1、Amine 第十七章 胺,Chapter 17,Organic Chemistry A (2) By Prof. Li Yan-Mei Tsinghua University,17.1 胺的分類、結(jié)構(gòu)和命名 17.2 一元胺的物理性質(zhì)和光譜性質(zhì) 17.3 一元胺的化學(xué)性質(zhì) 17.4 一元胺的制備 17.5 芳胺、二胺、不飽和胺和取代胺 17.6 季銨鹽和氫氧化四烴基銨 17.7 重要的胺及胺的來源與用途,Content,17.1 胺的分類、結(jié)構(gòu)和命名,17.1.1 胺的分類,季胺鹽（堿）,17.1.2 胺的結(jié)構(gòu),當(dāng)N上所連接的三個基團(tuán)不相同時，分子無對稱面及對稱中心。理論上它們存在異構(gòu)體，但目

2、前無法拆分。,兩種構(gòu)型之間能壘低（25KJ/mol），可通過N原子的雜化狀態(tài)變化而迅速轉(zhuǎn)變,室溫下每秒互變21011次。二甲胺的能壘更低（18.4KJ/mol）。,當(dāng)四個取代基不同時，分子中無對稱面和對稱中心，即可拆分。,當(dāng)N的自由互變收到限制時，可拆分異構(gòu)體 。例如，N原子被固定在剛性的環(huán)中。,手性季銨鹽的拆分 Separation of chiral quaternary ammonium,17.1.3 胺的命名,普通命名法,IUPAC 命名法,1.選含氮最長鏈為母體，氮上其它烴基作為取代基，并以N定其位,2. 比較復(fù)雜的胺以烴基為母體，氨或取代氨基為取代基,3. 芳胺命名遵守從芳環(huán)上母體

3、選擇規(guī)則,4.季氨鹽命名與銨鹽類似,氨,胺,銨,作為取代基時，用“氨”,作為母體時，用“胺”,氮上帶正電荷時，用“銨”,氨基 甲氨基,甲胺,二甲胺,氯化甲銨,17.2 一元胺的物理性質(zhì)與光譜性質(zhì) (自學(xué)),17.2.1 物理性質(zhì),1.N-H極化程度低于O-H 相應(yīng)的氫鍵亦弱 伯胺b.p.高于相應(yīng)的烷烴而低于醇 。 2.位阻影響氫鍵 1o 2o 而3o分子間不形成氫鍵 碳原子數(shù)相同的胺：b.p. 1o 2o 3o 3.氣味 相對分子量低的胺具有氨的氣味 三甲胺具有魚腥味 芳胺具有特殊氣味,4. 毒性 芳胺毒性大，可透皮吸收 苯胺、-萘胺致癌 5. 偶極矩 1）比醇小 2) 芳胺的偶極矩與脂肪胺相

4、近，但方向相反,CH3CH2-NH2 =1.2D CH3CH2-OH =1.7D,CH3CH2-NH2 =1.2D 吸電子誘導(dǎo) =1.3D 給電子共軛,17.2.2 光譜性質(zhì),1. IR N-H 伸縮 脂肪族伯胺 3400-3300cm-1 （不對稱） 3300-3200cm-1 （對稱） 液體芳胺 3500-3390cm-1 3420-3300cm-1 仲胺 3500-3300cm-1（較弱） 2. NMR N-CH3 2.2 N-CH2- 2.4 N-CH 2.8 3. MS,17.3 一元胺的化學(xué)性質(zhì),17.3.1 酸堿性 Acidity and Basicity,1. 胺分子中N原子帶

5、孤對電子，可接受質(zhì)子顯堿性,N原子上連有H原子，加堿后立即發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移而生成水。季銨鹽上的N原子無H，故與KOH、NaOH作用不能釋放出游離的胺。,堿性,2.胺堿性強(qiáng)弱，用pKb表示,共軛酸,堿,堿性越強(qiáng)，Kb越大，pKb越小,堿性強(qiáng)弱亦可用其共軛酸的強(qiáng)度表示,3.胺的堿性強(qiáng)弱,氣相,液相,原因：烷基給電子,原因：溶劑影響烷基給電子,水溶液中的溶劑效應(yīng),三,二,一,氫鍵作用,烷基給電子效應(yīng),氫鍵數(shù)目,不同溶劑中，三種胺的堿性強(qiáng)弱次序也不同,水溶液,氯苯,苯,不可形成氫鍵,可形成氫鍵,4. 取代基的影響,幾乎無堿性,引入吸電子基,誘導(dǎo)效應(yīng)使堿性下降 引入給電子基,誘導(dǎo)效應(yīng)使堿性上升,5.芳胺,1

6、）堿性比氨弱,N上孤電子與苯環(huán)共軛，電子分散，接受質(zhì)子能力降低。,2）取代芳胺,苯環(huán)上有吸電子基，堿性降低 苯環(huán)上有給電子基，堿性升高,3）鄰、間、對取代,規(guī)律性不強(qiáng),規(guī)律性不強(qiáng),6.胺堿性的應(yīng)用,1） 從混合物中分離出胺,2）對應(yīng)異構(gòu)體的分離,HCl,NaOH,酸性,pKa=34,弱酸,強(qiáng)堿,pKa=36 (for diethylamine),胺的堿性常用其共軛酸的pKa值進(jìn)行比較，切勿與胺本身的pKa相混淆。,反應(yīng),不親核堿,不親核堿,不親核堿在合成上作為堿，誘導(dǎo)消除反應(yīng)，而非取代反應(yīng)。,17.3.2 烴化反應(yīng),1.胺為親核試劑， 與10 RX 發(fā)生SN2 反應(yīng),2. 胺與叔鹵代烷30 R

7、X 反應(yīng)主要生成消去產(chǎn)物,3. 胺與仲鹵代烷20 RX 可以得到取代產(chǎn)物(亦有一定量消去產(chǎn)物),羧酸衍生物的氨解,17.3.3 ?；磻?yīng),1o胺2o胺及NH3可與酰氯、酸酐、酯作用生成酰胺。3o胺N上無H，故不形成酰胺。,Y=,羧酸衍生物的胺解,2.保護(hù)氨基,1.許多酰胺為固體，具有一定熔點，可用于一些胺的結(jié)構(gòu)測定,用途,Hinsberg法：苯磺酰氯的反應(yīng)與烷基酰氯的反應(yīng)類似,與苯磺酰氯的反應(yīng)也類似,Hinsberg（興斯堡）法的用途,1. 鑒別伯胺，仲胺，叔胺。 2. 分離伯胺，仲胺，叔胺。,17.3.4 亞硝化,可發(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)，如取代、消除、重排等，但在合成上用途不大。,用于分離、精

8、制2o胺。,兩種方式：“插入氧”“脫氫”,亞硝基化合物 硝基化合物,羥胺,氧化叔胺,17.3.5 氧化,Cope（科普）消除,具有-氫的氧化胺，加熱時發(fā)生消除反應(yīng)，生成烯烴和羥胺。,高立體專一性,17.4 一元胺的制備 （自學(xué)）,17.5 芳胺、二胺、不飽和胺和取代胺,17.5.1 芳胺,芳胺中氮原子上的孤對電子與苯環(huán)形成共軛體系,1.結(jié)構(gòu)特點,偶極矩與脂肪胺相近，但方向相反。,N上孤電子與苯環(huán)共軛，電子云分散，接受質(zhì)子能力下降。,堿性,接近于中性,2.與脂肪族胺類似之性質(zhì),堿性,苯環(huán)上有吸電子基，堿性更弱；苯環(huán)上有給電子基，堿性略強(qiáng)。,芳香重氮鹽比脂肪族重氮鹽穩(wěn)定，05水溶液中可保存一段時間

9、。,伯胺生成芳香重氮鹽,與亞硝酸反應(yīng),N-亞硝基二苯胺 黃色固體,概要,用于區(qū)別芳香族伯胺、仲胺、叔胺。,苯炔 Benzyne,LDA：二異丙基氨基鋰,制備苯炔的另一種方法,性質(zhì),1）聚合,2） 親電加成,E+= X2, etc.,無法分離出游離體,3）親核加成,Nu=ROH, RLi, NH3, NH2R, CN , RCOO,4） Diels-Aldel 反應(yīng),高度活潑之親雙烯體,1）芳胺氧化過程,2）用MnO2氧化，主產(chǎn)物為對苯醌,產(chǎn)物顏色逐漸加深,對苯醌,3.芳胺的特性,氧化反應(yīng),5）N,N-二烷基芳胺及芳銨鹽對氧化劑不太敏感，常將芳胺轉(zhuǎn)變?yōu)辂}保存,3）用重鉻酸鉀等可得黑色染料苯胺黑（

10、具有復(fù)雜醌式結(jié)構(gòu)的化合物）,4）遇漂白粉溶液而得明顯的紫色（含有醌式結(jié)構(gòu)的化合物）,增加苯環(huán)的電子密度，使得取代或氧化更加容易。,直接硝化，易被氧化,苯環(huán)上親電取代反應(yīng),解決辦法,與活性小的I2反應(yīng)，可得一碘化物。,與Cl2, Br2則迅速生成多鹵代物。,具體反應(yīng),1）鹵代反應(yīng),室溫下與發(fā)煙硫酸反應(yīng)，得到鄰、間、對位混合產(chǎn)物。 高溫（180190）下與濃硫酸共熱，得對位產(chǎn)物。,2）磺化反應(yīng),若對位被占據(jù)，則生成鄰位產(chǎn)物。,直接硝化易氧化。,3）硝化反應(yīng),混酸硝化,4）FriedelCrafts反應(yīng),17.5.2 二胺,根據(jù)二胺分子中兩個氨基之間的距離,1. 1,1-二胺,穩(wěn)定性取決于其結(jié)構(gòu)。,

11、不存在,在水溶液中穩(wěn)定,四二四,毒鼠強(qiáng)簡介,毒鼠強(qiáng)的結(jié)構(gòu),英文名稱為Tetramethylene Disulfotetramine , 簡稱Tetramine 。,毒鼠強(qiáng),又名沒鼠命,是劇毒化學(xué)藥品, 分子量為248的小分子有機(jī)氮化合物；,分子式為C4H8O4N4S2 環(huán)狀結(jié)構(gòu)：,化學(xué)名稱為四亞甲基二砜四胺,簡稱四二四；,毒鼠強(qiáng)的發(fā)現(xiàn),1933 年,德國科學(xué)家Wood 和Bettye 發(fā)現(xiàn),磺酰胺和甲醛相互作用能生成一種透明、穩(wěn)定的樹脂,抗霉菌效果特好。 這種樹脂被大量用做生產(chǎn)沙發(fā)靠墊和室內(nèi)裝潢纖維織品的浸泡劑、強(qiáng)化劑和抗霉菌劑。 奇怪的是在德國的這些家具廠中卻經(jīng)常發(fā)生工人中毒事故,后來發(fā)現(xiàn)問

12、題出在用這種樹脂浸泡過的一種羊毛織品上。 這種樹脂就是毒鼠強(qiáng)。,毒鼠強(qiáng)的性質(zhì),物理化學(xué)性質(zhì)：,純凈的毒鼠強(qiáng)是一種白色、無嗅、無味的輕質(zhì)粉末； 微溶于水、氯仿、丙酮,易溶于乙醚,難溶于甲醇、乙醇等，在水中的溶解度約為0. 25mg/ mL ； 熔點250 254 ；,毒鼠強(qiáng)化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易降解，常溫下,其飽和水溶液放置5 個月,仍可保持穩(wěn)定的生物學(xué)活性；,在稀的酸、堿溶液中能穩(wěn)定存在；,255 260 時分解,放出氮、硫的氧化物煙,在持續(xù)的沸水溶液中也能發(fā)生分解；,毒鼠強(qiáng)屬神經(jīng)性毒，小白鼠 LD50 為 0.2mg/Kg，人的 LD50 為 0.1mg/Kg 。也就是說一個 50Kg 的人誤食

13、 5mg 即有致命危險。且一旦誤食，於幾分鐘至半小時內(nèi)會迅速出現(xiàn)噁心、嘔吐、抽搐及意識喪失等中毒現(xiàn)象，若是無法及時搶救，多於兩小時內(nèi)死亡 。 毒鼠強(qiáng)是以原形（沒有被代謝）從尿液和糞便中排泄，可致二次中毒；同理，吃了被這些鼠藥毒死的動物亦會引發(fā)中毒。此外，已有報導(dǎo)指出毒鼠強(qiáng)還是植物內(nèi)吸毒物，例如冷杉周圍的土壤被毒鼠強(qiáng)污染後，結(jié)出的樹籽可以毒死野兔。,毒性作用：,毒鼠強(qiáng)藥力極強(qiáng),是劇毒急性滅鼠劑,毒性是氟乙酰胺(已禁用) 的1. 8 倍,磷化鋅的15 倍,氰化鉀的100 倍,砒霜的100 多倍。,毒鼠強(qiáng)對溫血哺乳動物有劇毒,哺乳動物口服的LD50 (即最低致死劑量) 為0. 10mg/ kg。,對

14、人的致死量約為6mg12mg。,毒鼠強(qiáng)可通過消化系統(tǒng)何和呼吸系統(tǒng)吸收，不易被完整的皮膚吸收，以原形經(jīng)排泄系統(tǒng)派出體外，排出速度較慢。,毒鼠強(qiáng)在植物體內(nèi)可長期殘留，對生態(tài)環(huán)境造成長期污染，被動物攝取后可以原毒物形式滯留在體內(nèi)或排泄，從而導(dǎo)致二次、三次中毒現(xiàn)象。,1952年有報道稱，在某林區(qū)用毒鼠強(qiáng)處理過的土壤所生長的冷杉可以吸收土壤中的毒鼠強(qiáng)，4 年后長出的果實還可以毒死兔子。,致毒機(jī)理：,毒鼠強(qiáng)屬于神經(jīng)毒劑，其致毒機(jī)理主要是阻斷-氨基酸(GABA)的受體，對-氨基酸具有拮抗作用，而 一氨基酸是脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制物質(zhì)，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有強(qiáng)烈而廣泛的抑制作用。 毒鼠強(qiáng)也可以直接作用于交感神

15、經(jīng)，導(dǎo)致腎上腺神經(jīng)興奮癥狀及抑制某些酶的活性。,由硫酰胺和甲醛在酸性溶液中回流合成！,1949 年,德國化學(xué)家海德爾發(fā)明了合成毒鼠強(qiáng) 的方法,最早由Bayer 公司用甲醛(CH2O)和二氨基砜SO(NH2 )2生產(chǎn),并制成滅鼠毒餌出售。,毒鼠強(qiáng)的合成,反應(yīng)式？,環(huán)狀的1,1-二胺可由醛制備,類似于生成縮醛； 堿性溶液中穩(wěn)定； 酸性溶液中水解生成醛。,制備,特性,乙二胺的衍生物，乙二胺四乙酸(EDTA) 對金屬離子具有很強(qiáng)的螯合作用。,乙二胺四乙酸（EDTA）,2. 1,2-二胺,蛋白質(zhì)腐敗時的產(chǎn)物；惡臭；劇毒。,合成尼龍66的原料,3. 其它二胺,1）苯二胺,制備,性質(zhì),2）聯(lián)苯胺,染料中間體

16、，有致癌作用,鄰苯二胺易與-二羰基化合物反應(yīng)而生成雜環(huán)化合物。,4. 芳二胺,17.5.3 烯胺,1. 制備：含-H的羰基化合物與仲胺作用,2.互變異構(gòu),常用仲胺（通常為環(huán)狀仲胺）來制備烯胺,N上無可異構(gòu)的H,3.特性,與共軛雙鍵發(fā)生邁克爾加成反應(yīng),17.5.4 羥基胺,1. 氨基醇,神經(jīng)胺 （劇毒）,膽堿,乙醇胺,乙酰膽堿 Acetylcholine,極強(qiáng)的生理作用： 使血壓降低，肌肉收縮 EAH：膽堿酯酶,沙林 Sarin,無毒化合物,Tokyo 1995.3.20,2. 氨基酚,17.6 季銨鹽和氫氧化四烴基銨（季銨堿）,1. 制備,位阻對反應(yīng)影響大，含支鏈的叔胺可用活性高的三氟甲磺酸酯 CF3SO3R 為烷基化試劑，在乙腈、DMF等介質(zhì)中反應(yīng)。,17.6.1 季銨鹽,長碳鏈者可用作表面活性劑,2.特性,3.反應(yīng)性,對堿的行為與伯、仲、叔胺不同,將胺 游離出,季銨鹽,季銨堿,形成平衡體系,17.6.2 季銨堿（氫氧化四烴基銨）,1.季銨堿 的制備,無用,2.霍夫曼消除（Hofmann Elimination）,1） 反應(yīng),無-H體系,有-H體系,機(jī)理：E2 消除,Hofmann 規(guī)則：當(dāng)季銨堿有兩個以上-H 時，先從含氫較多的碳上脫去H。即，優(yōu)先生成取代基較少的烯烴。,2） 區(qū)域選擇性,原因一：空間因素（主要）,含H 較