華中科技大學有機化學胺第1頁/共53頁

氨分子中的氮是接近sp3雜化的，它以3個sp3軌道與氫的s軌道形成鍵，留下一對未成鍵電子占據另一個sp3軌道，HNH的夾角為107.3o。脂肪胺具有類似的結構。未成鍵電子對對于胺的化學是非常重要的，因為胺的堿性、親核性都與它有關。第2頁/共53頁

芳香胺的結構有些不同，由于未成鍵電子對與芳環的電子發生共軛，使原來為sp3軌道的未成鍵電子對的P性質增加，使氮由sp3雜化趨向于sp2雜化。如苯胺分子雖仍為棱錐體，但趨向于平面化，HNH的平面與苯環平面間夾角為39.4o，HNH鍵角為113.9o。第3頁/共53頁

由于胺分子呈棱錐形，若氮所連三個基團不同，則該胺應具有手性，但實際沒有分離得到旋光異構體，這是因為這一對對映體很易相互轉化。季銨鹽不能進行氮轉化，因此可以分離得到穩定的旋光異構體．第4頁/共53頁11.2胺的命名胺的普通命名第5頁/共53頁系統命名第6頁/共53頁11.3胺的物理性質

胺是中等極性的物質。1o胺與2o胺分子間可以形成氫鍵，3o胺因氮上無氫，自身分子間不能形成氫鏈。所以，相同分子量的化合物的沸點是lo胺＞2o膚＞3o胺＞烷烴。但胺的氮氫間的氫鍵不如醇、羧酸的氧氫間氫鍵強，所以，相同分子量胺的沸點比醇、羧酸低。較低分子量的胺都易溶于水，因為它們都可與水形成氫鍵。3o胺雖然不能提供氫鍵的氫，但可以提供形成氫鍵的氮，所以仍可與水形成氫鍵。

胺有難聞的氣味。許多脂肪胺有魚腥臭。己二胺與戊二胺有腐爛肉的臭味，所以它們又分別稱為腐胺與尸胺。許多胺有一定生理作用。氣態胺對中樞神經系統有輕微抑制作用。苯胺是有毒的，可引起皮膚起疹、惡心、視力不清、精神不安，使用時要小心。有些芳香胺是致癌物質。第7頁/共53頁11.4胺的化學性質1.胺的堿性與弱酸性(1)胺的堿性如醇、醚的氧上一樣，胺的氮上有末成鍵電子對，可以與質子結合，所以顯堿性。胺的共軛酸的Ka大，pKa小，則堿性弱；否則相反。第8頁/共53頁(2)1o胺與2o胺的酸性

1o胺與2o胺不僅是一個堿，而且也是一很弱的酸。在強堿作用下可失去質子形成氮的負離子，或稱胺的共軛堿。胺的酸性強弱次序與胺的堿性次序正相反，為芳香胺＞氨＞脂肪胺。第9頁/共53頁第10頁/共53頁2．胺的烷基化氨，1o胺，2o胺與3o胺可與1o及2o鹵代烷發生SN2反應，得到相應的1o，2o，3o胺與4o銨鹽。若用大大過量的氨與鹵代烷反應，可以減少多烷基化產物，

實質上胺的烷基化反應是胺作為親核試劑進行的取代反應，所以親核性(堿性)弱或空間位阻大都很難使反應正常進行。在烷基化反應中，鹵代烷只能用1o與2o鹵代烷，3o鹵代烷幾乎全部進行消除反應；一般芳基鹵化物不能反應，但鄰、對位有強吸電子基的芳基鹵化物仍可反應，如對硝基溴苯可以與胺反應。烷基化試劑除鹵代烷外，還可用硫酸酯，如硫酸二甲酯及對甲苯磺酸酯等。第11頁/共53頁Gabriel合成方法制備1o胺，為了避免鹵代烷與氨反應時出現多烷基化的麻煩，可用Gabriel方法制備1o胺：第12頁/共53頁3.胺的磺酰化與酰化及胺與醛、酮的反應

胺與酰氯、酸酐、酯、羧酸及1o胺與醛、酮的反應己作介紹。

1o胺與2o胺可與苯磺酰氯反應，得到N-取代與N,N-二取代苯磺酰胺。3o胺與苯磺酰氯形成鹽，它很易與KOH水溶液反應又變回胺：

上述反應常用來鑒別與分離1o胺，2o胺與3o胺,此反應稱為Hinsberg測試法。第13頁/共53頁4．胺與亞硝酸的反應

(1)1o胺與亞硝酸反應形成重氮鹽

1o胺作為親核試劑與亞硝酸失水形成的N203反應，得N-亞硝基胺，再經互變異構及失水，形成重氮鹽．

脂肪族重氮鹽不穩定，甚至在低溫也不能穩定存在，易分解得到一復雜的混合物，在合成上用途不大。但是可以利用正碳離子重排的性質，進行擴環或縮環的反應，如：第14頁/共53頁(2)2o胺與亞硝酸反應生成N—亞硝基胺它是一種黃色、中性、水不溶的油狀物。可用還原方法將亞硝基除掉，得到原來的胺。

許多N-亞硝基胺具有強烈的致癌作用。現認為它在生物體內可以轉化成活潑的烷基化試劑并可與核酸發生反應，這是它致癌作用的原因。

過去腌制臘肉、火腿常加少量NaNO2，以防腐并保持色澤鮮艷，但它可以產生亞硝胺，所以現己禁止使用。第15頁/共53頁(3)3o脂肪胺與亞硝酸生成3o銨鹽與N-亞硝基銨鹽的混合物在低溫時，N-亞硝基銨鹽是穩定的；在較高溫時，于酸性水溶液中分解成醒與N-亞硝基胺,這些反應沒有什么合成價值。3o芳香胺與亞硝酸反應可在芳香環上進行亞硝基化，因為胺基是使芳環活化的強活化基團。第16頁/共53頁5．胺的氯化胺很容易被氧化，也是合成上經常防止它產生的一個副反應。但是選擇適當的氧化劑，它又是一個可利用的反應。1o胺的氧化反應比較復雜，一般情況下沒有多少使用價值。若使用過三氟乙酸,可將1o胺氧化成硝基化合物,這是制備特殊硝基化合物的一種方法：2o胺與H2O2反應形成羥胺，有些產率較高，可在合成中應用。如第17頁/共53頁3o胺與H2O2或過乙酸反應,可以得到高產率的N-氧化物。第18頁/共53頁6.胺的消除反應胺本身不能發生消除反應，因為它的離去基團是一種很強的堿NH2-,但是季銨堿與3o胺的N-氧化物可以在100oC以上溫度發生消除反應,因為它們的離去基團分別是弱堿R3N和R2NOH。季銨堿的消除反應又稱為霍夫曼(Hofmann)消除反應,它屬E2反應,但消除取向不同于鹵代烷的E2反應,即所得主要產物具有最少取代的烯烴。如第19頁/共53頁

還有一種看法認為季銨堿的消除取向與胺的-碳上氫的酸性大小有關。如上例中C1上的氫為甲基氫，C3上氫為亞甲基氫，受C4甲基給電子的影響，因此它的酸性比C1上氫小，所以C1上氫較易被OH-奪取，得含取代基少的烯烴。當-碳上有吸電子基團時，-碳上的氫酸性增加，更利于被OH-奪取，如：

此時霍夫曼規則不適用。根據霍夫曼消除反應的次數、生成產物雙鍵的位置，可以判斷原來胺的結構，常用于生物堿結構的測定。第20頁/共53頁3o胺N-氧化物加熱可以消除二烷基羥胺，形成烯，稱此為Cope消除反應：

該反應比霍夫曼消除反應所需溫度稍低一些，不在強堿條件下進行，因此副反應與重排少一些。消除反應速度與,碳上取代基大小有關，大有利于消除。該反應可以打開含氮的5與7－10員的環，但不能打開含氮的6員環。該反應為順式消除，現認為它通過一環狀過渡狀態，與酯的消除相似。同時，-H酸性強的易消除。第21頁/共53頁7．芳香胺環上的親電取代反應氨基(-NH2，-NHR，-NR2)具有強的給電子共扼效應，活化芳香環，使其鄰、對位電子云密度大大增加,易進行親電取代反應。

(1)芳香環被活化，使親電取代反應易于發生，如鹵代反應不用催化劑，苯胺在稀鹽酸水溶液中用氯或溴鹵化，即可得到三鹵代苯胺。（2）胺易被氧化。為減少副產物，苯胺硝化前(硝酸是一氧化劑)需要先將氨基保護起來，硝化后再去保護基，得硝基苯胺。第22頁/共53頁(3)苯胺的磺化需經較長時加熱可得很好產率串的對氨基苯磺酸。(4)酰化反應中由于苯胺可進行C-酰化，也可進行N-酰化，因而酰化反應產率很低。但N,N-二取代苯胺與乙酰苯胺不能進行N-酰化，可用溫和條件進行C-酌化。而且，N,N-二烷基苯胺可用二甲基甲酰胺與POCl3進行酰化，在苯環上引入醛基。但此反應在一般苯環上是不進行的，因為它需強活化的苯環。此反應叫Vilsmeier反應：第23頁/共53頁8．烯胺的反應

氨基可使苯環鄰對位活化。同理，它也可使烯鍵的-碳原子活化，使其具有較強親核能力，可以與活潑的鹵代烷發生烷基化，與酰氯發生酰基化，與,-不飽和酸酯、酮等發生共軛加成。將其產物經酸水解可得到醛、酮的烷基化、酰基化及邁克爾(Michael)加成產物。從烯胺的共振式，可以了解其反應的根由：第24頁/共53頁烯胺是2o胺(常用環狀2o胺)與醛、酮反應脫水后得到。如：第25頁/共53頁Mannich反應：烯胺可以起親核試劑的作用，而2o胺與甲醛在強酸存在下形成的亞銨離子可以起親電試劑作用，它們都可以形成碳碳鍵。

當將2o胺、甲醛及可以烯醇化的醛或酮在濃鹽酸存在下，于水浴中加熱可以得到-胺基酮,該反應稱為mannich反應。第26頁/共53頁

該反應歷程實際是甲醛與二甲胺先形成亞銨離子，然后亞銨離子加到苯乙酮烯醇式的雙鍵上，最后得到-氨基酮，又稱Mannich堿，是很有用的合成中間體，它經加熱蒸餾可得乙烯基酮與2o胺：

若將酮與Mannich堿共熱，再經酸水解可得酮與,-不飽和酮的邁克爾加成產物。第27頁/共53頁11．5芳香族重氮鹽、重氮甲院與疊氮化合物的反應1.芳香族重氮鹽的反應芳香族重氮鹽是由1o芳香胺在強酸溶液中，與NaNO2(立即產生HNO2)在5℃以下低溫反應制得。由于重氮基與芳環發生共軛，所以它比脂肪族重氮鹽穩定。重氮鹽溶于水，并完全電離。干的重氮鹽極易爆炸，但水溶液無此危險，所以在水溶液中制得的重氮鹽就不再分離，直接用于下步反應。第28頁/共53頁(1)芳香族重氮鹽的置換反應芳香族重氮鹽的重氮基可以為一系列基團置換，如下列反應所示。

在這些反應中，基本上是兩種歷程：

a．SN1歷程：由于N2是很好的離去基團，因此重氮鹽很易放出N2，生成芳基正碳離子，然后與親核試劑反應得置換產物，如置換OH，I,F,SH及SCN等均為此類反應。第29頁/共53頁b．自由基反應歷程：重氮鹽與亞銅離子發生單電子轉移的氧化還原反應，形成芳基自由基中間體，芳基自由基再奪取鹵化銅、氰化鋼的鹵素、氰基而得到鹵代芳烴、芳甲腈。第30頁/共53頁

重氮鹽與H3PO2反應也是自由基反應歷程。在實際應用芳香族重氮鹽的置換反應時，特別是按SN1歷程進行的反應，重氮鹽的負離子要盡可能選擇親核性弱的，這樣可以減少副反應。如制備羥基或碘置換的重氮鹽往往用硫酸，因HSO4-負離子親核性極弱。

與氟的置換帶通過重氮氟硼酸鹽，加熱分解得到氟代芳烴。同樣，通過重氮氯(溴)硼酸鹽，也可制得氯(溴)代芳烴。第31頁/共53頁

重氮鹽在銅作用下，還可與NaNO2，Na2SO3置換，得到硝基芳烴和芳烴磺酸鹽。

重氮鹽與氫的置換實際上是去胺化反應，它在合成上極為重要。例如，由苯合成1,3,5-三溴苯，直接溴化是得不到的。但由苯胺進行溴化得2,4,6-三溴苯胺，再進行去胺化，則很容易得到：第32頁/共53頁(2)重氮偶合反應芳香族重氮鹽是弱的親核試劑，它們可以和高度活化的芳香族化合物發生偶合得到偶氮化合物。這種反應稱為重氮偶合反應，最常用于合成偶氮染料。高度活化的芳香族化合物一般為酚與3o芳胺。第33頁/共53頁

重氮鹽與酚的偶合在微堿性溶液中進行較快，因為在這種條件下，有相當數量的酚轉變為ArO-。ArO-比酚活潑，因此反應較快。但是若溶液堿性太強(pH>10)，重氮鹽將與OH-結合形成不能偶合的偶氮氫氧化物與偶氮酸鹽，使偶合速度反而降低，甚至不能進行。

重氮鹽與胺的偶合在微酸性溶液中進行較快(pH5—7)，因為在這種條件下，重氮離子濃度較高、同時胺沒有全部變成不活潑的銨鹽，所以反應速度較快。但是若溶液的酸性增加(pH>5)，則胺大部變成銨鹽，偶合速度反而變慢，甚至不能進行。第34頁/共53頁偶氮芳烴有著鮮艷的顏色，所以被廣泛用來作為染料。如迎春紅：第35頁/共53頁2．重氮甲烷重氮甲烷是重氮烷系列中最低的一個，它是一種黃色、有毒、易爆炸的氣體。它的乙醚溶液比較安全，但操作時仍需小心，因為玻璃間的摩擦即可引起爆炸。但由于它高度專一的活性，仍廣泛應用于合成中。

重氮甲烷是一偶極化合物，具有強的親核性。它可在溫和條件下與醇、酚形成醚；與羧酸形成酯；與酰氯可以得到-重氮酮；再水解，可得比酰氯多一個碳的酸；與烯鍵可進行環加成反應，得雜環化合物；受熱或光照，產生卡賓。醇、酚、酸與CH2N2反應歷程基本一樣。即：第36頁/共53頁而與酰氯反應則稍有不同。第37頁/共53頁

重氮甲烷可由N-甲基-N-亞硝基酰胺或磺酰胺與濃的KOH水溶液在乙醚與水溶液的兩相體系中反應得到，產物溶于乙醚中。第38頁/共53頁3．疊氮化合物疊氮化合物RN3是具有4電子的1,3-偶極化合物，其共振結構為:N3-是很好的親核試劑，與鹵代烷反應經還原可得1o胺,放出N2。NaN3與酰氯反應可以得到酰基疊氮化物。加熱分解放出氮氣并形成異氰酸酯，加水形成胺；或直接在水中加熱分解得到胺。此反應稱為Curtius反應。

疊氮酸與羧酸反應可直接得到異氰酸酯，如有水存在可直接得到胺，此反應稱為施密特反應。如：第39頁/共53頁11.6胺的制備反應提要(1)氨、胺的烷基化反應。(2)酰胺、腈的還原

硝基化合物的還原。常用催化氫化，強酸與Fe，Zn，Sn等。還原胺化。醛酮與氨或1o胺反應后經催化氫化或化學還原得到1o胺或2o胺。1o胺或2o胺與甲醛和甲酸反應可得到2o胺成3o胺。(5)酰胺的霍夫曼重排。(6)Gabriel合成法制1o胺。第40頁/共53頁11.7含磷有機化合物

像一切生物體內都含氮一樣，一切生物體內都含有磷，而且在生物的生命發展變化過程中起著重要作用。

1．含磷有機化合物的結構磷與氮是同族元素，有相同數目的外層電子(價電子)數，但它們不屬同一周期。其原子核外的電子構型如下：

所以它們可以形成結構相似的化合物，但許多相應化合物在某些方面又有明顯的區別，形成與氮相似的化合物，如：第41頁/共53頁

在這些化合物中，瞵的鍵角接近90o，的鍵角為107o。瞵的3個鍵似乎是磷以3個p軌道與其他原子相連組成,其實這是由于磷的未成鍵電子對受到的束縛力小，軌道體積大，因此壓迫另外3個鍵，使鍵角被壓縮成93.5o。另外，瞵和胺不同，能夠以穩定的構型存在，因而可以有旋光異構。如：第42頁/共53頁

在磷化合物上，磷的未共享電子對可與氧形成配位鍵P＋－O-，同時由于磷具有與3p軌道能量相近的空3d軌道，因此可與硫一樣，形成p-d鍵并不改變配位鍵的位置。所以瞵氧化物與瞵一樣，以四面體結構存在，并且可以具有旋光性。如：磷還可以和鹵原子相連，形成穩定存在的磷鹵化合物，常用來作為一活潑的試劑。如：當亞磷酸磷上的未共享電子對與氧結合，就成為磷酸。第43頁/共53頁磷酸分子中的羥基被烴基取代的衍生物叫膦酸。如：

磷酸分子中羥基上的氫被烴基取代的衍生物叫磷酸酯。氫被取代的數目不同分別叫磷酸烴基酯、磷酸二烴基酯和磷酸三烴基酯。磷酸分子中的羥基也可被鹵素取代，它相當于羧酸的酰氯。當3個羥基全部為氯取代，稱為三氯氧磷(POCl3)。不僅磷氧配位鍵之間可形成p-d鍵，磷與碳負離子間也可形成p-d鍵。如鹽在強堿作用下，可使與磷相連碳上的氫脫去，形成碳負離子。碳負離子的p電子可與磷的d軌道形成p-d鍵，成為較穩定的內鎓鹽。如：第44頁/共53頁2．含磷有機化合物的化學性質

(1)膦與胺的比較膦的堿性比胺弱，不能使石蕊試紙變藍(石蕊試紙變色范圍為pH5—8)；膦的親核性比胺強，是一個強的親核試劑；膦比胺容易被氧化，在空氣中就能自動氧化成膦酸或磷酸。(2)亞磷酸酯的阿爾布卓夫(Arbuzov)重排反應亞磷酸三烷基酯與鹵代烷在200℃高溫下反應可以得到很好產率的烷基膦酸二烷基酯與新的鹵代烷，這個反應的第一步是亞磷酸酯作為親核試劑與鹵代烷發生SN2反應；第二步為鹵離子作為親核試劑進攻生成的烷基膦酸三烷基酯的一個酯基，而烷基膦酸酯作為離去基團。如：第45頁/共53頁(3)磷鹵化合物的親核取代反應磷鹵化物的鹵素比碳鹵化物的鹵素活潑得多：可與水、醇、酚發生水解、醇解、酚解；可與醇鈉、酚鈉、羧酸鈉鹽、格氏試劑等發生置換；可被氫化鋁鋰還原；可與芳烴在三氯化鋁催化下發生取代反應。所以，磷鹵化合物是合成磷有機化合物的重要中間體。如：第46頁/共53頁(4)磷酸及其衍生物磷酸為三元酸，它的單酯與雙酯仍具有酸性，而且比磷酸還強，其pKa值分別為1.54和1.29，而磷酸的pKa1為2.15。加熱可使磷酸分子間失水形成二聚磷酸(焦磷酸)，磷酸與五氧化二磷加熱可形成多聚磷酸，其中主要為三聚磷酸，其余為磷酸與較高級的多聚磷酸。第47頁/共53頁

一切生物體中都含有磷，但不是以膦的形式存在，而是以磷酸、二聚磷酸、三聚磷酸的單酯與雙酯存在。如在生理上起重要作用的輔酶腺苷單磷酸酯(AMP)、腺苷二聚磷酸酯(ADP)與腺苷三聚磷酸酯(ATP)。這些磷酸酯在生理條件pH＝7時，都是如下式，以負離子存在。第48頁/共53頁

生物體內的有機物在進行生物氧化過程中，要釋放出大量的能量、這些能量便以“高能鍵“的形式貯存在上述三磷酸酯與二磷