叔胺和季铵盐混合物课件.ppt
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- 铵盐 混合物 课件
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1、第十五章第十五章 硝基化合物和胺硝基化合物和胺有机化学有机化学 Organic Chemistry(一)硝基化合物(一)硝基化合物15.1 硝基化合物的分类、结构和命名硝基化合物的分类、结构和命名硝基化合物可看成烃分子中的氢原子被硝基取硝基化合物可看成烃分子中的氢原子被硝基取代后的衍生物。代后的衍生物。(1)一硝基化合物和多硝基化合物一硝基化合物和多硝基化合物(2)伯、仲、叔硝基化合物(伯、仲、叔硝基化合物(1,2,3硝基化合物)硝基化合物) 命名命名硝基作为取代基硝基作为取代基:对应的是几级碳对应的是几级碳(1)电子结构式:)电子结构式:或或 两个氮氧键长均为两个氮氧键长均为0.121nm
2、硝基化合物的结构硝基化合物的结构: 硝基的共振结构式硝基的共振结构式(2) 硝基的结构硝基的结构(1) 烷烃和硝酸烷烃和硝酸硝化反应(得混合物作溶剂)硝化反应(得混合物作溶剂) 主要产物为一硝基主要产物为一硝基化合物;同时发生碳化合物;同时发生碳键的断裂而生成低级键的断裂而生成低级硝基化合物。硝基化合物。(2) 芳香族硝基化合物的制备芳香族硝基化合物的制备淡黄色液体淡黄色液体15.2 硝基化合物的制备硝基化合物的制备 脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体脂肪族硝基化合物是无色而具有香味的液体,难溶难溶于水于水,而易溶于醇和醚而易溶于醇和醚; 大部分芳香族硝基化合物都是大部分芳香族硝基化合物都
3、是淡黄色淡黄色固体固体,有些一有些一硝基化合物是液体硝基化合物是液体,它们具有它们具有苦杏仁味苦杏仁味;有有毒性毒性. 多硝基化合物在受热时一般易分解而发生多硝基化合物在受热时一般易分解而发生爆炸爆炸.硝基化合物的红外光谱硝基化合物的红外光谱 脂肪族伯和仲硝基化合物的脂肪族伯和仲硝基化合物的N-O伸缩振动在伸缩振动在15651545 cm-1 和和13851360 cm-1,叔硝基化合物的叔硝基化合物的N-O伸缩振动在伸缩振动在15451530 cm-1 和和13601340 cm-1.芳香族硝基化合物的芳香族硝基化合物的N-O伸缩振动在伸缩振动在15501510 cm-1 和和1365133
4、5 cm-1.15.3 硝基化合物的物理性质硝基化合物的物理性质 硝基乙烷的红外光谱硝基乙烷的红外光谱硝基苯的红外光谱硝基苯的红外光谱 脂肪族硝基化合物中脂肪族硝基化合物中,含有含有 -H的伯或仲硝基化合物的伯或仲硝基化合物能逐渐溶解于氢氧化钠能逐渐溶解于氢氧化钠(生成稳定的负离子生成稳定的负离子): 共振结构式共振结构式: 硝基化合物存在硝基化合物存在硝基式硝基式和和酸式酸式互变异构互变异构:主要主要15.4 硝基化合物的化学性质硝基化合物的化学性质15.4.1 与碱作用与碱作用 具有具有 -H的伯或仲硝基化合物存在互变异构现象的伯或仲硝基化合物存在互变异构现象,所所以呈酸性以呈酸性: 叔硝
5、基叔硝基化合物没有这种氢原子化合物没有这种氢原子,因此不能异构成酸因此不能异构成酸式式,也就不能与碱作用也就不能与碱作用. 例例1例例215.4.2 硝基的还原硝基的还原(1)硝基化合物与还原剂硝基化合物与还原剂(如铁如铁,锡和盐酸锡和盐酸)作用作用,可以得到可以得到 胺类化合物胺类化合物:注意:此反应不可注意:此反应不可逆,氧化会带来苯逆,氧化会带来苯环的破裂!环的破裂!注意:注意:2个基团的变化个基团的变化 该反应是在中性条件下进行该反应是在中性条件下进行,对于那些带有酸性和对于那些带有酸性和碱性条件下易水解基团的化合物可用此法还原碱性条件下易水解基团的化合物可用此法还原.(2) 催化加氢
6、催化加氢-工业上由硝基化合物制取胺工业上由硝基化合物制取胺补充补充 酸性酸性条件下中间体的生成条件下中间体的生成: 在在中性中性条件下还原条件下还原,很容易停留在很容易停留在 N-羟基苯胺羟基苯胺(3) 在不同介质中还原得到不同的还原产物在不同介质中还原得到不同的还原产物 在在不同碱性不同碱性条件下条件下,可得到不同的还原产物可得到不同的还原产物:在在不同碱性不同碱性条件下条件下,可得到不同的还原产物可得到不同的还原产物:Na3AsO3Fe + NaOHZn + NaOHFeH2O2Zn + NaOHNaOBr 它们可能是由两分子不同的中间产物缩合而成它们可能是由两分子不同的中间产物缩合而成
7、氧化偶氮苯如进一步还原可得偶氮苯或氢化偶氮苯氧化偶氮苯如进一步还原可得偶氮苯或氢化偶氮苯.这些产物如经强烈还原条件下这些产物如经强烈还原条件下进一步还原进一步还原,最后都可得最后都可得到苯胺到苯胺. 芳香族多硝基化合物用芳香族多硝基化合物用碱金属的硫化物碱金属的硫化物或或多硫化物多硫化物,硫硫氢化铵氢化铵、硫化铵硫化铵或或多硫化铵多硫化铵为还原剂,可以为还原剂,可以选择性还原选择性还原其中的一个硝基成为氨基:其中的一个硝基成为氨基:选择性还原其选择性还原其中的一个硝基中的一个硝基成为氨基成为氨基. 硝基是硝基是间位定位基间位定位基,它使苯环钝化:,它使苯环钝化: 由于硝基的钝化影响,硝基苯不能
8、发生傅由于硝基的钝化影响,硝基苯不能发生傅-克反应。克反应。15.4.3 苯环上的取代反应苯环上的取代反应 硝基对其邻位和对位上的卤素取代基有硝基对其邻位和对位上的卤素取代基有活化作用活化作用。15.4.4 硝基对邻、对位上取代基的影响硝基对邻、对位上取代基的影响 (1) 对卤原子活泼性的影响对卤原子活泼性的影响 与苯及衍生物的定位效应与苯及衍生物的定位效应(亲电取代亲电取代)不不同同,这里是亲核取代这里是亲核取代,所以硝基起活化作用所以硝基起活化作用.注意注意: 硝基氯苯的水解反应历程硝基氯苯的水解反应历程(加成(加成-消除反应):消除反应):第二步第二步:碳负离子硝去一个氯离子恢复苯环的结
9、构:碳负离子硝去一个氯离子恢复苯环的结构: 硝基的存在硝基的存在降低降低了硝基氯了硝基氯苯在芳香族亲苯在芳香族亲核取代过程中核取代过程中形成中间体的形成中间体的能量能量。 硝基通过硝基通过诱导诱导效应效应和和共轭效应共轭效应,使苯环上的邻、使苯环上的邻、对位上的电子云对位上的电子云密度降低。密度降低。第一步第一步:亲核试剂与苯环生成碳负离子:亲核试剂与苯环生成碳负离子(迈森海默迈森海默络合物络合物)稳定稳定 络合物稳定,也就是生成这个这个络合物的活化能也络合物稳定,也就是生成这个这个络合物的活化能也越低,所以反应容易进行。越低,所以反应容易进行。迈森海默迈森海默络合物的共振式:络合物的共振式:
10、 苯酚的酸性比碳酸弱苯酚的酸性比碳酸弱;随着苯环上引入硝基,增强了随着苯环上引入硝基,增强了酚的酸性;酚的酸性;2,4,6-三硝基苯酚的酸性几乎与强无机酸三硝基苯酚的酸性几乎与强无机酸相近相近. 硝基苯氧负离子的硝基苯氧负离子的共振结构共振结构:(2)对)对酚类酚类酸性的影响酸性的影响 氨分子中的氢原子被烃基取代后的衍生物称为胺。氨分子中的氢原子被烃基取代后的衍生物称为胺。 分类分类1:第一胺第一胺(1胺胺); 第二胺第二胺(2胺胺); 第三胺第三胺(3胺胺)注意比较注意比较( 二二 ) 胺胺15.5 胺的分类、命名和结构胺的分类、命名和结构指氮上氢被取代指氮上氢被取代 分类分类2:脂肪族胺、
11、芳香族胺:脂肪族胺、芳香族胺 分类分类3:一元胺、二元胺:一元胺、二元胺. 相应于氢氧化相应于氢氧化铵铵和铵盐的四烃基取代物,分别称为和铵盐的四烃基取代物,分别称为季铵碱季铵碱和和季铵盐季铵盐:(1) 在在“胺胺”之前加烃基来命名之前加烃基来命名;(2) 对仲胺和叔胺对仲胺和叔胺,当烃基相同时当烃基相同时,在前面标出数目在前面标出数目; (3) 当烃基不同当烃基不同,按次序规则按次序规则“较优较优”的基团放在的基团放在后面后面:胺的胺的习惯命名法习惯命名法:含有两个氨基的化合物称为含有两个氨基的化合物称为 “二胺二胺”:(*) 烃为母体烃为母体,氨基为取代基氨基为取代基:复杂的胺以复杂的胺以系
12、统命名法系统命名法命名命名:胺的结构胺的结构:N: sp3杂化杂化三甲胺的结构三甲胺的结构 脂肪烃硝化困难,不用此法;脂肪烃硝化困难,不用此法;伯芳胺伯芳胺一般由芳香族一般由芳香族硝基化合物还原制取:硝基化合物还原制取: 苯胺遇漂白粉溶液时变苯胺遇漂白粉溶液时变紫色紫色(鉴别)。(鉴别)。例例1:例例2:15.6 胺的制法胺的制法15.6.1 从硝基化合物还原从硝基化合物还原伯胺伯胺 因为萘硝化得不到因为萘硝化得不到 -硝基萘硝基萘。 -萘酚可由此法制备萘酚可由此法制备 -萘胺萘胺。 萘胺是制备染料的中间体。萘胺是制备染料的中间体。例例3:注意注意 -萘胺萘胺的制备的制备 氨的烷基化反应历程(
13、亲核取代反应):氨的烷基化反应历程(亲核取代反应): 卤烷与氨作用所得到的是伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐卤烷与氨作用所得到的是伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐混合物混合物,分离困难,在应用上有一定限制。,分离困难,在应用上有一定限制。15.6.2 从氨的烷基化从氨的烷基化(1) 卤烃与氨作用卤烃与氨作用:(3)醇和氨反应)醇和氨反应也能生成伯胺、仲胺和叔胺的混也能生成伯胺、仲胺和叔胺的混合物:合物:(2)芳香族卤化物和氨作用)芳香族卤化物和氨作用困难,注意条件困难,注意条件例如例如: 甲胺、二甲胺和三甲胺的工业制备:甲胺、二甲胺和三甲胺的工业制备: 得到的是得到的是混合物混合物,以二甲胺、三甲胺为主。,以
14、二甲胺、三甲胺为主。己二胺是制造己二胺是制造尼龙尼龙-66的原料的原料. 己二胺己二胺能和能和己二酸己二酸发生发生缩聚反应生成聚酰胺缩聚反应生成聚酰胺; 等摩尔物质反应后等摩尔物质反应后,再缩聚再缩聚:N2聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺15.6.3 从腈和酰胺还原从腈和酰胺还原 (1) 腈催化加氢生成伯胺:腈催化加氢生成伯胺: 此法特别适用于仲胺和叔胺此法特别适用于仲胺和叔胺芳胺类若芳胺类若N上有上有H,则则不发生傅不发生傅-克反应克反应,但酰基化反应后,但酰基化反应后可发生!可发生!(补例补例)芳胺类若芳胺类若N上无上无H,如如: Ph(CH3)2, 则在则在温和条件下可以温和条件下可以发发生
15、傅生傅-克反应克反应!(2) 酰胺用氢化锂铝还原成胺酰胺用氢化锂铝还原成胺:酰基化反应酰基化反应后可发生后可发生傅傅-克反应克反应!补充例题:补充例题:还原?还原? 氨或胺可以与醛酮缩合成不稳定的亚胺氨或胺可以与醛酮缩合成不稳定的亚胺,可加氢还原可加氢还原成相应的伯、仲、叔胺成相应的伯、仲、叔胺:15.6.4 从醛酮的还原胺化从醛酮的还原胺化 *是合成是合成纯伯胺纯伯胺的方法。的方法。例例115.6.5 从霍夫曼酰胺降解反应从霍夫曼酰胺降解反应少一个碳的伯胺少一个碳的伯胺15.6.6 从盖布瑞尔合成法从盖布瑞尔合成法有时用有时用NaOH,Br2例例2:盖布瑞尔法合成盖布瑞尔法合成 -氨基酸氨基
16、酸 具体历程见:具体历程见:P339-340邻苯二甲酰亚胺的制备邻苯二甲酰亚胺的制备因只有一个因只有一个H,引入,引入一个烷基后,不再具一个烷基后,不再具有亲核性,不能形成有亲核性,不能形成季铵盐,故最终产物季铵盐,故最终产物为为纯伯胺纯伯胺。15.7 胺的物理性质胺的物理性质苯胺的红外光谱苯胺的红外光谱胺的核磁共振谱:胺的核磁共振谱: 胺与氨相似,它们都具有胺与氨相似,它们都具有碱性碱性。氮原子有未共用电。氮原子有未共用电子对,形成带正电荷子对,形成带正电荷铵铵离子的缘故:离子的缘故: 胺溶于水,可发生离解反应:胺溶于水,可发生离解反应:15.8 胺的化学性质胺的化学性质:NH3 + H+
17、NH4+R-NH2 + H+ RNH3+R-NH2 + H2O RNH3+ + OH- 胺的碱强度也常用它的胺的碱强度也常用它的共轭酸共轭酸RNH3+的离解常数的离解常数Ka或或Kb表示:表示:胺的胺的Kb与其共轭酸的与其共轭酸的Ka有下列关系:有下列关系: 如一个胺的如一个胺的Kb值越大,或值越大,或pKb越小,则此胺的碱性越强;如一个越小,则此胺的碱性越强;如一个胺的共轭酸胺的共轭酸的的Ka值越大,或值越大,或pKa越小,则此胺的碱性越弱。越小,则此胺的碱性越弱。R-NH3+ + H2O RNH2 + H3O+ 注意:注意:电子效应电子效应, 溶剂化效应溶剂化效应, 立体效应立体效应的影响
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