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第 13 章 胺 重 氮 和 偶 氮 化 合 物 胺 (amines) 是 最 重 要 的 含 氮 化 合 物, 它 可 看 作 是 氨 的 烃 基 取 代 物, 根 据 氮 上 烃 基 取 代 的 数 目, 可 将 胺 分 为 伯 ( 一 级 ) 胺 仲 ( 二 级 ) 胺 叔 ( 三 级 ) 胺 和 季 ( 四 级 ) 铵 盐 : 3 R R 2 R 3 R 4 + X - 氨 伯 胺 仲 胺 叔 胺 季 铵 盐 在 许 多 方 面, 胺 的 性 质 与 醇 和 醚 的 性 质 相 似, 例 如 所 有 的 胺 都 是 碱 ( 虽 然 伯 胺 和 仲 胺 也 具 有 酸 的 性 质 ), 它 们 能 形 成 氢 键, 并 具 有 亲 核 性 然 而, 由 于 氮 的 电 负 性 比 氧 小, 它 的 反 应 活 性 与 氧 有 些 不 同, 例 如 伯 胺 和 仲 胺 的 酸 性 比 醇 弱, 形 成 的 氢 键 也 比 醇 弱, 但 碱 性 和 亲 核 性 却 比 醇 强 本 章 将 着 重 介 绍 胺 的 这 些 物 理 化 学 性 质 以 及 制 备 胺 的 各 种 常 用 方 法 此 外, 由 胺 衍 生 出 的 重 氮 化 合 物 重 氮 盐 是 重 要 的 有 机 活 性 中 间 体, 在 有 机 合 成 中 有 广 泛 应 用, 而 偶 氮 化 合 物 则 是 一 类 重 要 的 有 机 染 料, 本 章 也 将 对 这 两 类 化 合 物 进 行 讨 论 13.1 胺 的 命 名 和 结 构 13.1.1 普 通 命 名 法 对 于 简 单 的 胺, 命 名 时 以 氨 基 作 为 官 能 团, 命 名 为 某 胺 把 氨 基 上 所 连 烃 基 的 数 目 和 名 称 写 在 前 面, 若 有 两 个 或 三 个 不 同 的 烃 基 时, 按 简 单 到 复 杂 先 后 列 出 例 如 : C 3 C 2 (C 3 C 2 ) 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 2 C 3 乙 胺 二 乙 胺 苯 胺 甲 ( 基 ) 乙 ( 基 ) 丙 胺 13.1.2 IUPAC 命 名 法 选 择 含 氮 的 最 长 碳 链 为 母 体, 称 为 某 胺, 氮 上 的 其 它 烃 基 则 作 为 取 代 基, 在 其 前 面 加 上 -, 以 明 确 取 代 基 的 位 置 例 如 : C 3 C 3 C 2 C 3 C 2 C 2 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 2 C 2 C 2 CC 2 C 3 - 甲 基 -- 乙 基 丙 胺, - 二 甲 基 -4- 甲 氧 基 苯 胺 3- 甲 基 -- 乙 基 戊 胺 结 构 比 较 复 杂 的 胺 和 含 有 多 官 能 团 的 化 合 物, 也 可 以 把 烃 或 其 它 官 能 团 作 为 母 体, 氨 基 作 为 取 代 基 来 命 名, 例 如 : 2 C C 3 C 3 C 3 2 C 2 C 2 CC 2 C 2 4-(, - 二 甲 氨 基 ) 苯 甲 酸 3- 甲 基 -5- 氨 基 -1- 戊 醇 胺 类 化 合 物 形 成 铵 盐 或 季 铵 盐 后, 命 名 如 下 例 : + C 3 Cl (C 6 5 ) 2 2 S 4 (C 3 C 2 ) 4 甲 胺 盐 酸 盐 苯 胺 硫 酸 盐 溴 化 四 乙 铵 + + - + C 3 3 Cl C 6 5 C 3 Cl C 6 5 C 2 (C 2 C 3 ) 3 - 氯 化 甲 ( 基 ) 铵 氯 化 甲 基 苯 ( 基 ) 铵 溴 化 三 乙 基 苄 基 铵 值 得 注 意 的 是, 当 氨 基 作 为 取 代 基 时, 无 论 是 - 基 还 是 -R 或 -R 2 基, 都 只 能 称 为 氨 1

基 或 某 氨 基, 而 不 能 写 成 胺 基 或 某 胺 基, 只 有 氨 基 作 为 母 体 时, 化 合 物 才 能 称 为 某 某 胺 而 铵 则 表 示 胺 类 化 合 物 形 成 了 盐 13.1.3 胺 的 结 构 氨 和 胺 分 子 的 结 构 相 似, 其 氮 原 子 均 采 取 sp 3 杂 化 四 个 sp 3 杂 化 轨 道 中, 有 三 个 与 氢 原 子 或 碳 原 子 形 成 σ 键, 剩 下 的 一 个 则 被 孤 电 子 对 所 占 据 这 样, 氨 和 胺 的 空 间 排 布 与 碳 的 四 面 体 结 构 相 似, 是 四 面 体 构 型, 氮 在 四 面 体 的 中 心, 孤 对 电 子 处 在 四 面 体 的 一 个 顶 端, 相 当 于 第 四 个 基 团, 如 图 13-1 所 示 : 100.8pm 107.3 o 3 C 147.4pm 112.9 o 105.9 o 147pm C 3 108 3 C o C 3 氨 的 结 构 甲 胺 的 结 构 三 甲 胺 的 结 构 图 13-1 氨 和 胺 的 结 构 在 芳 香 胺 如 苯 胺 分 子 中, 氮 原 子 虽 然 仍 是 sp 3 杂 化, 但 却 接 近 于 平 面 构 型 氮 上 的 孤 电 子 对 的 sp 3 杂 化 轨 道 比 氨 分 子 中 氮 上 的 sp 3 杂 化 轨 道 具 有 更 多 的 p 轨 道 成 分, 可 以 与 苯 环 中 π 电 子 的 轨 道 重 叠, 当 这 两 种 轨 道 接 近 平 行 时 重 叠 最 有 效, 共 轭 也 最 有 效 可 以 说, 氮 原 子 的 杂 化 状 态 处 于 sp 3 和 sp 2 之 间, 比 甲 胺 更 接 近 于 sp 2 杂 化 因 此, 在 苯 胺 分 子 中, 苯 环 平 面 与 的 三 个 原 子 所 在 平 面 的 夹 角 (142.5 o ) 要 比 甲 胺 分 子 中 C 键 与 所 在 平 面 之 间 的 夹 角 (125 o ) 大 得 多, 而 且 苯 胺 的 C 键 具 有 部 分 双 键 的 性 质, 键 长 (140pm) 要 比 甲 胺 和 三 甲 胺 的 C 键 长 (147 pm) 短 142.5 o 图 13-2 苯 胺 的 结 构 在 仲 胺 和 叔 胺 中, 如 果 与 氮 相 连 的 三 个 基 团 不 同 时, 氮 原 子 是 一 个 手 性 中 心, 孤 电 子 对 相 当 于 第 四 个 基 团, 故 应 该 存 在 两 个 具 有 光 学 活 性 的 对 映 体 但 这 种 胺 的 对 映 体 却 未 分 离 得 到 过, 原 因 是 它 们 之 间 很 容 易 相 互 转 化 ( 如 图 13-3 所 示 ), 这 种 转 化 就 像 雨 伞 在 大 风 中 由 里 向 外 翻 转 一 样, 所 需 活 化 能 很 低 ( 一 般 为 6~37.6 KJ/mol), 在 室 温 下 就 能 够 快 速 地 相 互 转 化 3 C 2 C C 2 C 3 C 3 3 C 图 13-3 - 甲 基 乙 胺 对 映 体 之 间 的 相 互 转 化 2

为 了 证 明 这 种 可 能 性, 有 人 曾 设 计 合 成 了 具 有 刚 性 环 状 结 构 的 三 级 胺 Tröger 碱, 并 成 功 地 分 离 得 到 光 学 活 性 的 对 映 体, C 3 C 3 C 3 C3 (+)-Tröger 碱 (-)-Tröger 碱 在 季 铵 盐 分 子 中, 氮 的 四 个 sp 3 杂 化 轨 道 均 用 于 成 键, 这 与 碳 的 四 面 体 相 似, 不 易 发 生 上 述 对 映 体 的 构 型 转 化, 因 此, 如 果 氮 上 的 四 个 基 团 不 同 时, 应 该 有 对 映 体 存 在 事 实 上, 也 确 实 分 离 到 了 这 样 的 对 映 体 C C 3 - - 3 + I I + C2 C6 5 5 C 6 5 C 2 5 C 2 C C 2 C 2 CC 2 (S) 13.2 胺 的 物 理 性 质 和 波 谱 特 征 (R) 13.2.1 熔 点 沸 点 和 溶 解 度 低 级 脂 肪 胺 是 气 体 或 易 挥 发 的 液 体, 气 味 与 氨 相 似, 有 的 具 有 鱼 醒 味 ; 高 级 脂 肪 胺 为 固 体 芳 香 胺 为 高 沸 点 的 液 体 或 固 体, 有 特 殊 气 味 芳 香 胺 的 毒 性 很 大, 液 体 芳 胺 还 能 通 过 皮 肤 吸 收 而 中 毒 苯 胺 α- 和 β- 萘 胺 联 苯 胺 等 尚 有 致 癌 作 用 表 13-1 一 些 常 见 胺 的 名 称 与 物 理 性 质 化 合 物 英 文 名 称 熔 点 ( o C) 沸 点 ( o C) 甲 胺 二 甲 胺 三 甲 胺 乙 胺 二 乙 胺 三 乙 胺 正 丙 胺 正 丁 胺 苯 胺 二 苯 胺 三 苯 胺 - 甲 基 苯 胺, - 二 甲 基 苯 胺 邻 硝 基 苯 胺 间 硝 基 苯 胺 Methylamine Dimethylamine Trimethylamine Ethylamine Diethylamine Triethylamine Propylamine Butylamine Aniline Diphenylamine Triphenylamine -methylaniline, -dimethylaniline o-nitroaniline m-nitroaniline -92-96 -117-80 -39-115 -83-50 -6 53 127-57 3 71 114-7.5 7.5 3 17 55 89 48.7 77.8 184 302 365 196 194 284 307( 分 解 ) 3

对 硝 基 苯 胺 p-nitroaniline 148 332 伯 胺 和 仲 胺 的 键 是 极 化 的, 但 极 化 的 程 度 比 键 弱, 分 子 间 的 所 形 成 的 氢 键 要 比 醇 的 氢 键 弱, 因 此 伯 胺 的 沸 点 高 于 分 子 量 相 近 的 烷 烃, 而 低 于 醇 上 氢 的 数 目 减 少, 形 成 的 氢 键 能 力 减 弱, 故 伯 胺 的 分 子 间 氢 键 比 仲 胺 强 ; 叔 胺 分 子 间 不 能 形 成 氢 键, 因 此, 在 含 有 相 同 碳 原 子 数 的 胺 中, 伯 胺 的 沸 点 最 高, 仲 胺 次 之, 叔 胺 最 低 表 13-1 中 列 举 了 一 些 常 见 胺 的 熔 点 和 沸 点 数 据 胺 分 子 中 氮 原 子 上 的 孤 电 子 对 能 接 受 水 分 子 上 的 氢 而 形 成 分 子 间 氢 键, 因 此 含 6~7 个 碳 原 子 的 低 级 胺 能 溶 于 水 中, 其 溶 解 度 略 大 于 相 应 的 醇 ; 但 高 级 胺 与 烷 烃 相 似, 不 能 溶 于 水 13.2.2 红 外 光 谱 大 多 数 伯 胺 的 伸 缩 振 动 在 3400~3300cm -1 和 3300~3200cm -1 处 有 两 个 中 等 强 度 的 吸 收 峰, 芳 香 族 伯 胺 则 在 3500~3390cm -1 和 3420~3300cm -1 区 域 仲 胺 的 伸 缩 振 动 在 3500~3300cm -1 处 有 一 个 吸 收 峰 此 外, 伯 胺 的 弯 曲 振 动 吸 收 在 1650~1590 cm -1 ( 面 内 变 形 振 动 ) 和 900~650 cm -1 ( 宽, 面 外 变 形 振 动 ) 有 特 征 吸 收, 可 用 于 伯 胺 的 鉴 定 丁 胺 二 丁 胺 和 苯 胺 的 红 外 光 谱 分 别 见 图 13-4 13-5 和 13-6 图 13-4 丁 胺 的 红 外 光 谱 4

图 13-5 二 丁 胺 的 红 外 光 谱 图 13-6 苯 胺 的 红 外 光 谱 13.2.3 核 磁 共 振 谱 氨 基 氮 上 的 质 子 的 化 学 位 移 由 于 氢 键 缔 合 的 程 度 不 同 而 有 较 大 的 变 化, 一 般 在 0.5~5ppm 范 围 内, 峰 形 较 宽, 加 入 D 2 后 峰 消 失, 可 用 于 鉴 定 氨 基 的 存 在 在 脂 肪 胺 中, 与 氨 基 相 连 的 甲 基 亚 甲 基 和 次 甲 基 的 化 学 位 移 分 别 在 2.2 2.4 和 2.5ppm 左 右, 而 β- 碳 上 质 子 的 化 学 位 移 处 于 1.1~1.7ppm 之 间 如 果 α- 碳 上 连 有 苯 环, 则 α- 氢 的 化 学 位 移 向 低 场 移 至 4ppm 左 右 对 甲 基 苄 胺 的 1 MR 谱 如 图 13-7 所 示 5

图 13-7 对 甲 基 苄 胺 的 1 MR 谱 13.3 胺 的 碱 性 和 酸 性 13.3.1 胺 的 碱 性 胺 中 氮 原 子 上 的 孤 电 子 对 使 它 能 够 接 受 质 子 而 显 碱 性, 能 进 攻 缺 电 子 中 心 而 显 亲 核 性 例 如, 胺 的 水 溶 液 呈 碱 性, 胺 与 酸 作 用 生 成 铵 盐, 铵 盐 用 碱 处 理 又 释 放 出 游 离 的 胺 : R + 2 碱 R + Cl + - R 3 Cl + a + - R 3 + 共 轭 酸 + - R 3 Cl R + 2 + acl 胺 的 碱 性 通 常 用 它 的 共 轭 酸 ( 即 烃 基 取 代 的 铵 离 子 ) 的 pk a 值 大 小 来 表 示 胺 的 碱 性 越 强, 越 容 易 接 受 质 子, 其 共 轭 酸 则 越 不 容 易 失 去 质 子, 因 此 共 轭 酸 的 酸 性 越 弱,pK a 值 就 越 大 反 之, 胺 的 碱 性 越 弱, 其 共 轭 酸 的 pk a 值 就 越 小 表 13-2 中 列 举 了 一 些 常 见 胺 的 共 轭 酸 的 pk a 值 在 脂 肪 胺 中, 烷 基 是 给 电 子 基 团, 氮 上 所 连 的 烷 基 能 使 氮 上 孤 对 电 子 的 电 子 云 密 度 增 大, 有 利 于 结 合 质 子, 使 其 形 成 的 共 轭 酸 铵 正 离 子 的 正 电 荷 容 易 得 到 分 散 而 稳 定, 因 此 脂 肪 胺 的 碱 性 比 氨 强 例 如, 在 气 相 中 测 定 的 乙 胺 二 乙 胺 三 乙 胺 和 氨 的 碱 性 强 弱 次 序 为 : (C 2 5 ) 3 > (C 2 5 ) 2 > C 2 5 > 3, 这 说 明 氮 上 的 烷 基 越 多, 给 电 子 作 用 越 强, 越 有 利 于 稳 定 铵 正 离 子, 因 而 碱 性 越 强 但 在 水 溶 液 中 测 定 的 乙 胺 二 乙 胺 三 乙 胺 和 氨 的 碱 性 强 弱 次 序 为 : (C 2 5 ) 2 > (C 2 5 ) 3 > C 2 5 > 3, 即 从 二 乙 胺 到 三 乙 胺, 随 着 烷 基 增 加, 碱 性 反 而 降 低, 这 说 明 溶 剂 对 胺 的 碱 性 有 一 定 影 响 在 水 溶 液 中, 水 能 够 与 铵 离 子 形 成 氢 键, 氢 键 的 生 成 使 铵 离 子 更 加 稳 定, 从 而 使 碱 性 增 强 乙 胺 的 铵 离 子 中 有 三 个 氢 可 参 与 形 成 氢 键, 而 二 乙 胺 和 三 乙 胺 的 铵 离 子 中 分 别 有 两 个 和 一 个 氢 参 与 形 成 氢 键 : 6

C 2 5 + C 2 5 C 2 5 + + C 2 5 C 2 5 C 2 5 由 于 氢 键 的 生 成 使 得 从 三 乙 胺 二 乙 胺 乙 胺 氨 水 溶 液 的 碱 性 依 次 增 强, 这 与 它 们 在 气 相 中 的 碱 性 强 弱 次 序 正 好 相 反 因 此, 烷 基 给 电 子 能 力 对 碱 性 的 影 响 与 氢 键 的 影 响 是 相 互 矛 盾 的, 这 两 种 因 素 共 同 作 用 的 结 果, 得 到 了 在 水 溶 液 中 碱 性 顺 序 为 (C 2 5 ) 2 > (C 2 5 ) 3 > C 2 5 > 3 的 事 实 表 13-2 一 些 常 见 胺 的 共 轭 酸 的 pk a 值 胺 pk a (25 o C, 2 ) 胺 pk a (25 o C, 2 ) 3 C 3 (C 3 ) 2 (C 3 ) 3 C 3 C 2 (C 3 C 2 ) 2 (C 3 C 2 ) 3 9.24 10.62 10.73 9.79 10.64 10.94 10.75 C 6 5 C 2 C 6 5 (C 6 5 ) 2 C 6 5 C 3 o- 2 -C 6 4 m- 2 -C 6 4 p- 2 -C 6 4 9.34 4.60 1.20 4.40-0.26 2.47 1.00 在 非 质 子 溶 剂 ( 如 苯 氯 苯 等 ) 中 测 定 胺 的 碱 性, 可 以 避 免 生 成 氢 键 的 因 素 的 影 响 例 如, 在 氯 苯 中 测 定 的 丁 胺 二 丁 胺 和 三 丁 胺 的 碱 性 强 弱 次 序 为 : (C 4 9 ) 3 > (C 4 9 ) 2 > C 4 9, 但 在 水 中, 碱 性 次 序 变 为 : (C 4 9 ) 2 > C 4 9 > (C 4 9 ) 3 如 果 胺 分 子 中 连 在 氮 原 子 上 的 取 代 基 团 为 吸 电 子 基, 则 吸 电 子 诱 导 效 应 可 使 胺 的 共 轭 酸 的 正 电 荷 更 集 中, 铵 离 子 的 稳 定 性 降 低, 从 而 使 胺 的 碱 性 降 低 例 如, 三 ( 三 氟 甲 基 ) 胺 [(CF 3 ) 3 ] 几 乎 没 有 碱 性 从 表 13-2 中 可 以 看 出, 芳 香 胺 的 碱 性 明 显 比 氨 弱, 这 是 因 为 芳 环 与 上 孤 对 电 子 形 成 p- π 共 轭 效 应 所 致 : 氮 上 的 孤 电 子 对 部 分 地 离 域 到 苯 环, 与 苯 环 的 π 电 子 形 成 更 稳 定 的 共 轭 体 系, 因 此, 氮 原 子 上 孤 对 电 子 的 电 子 云 密 度 降 低, 氮 原 子 结 合 质 子 的 能 力 下 降, 从 而 导 致 芳 胺 的 碱 性 降 低 如 果 苯 胺 的 苯 环 上 有 其 它 取 代 基 时, 取 代 基 的 诱 导 效 应 和 共 轭 效 应 可 协 同 影 响 胺 的 碱 性 例 如, 对 甲 氧 基 苯 胺 的 碱 性 比 苯 胺 强, 而 间 甲 氧 基 苯 胺 的 碱 性 则 弱 于 苯 胺 碱 性 (pka): > > C 3 C 3 7

这 是 因 为 甲 氧 基 同 时 具 有 吸 电 子 的 诱 导 效 应 和 给 电 子 的 共 轭 效 应, 甲 氧 基 在 对 位 时, 给 电 子 的 共 轭 效 应 大 于 吸 电 子 的 诱 导 效 应, 总 的 结 果 是 给 电 子, 因 此 使 苯 胺 的 碱 性 增 强 当 甲 氧 基 在 间 位 时, 因 给 电 子 的 共 轭 效 应 是 通 过 共 轭 体 系 交 替 传 递 的, 间 位 主 要 是 吸 电 子 的 诱 导 效 应, 故 碱 性 减 弱 - - - Me +Me +Me 负 电 荷 有 利 于 稳 定 铵 正 离 子 +Me 同 理, 对 硝 基 苯 胺 的 碱 性 则 比 间 硝 基 苯 胺 的 碱 性 弱, 但 两 者 的 碱 性 都 远 远 小 于 苯 胺 碱 性 (pka): > > 2 2 13.3.2 胺 的 酸 性 伯 胺 和 仲 胺 的 孤 对 电 子 能 结 合 质 子, 体 现 出 碱 性, 同 时 氮 上 所 连 的 质 子 又 可 以 提 供 给 碱, 生 成 氨 基 离 子 (amide ion), 表 现 出 酸 性 : R + B R + B pk a ~36 氨 基 离 子 但 其 酸 性 比 醇 弱 的 多, 因 此 要 从 伯 胺 和 仲 胺 的 氮 上 夺 取 质 子, 需 要 比 醇 钠 还 要 强 的 碱 正 丁 基 锂 是 最 常 用 的 强 碱 ( 正 丁 烷 的 pk a >50), 例 如 用 正 丁 基 锂 处 理 二 异 丙 基 胺, 所 得 产 物 二 异 丙 基 氨 基 锂 (lithium diisopropylamide, LDA) 也 是 有 机 合 成 中 常 用 的 强 碱 13.4 胺 的 制 备 + n-bu (C 3 CC 2 ) 2 + n-buli (C 3 CC 2 ) 2 Li C 3 pk a >50 13.4.1 氨 和 胺 的 烃 化 作 为 亲 核 试 剂, 氨 和 胺 可 以 与 卤 代 烷 进 行 亲 核 取 代 反 应, 生 成 - 烷 基 化 产 物 氨 与 卤 代 烷 发 生 S 2 反 应 先 生 成 伯 胺 盐, 生 成 的 伯 胺 盐 立 即 与 未 反 应 的 氨 发 生 质 子 转 移 而 释 放 出 游 离 的 伯 胺, 伯 胺 的 亲 核 性 比 氨 更 强, 故 可 继 续 与 卤 代 烷 反 应 生 成 仲 胺 盐 叔 胺 盐 和 季 铵 盐 : 8

3 + C 3 C 3 3 - C 3 3 - + 3 C 3 + 4 - C 3 + C 3 (C 3 ) 2 - (C 3 ) 2 - + 3 (C 3 ) 2 + 4 - (C 3 ) 2 + C 3 (C 3 ) 3 - (C 3 ) 3 - + 3 (C 3 ) 3 + 4 - (C 3 ) 3 + C 3 (C 3 ) 4 - 反 应 结 束 后 加 碱, 得 到 的 是 多 种 产 物 的 混 合 物, 通 常 很 难 使 反 应 停 留 在 某 一 阶 段 如 果 用 过 量 的 氨 或 胺 作 原 料, 可 以 使 主 要 产 物 为 伯 胺 或 仲 胺, 但 仍 为 混 合 物, 分 离 纯 化 有 一 定 的 困 难 例 如 : C 3 (C 2 ) 6 C 2 过 量 3 C 3 (C 2 ) 6 C 2 + [C 3 (C 2 ) 6 C 2 ] 2 45% 43% 芳 香 伯 胺 的 亲 核 性 比 较 弱, 与 卤 代 烷 反 应 在 较 高 温 度 下 进 行, 生 成 的 仲 胺 要 在 更 剧 烈 的 条 件 下 才 能 进 一 步 烷 基 化, 故 反 应 比 较 容 易 控 制 在 生 成 仲 胺 或 叔 胺 的 阶 段 : + ClC 2 ac 3, 2 90~95 o C, 4 h C 2 85%~87% 芳 卤 化 物 不 活 泼, 通 常 不 能 够 与 胺 或 胺 进 行 芳 基 化 反 应 但 如 果 芳 卤 的 邻 对 为 有 强 的 吸 电 子 基 团 存 在 时, 芳 卤 可 被 活 化, 例 如 : Cl 2 3 2 2 2 最 近 发 现, 在 过 渡 金 属 ( 如 镍 钯 ) 的 盐 或 络 合 物 催 化 下, 伯 胺 或 仲 胺 可 以 顺 利 与 不 活 泼 的 芳 卤 发 生 C 偶 联 反 应, 以 高 的 产 率 和 纯 度 得 到 芳 香 仲 胺 或 叔 胺 除 卤 代 烃 外, 环 氧 化 合 物 也 容 易 与 氨 或 胺 作 用, 生 成 烷 基 化 产 物 例 如, 将 环 氧 乙 烷 通 入 二 乙 胺 的 乙 醇 溶 液 中, 可 得 到, - 二 乙 基 氨 基 乙 醇, 这 是 一 种 重 要 的 药 物 中 间 体 和 化 工 原 料 : (C 2 5 ) 2 + (C 2 5 ) 2 C 2 C 2 90% 13.4.2 Gabriel 法 利 用 氨 和 胺 的 烷 基 化 法 制 备 胺, 通 常 得 到 混 合 物, 产 物 的 分 离 纯 化 比 较 困 难 但 如 果 以 邻 9

苯 二 甲 酰 亚 胺 的 钾 盐 为 亲 核 试 剂, 与 卤 代 烷 进 行 烷 基 化 反 应, 只 能 在 氮 原 子 上 引 入 一 个 烷 基 所 得 到 的 - 烷 基 邻 苯 二 甲 酰 亚 胺 经 水 解 或 肼 解 得 到 伯 胺, 这 个 方 法 被 称 为 Gabriel 法, 它 是 制 备 纯 的 伯 胺 的 一 个 好 方 法 K - K + RX R a 2 C 2 - a + C 2 - a + + R 2 + R 除 卤 代 烷 外, 磺 酸 酯 也 能 够 与 邻 苯 二 甲 酰 亚 胺 钾 盐 反 应, 经 肼 解 后 生 成 伯 胺 由 于 磺 酸 酯 可 由 醇 与 磺 酰 氯 反 应 制 备, 故 总 的 结 果 相 当 于 由 醇 来 制 备 伯 胺 - K + R TsCl R Ts S 2 R R 邻 苯 二 甲 酰 亚 胺 钾 盐 与 卤 代 烷 或 磺 酸 酯 的 反 应 属 于 S 2 反 应, 故 如 果 与 卤 原 子 或 磺 酸 酯 基 连 接 的 碳 原 子 为 手 性 碳, 则 反 应 时 构 型 会 发 生 翻 转, 例 如 : - K + C 6 5 C 6 5 C 6 5 C TsCl 6 5 2 Ts 2 Py S C 3 C 2 3 C 3 C 3 构 型 翻 转 (R) (R) (S) (S) 13.4.3 硝 基 化 合 物 的 还 原 硝 基 化 合 物 还 原 生 成 伯 胺 由 于 芳 香 族 硝 基 化 合 物 容 易 由 芳 烃 硝 化 得 到, 芳 香 族 硝 基 化 合 物 的 还 原 已 被 广 泛 用 于 芳 香 伯 胺 的 制 备 将 硝 基 还 原 为 氨 基 可 采 用 化 学 还 原 法 和 催 化 氢 化 法 常 用 的 还 原 剂 是 金 属 锡 铁 和 锌, 以 及 氯 化 亚 锡 等, 反 应 一 般 在 酸 性 溶 液 中 进 行 ( 常 用 盐 酸 ) 例 如 : 2 1. Fe, Cl, 2 2. - 97% 氯 化 亚 锡 比 较 温 和, 用 它 做 还 原 剂 可 以 避 免 分 子 中 的 醛 基 被 还 原, 但 用 锌 还 原, 醛 基 可 被 还 原 为 甲 基 : 10

2 Zn, Cl SnCl 2, Cl C 3 C C 硫 氢 化 钠 硫 氢 化 氨 硫 化 钠 等 也 是 比 较 温 和 的 还 原 剂, 可 通 过 控 制 还 原 剂 的 用 量 来 选 择 性 地 还 原 二 硝 基 化 合 物 分 子 中 的 一 个 硝 基 例 如 : 2 2 as, Et 2 79%~83% 与 化 学 还 原 法 相 比, 催 化 氢 化 法 是 一 种 将 硝 基 化 合 物 转 化 为 伯 胺 的 清 洁 方 法 常 用 的 催 化 剂 有 镍 铂 和 钯, 其 中 工 业 中 常 用 瑞 尼 镍 (Raney-i) 在 加 压 下 氢 化, 反 应 在 中 性 条 件 下 进 行, 因 此 对 于 带 有 对 酸 或 碱 敏 感 基 团 的 硝 基 化 合 物, 可 用 此 法 还 原 例 如 : 2 C(C 3 ) 2 2, Raney-i C(C 3 ) 2 Me 92% 13.4.4 其 他 含 氮 化 合 物 的 还 原 (1) 酰 胺 的 还 原 氢 化 锂 铝 还 原 能 力 比 较 强, 它 可 将 酰 胺 还 原 成 胺 酰 胺 容 易 由 羧 酸 或 酰 氯 制 备, 伯 仲 和 叔 酰 胺 分 别 被 还 原 成 伯 仲 和 叔 胺 例 如 : C(C 3 ) 2 1.LiAl 4, Et 2 2. 2 C 2 (C 3 ) 2 88% (2) 肟 的 还 原 醛 酮 与 羟 胺 缩 合 生 成 的 肟 可 被 还 原 为 伯 胺, 这 是 由 醛 酮 制 备 伯 胺 的 方 便 方 法 常 用 的 还 原 剂 有 金 属 钠 / 乙 醇 氢 化 铝 锂, 也 可 用 催 化 氢 化 法 还 原, 例 如 : C 3 (C 2 ) 6 CC 3 C3 (C 2 ) 6 CC 3 a, Et C 3 (C 2 ) 6 CC 3 62%~69% (3) 腈 和 叠 氮 的 还 原 C 3 C 2 C 2 CC 3 2, Raney-i Et C 3 C 2 C 2 CC 3 85% 11

卤 代 烃 分 别 与 氰 化 钠 和 叠 氮 化 钠 反 应, 生 成 的 腈 和 叠 氮 可 用 氢 化 锂 铝 或 催 化 氢 化 法 还 原 为 伯 胺 : RX ac RC [] RC 2 RX a 3 R 3 [] R 例 如 : (C 2 ) 8 ac DMS C(C 2 ) 8 C 2, Raney-i 100 atm 2 C 2 (C 2 ) 8 C 2 93% 80% a 3, Et S 2 1. LiAl 4,Et 2 2. +, 2 91% 89% (4) 亚 胺 的 还 原 ( 醛 酮 的 还 原 氨 化 ) 醛 酮 与 氨 或 胺 缩 合 生 成 亚 胺, 此 时 如 存 在 还 原 剂 ( 如 催 化 活 化 的 氢 氰 基 硼 氢 化 钠 等 ), 亚 胺 可 被 立 即 还 原 为 胺, 反 应 包 括 氨 化 和 还 原 两 个 过 程, 因 而 被 称 为 醛 酮 的 还 原 氨 化 法 (reductive amination): R C R' R + 2 R" C R' R" + 2 R C R' R" [] R' R C R" 例 如 : C + 3 2, i, Et 70 o C, 9 MPa C 2 89% C 2, Raney-i + C 3 C 3 C 3 C 3 C 2 C 3 C 3 86%~93% C + C 2 C 6 5 ab 3 C Me C 2 C 6 5 C 3 100% 醛 酮 在 高 温 下 与 甲 酸 铵 反 应, 也 可 得 到 伯 胺, 这 个 反 应 称 为 Leuckart 反 应 例 如 : 12

CC 3 C 2 4 185 o C CC 3 66% 在 这 个 反 应 中, 甲 酸 铵 既 做 氨 的 供 体, 又 做 还 原 剂 13.4.5 ofmann 重 排 和 Curtius 反 应 酰 胺 与 氯 或 溴 在 碱 溶 液 中 反 应, 生 成 少 一 个 碳 原 子 ( 羰 基 碳 ) 的 伯 胺, 称 为 ofmann 重 排 : RC a, 2 RC 2 R 例 如 : C 3 (C 2 ) 6 C 2 C a, Cl 2 2 C 3 (C 2 ) 6 C 2 66% 这 个 反 应 的 过 程 首 先 是 碱 夺 取 酰 胺 氮 原 子 上 的 一 个 质 子 形 成 酰 胺 负 离 子 ; 接 着 酰 胺 负 离 子 氮 上 发 生 卤 代, 这 个 过 程 与 醛 酮 的 α- 卤 代 相 似 ; 然 后, 过 量 的 碱 夺 取 - 卤 代 酰 胺 氮 原 子 上 的 第 二 个 质 子 生 成 - 卤 代 酰 胺 负 离 子, 后 者 随 即 脱 卤, 转 变 为 酰 基 氮 烯 或 乃 春 (nitrene); 氮 烯 中 氮 原 子 最 外 层 只 有 6 个 电 子, 是 不 稳 定 的, 它 立 即 发 生 重 排, 与 羰 基 相 连 的 烃 基 带 着 一 对 价 电 子 转 移 到 氮 原 子 上, 生 成 异 氰 酸 酯 异 氰 酸 酯 与 水 反 应 生 成 不 稳 定 的 取 代 氨 基 甲 酸, 后 者 脱 羧 即 得 到 伯 胺 : R C + R C + 2 R C + X X R C + X X R C + X R C X + 2 R C X R C + X R C 酰 基 氮 烯 C R 异 氰 酸 酯 C R + 2 RC R + C 2 在 ofmann 重 排 反 应 中, 如 果 发 生 迁 移 的 烃 基 碳 原 子 为 手 性 碳, 迁 移 时 其 构 型 保 持, 例 如 : 13

C 6 5 C 2 C C 3 C 2, a, 2 C 6 5 C 2 C C 3 酰 基 叠 氮 在 惰 性 溶 剂 ( 如 苯 环 己 烷 等 ) 中 加 热 分 解, 失 去 氮 气, 也 生 成 氮 烯 中 间 体, 后 者 发 生 重 排, 接 着 水 解 得 到 伯 胺, 这 个 反 应 被 称 为 Curtius 反 应 酰 基 叠 氮 通 常 由 酰 氯 或 酸 酐 与 叠 氮 化 钠 反 应 得 到 R CCl a 3-2 R C R C RC 2 -C 2 R 13.4.6 Mannich 反 应 在 羟 醛 缩 合 反 应 中, 一 个 羰 基 化 合 物 的 烯 醇 离 子 进 攻 另 一 个 羰 基 化 合 物 的 羰 基, 生 成 β- 羟 基 羰 基 化 合 物 ( 见 第 12 章 ) Mannich 反 应 与 此 反 应 类 似 : 一 个 羰 基 化 合 物 的 烯 醇 负 离 子 作 为 亲 核 试 剂, 进 攻 由 第 二 个 羰 基 化 合 物 与 胺 缩 合 而 成 的 亚 胺 离 子, 得 到 β- 氨 基 羰 基 化 合 物 如 果 第 二 个 羰 基 化 合 物 为 甲 醛, 则 相 当 于 第 一 个 羰 基 化 合 物 的 α- 氢 被 氨 甲 基 取 代, 故 又 称 为 胺 甲 基 化 反 应 这 个 三 组 分 反 应 通 常 是 用 一 个 酮 与 一 个 更 活 泼 的 醛 和 一 个 胺 在 含 少 量 盐 酸 的 水 醇 或 醋 酸 溶 液 中 进 行 的 在 这 种 条 件 下 得 到 的 是 盐 酸 盐, 用 碱 处 理 得 到 游 离 胺, 称 为 Mannich 碱 例 如 : + C 2 + (C 3) 2 1.Cl, Et 2. - C 2 (C 3 ) 2 85% Mannich 碱 这 个 反 应 的 机 理 如 下 : C 2 + (C 3 ) 2 Cl C 2 (C 3 ) 2 Cl + 2 + + C 2 (C 3 ) 2 Cl Cl C 2 (C 3 ) 2 Cl C 2 (C 3 ) 2 C 2 (C 3 ) 2 Cl Mannich 碱 的 盐 酸 盐 利 用 Mannich 反 应, 可 以 合 成 环 系 胺 类 化 合 物, 如 药 物 颠 茄 醇 的 工 业 化 生 产 反 应 过 程 如 下 : 14

C C 2 C 2 C 2 C 2 C + C 3 + C C 2 C 2 p=5 3 C C 2, i 3 C C 颠 茄 酮 颠 茄 醇 又 如 : C C + - 2 C - + 52% C 酚 的 邻 位 和 对 位 上 的 氢 也 有 足 够 的 活 性, 可 发 生 Mannich 反 应, 生 成 胺 甲 基 化 产 物, 例 如 : + C 2 + (C 3 ) 2 1. Cl, Et 2. - C 2 (C 3 ) 2 + (C 3 ) 2 C 2 C 2 (C 3 ) 2 C 3 C 3 C 3 13.5 胺 的 反 应 13.5.1 胺 的 烃 化 胺 是 亲 核 试 剂, 它 与 伯 卤 代 烷 反 应 通 常 得 到 仲 胺 叔 胺 和 季 铵 盐 的 混 合 物 ( 见 13.4.1 节 ); 使 用 过 量 的 卤 代 烷, 则 主 要 生 成 季 铵 盐 ; 控 制 反 应 条 件, 有 可 能 使 反 应 停 留 到 主 要 生 成 仲 胺 或 叔 胺 一 步 此 外, 底 物 结 构 上 的 位 阻 因 素 有 时 也 可 使 某 一 种 胺 为 主 要 产 物, 例 如 : Cl Cl (C 3 ) 2 C + ClC 2 Cl (C 3 ) 2 CC 2 71% Cl 胺 与 仲 卤 代 烷 α- 卤 代 酸 和 环 氧 化 物 也 可 发 生 烃 化 反 应 ( 见 13.4.1 节 ), 但 叔 卤 代 烷 反 应 主 要 生 成 消 除 产 物 此 外, 伯 胺 和 仲 胺 可 与 α, β- 不 饱 和 羰 基 化 合 物 发 生 迈 可 尔 加 成 反 应, 生 成 烃 基 化 产 物 : + 13.5.2 胺 的 酰 化 伯 胺 和 仲 胺 容 易 与 酰 氯 或 酸 酐 作 用, 分 别 生 成 - 烃 基 酰 胺 和, - 二 烃 基 酰 胺 叔 胺 的 氮 原 子 上 没 有 氢, 则 不 能 生 成 酰 胺 例 如 : 15

C 3 C 2 C 2 + 2 C 6 5 CCl C 3 C 2 C 2 CC 6 5 在 有 机 合 成 中, 经 常 将 氨 基 酰 化 后, 再 进 行 其 他 反 应, 最 后 将 酰 基 脱 去, 从 而 起 到 保 护 氨 基 的 作 用 例 如, 在 苯 胺 的 硝 化 反 应 中, 先 用 乙 酰 基 将 氨 基 保 护 起 来, 既 可 避 免 氨 基 被 硝 化 试 剂 氧 化, 又 可 降 低 苯 环 的 反 应 活 性, 使 反 应 主 要 生 成 一 硝 化 产 物 : (Ac) 2 Ac 3 2 Ac - 2 S 2 4 磺 酰 氯 与 伯 胺 和 仲 胺 的 反 应 与 酰 氯 相 似, 分 别 生 成 - 烃 基 磺 酰 胺 和, - 二 烃 基 磺 酰 胺, 其 中 - 烃 基 对 甲 苯 磺 酰 胺 能 溶 于 氢 氧 化 钠 水 溶 液 中 : C 3 C 2 C 2 C 2 TsCl C 3 C 2 C 2 C 2 Ts a 2 C 3 C 2 C 2 C 2 Ts a 叔 胺 与 磺 酰 氯 作 用 只 生 成 盐, 用 氢 氧 化 钠 处 理 又 释 放 出 游 离 胺 : (C 2 5 ) 3 TsCl C 3 S 2 (C 2 5 ) 3 Cl a 2 (C 2 5 ) 3 利 用 伯 仲 叔 胺 与 磺 酰 氯 反 应 的 结 果 不 同 来 鉴 别 伯 仲 叔 胺, 这 个 反 应 称 为 兴 斯 堡 (insberg,) 反 应 磺 胺 药 1904 年, 德 国 化 学 家 Paul Ehrlich 发 现 用 来 给 细 菌 染 色 以 便 做 显 微 镜 检 查 的 某 些 染 料 能 够 杀 死 细 菌 1932 年 德 国 病 理 学 家 G.Domagk 在 对 许 多 染 料 进 行 筛 选 试 验 之 后, 发 现 百 浪 多 息 对 治 疗 小 鼠 细 菌 感 染 有 一 定 效 果 在 此 基 础 上,1935 年 法 国 巴 斯 特 研 究 所 合 成 出 一 种 非 常 有 效 的 杀 菌 剂 对 氨 基 苯 磺 酰 胺 (S) 此 药 曾 治 好 了 当 时 美 国 总 统 罗 斯 福 的 儿 子 和 英 国 首 相 丘 吉 尔 的 细 菌 感 染 磺 胺 药 是 二 次 世 界 大 战 前 唯 一 有 效 的 抗 菌 药 物 这 类 药 物 的 问 世 标 志 着 人 类 在 化 学 疗 法 方 面 的 一 大 突 破 此 后 化 学 家 合 成 筛 选 了 大 量 的 磺 胺 类 化 合 物, 其 中 应 用 于 临 床 的 有 磺 胺 噻 唑 (ST) 磺 胺 嘧 啶 (SD) 磺 胺 甲 基 嘧 啶 (SM1) 等 SD 在 脑 脊 髓 液 中 的 浓 度 较 高, 对 预 防 和 治 疗 流 行 性 脑 炎 有 突 出 作 用, 故 至 今 仍 在 使 用 目 前, 药 房 里 常 见 的 磺 胺 药 为 磺 胺 甲 噁 唑 (SMZ), 是 1962 年 首 次 合 成 的, 其 抑 菌 作 用 较 强 2 2 S 2 百 浪 多 息 C 3 2 S 2 R S: R= SD: R= SMZ: R= 磺 胺 药 的 抗 菌 机 制 是 它 们 能 够 阻 止 细 菌 生 长 所 必 需 的 维 生 素 叶 酸 的 合 成 来 抑 制 细 菌 磺 胺 药 的 这 种 能 力 显 然 在 于 它 们 与 叶 酸 合 成 的 关 键 成 分 对 氨 基 苯 甲 酸 具 有 相 似 的 结 构 磺 胺 药 能 够 代 替 对 氨 基 苯 甲 酸 混 入 叶 酸 合 成 的 酶 反 应 链 中 但 由 于 生 成 的 化 学 键 很 强, 磺 胺 药 切 断 了 必 需 的 叶 酸 的 生 物 合 成, 结 果 细 菌 机 体 因 缺 乏 维 生 素 而 死 亡 在 人 和 高 等 动 物 体 内, 对 氨 基 苯 甲 酸 并 不 是 叶 酸 合 成 所 必 需 的 物 质, 因 此, 磺 胺 药 对 这 一 机 制 没 有 影 响 16 磺 胺 类 药 物 的 发 明, 曾 使 死 亡 率 很 高 的 细 菌 性 疾 病 如 肺 炎 脑 膜 炎 等 得 到 了 有 效 控 制, 为 人 类 的 健 康 做 出 了 重 要 贡 献

13.5.3 胺 的 氧 化 铵 盐 很 稳 定, 但 胺 很 容 易 被 氧 化, 大 多 数 氧 化 剂 可 将 胺 氧 化 成 焦 油 状 的 复 杂 物 质, 因 而 在 合 成 上 无 实 用 价 值 然 而, 用 过 氧 化 氢 或 过 氧 酸 氧 化 叔 胺, 可 得 到 氧 化 叔 胺, 例 如 : 2 2 (C 3 ) 2 (C 3 ) 2, - 二 甲 基 苯 胺 -- 氧 化 物 含 有 β- 氢 的 氧 化 叔 胺, 当 加 热 到 150~200 o C 时 可 发 生 热 分 解 反 应, 生 成 烯 烃 和 羟 胺, 这 个 反 应 成 为 科 普 (Cope) 消 除 反 应 例 如 : (C 3 ) 2 + 160 o C + (C 3 ) 98% 当 氧 化 叔 胺 有 两 种 或 三 种 不 同 的 β- 氢 时, 热 解 反 应 生 成 两 种 或 三 种 烯 烃 的 混 合 物, 但 以 生 成 取 代 基 少 的 烯 烃 为 主 另 外, 这 个 反 应 的 立 体 选 择 性 很 高, 是 顺 式 消 除, 例 如 : β (C 3 ) 2 + β D D (1:1) β β' C 3 C 2 CC 3 (C 3 ) 2 C 3 C CC 3 C 3 C 2 C C 2 反 型 21% 67% 顺 型 12% 13.5.4 胺 与 亚 硝 酸 的 反 应 脂 肪 族 和 芳 香 族 仲 胺 与 亚 硝 酸 反 应, 均 生 成 - 亚 硝 基 胺, 例 如 : (C 3 ) 2 a 2, Cl 2 (C 3 ) 2 在 这 个 反 应 中, 由 亚 硝 酸 钠 与 盐 酸 产 生 的 亚 硝 酸 不 稳 定, 在 酸 性 溶 液 中 产 生 出 亚 硝 酰 正 离 子, 并 达 到 以 下 平 衡 : 17

a Cl -acl 2 2 + 亚 硝 酰 阳 离 子 然 后, 亚 硝 酰 阳 离 子 受 到 亲 核 试 剂 二 甲 胺 的 进 攻, 生 成 - 亚 硝 基 胺 : (C 3 ) 2 + (C 3 ) - (C 3 ) 2 - 亚 硝 基 胺 的 致 癌 作 用 和 熏 肉 - 亚 硝 基 二 烷 基 胺 对 许 多 动 物 有 强 的 致 癌 作 用, 虽 然 尚 无 直 接 证 据, 但 这 类 物 质 被 怀 疑 也 能 引 起 人 的 癌 症 大 多 数 亚 硝 基 胺 可 引 起 肝 癌, 有 些 还 可 引 起 膀 胱 癌 肺 癌 等 它 们 的 致 癌 作 用 起 因 于 α- 位 的 酶 催 化 氧 化, 形 成 不 稳 定 的 单 烷 基 -- 亚 硝 基 胺, 这 个 化 合 物 可 分 解 为 碳 正 离 子, 后 者 是 强 的 亲 电 试 剂, 可 进 攻 DA 上 的 碱 基, 造 成 基 因 损 伤, 从 而 导 致 细 胞 癌 变 亚 硝 基 胺 已 在 多 种 熏 肉 中 被 检 测 到, 例 如 在 熏 鱼 和 熏 肠 中 检 测 到 - 亚 硝 基 二 甲 胺, 在 熏 猪 肉 中 检 测 到 - 亚 硝 基 吡 咯 烷 - 亚 硝 基 吡 咯 烷 腌 制 法 被 用 来 保 存 猪 肉 已 有 几 个 世 纪 最 初 人 们 用 氯 化 钠 来 进 行 腌 制, 其 作 用 是 直 接 或 间 接 ( 通 过 干 燥 ) 阻 止 细 菌 生 长 十 九 世 纪 末 改 用 硝 酸 钠 腌 制, 发 现 这 样 腌 过 的 猪 肉 具 有 鲜 美 的 品 红 颜 色 和 特 殊 的 香 味 后 来 发 现 这 种 效 果 是 由 硝 酸 钠 与 细 菌 作 用 生 成 的 亚 硝 酸 钠 所 致, 因 此 现 在 人 们 直 接 用 亚 硝 酸 钠 进 行 腌 制 亚 硝 酸 钠 能 够 抑 制 可 引 起 中 毒 的 细 菌 的 生 长, 阻 止 肉 在 储 存 过 程 中 的 腐 败 变 质 和 气 味 的 散 发, 并 保 持 添 加 物 质 和 烟 ( 如 果 用 烟 熏 肉 ) 的 味 道 在 腌 制 过 程 中, 亚 硝 酸 钠 释 放 出 一 氧 化 氮, 一 氧 化 氮 可 与 肌 红 蛋 白 中 的 铁 形 成 红 色 络 合 物 在 食 品 中 亚 硝 酸 钠 的 用 量 应 严 格 控 制 ( 不 超 过 200ppm), 因 为 它 本 身 是 有 毒 的 ( 致 死 剂 量 为 22~23mg/kg 体 重 ), 而 且 它 还 能 够 将 胃 中 存 在 的 天 然 胺 转 变 为 亚 硝 基 胺 然 而, 我 们 所 摄 取 的 硝 酸 盐 和 亚 硝 酸 盐 中 不 到 10% 来 自 于 熏 肉, 其 余 的 则 来 源 于 蔬 菜, 如 菠 菜 甜 菜 萝 卜 芹 菜 和 卷 心 菜 等 伯 胺 用 亚 硝 酸 处 理 也 生 成 - 亚 硝 基 胺, 但 它 不 稳 定, 能 进 一 步 转 化 为 重 氮 盐 : R R R - R R 2-2 R 重 氮 盐 18

重 氮 正 离 子 是 一 个 离 去 倾 向 非 常 大 的 离 去 基 团, 因 此 脂 肪 族 伯 胺 生 成 的 烷 基 重 氮 盐 在 低 温 下 也 会 放 出 氮 气 生 成 碳 正 离 子, 并 按 碳 正 离 子 的 机 理 继 续 反 应 例 如 : C 3 C 2 C 2 C D a 2, Cl 2 D C C 2 C 2 C 3 (R) (S) 100% 芳 香 族 伯 胺 与 亚 硝 酸 反 应 生 成 的 芳 香 重 氮 盐 比 烷 基 重 氮 盐 稳 定 得 多, 可 在 水 溶 液 中,0~10 o C 下 保 存 一 段 时 间, 并 用 于 多 种 芳 香 族 化 合 物 的 合 成 中 ( 详 见 第 13.7 节 ) a 2, Cl 2, 0-5 o C Cl 氯 化 重 氮 苯 叔 胺 氮 上 没 有 氢, 因 此 不 能 发 生 亚 硝 化 反 应 但 芳 香 族 叔 胺 与 亚 硝 酸 主 要 发 生 芳 环 上 的 亲 电 取 代 反 应 : (C 3 ) 2 a 2, Cl, 2 (C 3 ) 2, - 二 甲 基 苯 胺, - 二 甲 基 -4- 亚 硝 基 苯 胺 13.5.5 芳 胺 的 亲 电 取 代 反 应 芳 胺 的 芳 环 上 可 发 生 各 种 亲 电 取 代 反 应 由 于 芳 胺 的 氨 基 具 有 强 的 给 电 子 共 轭 效 应, 使 芳 环 高 度 活 化, 因 此 芳 胺 很 容 易 发 生 芳 环 上 的 亲 电 取 代 反 应 例 如, 芳 胺 与 溴 或 氯 反 应, 甚 至 不 需 要 Lewis 酸 催 化, 即 可 生 成 多 溴 化 物, 反 应 难 以 停 留 在 一 溴 化 阶 段 : 2, Ac C 2 C 2 82% 若 将 氨 基 转 化 为 酰 胺 基, 则 可 大 大 降 低 反 应 活 性, 从 而 得 到 一 取 代 产 物 反 应 结 束 后, 水 解 酰 胺, 得 到 游 离 的 胺 例 如 : (Ac) 2 Aca Ac 2, 2 Ac 2 芳 香 族 伯 胺 和 仲 胺 可 与 酰 氯 反 应 生 成 酰 胺, 故 在 进 行 傅 - 克 酰 基 化 前 可 将 氨 基 转 化 为 酰 胺 基 : 19

Et (Ac) 2 Aca Et Ac AcCl, AlCl 3 Et Ac a 2 Et C C 3 C C 3 芳 香 族 伯 胺 容 易 氧 化, 不 能 直 接 用 硝 酸 硝 化, 若 将 氨 基 用 酰 基 保 护 起 来, 则 可 顺 利 进 行 硝 化, 例 如 : Ac Ac 2 (Ac) 2 3 K Et 2 C(C 3 ) 2 C(C 3 ) 2 C(C 3 ) 2 C(C 3 ) 2 98% 94% 100% 芳 胺 也 可 进 行 磺 化 反 应 例 如, 苯 胺 在 磺 化 时 首 先 与 硫 酸 形 成 盐, 然 后 在 高 温 下 脱 水 形 成 - 磺 酸 基 苯 胺, 这 个 中 间 体 经 分 子 内 重 排, 得 到 对 氨 基 苯 磺 酸 : 2 S 4 3 S 4 S 3-2 180~190 o C S 3 - 磺 基 苯 胺 对 氨 基 苯 磺 酸 13.6 季 铵 盐 和 季 铵 碱 13.6.1 季 铵 盐 与 相 转 移 催 化 叔 胺 与 卤 代 烷 加 热 反 应, 生 成 季 铵 盐, 也 称 四 级 铵 盐, 例 如 : PhC 2 + Et 3 PhC 2 Et 3 溴 化 三 乙 基 苄 基 铵 季 铵 盐 为 离 子 型 化 合 物, 它 们 易 溶 于 水, 并 具 有 较 高 的 熔 点, 常 常 在 熔 点 分 解, 这 些 性 质 与 无 机 盐 有 些 类 似 季 铵 盐 在 有 机 溶 剂 中 的 溶 解 度 与 其 四 个 烃 基 有 关 季 铵 盐 虽 然 带 有 正 电 荷, 但 四 个 烃 基 可 以 把 正 电 荷 包 围 起 来, 使 铵 离 子 具 有 与 烃 相 似 的 亲 脂 性, 如 带 有 长 链 烷 基 的 氯 化 甲 基 三 辛 基 铵 能 溶 于 苯 癸 烷 等 极 性 很 小 的 有 机 溶 剂 中 : (C 3 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 ) 3 C 3 Cl 氯 化 甲 基 三 辛 基 铵 无 机 盐 一 般 不 溶 于 有 机 溶 剂, 但 在 某 些 季 铵 盐 存 在 下, 它 们 的 负 离 子 可 以 同 季 铵 正 离 子 结 合 成 离 子 对, 这 样 便 可 在 亲 脂 的 铵 离 子 帮 助 下 进 入 有 机 溶 剂 中 例 如, 高 锰 酸 钾 溶 于 水, 但 不 能 溶 于 有 机 溶 剂 二 氯 甲 烷, 如 果 在 高 锰 酸 钾 的 水 溶 液 中 加 入 少 量 溴 化 四 丁 基 铵, 然 后 用 二 氯 甲 20

烷 萃 取, 则 高 锰 酸 负 离 子 (Mn 4 - ) 可 被 四 丁 基 铵 离 子 带 入 有 机 相 中, 得 到 紫 色 二 氯 甲 烷 溶 液 利 用 这 一 原 理, 对 于 不 溶 于 水 的 有 机 化 合 物 9- 十 八 碳 烯, 加 入 少 量 季 铵 盐, 就 能 够 在 水 中 用 高 锰 酸 钾 进 行 氧 化 : C 3 (C 2 ) 7 C C(C 2 ) 7 C 3 1. n-bu 4, KMn 4, 2 2. 3 C 3 (C 2 ) 7 C 2 9- 十 八 碳 烯 壬 酸 80% 在 这 个 例 子 中, 季 铵 盐 的 作 用 是 将 高 锰 酸 负 离 子 从 水 相 转 移 到 有 机 相, 从 而 使 氧 化 反 应 能 够 顺 利 进 行, 而 它 的 用 量 只 需 催 化 量 ( 一 般 为 反 应 物 的 5% mol 以 下 ), 故 被 称 为 相 转 移 催 化 剂 (phase transfer catalysts) 卤 代 烷 一 般 不 溶 于 水, 因 此 它 与 醋 酸 钠 水 溶 液 作 用, 生 成 亲 核 取 代 反 应 产 物 的 速 度 非 常 慢, 但 在 反 应 混 合 物 中 加 入 少 量 溴 化 四 丁 基 铵, 则 反 应 可 顺 利 进 行, 产 率 几 乎 是 定 量 的 : n-bu 4, 2 R + aac R Ac 若 以 u - 表 示 亲 核 试 剂 负 离 子,Q + 表 示 季 铵 盐, 则 卤 代 烷 RX 与 u - 的 相 转 移 催 化 反 应 过 程 可 表 示 如 下 : 有 机 相 RX + Q u Ru + Q X 水 相 X + Q u u + Q X 季 铵 盐 用 作 相 转 移 催 化 剂, 在 有 机 合 成 中 已 得 到 广 泛 应 用 此 外, 含 有 长 链 烷 基 的 季 铵 盐 也 是 一 类 表 面 活 性 剂, 用 作 乳 化 剂 分 散 剂 以 及 浮 选 剂 等 13.6.2 季 铵 碱 季 铵 盐 与 伯 仲 叔 胺 的 盐 的 不 同 之 处 在 于 它 们 对 碱 的 行 为, 伯 仲 叔 胺 的 盐 与 碱 作 用, 可 使 胺 游 离 出 来, 而 季 铵 盐 与 氢 氧 化 钠 或 氢 氧 化 钾 作 用, 生 成 季 铵 碱, 并 达 到 以 下 平 衡 : R 4 X + K R 4 + KX 季 铵 碱 季 铵 碱 的 碱 性 与 氢 氧 化 钠 和 氢 氧 化 钾 相 当 如 欲 制 取 季 铵 碱, 常 用 湿 的 氧 化 银 与 季 铵 盐 反 应, 由 于 卤 化 银 沉 淀 下 来, 因 此 反 应 可 进 行 到 底 : R 4 X + Ag R 4 + AgX 反 应 结 束 后, 过 滤 除 去 卤 化 银 沉 淀, 将 滤 液 蒸 干, 得 季 铵 碱 固 体 季 铵 碱 受 热 时 容 易 发 生 分 解, 如 氢 氧 化 四 甲 基 铵 受 热 分 解 为 三 甲 胺 和 甲 醇 对 于 含 有 β- 氢 的 季 铵 碱, 在 受 热 时 则 分 解 为 烯 烃 叔 胺 和 水, 这 是 一 个 消 除 反 应, 称 为 霍 夫 曼 (ofmann) 消 除 例 如 : 21

C 3 C 2 (C 3 ) 3 C 2 C 2 + (C 3 ) 3 + 2 霍 夫 曼 消 除 具 有 高 的 区 域 选 择 性 : 当 与 氮 原 子 相 连 的 烷 基 上 有 两 种 不 同 的 β- 氢 时, 反 应 通 常 以 生 成 含 烷 基 较 少 的 烯 烃 为 主, 称 为 霍 夫 曼 规 则 例 如 : (C 3 ) 3 C C 3 C 2 C 3 C 3 C 2 C C 2 + C 3 C CC 3 β β (95%) (5%) 霍 夫 曼 规 则 与 卤 代 烷 消 除 取 向 的 Saytzeff 规 则 相 反 为 什 么 会 出 现 这 种 区 域 选 择 性? 一 般 认 为 霍 夫 曼 消 除 反 应 按 E2 机 理 进 行, 即 氢 氧 负 离 子 夺 取 β- 碳 上 的 氢 而 生 成 一 分 子 水, 同 时 三 甲 基 铵 正 离 子 带 着 一 对 电 子 离 去 生 成 三 甲 胺 : C 2 (C 3 ) 3 C E 2 C 2 C 2 + (C 3 ) 3 + 2 在 这 个 过 程 中, 铵 正 离 子 强 的 吸 电 子 诱 导 效 应 使 得 β- 氢 原 子 的 电 子 云 密 度 有 所 降 低 而 增 加 了 酸 性, 从 而 容 易 受 到 - 的 进 攻 此 时, 如 果 在 β- 碳 上 连 有 一 个 或 两 个 烷 基, 一 方 面 烷 基 有 一 定 的 空 间 位 阻, 影 响 - 对 β- 氢 的 进 攻, 另 一 方 面 由 于 烷 基 的 给 电 子 诱 导 效 应, 降 低 了 β- 氢 的 酸 性, 两 方 面 的 因 素 均 使 β- 氢 不 易 受 到 进 攻 因 此, 被 消 除 的 β- 氢 原 子 的 难 易 顺 序 应 为 :C 3 > C 2 R > CR 2 许 多 事 实 也 证 实, 如 果 四 个 烷 基 中 有 一 个 为 乙 基, 则 主 要 的 烯 烃 产 物 为 乙 烯 : C 3 C 3 C 3 C 2 C 2 C 2 C 3 β β C 2 C 2 + C 3 C 2 C 2 (C 3 ) 2 + 2 对 于 伯 仲 叔 胺, 可 用 碘 甲 烷 将 它 们 彻 底 甲 基 化 为 季 铵 盐, 再 用 湿 的 氧 化 银 处 理 为 季 铵 碱, 然 后 加 热 消 除 得 到 烯 烃 Et Et Et Et 1. 2MeI 2. Ag Me 2 Me 2 1. MeI 2. Ag 3. 2- 乙 基 -1, 4- 戊 二 烯 由 于 季 铵 碱 的 热 消 除 方 向 很 有 规 律, 过 去 人 们 利 用 这 一 系 列 转 化, 根 据 产 物 烯 烃 的 结 构, 来 推 测 原 来 胺 的 结 构 13.7 重 氮 化 合 物 重 氮 化 合 物 (diazo compounds) 的 通 式 为 R 2 C 2, 重 氮 甲 烷 (diazomethane) 是 最 简 单 和 最 重 要 的 重 氮 化 合 物 它 的 分 子 式 为 C 2 2, 结 构 比 较 特 殊, 是 一 个 线 型 分 子, 其 结 构 可 用 共 振 式 表 示 如 下 : 22

2 C 2 C 13.7.1 重 氮 化 合 物 的 制 备 制 备 重 氮 甲 烷 的 常 用 方 法 是 用 氢 氧 化 钾 分 解 - 甲 基 -- 亚 硝 基 对 甲 苯 磺 酰 胺, 得 到 的 重 氮 甲 烷 乙 醚 溶 液 与 水 相 分 离 后, 可 以 直 接 用 于 各 种 反 应 : C 3 S 2 C 3 K, 2 + C2 5 Et 2, 0 o C 2 2 + C + 2 C 3 S 2 Et 64%~69% 如 果 将 上 式 中 氮 上 的 甲 基 换 成 其 它 烃 基, 则 可 制 备 其 它 重 氮 化 合 物 重 氮 乙 酸 酯 则 可 通 过 氨 基 乙 酸 酯 与 亚 硝 酸 反 应 来 制 备 : 2 C 2 C 2 Et 13.7.2 重 氮 化 合 物 的 性 质 和 反 应 a 2, Cl 0 o C CC 2 Et 85% 重 氮 甲 烷 是 黄 色 有 毒 气 体 ( 沸 点 -24 o C), 容 易 爆 炸 它 能 溶 于 乙 醚 中, 其 乙 醚 溶 液 比 较 稳 定 重 氮 乙 酸 酯 为 黄 色 液 体, 也 溶 于 乙 醚, 由 于 其 重 氮 基 与 α- 位 上 羰 基 形 成 共 轭 体 系, 故 较 重 氮 甲 烷 稳 定 重 氮 甲 烷 是 一 个 很 重 要 的 甲 基 化 试 剂, 它 与 羧 酸 作 用, 生 成 甲 酯, 与 酚 β- 二 酮 或 β- 酮 酸 酯 的 烯 醇 作 用 则 形 成 甲 醚, 反 应 操 作 简 便, 产 率 高, 副 产 物 为 氮 气 例 如 : C 2 2, Et 2 C 2 C 2 C 3 100% Ar + C 2 2 ArC 3 + 2 C 3 CC CC 3 C 3 + C 2 2 C 3 CC CC 3 + 2 重 氮 甲 烷 与 酰 氯 作 用 首 先 生 成 α- 重 氮 酮,α- 重 氮 酮 在 氧 化 银 催 化 下 加 热 重 排, 生 成 烯 酮, 若 反 应 在 水 溶 液 中 进 行, 则 最 终 产 物 为 羧 酸, 如 在 乙 醇 中 进 行, 则 得 到 酯 : RCCl + C 2 2 RCC Ag 2 R C C -Cl - 2 重 氮 酮 RC C 烯 酮 2 Et RC 2 C 2 RC 2 C 2 Et 重 氮 化 合 物 的 另 一 个 重 要 性 质 是 在 光 照 或 加 热 时 生 成 卡 宾 (carbene), 又 称 碳 烯 : 23

2 C hv 或 或 Cu 2 C + 亚 甲 基 卡 宾 卡 宾 是 重 要 的 有 机 合 成 活 性 中 间 体, 可 用 通 式 R 2 C: 表 示, 其 中 碳 原 子 以 σ 键 与 两 个 原 子 或 基 团 相 连, 另 外 还 有 一 对 非 键 电 子 由 于 碳 原 子 周 围 只 有 6 个 价 电 子, 因 此 它 具 有 强 的 亲 电 性 能, 一 旦 生 成, 可 立 即 与 反 应 体 系 中 存 在 的 烯 烃 加 成, 生 成 环 丙 烷 类 化 合 物 环 丙 烷 化 反 应 的 立 体 化 学 为 顺 式 加 成 例 如 : hv + C 2 2 双 环 [4.1.0] 庚 烷 40% C 3 C 3 C CC C C 3 C 3 + Et 2 CC 2 2 Cu C 3 C 3 C CC C C 3 C C 3 C 2 Et 1. 2. C 3 C 3 C CC C C 3 C C 3 C 2 菊 酸 在 上 述 第 二 个 例 子 中, 铜 的 作 用 是 促 使 重 氮 乙 酸 乙 酯 分 解, 形 成 乙 氧 羰 基 卡 宾, 最 后 得 到 的 羧 酸 称 为 菊 酸, 它 是 合 成 农 药 除 虫 菊 酯 的 关 键 中 间 体 二 卤 卡 宾 和 类 卡 宾 用 强 碱 处 理 三 氯 甲 烷 或 三 溴 甲 烷, 可 生 成 二 卤 卡 宾 X 2 C:, 它 们 同 样 能 够 与 烯 烃 反 应 生 成 二 卤 代 环 丙 烷 衍 生 物 : (C 3 ) 3 C + CCl 3 -(C 3 ) 3 C CCl 2 Cl -Cl CCl 2 CCl 2 59% 二 碘 甲 烷 用 活 化 的 锌 粉 ( 在 锌 粉 和 3% 盐 酸 的 混 合 物 中 加 入 2% 硫 酸 铜 溶 液, 可 在 锌 粉 表 面 沉 积 少 量 铜, 从 而 使 锌 粉 活 化 ) 处 理, 生 成 的 有 机 锌 试 剂 IC 2 ZnI 称 为 Simmons-Smith 试 剂, 也 能 够 与 烯 烃 发 生 顺 式 加 成 反 应, 生 成 环 丙 烷 类 化 合 物 : C 3 C C 3 C + C 2 I 2 Zn-Cu Et 2 C 3 3 C 这 个 反 应 被 称 为 Simmons-Smith 反 应, 其 中 的 Simmons-Smith 试 剂 的 作 用 与 卡 宾 类 似, 是 一 种 类 卡 宾 (carbenoid) 利 用 Simmons-Smith 反 应 合 成 环 丙 烷 结 构, 可 以 避 免 制 备 重 氮 化 合 物 所 带 来 的 危 险 13.8 芳 基 重 氮 盐 芳 香 族 伯 胺 与 亚 硝 酸 盐 和 过 量 酸 在 低 温 ( 一 般 为 0~10 o C) 下 作 用, 生 成 芳 基 重 氮 盐 ( 见 13.5.4 节 ), 这 个 反 应 称 为 重 氮 化 反 应 (diazotization) 纯 的 芳 基 重 氮 盐 是 无 色 结 晶, 易 溶 于 水, 但 不 24

溶 于 有 机 溶 剂, 在 干 燥 情 况 下 极 不 稳 定, 容 易 发 生 爆 炸, 所 以 通 常 都 不 将 它 从 溶 液 中 分 离 出 来, 而 是 直 接 用 于 下 一 步 反 应 在 0 o C 下, 一 般 的 重 氮 盐 水 溶 液 只 能 保 持 数 小 时 芳 基 重 氮 盐 的 重 氮 基 可 被 转 化 为 卤 素 氰 基 羟 基 和 氢 等, 因 而 在 有 机 合 成 中 具 有 重 要 用 途 13.8.1 重 氮 基 被 卤 素 和 氰 基 取 代 重 氮 正 离 子 是 很 好 的 离 去 基 团, 所 以 重 氮 盐 的 水 溶 液 与 碘 化 钾 一 起 加 热, 重 氮 基 可 被 碘 取 代, 生 成 碘 代 芳 烃 : Ar 2 X + KI Ar I + 2 + KI 氯 离 子 和 溴 离 子 的 亲 核 能 力 比 较 弱, 因 此 用 上 述 方 法 难 以 将 重 氮 基 转 化 为 氯 和 溴 但 在 氯 化 亚 铜 或 溴 化 亚 铜 催 化 下, 重 氮 盐 在 氢 卤 酸 溶 液 中 加 热, 重 氮 基 可 被 氯 和 溴 取 代, 这 个 反 应 被 称 为 桑 德 迈 尔 (Sandmeyer) 反 应 若 用 氰 化 亚 铜 催 化, 重 氮 基 可 被 氰 基 取 代, 生 成 芳 香 腈 : Cu C 3 C 3 a 2, 2 2 S 4 C 3 S 4 70% CuC KC C 3 C 67% 芳 基 重 氮 盐 与 氟 硼 酸 作 用, 生 成 溶 解 度 较 小 的 氟 硼 酸 盐, 后 者 加 热 分 解, 生 成 氟 代 芳 烃, 这 个 反 应 称 为 席 曼 (Schiemann) 反 应, 它 是 由 芳 胺 制 备 氟 代 芳 烃 的 常 用 方 法 : a 2, 2 Cl Cl abf 4 BF 4 -BF3, - 2 F 50% 13.8.2 重 氮 基 被 硝 基 和 亚 磺 酸 基 取 代 芳 基 重 氮 盐 悬 浮 于 亚 硝 酸 盐 或 亚 硫 酸 盐 的 水 溶 液 中, 在 金 属 铜 催 化 下, 重 氮 基 可 被 转 化 为 硝 基 或 磺 酸 基, 此 反 应 称 为 加 特 曼 (Gatterman) 反 应 例 如 : 2 a 2, 2 Cl 2 Cl 2 abf 4 BF 4 a 2 Cu 2 2 69% C 6 5 2 Cl + a 2 S 3 Cu C 6 5 S 3 a + 2 + acl 13.8.3 重 氮 盐 的 还 原 芳 基 重 氮 盐 在 一 些 还 原 剂 存 在 下, 能 够 发 生 重 氮 基 被 氢 原 子 取 代 的 反 应 这 是 一 种 还 原 脱 胺 反 应, 常 用 的 还 原 剂 为 次 磷 酸 乙 醇 和 硼 氢 化 钠 在 这 个 反 应 中, 次 磷 酸 和 乙 醇 被 分 别 氧 化 为 亚 磷 酸 和 乙 醛 25

a 2 2 S S 4 4 Et - 2 68% 利 用 这 个 反 应, 可 由 芳 胺 出 发 合 成 一 些 用 一 般 方 法 难 以 得 到 的 多 取 代 芳 烃, 例 如 : Me Me Me Me Me Me Ac Ac 2 Ac 1. Cl, 2 2. a, 2 a 2 2 S 4 S 4 Et - 2 总 收 率 :38% 如 果 用 锌 / 盐 酸 氯 化 亚 锡 / 盐 酸 亚 硫 酸 钠 亚 硫 酸 氢 钠 硫 代 硫 酸 钠 等 作 还 原 剂, 产 物 为 氮 原 子 保 留 的 芳 肼 这 也 是 实 验 室 和 工 业 制 备 苯 肼 的 方 法 : C 6 5 2 Cl + a 2 S 2 3 + a + 2 2 C 6 5 + acl + 2aS 3 13.8.4 重 氮 盐 的 水 解 冷 的 芳 基 重 氮 盐 在 水 溶 液 中 也 会 慢 慢 分 解, 成 为 芳 基 碳 正 离 子 并 放 出 氮 气 加 热 可 加 快 分 解 生 成 的 芳 基 碳 正 离 子 是 非 常 活 泼 的 中 间 体, 它 能 够 立 即 与 水 作 用 生 成 酚 : Ar 2 Ar + 2 2 Ar - 芳 基 重 氮 盐 的 水 解 反 应 可 用 来 由 芳 胺 合 成 酚, 为 了 减 少 其 它 亲 核 试 剂 ( 如 氯 离 子 ) 的 干 扰, - 重 氮 化 反 应 在 硫 酸 中 进 行, 因 为 S 4 的 亲 核 性 比 水 分 子 和 氯 离 子 弱, 因 而 不 会 与 水 竞 争 参 与 反 应 通 常 重 氮 化 结 束 后 加 热 即 可 得 到 酚 例 如 : 1. 2 S 4, 2, a 2 2. 66% 13.8.5 重 氮 盐 的 偶 联 反 应 和 偶 氮 化 合 物 (1)C C 偶 联 反 应 芳 基 重 氮 盐 在 碱 性 条 件 下 能 够 与 其 他 芳 香 族 化 合 物 发 生 C C 偶 联 反 应, 生 成 联 苯 类 化 合 物 例 如 : Cl a 2, 2 Cl Cl Cl Ph Aca Cl 76% 26

这 是 制 备 联 苯 及 其 衍 生 物 的 一 个 重 要 方 法 一 般 认 为, 反 应 是 通 过 自 由 基 机 理 进 行 的 : Ar Cl Ar Ar + 2 + Ph Ar - 2 Ar Ph 重 氮 盐 的 偶 联 反 应 若 发 生 在 分 子 内, 则 能 形 成 多 环 化 合 物 分 子 内 反 应 可 在 碱 性 或 酸 性 水 溶 液 中 进 行, 金 属 铜 可 起 催 化 作 用, 如 菲 的 合 成 : C C 2 C (C 3 ) 2 CC 2 C 2 C C 2 C 2 S 4 2 C 2 Cu 菲 (2)C 偶 联 反 应 重 氮 盐 作 为 亲 电 试 剂, 可 与 带 有 强 给 电 子 基 团 的 芳 香 族 化 合 物 酚 和 叔 芳 胺 发 生 C 键 的 偶 联 反 应, 生 成 偶 氮 化 合 物 (azo compounds): Ar Ar - Ar Ar 例 如 : 偶 氮 化 合 物 2 2 Cl + 1. a, 2 2. Cl 2 74% a 3 S a 2 Cl 3 S 2 PhMe 2 a a 3 S Me 2 甲 基 橙 80% 27

甲 基 橙 指 示 剂 偶 氮 化 合 物 甲 基 橙 是 一 种 常 用 的 酸 碱 指 示 剂, 它 的 变 色 范 围 为 p3.1~4.4, 水 溶 液 呈 黄 色 当 溶 液 的 p 小 于 3.5 时, 其 结 构 发 生 如 下 可 逆 变 化, 从 而 导 致 颜 色 由 黄 色 变 为 红 色 : 3 S Me 2 黄 色 3 S Me 2 红 色 3 S Me 2 伯 芳 胺 和 仲 芳 胺 的 氮 上 有 氢, 在 冷 的 酸 性 溶 液 中, 与 重 氮 盐 的 偶 联 发 生 在 氮 上, 生 成 重 氮 氨 基 化 合 物, 后 者 在 酸 性 条 件 下 重 排 生 成 氨 基 取 代 的 偶 氮 化 合 物 : 2 Cl Ph Ph 3 Cl 重 排 时 氨 基 通 常 进 入 对 位, 若 对 位 被 其 他 基 团 占 据, 则 进 入 邻 位 芳 香 族 偶 氮 化 合 物 具 有 高 度 的 热 稳 定 性, 有 颜 色, 故 被 广 泛 用 作 指 示 剂 或 染 料 28

偶 氮 染 料 偶 氮 染 料 是 品 种 最 多 的 一 类 合 成 染 料, 约 有 几 千 个 化 合 物 它 们 的 分 子 结 构 是 通 过 一 个 或 几 个 偶 氮 基 团 ( = ) 连 接 起 来 的 大 共 轭 体 系,π 电 子 有 较 大 的 离 域 范 围, 能 吸 收 一 定 波 长 的 可 见 光, 故 显 示 出 颜 色 例 如 : C C 2 C 2 C 分 散 红 S-FL: 主 要 用 于 涤 纶 和 乙 酸 2 纤 维 的 染 色 C 2 C 2 Ac 2 a 3 S S 3 a 直 接 紫 : 主 要 用 于 棉 粘 胶 等 纤 维 素 纤 维 的 染 色 分 散 橙 SE-B: 主 要 用 于 涤 纶 及 其 混 纺 织 物 的 染 色 习 题 1. 用 系 统 命 名 法 命 名 下 列 化 合 物 (1) (2) (3) (4) (C 3 C 2 )C 2 C CC 3 (5) Me 2. 比 较 下 列 各 组 化 合 物 的 碱 性 强 弱 (1) FC 2 C 2, F 2 CC 2, F 3 CC 2 (2) C C (3) Me Cl 2 3. 为 什 么 苯 胺 间 硝 基 苯 胺 对 硝 基 苯 胺 和 邻 硝 基 苯 胺 的 碱 性 依 次 减 弱 ( 见 表 13-2)? 4. 1,5- 二 氮 杂 双 环 [4.3.0] 壬 -5- 烯 (DB) 和 1,8- 二 氮 杂 双 环 [5.4.0] 十 一 -7- 烯 (DBU) 比 一 般 胺 29

的 碱 性 强 得 多, 是 有 机 合 成 中 广 泛 使 用 的 有 机 碱 试 指 出 DB 和 DBU 分 子 中 哪 一 个 氮 原 子 最 容 易 被 质 子 化, 并 解 释 它 们 比 简 单 胺 碱 性 增 强 的 原 因 DB DBU 5. Physostigmine 是 从 西 非 的 一 种 植 物 中 提 取 得 到 的 生 物 碱, 现 被 用 于 治 疗 glaucoma 用 碘 甲 烷 处 理 Physostigmine 得 到 一 种 季 铵 盐 试 写 出 这 个 季 铵 盐 的 结 构 Me Me Physostigmine CC 3 6. 化 合 物 A 和 B 为 同 分 异 构 体, 试 根 据 MR 和 质 谱 数 据 推 测 它 们 的 结 构 A: 1 -MR:δ 0.92 (t, J = 6z, 3), 1.32 (br,s, 12), 2.28 (br,s, 2), 2.69 (t, J = 7z, 2) ppm. MS m/z ( 相 对 丰 度 %) 129 (0.6), 30 (100) B: 1 -MR: δ 1.00 (s, 9), 1.17 (s, 6), 1.28 (s, 2), 1.42 (s, 2) ppm. MS m/z ( 相 对 丰 度 %):129 (0.05), 114 (3), 72 (4), 58 (100). 7. 完 成 下 列 反 应 (1) 2 C 2 C 2 C ab 3C, Et? (2) C 2, a, 2? (3) (C 3 ) 3 CCl 1. a 3, DMS 2. LiAl 4, Et 2? (4) 2 1. 2 S 4, 2, a 2 2.? C 3 Cl, 2, a 2 (5)? CuC? 2, i 或 LiAl4? (6) Cl 2 + C 2? (7)??? (8) C 2 5 C C 2 C 3 C 2 I 2, Zn-Cu Et 2? (9) 2 1. Fe, Cl 2. -? 30

(10) Me Me Me Me 2 -? 1. a Me 2 2, Cl, 2 (11) 2. -? Me Me (12) (C 3 ) 2 C + 2 C C? (13) (C 6 5 C 2 ) 2 + C 3 CC 2 Cl Me Et 3 TF? (14) C 6 5 CC CC 6 5 +? 8. 由 指 定 的 原 料 和 必 要 的 试 剂 合 成 下 列 化 合 物 : (1) 由 Me 合 成 Me C 3 C 2 5 (2) 分 别 以 C 6 5 C 2 CC 3 和 C 6 5 C 2 CC 2 为 原 料 合 成 C 6 5 C 2 CC 3 C 2 (3) 以 甲 苯 为 起 始 原 料 合 成 I C 2 Me (4) 由 Me Me 2 Me (5) 由 合 成 合 成 Me Me Me 2 F (6) 由 合 成 Ph Ph 9. β- 二 烷 基 氨 基 醇 及 其 酯 是 有 用 的 局 部 麻 醉 剂, 试 以 2- 丁 酮 为 起 始 原 料, 合 成 麻 醉 剂 土 透 卡 因 (tutocaine) 盐 酸 盐 31

C 3 CCCC 2 (C 3 ) 2 Cl C 3 10. 试 解 释 下 列 反 应 的 过 程 C 2 土 透 卡 因 盐 酸 盐 a 2, Cl 2 11. 从 以 下 信 息 推 测 毒 芹 碱 ( 一 种 从 植 物 中 提 取 到 的 胺 ) 的 结 构 IR :3330cm -1 1 -MR: δ 0.91 (t, J = 7z, 3), 1.33 (s, 1), 1.52 (m, 10), 2.70 (t, J = 6z, 2), 3.0 (m, 1) ppm MS: m/z ( 相 对 丰 度 ) 127 (M+, 43), 84(100), 56(20) 毒 芹 碱 1. MeI 2. Ag 2, 2 3 三 种 化 合 物 的 混 合 物 1. MeI 2. Ag 2, 2 3 Me 3 + 1, 4- 辛 二 烯 + 1, 5- 辛 二 烯 32