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。

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1 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。

2 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

3 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

4 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。

5 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）。

6 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。

7 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

8 碱性 碱性 碱性 酸性 中性 上述反应了解即可，不做要求

9 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。

10 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

11 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。

12 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。

13 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。

14 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：

15 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。

16 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

17 (二) 命名 简单胺的命名是以胺为母体。 CH3NH CH3CH2NHCH2CH 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

18 [(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：   甲基-3-氨基戊烷 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

19 4,4’-二硝基二苯胺 溴化三甲基乙烯基铵

20 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。

21 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。

22 一对对映体可拆分 一对对映体可拆分

23 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

24 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。

25 （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

26 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°

27 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。

28 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。

29 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。

30 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）

31 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。

32 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

33 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

34 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

35 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：

36 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

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38 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：

39 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。

40 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。

41 4．与亚硝酸反应 (1) 伯胺与亚硝酸的反应 醇、烯等混合物

42 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

43 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。

44 (2) 仲胺与亚硝酸反应 N-亚硝基胺有强致癌作用!

45 (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。

46 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

47 (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：

48 (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）。

49 磺胺类药物

50 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

51 OP2O63- 焦磷酸酯

52 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)

53 （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

54 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

55 Cope消除：顺式消除过程（环状过渡态）

56 -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

57 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。

58 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。

59 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。

60 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。

61 2）烯胺的酰基化反应 酰基化反应一般在碳上发生

62 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。

63 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

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65 2、硝基化合物的还原—芳胺（制备1o胺）

66 3、酰胺、腈、肟的还原 B2H6

67 4、醛、酮的还原氨化 常用还原方法：H2/Cat, LiBH3CN, NaBH3CN

68 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

69 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。

70 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

71 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。

72 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

73 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。

74 机理 (自学) 亚胺离子 活泼亚甲基的烯醇式

75 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

76 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。

77 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。

78 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)

79 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。

80 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