15.7 胺的物理性质 1、气味 低级胺具有氨的气味,很多具有难闻的气味。如(CH3)3N具有腐烂鱼的恶臭味;1,4-丁二胺和1,5-戊二胺具有肉腐烂的恶臭味。前者叫腐胺,后者叫尸胺。 2、毒性 芳胺多是毒性较大的化合物。 3、沸点 胺是极性分子,除叔胺外分子间可形成氢键,故沸点比分子量相近的烃类高。但由于N-H H氢键比O-H H氢键弱。所以沸点比相近的醇和酸低。 4、胺能与CaCl2形成络合物,一般用无水KOH,NaOH干燥。 5、不溶性 由于能与水形成氢键,小分子的胺溶于水。
15.8 胺的化学性质 氨与胺的结构 N均为SP3杂化,有一个未成键电子对 占据杂化轨道上。因此,胺和氨都是 碱,又是亲核试剂。 15.8 胺的化学性质 氨与胺的结构 N均为SP3杂化,有一个未成键电子对 占据杂化轨道上。因此,胺和氨都是 碱,又是亲核试剂。 一、碱性---碱性的大小可用PKb来衡量。 1.脂肪胺的碱性 胺类碱性在强弱取决于N上电子云密度的高低和与质子结合能力的大小。 对脂肪胺来讲,烃基为供电子基,显然N上所连烷基越多,其碱性就越强,因此,理论上推论,脂肪胺的碱性强弱次序应为:
一、胺的碱性 理论上推论,脂肪胺的碱性强弱次序应为: 实验发现,脂肪胺在气态或非质子溶剂(如:氯仿、氯苯)中,其碱性大小顺序与上述推测完全一致。 但是在水溶液中测定的碱性大小顺序(见表15-4)为: 这是因为脂肪胺在水中碱性的强弱除与N上电子云密度有关外,还与它们形成铵盐后溶剂化程度大小有关,N上H越多,溶剂化程度越大,铵正离子就越稳定,胺的碱性就越强。
胺的碱性 因此,从溶剂化效应看,N上烃基越多,碱性应越弱。 此外,从空间效应看,N上烃基越多,体积越大,对质子靠近N的阻力就越大,碱性越弱。
芳香胺的碱性 芳香胺的碱性比NH3和脂肪胺的 碱性弱得多。这是因为N为SP2杂 化,N上的孤对电子P轨道与苯环 存在P-共轭效应的结果。 苯胺的碱性虽弱,但仍能与强酸作用形成盐。 但在Ph2NH中,N与两个苯环共轭,N上电子云密度更低,其碱性已弱得在水中不能与强酸形成盐。Ph3N就更弱了。
芳香胺的碱性 在取代芳胺中,供电子基使碱性增强,吸电子基使碱性降低。
二、胺的烷基化 胺可与RX发生烷基化反应(见制备)。 此外,醇在H2SO4或Al2O3催化下,也能发生烷基化反应。
三. 胺的酰基化反应 伯胺、仲胺可与酰基化试剂(RCOOH、RCOCl、酸酐)发生酰基化反应,生成N-烷基取代酰胺。 三. 胺的酰基化反应 伯胺、仲胺可与酰基化试剂(RCOOH、RCOCl、酸酐)发生酰基化反应,生成N-烷基取代酰胺。 叔胺的N上无H,不起酰化反应。
酰化反应的应用 (1)分离伯、仲胺与叔胺。 (2)保护氨基。
磺酰化反应 (3)磺酰化反应 常用的磺酰试剂有:
四、与亚硝酸反应 由于HNO2不稳定,常用NaNO2+HCl(或H2SO4)代替HNO2。 不同的胺与亚硝酸作用生成的产物也不同。 但脂肪重氮盐不稳定,即使低温下也会分解,放出N2气,生成碳正离子,进而生成混合物,无制备意义,但能定量放出N2气,因此,可用于定量分析和定性鉴别。
与亚硝酸反应 芳香伯胺生成的重氮盐在低温(<5℃)时能稳定存在,反应活性较高,广泛应用于有机合成中。 2、仲胺与HNO2作用生成N-亚硝基胺。一般为黄色油状物。 N-亚硝基胺与稀酸共热,又水解出原来的仲胺。该性质可用于分离或提纯仲胺。但N-亚硝基胺有致癌作用。
与亚硝酸反应 脂肪叔胺在强酸(PH<3)中不与HNO2不反应。 芳香叔胺则在芳环上发生取代反应。 与亚硝酸的反应也可用于鉴别伯、仲、叔胺,但由于亚硝基化合物一般都有致癌作用,所以,不常使用。
五、氧化反应 芳香伯胺极易被氧化,把苯胺暴露在空气中,就能逐渐被氧化而变色。因此,许多物质都能氧化苯胺。 1、苯胺遇漂白粉被氧化显紫色,可用于苯胺的定性鉴别。 2、苯胺遇Na2Cr2O7、FeCl3等氧化剂被氧化成苯胺黑,也可用于鉴别。 3、被MnO2酸性溶液氧化生成醌。
六、芳环上的亲电取代反应 在苯胺中,-NH2是邻、对位定位基,并且是一个强的供电子基,其供电子能力与酚羟基相似,故苯胺很容易发生亲电取代反应。 1、卤代
芳环上的取代反应 碘虽然活性低,却也能与苯胺发生一取代。 2、硝化 若直接与混酸作用,会发生剧烈的氧化反应,为了防止氧化,可先将苯胺溶于浓H2SO4中,
芳环上的取代反应 要在邻、对位引入硝基,可采用氨基保护法。 3、磺化
七、伯胺的异腈反应 脂肪伯胺、芳香伯胺都能与CHCl3和强碱的醇溶液加热反应,生成具有恶臭气味的异腈。该反应可用于伯胺的鉴别。 伯胺的鉴别反应: (1)异腈法 (2)酸溶法 (3)兴斯堡法 (4)亚硝酸法 (5)氧化法(只适用于苯胺) (6)溴水法(只适用于苯胺)
15.9 季铵盐与季铵碱 叔胺与卤代烃作用,就生成季铵盐。 15.9 季铵盐与季铵碱 叔胺与卤代烃作用,就生成季铵盐。 1、季铵盐具有无机铵盐的一般性质:如溶于水,不溶于非极性有机溶剂,不稳定,加热易分解成原来的叔胺和卤代烃。 2、具有长碳链的季铵盐是一类阳离子表面 活性剂,具有良好的去污、乳化、杀菌、消 毒作用。如:溴化二甲基苄基十二烷基铵。 3、小分子量的季铵盐可做相转移催化剂(见P382-383)。
季铵盐与季铵碱 4、季铵盐与强碱作用时得季铵碱,但这是一个可逆反应。 如果在KOH-乙醇溶液中进行,由于生成的KX不溶于醇,析出沉淀,使平衡向季铵盐方向移动。 如果用AgOH与季铵盐作用,因生成AgX沉淀,可使反应进行到底。 季铵碱是一个强碱,其碱性与KOH相当,具有碱的一般通性,如:能吸收空中的CO2,易潮解,易溶于水等。
季铵盐与季铵碱 季铵碱也不稳定,加热时也易分解,当烷基中无-H时,则分解成叔胺和醇。 当烷基中有-H时,加热则分解成叔胺和烯烃。 一般认为,该反应是OH-进攻-H原子,发生双分子消除反应。
霍夫曼(Hofmann)消除反应 当季铵碱中存在两个或两个以上的-H时,主要产物是双键上烃基较少的烯烃。这是季铵碱特有的规律,称为霍夫曼规则。 但是,当烃基上带有吸电子基时,则主要方向是消除酸性较强的-H。
霍夫曼消除反应 再如: 霍夫曼消除反应可用来推测未知胺的结构。
(三)腈与异腈 腈可看做是H-CN中的H被烃基取 代后的生成物,可用通式R-CN、 Ar-CN表示。腈的结构与炔相似, C、N均为SP杂化。 1、腈的命名常按分子中所含C原子数目(包括CN中的C原子)称为某腈。
腈(Nitrile) 2、腈的制备 (1)卤代烃取代法 (2)酰胺脱水法 (3)乙炔加成法 (4)丙烯氨氧化法 (5)重氮盐取代法 在后面才学到,主要是制备芳香腈。
3、腈的性质 (1)水解 腈在酸或碱催化下,加热数小时,均可水解成羧酸。 (1)水解 腈在酸或碱催化下,加热数小时,均可水解成羧酸。 水解反应是分步进行的,第一步先生成酰胺,第二步再水解成羧酸。这可看作是腈制备的逆反应。
腈的性质 (2)醇解 (3)还原