第十七章 有机含氮化合物 有机含氮化合物是指分子结构中含有碳氮键的一类化合物。主要包括(亚)硝基化合物、胺、酰胺、腈、重氮盐、偶氮化合物、含氮杂环、生物碱等。本章主要讨论硝基化合物、胺类、重氮化合物和偶氮化合物。

第一节 硝基化合物（Nitro compound） 2,4,6-三硝基甲苯(Trinitrotaluene，TNT) 一、命名及结构 硝基甲烷 2-硝基丙烷 1,5-二硝基戊烷 硝基环戊烷 2,4,6-三硝基甲苯(Trinitrotaluene，TNT) 烈性炸药

N: sp2杂化形成三个共平面的键，未参与杂化的p轨道的一对电子与每个氧原子的p轨道形成共轭体系，使电荷均匀分布，氮氧键平均化

ROH，HNO2 LiAlH4 ROH 二、物理性质 水解 水解 硝基化合物 亚硝酸酯 锌粉 R-NH2 还原 脂肪族硝基化合物几乎无色，有香味，偶极矩较 大，b.p. 比相应RX高，微溶于水，易溶于醇、醚等， 常可做高b.p.有机溶剂。

芳香族硝基化合物为无色或淡黄色的液体或固体，有苦杏仁味。 硝基物多数有毒，可透过皮肤被有机体吸收，通过肝、肾、中枢神经、血液作用的毒物，使用时倍加小心（生产上一般不做溶剂）。

三、 化学性质 1. α-H的活泼性 具有α-H的硝基化合物，可与强碱作用生成可溶于水的盐。

与羟醛缩合、Claisen缩合反应类似，含活泼α-H的物质可与羰基化合物等作用，这在有机合成中有重要的用途。 2. 还原反应 硝基很容易被还原。还原一般经历以下过程

碱性 碱性 碱性 酸性 中性 上述反应了解即可，不做要求

因此，其还原产物因反应条件不同而异。如：在酸性介质 (通常为HCl)中，以金属Fe、Zn或SnCl2为还原剂，可将硝基化合物直接还原成相应的胺。 SnCl2 + HCl 又是一个选择性还原剂，当苯环上同时连有羰基和硝基时，只还原硝基。

多硝基化合物在钠或铵的硫化物、硫氢化物等还原剂作用下，可进行选择性(或部分)还原。如： 不同试剂选择不同位次，但无规律

在化工生产中，常用Cu、Ni或Pt等催化剂，采用催化加氢的方法，还原硝基化合物。实验室中也可采用类似的方法。

3. 硝基对苯环的影响 硝基是强吸电子基，当其与苯环直接相连时，不仅使芳环上的亲电取代反应活性↓，以致不能进行(如：F-C反应)，而且通过－I、－C效应，对其邻、对位的取代基产生显著的影响。

1）对芳卤的影响 该亲核取代反应难以发生。 但在－Cl的邻、对位引入－NO2时，－Cl的反应活性 ↑，且易于发生亲核取代反应。

2）对甲基的影响 但当甲基的邻/对位有－NO2存在时，由于受其－I、－C效应的影响，甲基上H原子的活性↑，从而可与苯甲醛发生缩合反应。如：

第二节 胺 一、分类和命名 (一) 分类 氨分子中的氢原子被烃基所取代的衍生物称为胺(amine)。 脂肪胺和芳香胺。 第二节 胺 一、分类和命名 氨分子中的氢原子被烃基所取代的衍生物称为胺(amine)。 (一) 分类 脂肪胺和芳香胺。 伯胺、仲胺、叔胺(也称一级胺、二级胺、三级胺)，也可分别用1º胺、2º胺、3º胺来表示。

伯胺、仲胺、叔胺与伯醇、仲醇、叔醇不同。   伯胺 仲醇 一元胺(含一个氨基)、二元胺(含两个氨基)和多元胺(含两个以上的氨基)。例如： 一元胺 二元胺

(二) 命名 简单胺的命名是以胺为母体。 CH3NH2 CH3CH2NHCH2CH3 CH3NHCH2CH3 甲胺 二乙胺 甲乙胺   苯胺 苄胺 -萘胺 当氮原子上同时连有芳香烃基和脂肪烃基时，则以芳香胺作为母体，脂肪烃基作为取代基写在母体名称前，并冠以“N” 字，表示脂肪烃基是连在氮原子上，而不是连在芳环上。例如： N-甲基苯胺 N,N-二甲基苯胺 N-甲基-N-乙基苯胺

[(CH3)4N] + Cl－ [(CH3)3NCH2CH3]+OH－ 氯化四甲铵 氢氧化三甲基乙基铵 注意 “氨”、“胺”和“铵”的区别 比较复杂的胺，则以烃为母体。例如：     2-甲基-3-氨基戊烷 2-二甲氨基丁烷 季铵类化合物的命名 [(CH3)4N] + Cl－ [(CH3)3NCH2CH3]+OH－ 氯化四甲铵 氢氧化三甲基乙基铵 注意 “氨”、“胺”和“铵”的区别 季铵盐与铵盐的区别

4,4’-二硝基二苯胺 溴化三甲基乙烯基铵

二、胺的结构 由于芳香胺能形成共轭体系，使其在化学性质上与脂肪胺有所不同。 胺具有碱性和亲核性。 C N H 脂 肪 胺 ： s p 杂 化 3 N 1 2 H 脂 肪 胺 ： s p 杂 化 芳 香 趋 向 胺具有碱性和亲核性。 由于芳香胺能形成共轭体系，使其在化学性质上与脂肪胺有所不同。

不能拆分 这两个对映体可通过一个平面形过渡态互相转变，由于这种转变所需能量低，约为25 kJ·mol-1，转变的速度又很快，所以目前还不能把对映体拆分开来。

一对对映体可拆分 一对对映体可拆分

三、物理性质 许多胺类有难闻的气味，如三甲胺有鱼腥味、1,4-丁二胺俗称腐肉胺、1,5-戊二胺俗称尸胺。 沸点：1o > 2o > 3o胺，比同分子量醇低。低分子量胺溶于水

四、 化学性质 1．碱性和成盐反应   当铵盐与碱溶液作用时，可重新游离出原来的胺，说明胺的碱性较弱。

（1）产生碱性的原因： N上的孤对电子 （2）判别碱性的方法： 碱的pKb；其共轭酸的pKa； 形成铵正离子的稳定性。 （3）影响碱性强弱的因素： 电子效应：3o胺 > 2o胺 > 1o胺 空间效应：1o胺 > 2o胺 > 3o胺 溶剂化效应：NH3 > 1o胺 > 2o胺 > 3o胺

N上的H越多，溶剂化效应越大，形成的铵正离子就越稳定。不同溶剂的溶剂化效应是不同的。 + 综合上述各种因素， 在水溶液中，胺的碱性强弱次序为： 脂肪胺（2°>1°, 3°）> 氨 > 芳香胺 在气相或非水溶液中，脂肪胺的碱性强弱次序为： 3°> 2°> 1°

芳香胺碱性强弱要考虑N上的孤对电子，能不能与苯环共轭，能共轭，碱性弱，不能共轭，碱性强。 (1) (2) （2）比（1）的碱性强4万倍 芳香胺碱性强弱要考虑N上的孤对电子，能不能与苯环共轭，能共轭，碱性弱，不能共轭，碱性强。 具体分析时，既要考虑N上取代基的影响，也要考虑苯环上取代基的影响。

局部麻醉剂普鲁卡因在临床上常制成其盐酸盐，供肌肉注射用。 氯化苯铵 苯胺盐酸盐 局部麻醉剂普鲁卡因在临床上常制成其盐酸盐，供肌肉注射用。

2、烷基化反应、季铵盐的生成及季铵碱的性质 质子转移 亲核性增大 除卤代烃外，某些情况下醇或酚也可作为烃基化试剂。 RI > RBr > RCl > RF 1°RX > 2°RX, 3°RX 以消除为主。

叔胺与卤代烷或活泼芳卤作用，则得到季铵盐。 季铵盐为高熔点的白色晶体。加热到熔点时即分解成叔胺和卤代烃。 季铵盐的应用： 作表面活性剂 (2) 作相转移催化剂（PTC） 常用的相转移催化剂： 三乙基苯甲基氯化铵（TEBA）、四正丁基溴化铵（TBA）

季铵碱制备、性质及应用 季铵碱是一个强碱，其碱性与NaOH或KOH相当。

季铵碱受热则发生分解反应 a. 不含β-H原子季铵碱的热分解 —— SN2反应 b.含β-H原子季铵碱的热分解——E2消除反应

季铵碱热消除的取向:当分子中有两种或两种以上不同的β-H 原子可以被消除时，总是优先消去取代较少的碳上的β-H；生成取代基少的烯烃——Hofmann规则。 季铵碱热消除的立体化学：反式共平面消除

当β-碳上连有苯基、乙烯基、羰基、氰基等吸电子基团时，霍夫曼规则不适用。 共轭体系

Hofmann彻底甲基化反应 由于季铵碱的热消除具有一定的取向，因此通过测定烯烃的结构，可以推测胺的结构。如：

已知化合物（A）经下列反应得3-甲基-1,4-戊二烯， 求（A）的可能结构式。 2CH3I AgOH CH3I AgOH A B

3．酰化反应   叔胺氮原子上无氢原子，所以不能发生酰化反应。 芳胺不能与酯类起反应，但能被酰卤或酸酐所酰化。例如，苯胺与乙酸酐作用生成乙酰苯胺：

酰化反应对于药物的修饰具有重要的意义。在药物分子中引进酰基后，常可增加药物的脂溶性，有利于体内的吸收，提高或延长其疗效，并可降低药物毒性。 酰化反应对于药物的修饰具有重要的意义。在药物分子中引进酰基后，常可增加药物的脂溶性，有利于体内的吸收，提高或延长其疗效，并可降低药物毒性。  扑热息痛 (Paracetamol) 氨基易于被氧化，在有机合成及药物制备中常用酰化反应来保护氨基。

兴斯堡反应——与苯磺酰氯反应  苯磺酰氯可用来鉴别伯、仲、叔三种胺，这类反应被称为兴斯堡(Hinsberg)反应。

4．与亚硝酸反应 (1) 伯胺与亚硝酸的反应   醇、烯等混合物

蒂芬欧(Tiffeneau)-杰姆扬诺夫(Demjanov)环扩大重排反应——-用于制备5，6，7环酮 半频哪醇重排

低温条件下，芳香伯胺在强酸性溶液中与亚硝酸反应，生 成芳香重氮盐(diazonium salt)，该反应称为重氮化反应(diazotization)。例如：   重氮盐在低温水溶液中较稳定，温度升高时分解，放出氮气生成酚。

(2) 仲胺与亚硝酸反应 N-亚硝基胺有强致癌作用!

(3) 叔胺与亚硝酸的反应 芳香叔胺与亚硝酸反应，发生芳环上的亲电取代反应，生成C-亚硝基化合物。     芳香叔胺与亚硝酸反应，发生芳环上的亲电取代反应，生成C-亚硝基化合物。 N,N-二甲基苯胺 N,N-二甲基对亚硝基苯胺 C-亚硝基化合物都是在强酸条件下发生的反应，产物呈桔黄色，用碱中和后显翠绿色。

5．芳胺苯环的亲电取代反应 (1) 卤代反应     如果要在苯胺分子中引入一个卤原子，可以先使氨基乙酰化，以降低氨基的定位能力，然后再进行卤代。例如： 用于苯胺的定性及定量测定

(2) 硝化反应 硝化前往往先将氨基保护，然后再硝化，由于氨基的保护方法不同，硝化时产物也不相同。硝化后再通过碱性水解即可得所需产品。例如：

(3) 磺化反应   对氨基苯磺酸分子内同时含有碱性氨基和酸性磺酸基，在分子内可形成内盐（两性离子）。

磺胺类药物

磺胺及磺胺类药物 磺胺类药物是一类重要的抗菌药物，自上世纪三十年代开始使用，至今仍为临床所采用。   对氨基苯磺酰胺(磺胺,SN, sulfanilamide) 磺胺的盐酸盐 磺胺的钠盐

OP2O63- 焦磷酸酯

  磺胺嘧啶(SD)  三甲氧基苄氨嘧啶(TMP) 磺胺增效剂 磺胺甲基异噁唑(SMZ)

（4）威尔斯麦尔(Wilsmeier)反应 N, N-二甲苯胺与三氯氧磷， N, N-二甲基甲酰胺作用，在苯环上引入甲酰基的反应 请复习： 加特曼-科赫反应 氯甲基化反应

6. 氧化反应及Cope消除 伯胺：产物复杂 仲胺：用过氧化氢氧化生成羟胺 叔胺：用过氧化氢或过氧化酸氧化生成氧化胺

Cope消除：顺式消除过程（环状过渡态）

-消除反应： 例外： -碳上有吸电子基（硝基、羰基、氰基、苯基、乙烯基）时得共轭烯烃 卤代烃脱HX: E1、E2(反式共平面)， Saytzeff烯烃 但E2中碱体积大或离去基团大时得Hofmann烯烃 2）醇脱水 E1，易重排，Saytzeff烯烃 3）羧酸酯热消除 顺式消除，Hofmann烯烃 4）季铵碱热消除 E2 (反式共平面)消除， Hofmann烯烃 5）叔胺氧化物热消除 顺式消除，Hofmann烯烃 例外： -碳上有吸电子基（硝基、羰基、氰基、苯基、乙烯基）时得共轭烯烃

7. 联苯胺重排 氢化偶氮苯在酸催化下发生重排，生成4,4’-二氨基联苯的反应称为联苯胺重排。

8. 烯胺烷基化、酰基化反应 烯胺是不稳定的， N上没氢的烯胺是稳定的。 稳定的烯胺是含-H的酮与二级胺在酸催化下反应来制备的。

不对称酮形成烯胺时，双键总是在取代基较少的地方形成。 五原子重叠，空阻大。 能形成共轭体系时，双键在共轭处形成。

烯胺的反应 烯胺具有双位反应性能 1 ） 烯胺的烃基化反应 使用活泼卤代烷如碘甲烷、烯丙型卤化物、苯甲型卤代物等主要发生碳烃基化产物。

2）烯胺的酰基化反应 酰基化反应一般在碳上发生

3）与α,β-不饱和酸、酯、腈等发生反应 溶剂不同，产物不同，在非质子溶剂中得一取代产物，在质子溶剂中得二取代产物。

五、胺的制备 1、胺（氨）的烷基化 烃基化试剂：卤代烃、醇、具有活泼卤原子的芳卤。 盖布瑞尔合成伯胺 空阻大的RX不能发生此反应 水解或肼解 TsCl NH3 ROH ROTs RNH2 + TsOH SN2 盖布瑞尔合成伯胺 空阻大的RX不能发生此反应 水解或肼解

2、硝基化合物的还原—芳胺（制备1o胺）

3、酰胺、腈、肟的还原 B2H6

4、醛、酮的还原氨化 常用还原方法：H2/Cat, LiBH3CN, NaBH3CN

Leuckart 刘卡特反应 醛、酮在高温下与甲酸铵反应生成一级胺。 反应机制

5、Hofmann重排、Curtius(克尔提斯)反应、Schmidt反应 Eschweiler. W—Clarke. H.T埃斯维勒-克拉克反应 5、Hofmann重排、Curtius(克尔提斯)反应、Schmidt反应 Hofmann重排: 氮上未取代酰胺与Cl2或Br2在碱溶液中作用，脱去羰基生成伯胺 -—— 用于制备少一个碳原子的伯胺。

只有未取代酰胺能发生霍夫曼重排;迁移碳构型不变 历 程： 氮烯 只有六个电子,不稳定, 易重排 异氰酸酯 重排 只有未取代酰胺能发生霍夫曼重排;迁移碳构型不变

由酰基氮烯重排为异氰酸酯的过程，称为Hofmann重排——迁移基团构型保持不变。

施密特对此作改进，采用叠氮酸——Schmidt反应 Curtius（克尔提斯） 氮烯中间体 施密特对此作改进，采用叠氮酸——Schmidt反应

6. Mannich反应（胺甲基化反应） 甲醛、伯胺或仲胺的盐酸盐与具有活泼氢的醛酮等发生缩合，活泼氢原子被氨甲基或取代氨甲基所置换的反应。 生成的产物称为Mannich碱，其可发生消除、取代等反应。

机理 (自学) 亚胺离子 活泼亚甲基的烯醇式

该反应适用于由较小的胺制备较复杂的胺，在生物碱合成中有重要意义

六、重要的胺及其衍生物 1. 乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 乙二胺四乙酸，又称EDTA，是重要的分析试剂和螯合剂， 可用于分离、提纯放射性物质和治疗某些放射性疾病。   EDTA(钠盐) 2. 胆胺(HOCH2CH2NH2) 胆胺又称氨基乙醇或乙醇胺是脑磷脂的重要组成部分。

3. 胆碱[HOCH2CH2N+(CH3)3OH–] 胆碱是一种季铵碱，广泛分布于生物体内，尤其在动物的卵和脑髓中含量较多，是卵磷脂的组成成分。乙酰胆碱[(CH3)3N+(OH)－CH2CH2OCOCH3]是体内一种重要的传递神经冲动的物质即神经递质，与人的记忆有密切的关系。 4. 新洁尔灭    新洁尔灭又名溴化二甲基十二烷基苄铵，它是一种表面活性剂。

Epinephrine(升压药，临床上使用其盐酸盐) 5. -苯乙胺类药物 这类药物种类较多，包括目前称为生源胺(Biogenic amine)的一类物质。生源胺是指人体中担负神经冲动传导作用的胺类化合物，如肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺以及不属于-苯乙胺类药物的乙酰胆碱和5-羟色胺等。 肾上腺素(epinephrine) 去甲肾上腺素 (norepinephrine) OH HO H CH2NHCH3 OH HO H CH2NH2 Epinephrine(升压药，临床上使用其盐酸盐) Norepinephrine(收缩血管,升高血压。临床使用其酒石酸盐)

多巴胺(Dopamine) 5-羟基色胺(serotonine) CH2CH2NH2 HO OH N Dopamine H HO－ 又名 3-羟酪胺，是去甲肾上腺素和肾上腺素生物合成的前体，也是中枢神经系统某些部位化学传导的递质。多巴胺常用来治疗Parkinson氏病和急性肾功能衰竭。 5-羟色胺与多巴胺同为中枢神经系统的生源胺，它是脑中的神经递质。

另一类拟肾上腺素药也是以-苯乙胺为基本结构的药物，其中比较重要的是麻黄碱和苯异丙胺等，其结构相似于肾上腺素，作用也是兴奋神经系统，故这类药物又称为兴奋药。   麻黄碱 苯异丙胺 Amphetamine 脱氧麻黄碱,无色透明晶体－冰毒