什么不用苯胺直接硝化？制備間硝基苯胺的方法：第三胺可直接硝化：348.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.7芳胺的親電取代反應(yīng)④付-克反應(yīng)芳香胺中的氨基用?；Ｗo(hù)后，可進(jìn)行付——克烷基化和酰基化反應(yīng)：叔胺可直接進(jìn)行付-克及Vilsmeier反應(yīng)：358.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.8季銨鹽和霍夫曼消除反應(yīng)

叔胺與鹵代烷反應(yīng)得到季銨鹽，季銨鹽和堿作用不能釋放游離胺，但與濕的Ag2O作用，可轉(zhuǎn)變?yōu)榧句@堿。季銨堿加熱到100～150℃會(huì)分解。如果烴基中含有大于或等于兩個(gè)碳的鏈時(shí)，季銨堿加熱分解得到烯烴。季銨堿加熱分解得到烯烴的反應(yīng)稱為霍夫曼消除反應(yīng)。368.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.8季銨鹽和霍夫曼消除反應(yīng)霍夫曼消除反應(yīng)的特點(diǎn)：

(1)季銨堿的熱分解產(chǎn)物：形成不飽和碳原子上連有烷基最少的烯烴，這稱為Hofmann規(guī)則。當(dāng)β-碳原子上有芳基時(shí)，則主要生成能與苯環(huán)共軛的烯烴。(2)當(dāng)季銨堿的N原子上連有兩個(gè)以上可變?yōu)橄N的基團(tuán)時(shí)，主要生成分子量較小的烯烴。下面的反應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)以上兩個(gè)特點(diǎn)：378.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.8季銨鹽和霍夫曼消除反應(yīng)N與β-H在同一平面的反式Newman投影式有下列三種：霍夫曼消除反應(yīng)的特點(diǎn)：

三種構(gòu)象都符合反式共平面的構(gòu)象，但后兩種構(gòu)象中CH3與+N(CH3)3之間的排斥作用較大，因此，主要是由前一種構(gòu)象消除形成烯烴，得到Hofmann產(chǎn)物(3)Hofmann消除反應(yīng)過程是共平面的反式消除過程(與氧化叔胺的熱消除不同)。消除反應(yīng)速度：順式>反式(4)季銨堿的Hofmann消除產(chǎn)物與反應(yīng)的反式共平面消除機(jī)理一致。(5)季胺堿熱消除變?yōu)橄N的反應(yīng)可用來測(cè)定胺的結(jié)構(gòu)。388.2胺類化合物8.2.3胺的化學(xué)性質(zhì)8.2.3.8季銨鹽和霍夫曼消除反應(yīng)具體過程如下：例：某化合物分子式為(C8H15N)與CH3I反應(yīng)形成(C9H18NI)，該化合物B與Ag2O作用后，加熱變?yōu)榛衔顲(C9H17N)，該化合物C可再與CH3I反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)镈(C10H20NI)，D與Ag2O作用后，加熱變?yōu)?,3-環(huán)庚二烯，試推測(cè)A、B、C、D的結(jié)構(gòu)。分析：A的不飽和度=1+F=1+只能加一個(gè)－CH3，說明為叔胺。從B進(jìn)行Hofmann消除，N仍在分子中，說明含有結(jié)構(gòu)。第二次Hofmann降解后，產(chǎn)物為一個(gè)碳環(huán)化合物，說明該化合物有兩個(gè)環(huán)。398.2胺類化合物8.2.4胺的制備芳香一級(jí)胺與鹵代烴的反應(yīng)也比脂肪胺與鹵代烴的反應(yīng)慢，芳香二級(jí)胺反應(yīng)更慢，因此，反應(yīng)可停留在二級(jí)胺階段：8.2.4.1鹵代烷與氨或胺的反應(yīng)鹵代烴與脂肪氨或胺可發(fā)生親核取代反應(yīng)，產(chǎn)物是1°、2°、3°胺及銨鹽的混合物。當(dāng)芳環(huán)上連有很強(qiáng)的吸電子基時(shí)，能發(fā)生芳環(huán)上的親核取代反應(yīng)：普通的鹵代芳烴與強(qiáng)堿NaNH2可以發(fā)生如下親核取代反應(yīng)：反應(yīng)是消去－加成歷程，中間體是苯炔。408.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.2Gabriel合成法 鄰苯二甲酰亞胺中兩個(gè)?；c氮原子成鍵，使N上只留下一個(gè)可供烴基取代的氫，這樣可避免N上多烴基化。并且兩個(gè)?；奈娮幼饔檬筃上H在堿作用下較易離去，有利于與鹵代烴發(fā)生親核取代反應(yīng)。Gabriel合成法是制取純凈的第一胺的方法。反應(yīng)過程為：418.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.2Gabriel合成法N-烴基磺酰胺有似于鄰苯二甲酰亞胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與鹵代烴有類似的反應(yīng)得到仲胺。通過里特反應(yīng)也可以合成伯胺。428.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.3還原法1、硝基化合物還原芳香胺容易從芳香硝基化合物還原得到。還原方法有化學(xué)還原法和催化還原法。常用的化學(xué)還原劑有：Fe+HCl，Sn+HCl，SnCl2+HCl，Zn+HCl，HCl可用H2SO4、HAc代替，催化還原可用Ni，Pt、Pd等催化氫化。多硝基化合物可用堿金屬(或銨)的硫化物或多硫化物選擇性地將其中一個(gè)硝基還原為氨基。當(dāng)苯環(huán)上有醛基等易被還原的基團(tuán)時(shí)，應(yīng)選擇較溫和的條件將硝基還原為氨基：438.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.3還原法2、酰胺、肟和腈的還原酰胺，N-烴基酰胺，N,N-二烴基酰胺被LiAlH4還原分別得到一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)胺。肟被LiAlH4、Na+C2H5OH或催化氫化的方法還原成伯胺。而肟可由醛酮制備：腈可由LiAlH4或催化氫化還原成1°胺：腈的催化氫化有少量第二胺和第三胺生成，因?yàn)樯傻?°胺(或2°胺)和中間體亞胺作用所致。448.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.3還原法3、醛酮的還原胺化醛酮與氨反應(yīng)生成亞胺，亞胺經(jīng)催化加氫生成伯胺。在類似條件下，伯胺使醛酮轉(zhuǎn)化為仲胺；仲胺使醛酮轉(zhuǎn)化為叔胺：反應(yīng)過程為：458.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.4從羧酸及其衍生物制備(1)酰胺的Hofmann重排反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理為：在重排過程中，烴基碳原子的構(gòu)型不變。468.2胺類化合物8.2.4胺的制備8.2.4.4從羧酸及其衍生物制備以上三個(gè)反應(yīng)，分別用羧酸及其衍生物為原料，通過不同途徑，但都經(jīng)過了一個(gè)共同的中間物酰基氮烯，重排為異氰酸酯的反應(yīng)，得到比原料少一個(gè)碳的一級(jí)胺。(2)克爾提斯重排(Curtius)?；B氮化合物異氰酸酯重排反應(yīng)過程為：(3)希密特反應(yīng)(Schmidt)478.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.1重氮化合物的制備重氮化合物的通式為R2C=N2，最簡(jiǎn)單的重氮化合物是重氮甲烷CH2N2，其結(jié)構(gòu)式為：重氮甲烷極易脫去一分子氮?dú)庑纬?，即卡賓(carbene)。又稱碳烯的活性中間體。8.3.1.1重氮甲烷的制備型的化合物與堿作用，可得到重氮甲烷CH2N2，R可為烴基、?；⒒酋；Ｖ氐淄槭怯卸镜狞S色氣體，b.p.為－24℃，純重氮甲烷容易爆炸，通常在乙醚稀溶液中使用。488.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.1重氮化合物的制備8.3.1.1重氮甲烷的制備酰氯與重氮化合物反應(yīng)得到α-重氮酮：α-重氮酮α-重氮酮中羰基與重氮基共軛，故其穩(wěn)定性高于重氮甲烷。氨基乙酸酯與亞硝酸反應(yīng)生成重氮乙酸酯。重氮乙酸酯為黃色液體，其穩(wěn)定性也高于重氮甲烷。

8.3.1.2重氮鹽的制備在0～5℃下，伯胺在強(qiáng)酸存在下與亞硝酸反應(yīng)，生成重氮鹽，稱為重氮化反應(yīng)。498.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.1重氮甲烷的反應(yīng)2、與醛酮的反應(yīng)環(huán)己酮與重氮甲烷反應(yīng)或與HCN加成后，經(jīng)還原、重氮化反應(yīng)均可得到環(huán)庚酮。508.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.1重氮甲烷的反應(yīng)3、與酰氯的反應(yīng)(Ardnt-Eister反應(yīng))反應(yīng)機(jī)理：Wolff重排生成的HCl使重氮甲酮分解成α-氯代酮：在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)將酰氯滴加到過量的重氮甲烷溶液中，使生成的HCl與過量的CH2N2立即反應(yīng)完，否則得不到α-重氮酮。518.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.3芳香重氮鹽的反應(yīng)芳香重氮鹽可被－ＯＨ、－Ｘ、－ＣＮ、－Ｈ和－ＮO2取代生成相應(yīng)的酚、芳基鹵、芳腈、芳烴和硝基芳烴。1取代反應(yīng)528.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.3芳香重氮鹽的反應(yīng)1取代反應(yīng) 關(guān)鍵是要先在甲苯的對(duì)位上引入定位作用比甲基大的氨基，然后在氨基的鄰位(即甲基的間位)引入溴后再通過重氮化反應(yīng)將氨基除去。例：由甲苯合成538.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.3芳香重氮鹽的反應(yīng)1取代反應(yīng)例：由苯合成548.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.2重氮化合物的反應(yīng)8.3.2.3芳香重氮鹽的反應(yīng)2偶聯(lián)反應(yīng)與酚的偶聯(lián)反應(yīng)條件是弱堿性pH8~10，與芳胺的偶聯(lián)反應(yīng)條件是弱酸性pH4~6。芳基重氮正離子與芳胺和酚反應(yīng)生成偶氮化合物的反應(yīng)稱為偶聯(lián)反應(yīng)。3還原成肼芳基重氮鹽用鋅和鹽酸、氯化亞錫和鹽酸等還原，保留氮原子而生成芳基肼：與芳胺的偶聯(lián)機(jī)理：558.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.3偶氮化合物8.3.3.1偶氮化合物的制備(1)重氮鹽只與有強(qiáng)供電子基(如－OCH3，－OH，－NH2，－NHR，－NR2等)的苯環(huán)偶聯(lián)。(2)一般偶聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在強(qiáng)供電子基的對(duì)位，如對(duì)位已有取代基，則發(fā)生在鄰位。偶氮化合物由重氮鹽與酚或芳香胺等發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)得到。568.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.3偶氮化合物8.3.3.2芳香偶氮化合物的性質(zhì)二苯肼在酸性溶液中重排生成聯(lián)苯胺：偶氮苯用鋅和氫氧化鈉或NaBH4還原，轉(zhuǎn)變?yōu)槎诫拢郝?lián)苯胺重排歷程：例：578.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.3偶氮化合物8.3.3.3偶氮化合物的用途脂肪族偶氮化合物在加熱時(shí)分解，生成氮?dú)夂妥杂苫?，有的可作為自由基反?yīng)的引發(fā)劑.最常見的引發(fā)劑是偶氮異丁腈，它在70℃左右分解：芳香族偶氮化合物具有高的熱穩(wěn)定性，分子中大的共軛體系使它們有顏色，可用作染料、指示劑和生物切片染色劑等。例如：588.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.4疊氮化合物疊氮化鈉與鹵代烷、芳基重氮鹽或?；x子反應(yīng)，生成烷基、芳基或?；B氮化合物：疊氮化合物的通式為RN3，其結(jié)構(gòu)可用共振式表示如下：疊氮化合物，特別是烷基疊氮化合物容易爆炸，但卻是有用的合成中間體。8.3.4.1疊氮化合物的制法598.3重氮、偶氮和疊氮化合物8.3.4疊氮化合物8.3.4.2疊氮化合物的反應(yīng)反應(yīng)經(jīng)過了庫(kù)爾提思重排(Curtisrearrangement)．史密特（Schmidt）重排：在室溫下，羧酸與疊氮酸在濃硫酸中反應(yīng)得到?；B氮化合物，后者可轉(zhuǎn)變?yōu)楸仍人嵘僖粋€(gè)碳原子的伯胺。608.4雜環(huán)化合物8.4.1雜環(huán)化合物的分類和命名8.4.1.1雜環(huán)化合物的分類由碳原子和至少一個(gè)其它原子，如O，S，N等組成的環(huán)狀化合物，稱為雜環(huán)化合物。618.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)

呋喃噻吩吡咯δ(α-H)7.297.196.68δ(β-H)6.346.996.22δ(N-H)

8.0呋喃遇鹽酸浸濕的松木片，呈綠色，叫松木片反應(yīng)。吡咯遇鹽酸浸濕的松木片，呈紅色，叫松木片反應(yīng)。噻吩和吲哚醌在硫酸作用下，發(fā)生藍(lán)色反應(yīng)。1、1HNMR譜α-H的化學(xué)位移與苯環(huán)上的H相近；

β-H的化學(xué)位移向高場(chǎng)移動(dòng)，表明β-H周圍的電子云密度比α-H大，C-H鍵極性小。2、鑒別反應(yīng)628.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)3、親電取代反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩是富電子芳香化合物，故容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。

進(jìn)攻α-位形成的中間體，正電荷分散在三個(gè)原子上，比進(jìn)攻β位形成的中間體穩(wěn)定。(2)反應(yīng)活性大小次序?yàn)椋哼量?gt;呋喃>噻吩>苯容納正電荷的能力N>O>S>C，中間體穩(wěn)定性大小次序：吡咯>呋喃>噻吩>苯對(duì)于呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)，由于雜環(huán)的穩(wěn)定性不如苯環(huán)(如在H+作用下開環(huán)、聚合、氧化)，因此，對(duì)試劑，反應(yīng)條件必須有所選擇和控制。(1)親電試劑E+優(yōu)先進(jìn)攻雜環(huán)化合物的α-位，當(dāng)α-位已有取代基時(shí)，親電試劑進(jìn)攻β-位。638.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)3、親電取代反應(yīng)648.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)呋喃與親電試劑進(jìn)行的親電取代反應(yīng)，但產(chǎn)物往往是先加成，后消除得到產(chǎn)物。例如：3、親電取代反應(yīng)658.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)噻吩在室溫下與濃H2SO4迅速反應(yīng)生成的α-噻吩磺酸溶于濃H2SO4。噻吩磺酸在水蒸氣作用下脫去磺酸基得到噻吩。利用這個(gè)性質(zhì)可將同存在于煤焦油中沸點(diǎn)相近噻吩和苯分離。3、親電取代反應(yīng)668.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)4、加成反應(yīng)雜原子p軌道和電負(fù)性與C原子的差別，決定雜環(huán)的穩(wěn)定性大小次序?yàn)椋哼量?gt;噻吩>呋喃呋喃加氫最容易，噻吩加氫易脫S變成丁烷。噻吩和呋喃均與馬來酸酐發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。但吡咯一般不發(fā)生D-A反應(yīng)。噻吩與炔的D－A加成產(chǎn)物易變?yōu)楸窖苌铩＿秽?、噻吩、吡咯都能催化加氫?78.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)5、吡咯的弱堿性與弱酸性吡咯中N上孤對(duì)電子已參與環(huán)狀共軛大π鍵，故堿性很弱，共堿性比苯胺小。Kb2.5×10-143.8×10-102×10-4吡咯有極性N－H鍵，顯弱酸性，其酸性比醇強(qiáng)，比酚弱，與NH3相當(dāng)。Ka10-1510-1810-1510-10吡咯在液氨中與KNH2或NaNH2反應(yīng)，或在無水乙醚中與格氏試劑反應(yīng)，氮原子上的氫被金屬取代。688.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)N-金屬取代吡咯有親核性，能與鹵代烴、CO2、酰氯等反應(yīng)，得到N-取代吡咯或α-取代吡咯。5、吡咯的弱堿性與弱酸性698.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.2吡咯、呋喃、噻吩的性質(zhì)6、開環(huán)反應(yīng)呋喃在稀酸水溶液中水解為丁二醛。噻吩對(duì)無機(jī)酸水溶液穩(wěn)定，但在Ni催化下加氫得到丁烷。吡咯較難開環(huán)，在酸性溶液中容易聚合。708.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物

8.4.2.3呋喃、噻吩、吡咯的制備1、帕爾—克諾爾方法(Paal-Knorr)形成吡咯環(huán)的反應(yīng)歷程如下：718.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.3呋喃、噻吩、吡咯的制備2、克諾爾(Knorr)合成法含有活潑亞甲基的羰基化合物與α-氨基酮類化合物縮合環(huán)化，然后水解得到吡咯類化合物。而氨基取代的乙酰乙酸乙醋可用下法合成：728.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.3呋喃、噻吩、吡咯的制備3、漢棲(Hantzsch)合成法4、佑爾業(yè)夫(Yuper)反應(yīng)(以Al2O3作催化劑)在Al2O3催化下，吡咯、呋喃、噻吩能相互轉(zhuǎn)化。738.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物5、戊糖脫水環(huán)化制呋喃8.4.2.3呋喃、噻吩、吡咯的制備748.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物糠醛既含有醛基又含有吡喃環(huán)，故具有醛及呋喃的一些性質(zhì)。1、糠醛758.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物1、糠醛糠醛安息香縮合反應(yīng)過程為：768.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物2、含兩個(gè)以上雜原子的五元雜環(huán)化合物(1)

命名我國(guó)主要采用音譯法命名。吡唑咪唑1,2,3-三唑1,2,4-三唑四唑噁唑pyrazoleimidazole1,2,3-triazole1,2,4-triazoletetrazolexazole異噁唑噻唑苯并咪唑苯并三唑苯并噁唑苯并噻唑isoazolethiazolebenzimidazolebenzotriazolebenzoxazolebenzothiazole778.4雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物2、含兩個(gè)以上雜原子的五元雜環(huán)化合物(2)

親電取代反應(yīng)活性吡咯環(huán)中，增加雜原子后，原來吡咯N原子上的H酸性增加。因此咪唑環(huán)中的兩個(gè)質(zhì)子體現(xiàn)不同性質(zhì)。吡唑的3-位和5-位，咪唑的4-位和5-位，由于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移是等同的。含兩個(gè)雜原子的五員環(huán)中，由于新增加的雜原子以sp2雜化，都有一對(duì)孤電子，這對(duì)電子未參與共軛，因此，它們都具有堿性，都能與質(zhì)子相結(jié)合。例如：788.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物3、吲哚吲哚由苯環(huán)和吡咯環(huán)稠合而成，環(huán)上氫的化學(xué)位移值如下：3-吲哚乙酸是一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，色氨酸是人體必需的一種氨基酸，色胺和5-羥基色胺存在于哺乳動(dòng)物腦組織中，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能有關(guān)。(Indole)天然吲哚環(huán)生物堿有重要的生理活性。3-吲哚乙酸色氨酸色胺5-羥基色胺798.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物3、吲哚親電取代反應(yīng)主要在3-位進(jìn)行。如果3-位已有取代基則親電試劑主要進(jìn)攻2-位。例如：在強(qiáng)酸性溶液中，親電取代反應(yīng)在5-位發(fā)生。因?yàn)?-位接受一個(gè)質(zhì)子而鈍化。808.4雜環(huán)化合物8.4.2五元雜環(huán)化合物8.4.2.4其它五元雜環(huán)化合物3、吲哚含α-亞甲基醛、酮或酮酸與芳腙衍生物在ZnCl2、多聚磷酸等Lewis酸催化劑存在下發(fā)生分子內(nèi)縮合、及脫氨環(huán)化等反應(yīng)，最后生成吲哚類化合物。吲哚環(huán)的合成采用Fischer合成法。重排反應(yīng)