第十一章

含氮有机化合物

含氮有机物

硝基化合物 Nitro Compunds

酰胺 Amides

腈 Nitriles

肟 Oximes

胺 Amines

重氮和偶氮化合物 Diazonium Salts & Azo compounds

RH ， ArH 中 H 被 -NO2 取代RNO2( 脂肪 )、 ArNO2 （芳香）

C NO

O

2 个 N-O 键长一样

P-π 共轭

第一节硝基化合物一 . 分类、命名和结构

二 . 物理性质

毒性

（一） α － H 的活泼性 三、化学性质

R-CH2-NO

O

R-CH=NOH

O

NaOH

HR-CH=N

O

ONa

-+

-

+ +- -

硝基式 异硝基式 钠盐（假酸式） （酸式）

NO2 吸电子α-H 具有明显酸性

1. 互变异构和酸性

分离提纯

2. 与羰基化合物缩合

C

O

+ R CH

H

NO2 C

OH

CH

NO2

R

OH

¡ªH 2OC C

NO2

R

β －羟基硝基化合物

不饱和硝基化合物

（二）硝基对芳环影响芳环的钝化作用

对芳环上取代基的活化作用 Cl

NaOH溶液

200¡æ不发生水解反应

Cl

Na2CO3溶液

130¡æ

NO2

OH

NO2

（三） 还原反应

R-NO2

LiAlH4R-NH2

+2H2O胺

常用还原剂： Fe,Sn,Zn + HCl ； SnCl2 + HCl ； H2/Ni

（四） 与 HNO2 的反应R-CH2NO2

HONOR-CH-NO2

NONaOH

R-C-NO2+Na

NO

-

+

HONONO

RCHNO2R

R

RC-NO2

R3CNO2

蓝

蓝

红

（—） 鉴别

第二节 胺类 -NH2

一 . 分类与命名：RNH2 、 R2NHR3N 、 R4N+X-

根据 N 上所连烃基的种类

脂肪胺

芳香胺

芳脂胺

CH3NH2

NH2

CH2NH2

1. 分类

根据 N 上所连烃基的数目

RNH2

R2NH

R3N

R4N+

1° 胺 （伯胺）Primary Amines

2° 胺 （仲胺）Secondary Amines

3° 胺 （叔胺）Tertiary Amines

4° 胺 （季铵盐 )Quaternary Ammonium Salt

根据分子中胺基的数目

一元胺

多元胺

胺的分级与卤代烃、醇不同 ！

(CH3)3C-OH

3° 醇

(CH3)3C-NH2

1° 胺

(CH3)3C X

3o 卤代烃

CH3NH2(CH3)2NH

NH

CH3

CH3CH2

NCH3

CH2CH3

CH2CH2CH3

¼×°· ¶þ¼×°·

¼×ÒÒ°· ¼×ÒÒ±û°·

习惯命名法 烃基 +“ 胺”字来命名

2. 命名

NH2

CH3

CH2NH2 NH2

NH2

¶Ô±½¼×°· ±½¼×°· ¶Ô±½¶þ°·

H2NCH2CH2CH2CH2NH2

1£¬4£ ¶¡¶þ°·

习惯命名法 对于芳香族仲胺或叔胺，则在取代基前面冠以

“ N” 字

NH N NCH3

CH3CH3 CH2CH3

CH3

N-¼×»ù±½°· N,N-¶þ¼×»ù±½°· N-¼×»ù£­N£­ÒÒ»ù±½°·

系统命名法 复杂的胺把氨基作取代基，烃作为母体。

CH3 CH

CH3

CH2CH2 CH3

NH2

CH

CH3 CH CH CH3

CH3NH2

2- 甲基 -4- 氨基己烷

2- 甲基 -2- 氨基丁烷

季铵类化合物的命名则与氢氧化铵或铵盐的命名相似

(CH3)4N OH (CH3)3N C2H5Cl+ _ + _

氢氧化四甲铵 氯化三甲基乙基铵

二 . 制备

（一）烃基化 Preparation by Nucleolic Substitution

1 、胺的烷基化

RX + NH3 RNH2

RX

- HXR2NH

RX

- HXR3N

RX

- HXR4N+X-

1° 胺 2° 胺 3° 胺 4° 胺反应产物复杂

2 、芳香卤代烃的胺解+Cl

NO2

O2N NH3 NH2

NO2

O2N

ClNO2

+ CH3NH2

NO2

NHCH3

EtOH

160 oC

3. 环氧烷与氨反应

CH2 CH2

O+ NH3

0¡« 100¡æHOCH2CH2NH2

（二）还原 Preparation by Reduction

NO21. Zn /HCl 2. OH-

or H2/PtNH2

NO2

NO2NH4SH

NO2

NH21. 硝基化合物

CH3CH2 BrNaN3

EthanolCH3CH2 N N N

(1) LiAlH4

(2) H2OCH3CH2 NH2

1° 胺

2. 腈RCN

LiAlH4 RCH2NH2

3. 酰胺 R C NR'2

O

LiAlH4RCH2NR'2

4. 肟O

H2NOH

NOH

NaC2H5OH

NH2

5. Alkyl Azide 叠氮物

6 、羰基化合物的还原胺化 (Reductive Amination)

R C H (R)

O

+ R''R'NH2H2/Ni

R CH

H(R')

NR'R''

R C H (R)

NR'R''

+H2/NiCH3CH=O NH3 CH3CH2NH2

NH3 1° 胺

+H2/NiCH3CH2CHO CH3CH2NH2 CH3CH2CH2NHCH2CH3 1° 胺 2° 胺

2° 胺 3° 胺

+RNH2 2H2C O + 2HCOOH RN(CH3)2 1° 胺的二甲基化

SP3

三 .胺的结构

N

H3CH

H

N

H3CCH3

CH3

N

HH

SP3

SP3

“ SP2 ”

胺的对映体的转变

构型翻转，能垒较低，翻转速度较快

N 上不同的取代 手性氮 对映异构体 ？

— 自动外消旋化，不可拆分

氮在环内，翻转受阻

季铵盐 不能进行氮的翻转 可分离出稳定的旋光异构体

胺的对映体的转变

H3C

N

N

Troger 碱

S- R-

形成 N 氧化物，不能翻转

Ph N

C2H5

CH3

O

N

H5C2CH2CH

Ph

CH3

CH2

N

C2H5CHCH2

Ph

CH3

H2C

四 . 物理性质分子间氢键b.P 较高低分子量的易溶于水

有毒（与水氢键）

N

RR'

R''

SP3

Long electron pair

Basicity碱性，成盐

Nucleophlicity亲核性，烷基化

Resonance Activition to the Aromatic ring

Electophilic Substitution芳香环的亲电取代反应

五 . 化学性质

氮上的孤对电子

R NH2

..+ H+ R N+H3

不溶 溶解

RNH2 + H2OKb

RN+H3 OH-+

Lewis Base

pKb = -lgKb

接受质子或提供电子

（一）碱性

试验测定的胺的 pKb

NH3

CH3NH2

(CH3)2NH

(CH3)3N

NH2

NH2O2N

NH2CH3O

°· pKb

4.75

3.34

3.27

4.19

9.4

13

8.66

脂肪胺氨苯胺

脂肪胺 : 2° 胺 1° 胺 3° 胺

芳香胺：

对甲氧基苯胺 > 苯胺 > 对硝基苯胺

Basicity and Formation of Ammonium Salts

脂肪胺的碱性

2o > 1o >3o

脂肪胺的碱性都大于氨；烷基相同，仲胺碱性最强，伯、叔胺次之

电子 ( 诱导、共轭）效应

溶剂化效应

位阻效应

3o > 2o > 1o

1o > 2o > 3 o

1o > 2o > 3 o

胺的碱性强度 决定于氮上电子云密度增高 N 上电子云密度

降低 N 上电子云密度

NCH3CH2 CH2CH3

HNH

pKb 3.01 pKb 2.73

芳香胺的碱性苯胺的结构 p- 共轭 N 上电子云密度下降 芳香胺碱性比氨弱

芳香胺氮上氢被推电子基团取代

芳香胺氮上氢被吸电子基团取代

芳香胺苯环上氢被基团取代，对碱性影响 ---- 取代基的结构与位置

致活基团 (-NH2, -OCH3, -CH3)

致钝基团 (-NO2, -SO3H, -CO2H, -X, -NH3+)

诱导与共轭

季胺碱 R4N+OH- 离子化合物

碱性顺序：

季胺碱 > 脂肪氨 > 氨 > 芳香胺 > 酰胺 > 磺酰胺 酰亚胺

（二）烷基化反应R-NH2+R`-X R-NH-R`+R-NR2`

R2NH+R`-X R2N-R`

R3N+R`-X R3NR`X -

三、酰化反应碳酰化反应磺酰化反应

碳酰化反应RNH2 + R¡¯ C

O

X R¡¯ C

O

NHR + HX

酰化剂（酰卤、酸酐、酯）

酰胺

酰化能力：酰卤＞酸酐＞酯（苯胺不被酯酰化）

Applications 药物合成中的应用

NH2

OH

(CH3CO)2O

NHCOCH3

OH

(CH3CO)2O

NHCOCH3

OC2H5

NH2

OC2H5

扑热息痛(paraspen)

非那西丁(phenacetin)

H2N SO2NHR

磺胺药 ( 抗菌剂 )

H2N SO2NH2

SN

NOO O

H2NH

SN

O O

H2NH

N

NS

N

O O

H2NH

N

N O

O

»Ç°· Òì ¶ñßò(Sulfafurazole)

¿Ú »Ç°· à×à¤(Sulfadiazine)

»Ç°· µØÍÐÐÁ(Sulfadimethoxine)

Acylation and Sulfonylation

SNH2

O O

N N

SN

O

H

SH2N

OOS

NH

N

O O

HCl

ÒÒõ£ßò°· (Acetazolamide) ÇâÂÈàçຠ(Hydrochlorothiazide)

N

O

C

O

NHCH2CH2 S

O

O

NH C NH

O

Me

¸ñÁÐÃÀëå (Glimepiride)

兴斯堡试验法鉴别分离三种胺

SO2Cl SO2NHR

NaOHSO2NR

-

+H2NR

SO2Cl SO2NR2+HNR2

NR3(—)

磺酰化反应

（四）与 HNO2 反应

NNR-NH2+HNO2+HCl R Cl

N2

-+

+R-OH+H2O

NaNO2 与酸10 ：

NArNH2

HONOArN

+

20 ：ArNHR

R2NH

HONO Ar-N-N=O

R2N-N=O

R

30 ：NOHONONR2 NR2

黄色鉴别

绿色R3N+HNO2 R3NH NO2

+ -

（五）芳胺的特性NH2

Na2Cr2O7+H2SO4 10¡æ

or MnO2+H2SO4

OO

1. 氧化

2. 苯环上的亲电取代

（六）伯胺的特殊反应

NH2

+

O CH N CH

与醛缩合

Schiff’s base

2. 异腈反应（ 10 胺）

C

R-NH2+CHCl3+

R-N

¡÷3KOH

+3KCl+3H2O

异腈 ( 胩） 鉴别

（七）季铵化合物 季铵盐 R4N ＋ X-

季铵碱 R4N ＋ OH-

季铵盐 季铵盐是白色结晶固体，能溶于水，不溶于非极性有机溶剂。

具有一个长链烷基的季铵盐，如溴化十二烷基铵是一类表面活性剂，并且还往往具有杀菌效力。季铵盐也可用作相转移催化剂而在有机合成中得到应用，常用的有 TBA 等。

R3N RX [R4N] X R3N RX+ + - +¼ÓÈÈ

表面活性剂 表面活性剂是指在很低浓度下能显著地降低液体表面的表面张力或二相间界面张力的物质。从分子结构看，它们都是由水溶性的亲水基和油溶性的憎水基两部分组成。

亲水基：羧基、羟基和磺酸基等与水有较大亲和性的基团。

憎水基：一般是 C12-C16长链烷基或长链烷基苯基等与油有较大亲和力的基团。

表面活性剂 表面活性剂的分类： 按用途分：洗涤剂、乳化剂、润湿剂、

分散剂和起泡剂等。 按分子构造分：阴离子、阳离子、两性

和非离子表面活性剂。

2. 季铵碱的 Hofmann 消除

NR3

C COH

C C

H

-

¡÷+R3N+H2O

αβ

含 β-H

季铵碱热消除的方向

CH3CH2

CH CH3

Br

C2H5ONa

C2H5OHCH3CH CH CH3 CH3CH2CH CH2

CH3CH2

CH CH3

N(CH3)3

OH CH3CH CHCH3CH3CH2CH CH2 (CH3)3N

+81% 19%

+

- + +95% 5%

按查依采夫规则进行

按霍夫曼规则进行

烯烃

季铵碱

CH3CH2CHCH3OH

N(CH3)3

CH3CH2CH=CH2+

CH3CH=CHCH3

+

-

Hofmann 规则： 主产物为双键 C 上烷基取代少 的烯烃

用于测定胺的结构

NH2

+

CH3I

AgOH

N(CH3)3OH3

（五）芳胺的特性

NH2

Na2Cr2O7+H2SO4 10¡æ

or MnO2+H2SO4

OO

1. 氧化

2. 苯环上的亲电取代

（六）伯胺的特殊反应

NH2

+

O CH N CH

与醛缩合

Schiff’s base

2. 异腈反应（ 10

胺）

C

R-NH2+CHCl3+

R-N

¡÷3KOH

+3KCl+3H2O

异腈 ( 胩） 鉴别

（七）季铵化合物 季铵盐 R4N ＋ X-

季铵碱 R4N ＋ OH-

季铵盐

季铵盐是白色结晶固体，能溶于水，不溶于非极性有机溶剂。

具有一个长链烷基的季铵盐，如溴化十二烷基铵是一类表面活性剂，并且还往往具有杀菌效力。季铵盐也可用作相转移催化剂而在有机合成中得到应用，常用的有 TBA 等。

R3N RX [R4N] X R3N RX+ + - +¼ÓÈÈ

表面活性剂 表面活性剂是指在很低浓度下能显著地降低液体表面的表面张力或二相间界面张力的物质。从分子结构看，它们都是由水溶性的亲水基和油溶性的憎水基两部分组成。

亲水基：羧基、羟基和磺酸基等与水有较大亲和性的基团。

憎水基：一般是 C12-C16长链烷基或长链烷基苯基等与油有较大亲和力的基团。

表面活性剂 表面活性剂的分类： 按用途分：洗涤剂、乳化剂、润湿剂、

分散剂和起泡剂等。 按分子构造分：阴离子、阳离子、两性

和非离子表面活性剂。

2. 季铵碱的 Hofmann 消除

NR3

C COH

C C

H

-

¡÷+R3N+H2O

αβ

含 β-H

季铵碱热消除的方向

CH3CH2

CH CH3

Br

C2H5ONa

C2H5OHCH3CH CH CH3 CH3CH2CH CH2

CH3CH2

CH CH3

N(CH3)3

OH CH3CH CHCH3CH3CH2CH CH2 (CH3)3N

+81% 19%

+

- + +95% 5%

按查依采夫规则进行

按霍夫曼规则进行

烯烃

季铵碱

CH3CH2CHCH3OH

N(CH3)3

CH3CH2CH=CH2+

CH3CH=CHCH3

+

-

Hofmann 规则： 主产物为双键 C 上烷基取代少 的烯烃

用于 测定胺的结构

NH2

+

CH3I

AgOH

N(CH3)3OH3

N

H

CH3

¹ý Á¿ CH3I

N CH3H3C CH3

+ I - ʪAg2ON CH3

H3C CH3

+ OH -

NH3C CH3

¹ý Á¿ CH3I ʪAg2O+ (CH3)3N + H2O

N

H

CH3

¹ý Á¿ CH3I ʪAg2O

N

CH3

H3C CH3

¹ý Á¿ CH3I

ʪAg2O+ (CH3)3N + H2O

CH3

第三节 重氮盐及其性质

（一）重氮化反应（ diazotization reaction ）

一、重氮盐的制备

ArNH2 + NaNO2 + 2HX ArN2X + NaX + H2O重氮盐

（二）反应条件

重氮化反应一定要在低温下进行，一般在 0 ～ 5℃，为避免芳胺与生成的重氮盐发生偶合反应，必须加入过量的强酸

（三）制备方法

实际操作中，将芳伯胺溶于过量的稀酸中，然后在冷却下慢慢滴加冷却的亚硝酸盐，不断搅拌至反应完全即得到重氮盐溶液。

N N N N X

二、苯重氮盐的结构

三、重氮盐的性质

N N X

还原 偶合

留氮反应

亲核取代¡ª 放氮反应

Transformations of Aryl Diazonium Salts

ArAr NN NN++

ArAr HH

ArAr OHOH

ArAr II

ArAr FF

ArAr BrBrArAr ClCl

ArAr CNCN

Preparation of Phenols

PrimaryArylamine Aryl Diazonium

Salt

NH H

N

NaNO2

H2SO4, H2O

N

MeMe MeMe

H2O

heat

Phenol

OH

MeMe

HSO4

MeMe

-N2

Aryl Cation

H2O

Preparation of Aryl Iodides

PrimaryArylamine

Aryl DiazoniumSalt

NH H

N

NaNO2

HCl, H2O

N

KI

roomtemp.

Aryl Iodide

I

Me Me Me

Cl

（一）放氮反应

ArN2 XCuBr,HBr

ArBr

CuCl,HClArCl

HBF4 ArN2BF4 ArF

ArOH

KIArI

CuCN,KCN ArCNH3PO2

N2+ -

+ -

H2O,

ArH

+

NH2 O~5oC

N2+Cl- + NaCl + H2O

NaNO2 + HCl

被卤素或氰基取代（ Sandmeyer 反应）

N+ NX- CuX

HClX + N2 £¨ X=Cl ¡¢ Br£©

N+ NX- CuCN

KCNCN + N2

CuCN

KCN

NH2

CH3

NaNO2£¬HCl

N+ NCl-

CH3

CuCl, HCl

Cl

CH3CN

CH3

H3O+

COOH

CH3

[讨论 ] Br

Cl

NO2

HNO3

H2SO4 FeCl3 HCl

NO2

Cl

Cl2 Fe

NH2

Cl

N2+Br-

Cl

NaNO2

HBr

CuBr

HBr

Cl

Br

被氢原子取代

次磷酸水溶液或乙醇N2+Cl-

H3PO2

H2O+ N2

N2+HSO4

-

CH3CH2OH+ N2

Br

Br

Br

NO2

HNO3

H2SO4 HCl

Fe

NH2

Br2

H2O

Br

Br

Br

NH2

Br

Br

Br

NaNO2 HCl

0~5oC

Br

Br

Br

N2+Cl-

H3PO2

H2O

（二）留氮反应 1. 还原反应

N2X4[H]

NH¡ªNH 2HX ¡ý

碱NaOH or : NH3¡¤H2O

NH¡ªNH 2

苯肼盐

2.­­偶合反应（留氮）

弱亲电试剂 +高度活化的 芳香化合物 （酚、芳香胺）ArN2

+

⑴与酚的偶合N2X OH

NaOHNN OH+

+ H2O + NaCl

⑵ 与胺的偶合N2Cl + N(CH3)2

N

CH3COONaCH3COOH, 0¡æ

N(CH3)2N

Azo­compounds偶氮化合物

R N N R'偶氮基

R,R’：烃基 偶氮Ar-N N-Ar'

偶氮染料

甲基橙

对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠

NH3

N

ClN N

N

NaNO2HO3S

CH3CH3

NaO3S N N CH3CH3

+-O3 S

-+

,NaOH

+H2O

HCl

NNaO3S N N CH3CH3

H

NHO3S N N CH3CH3

NO3S N N CH3CH3H

+

- +

黄色

红色 对醌基

第四节 重氮甲烷和碳烯 一、重氮甲烷（一）重氮甲烷的结构

C N NH

HH2C N N H2C N N

（二）重氮甲烷的性质 1. 与含酸性氢原子的化合物反应

RCOOH

ArOH

ROH

+ CH2N2

RCOOCH3

ArOCH3

ROCH3

+ N2¡ü

2. 与醛、酮反应

+ CH2N2 + N2¡ü

C HR

O

C R¡¯R

O

O

C CH3R

O

C CH2R¡¯R

O

O

二、卡宾（碳烯）

+ N2¡üor h¦Ô

C N N

H3C

H3C

H2C

卡宾

卡宾的形态

CH

H

CH

H

103¡ã 106¡ã

单线态 衰变三线态 + 46 kJ¡¤mol-1