第十四章 氨基的化学

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第十四章 氨基的化学

分子中含有氮原子的有机化合物统称为含氮化合物。含氮化合物的分布非常广泛,其种类比含氧化合物还多,其中很重要的一类是含有氨基的化合物。本章主要讨论各种类型氨基的化学性质。

１4．1 氨基化合物的结构特征

胺是最常见的氨基化合物,它可以看作是氨的烃基衍生物。在胺类分子中，氮原子一般以不等性的sp 3杂化轨道与其它三个原子形成σ键，其中一个ｓp 3杂化轨道被孤对电子占据。因此，胺分子具有棱锥形结构，孤对电子位于棱锥形的顶点。

H

H 3C

氨的结构 甲胺的结构

芳香胺的结构有所不同,氮原子的孤对电子所在的轨道和苯环π电子轨道重叠,孤对电子离域,使整个体系的能量降低（图14.1）。

图14.1 苯胺的成键示意图

酰胺化合物是另一类重要的氨基化合物,它由氨基与酰基连接而成,分子内氮原子以sp ２

杂化轨道与其它三个原子形成σ键，氮原子的孤对电子所在的２p 轨道和羰基的π电子轨道重叠，孤对电子发生离域，使整个体系的能量显著下降(图１4．2）。

图14.2 酰胺的成键示意图

由于氮原子的电负性小于氧原子，伯胺和仲胺分子的Ｎ-H 键的极性小于醇的O-H 键，因此,伯胺和仲胺的酸性通常弱于醇。胺的氮原子上有孤对电子，能与质子结合,所以具有一定的碱性和亲核性。此外,在含氮有机化物中胺分子中氮原子的氧化价最低,易发生氧化反应。

氨基所连接的基团对其化学性质有很显著的影响。虽然脂肪胺、芳香胺和酰胺都属于氨

--

-- 基化合物,但它们的化学性质存在很大的差异。

14.2 脂肪胺的化学反应

14.２．1 碱性

胺的氮原子具有孤对电子,能接受一个质子显碱性。小烷基的脂肪胺可溶于水,形成如下解离平衡式:

RNH 2 + H 2

O

RNH 3 + OH -+K b =

RNH 3+OH -RNH 2

其中Ｋb 为胺在水溶液中的解离平衡常数。K b 值越大或p Ｋb 值越小，表示这个胺的碱性越强。不过，目前也常用胺的共轭酸的K a 值的大小来描述胺的碱性强弱。K a 值越大,表示这个胺的碱性越弱。

RNH 3 + H 2

O

RNH 2 + H 3O ++K a =RNH 2+H 3O +

RNH 3

对于脂肪胺来说,随着氮原子上烷基的增多,氮原子上的电子云密度增加，碱性增强。因此在非水溶液中,碱性的大小顺序通常是:

叔胺＞ 仲胺＞ 伯胺> 氨

然而，除了取代基的电子效应外,溶剂化效应和空间效应也会影响胺的碱性。胺的氮原子上所连氢原子越多,其共轭酸在水中的溶剂化越容易，因而平衡有利于向质子化方向移动,碱性较强。实际上，伯胺在水中的碱性比叔胺的强。

立体位阻对胺的碱性也有一定的影响。胺分子中烃基个数多且体积大，质子不易与氮原子接近，使胺的碱性变弱。所以,胺的碱性是烃基的电子效应、溶剂化效应、立体效应综合作用的结果。一般而言,胺在水溶液中的碱性大小顺序是:

仲胺> 伯胺、叔胺> 氨

1４.2.２ 亲核反应

脂肪胺氮原子上拥有一对孤对电子,它可以与许多缺电子的试剂反应，因此,脂肪胺是一类温和的中性亲核试剂。

一、烷基化

胺可以与卤代烷等烷基化试剂发生取代反应，反应按照S N 2机理进行。

--

--

RNH 2

+ R '

X

RNH 2X -R '

+

RNH R '

R 'X

NHX -R R '

R '

+N R

R '

R '

R 'X

RNR '3X -

+

碱

由于反应生成的高一级胺的反应活性稍比原来的胺高,胺的烷基化反应往往得到一级、二级、三级和季铵盐的混合物。因此，该反应在实验室中的应用受到很大限制。工业上,可以通过控制原料的摩尔比、反应温度、时间和其他反应条件使某一种胺成为主要产物。 二、酰化

伯胺和仲胺作为亲核试剂能和酰卤、酸酐、羧酸酯、苯磺酰氯等反应，得到酰化产物。叔胺氮原子上没有可被取代的氢原子,不能发生酰化反应。例如：

NH 2

+ CH 3COCl NHCOCH 3

+ HCl NH 2

+ (CH 3CO)2O

NHCOCH 3

+ CH 3COOH

(CH 3)2NH + H COOCH 3(CH 3)2NCH O + CH 3OH

伯胺和仲胺与磺酰化试剂如苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯反应,氨基上的氢原子可以被磺酰

基所取代，生成相应的苯磺酰胺。

RNH 2+

SO 2Cl

SO 2NHR SO 2NR

-

Na +

溶于氢氧化钠溶液

R 2NH +

SO 2Cl

SO 2NR 不溶于氢氧化钠溶液

伯胺生成的苯磺酰胺，由于磺酰基的强拉电子作用，氮原子上这个氢原子而显酸性，可以与强碱反应成盐。仲胺生成的苯磺酰胺氮原子上没有氢原子,因而不能溶于强碱。叔胺氮原子上没有氢原子，不能发生磺酰化反应。常利用此反应来鉴别这三类胺,称为

Hin ｓbe ｒｇ反应。

磺酰胺可以水解得到原来的胺。

H O +

SO 2NHCH 3

CH 3NH 2+

SO 3H

三、与亚硝酸反应

不同脂肪胺与亚硝酸反应,可以生成不同的产物。 1)伯胺

伯胺与亚硝酸反应生成重氮盐,该反应称为重氮化反应。脂肪族的伯胺与亚硝酸反应生成的重氮盐很不稳定,容易分解成氮气和碳正离子。碳正离子可能会重排成更稳定的碳正

--

--

离子,然后与反应液中的亲核试剂或碱作用生成复杂的混合物。

RNH 2NaNO 2 + HCl

+

RN 2+Cl N + R +

H 2O ROH 烯烃

RCl

由于上述反应比较复杂，在有机合成上的应用价值不大。然而,由于反应释放出的氮气是定量的，因此常利用此反应来测定一些多肽或蛋白质中存在的氨基含量。 ２） 仲胺

脂肪仲胺与亚硝酸作用,可以生成N －亚硝基胺(N-ｎi ｔr ｏｓｏami ｎｅ)。

R 2NH NaNO 2 + HCl

+R 2N N=O + H 2O

N -亚硝基胺为中性的黄色油状物或固体,有强烈的致癌作用,绝大多数不溶于水,而溶于有机物。 3）叔胺

脂肪叔胺与亚硝酸作用,生成不稳定的亚硝酸盐类，此盐用碱处理又重新得到游离的叔胺。

R 3N + HNO 2

R 3NHNO 2-

+

OH -

R 3N

根据与亚硝酸作用生成的不同产物,可以用来鉴别不同的胺。

四、与醛酮的反应

脂肪伯胺和仲胺可以与醛、酮反应,分别形成亚胺或烯胺。叔胺不发生类似反应。 RNH 2 + R'CH 2CHO

RN=CHCH 2R'

亚胺

烯胺

RNHCH=CHR'

R 2NH + R'CH 2CHO

烯胺

R 2NCH=CHR'

普通的脂肪醛与伯胺反应形成的亚胺稳定性较差,易发生其它副反应。但是，芳香醛或没有 -氢原子的缺电子脂肪醛,如三氟乙醛,与伯胺可以形成稳定的亚胺。

烯胺是一类重要的中性亲核试剂,在有机合成中有广泛的应用。

14.２.3氧化反应

脂肪伯胺和仲胺在常温下比较稳定,但在氧化剂作用下，一般会形成复杂的产物,在合成中无利用价值。但是,脂肪叔胺可以被过氧化氢等温和的氧化剂氧化成氧化叔胺。氧化叔胺在加热下会发生分解,形成烯烃和二烷基羟胺。

N(CH 3)

2

22

N+(CH 3)2-R

R

R

+ (CH 3)2N-OH

长链烷基二甲基胺在过氧化氢稳定剂和相转移催化剂存在下，在极性介质中进行氧化反

--

-- 应，可以得到脂肪烷基二甲基氧化胺,这是一类表面活性物质，有一定的应用价值。

１４.３ 芳香胺的化学反应

14.3．1 碱性

由于芳香胺氮原子的孤电子对与苯环 电子体系的共轭离域作用，氮原子上分布的电子云密度明显降低，因此其碱性要比脂肪胺的弱得多。随着与氮原子连接的苯环数目增加,芳香胺的碱性不断减弱。对于芳香胺来说,碱性的强弱次序为: NH 2>NH >N pKb 9.313.8中性

苯胺与强酸生成的盐在水溶液中只有部分水解,二苯胺与强酸生成的盐在水溶液中则完全水解,而三苯胺几乎不显碱性，不能与酸成盐。

芳胺苯环上的取代基,虽然不直接与氨基相连，但也影响芳胺的碱性。当氨基的对位是给电子基时，取代苯胺的碱性增强。其原因是给电子基增大了苯环上的电子云密度，氨基氮原子上电子云密度也随之增大。 NH 2NH 2

OH

>NH 2CH 3>>NH 2NO 2pKb 8.58.913.09.3

当取代基在间位时，由于共轭效应对间位的影响较小,诱导效应往往起了主要作用。例如间羟基苯胺的碱性比苯胺小。当取代基在邻位时,情况比较复杂，要考虑空间效应以及能否形成氢键等,因此要具体问题具体分析。当苯环上有拉电子基团时，芳胺的碱性减弱。

14.３.2 亲核反应

芳香伯胺和仲胺的亲核性较弱,只能与一些较强的缺电子试剂发生取代反应。

一、烷基化反应

与伯卤代烷烃、硫酸二甲酯、磺酸酯等烷基化试剂反应，可以生成氮上烷基化的产物。例如:

NH 2

+ (CH 3)2SO 4N(CH 3)2NaOH

二、酰化反应

伯胺和仲胺作为亲核试剂，能和酰卤、酸酐、苯磺酰氯等反应，形成酰化产物。叔胺氮原子上没有可被取代的氢原子，不能发生酰化反应。例如:

--

--

NH 2

+ (CH 3C)2O

O

NHCOCH 3

+ CH 3COOH

酰胺在酸或碱催化下可以重新水解生成胺。因此，在有机合成中常用酰化反应来保护氨基以免氨基被氧化破坏。例如:

NH 2

+ (CH 3C)2O

O

NHCOCH 3

NHCOCH 3

NO 2

H O +

NH 2

NO 23

三、与亚硝酸的反应

芳香族伯胺与亚硝酸反应生成的芳香重氮盐在5℃以下能稳定存在而不分解，但是在干燥和加热时仍可以分解，释放出氮气。

NaNO 2+

N 2

NH 2N 2Cl

-+OH

++ HCl

苯环上的拉电子取代基在一定程度上可以提高芳香重氮盐的稳定性。芳香重氮盐在有机合成上有很多用途，将在后面一节中作详细介绍。

芳香族仲胺与亚硝酸反应，生成有颜色的Ｎ-亚硝基苯胺。

NHR NaNO 2 + HCl

+

N N=O

R

芳香叔胺与亚硝酸可以发生芳环上的亲电取代反应，形成亚硝基苯胺。例如,N, N －二甲基苯胺与亚硝酸的反应可以生成对亚硝基－N, N-二甲基苯胺,绿色晶体。

N(CH 3)2

+ HNO 2

ON

N(CH 3)2

四、与醛酮的反应

芳香伯胺和仲胺可以与醛、酮反应,形成亚胺。这类芳香亚胺的稳定性较高,又被称为席夫碱(Schi ｆf base)。

NH 2

+ PhCHO

N=CHPh

有关亚胺的化学性质，将在后面的章节中作详细介绍。

14.３.3 氧化反应

芳香伯胺容易被氧化。例如，苯胺是无色透明的液体,长时间放置时被空气中的氧所氧化,颜色逐渐变深。因为放置时间不同，条件不同，苯胺会被氧化成不同的产物,其中包括亚硝基苯，硝基苯,偶氮苯，氢化偶氮苯以及它们之间相互反应的产物。 苯胺用二氧化锰及硫酸氧化,主要得到苯醌。

--

--

NH 2

MnO 2 , H 2SO 4

O

O

苯环上含拉电子基团的芳胺较为稳定,如对硝基苯胺、对氨基苯磺酸等。由于芳胺的盐较难氧化，因此,往往将芳胺制成盐后储存。

14.3.4 芳胺环上的亲电取代反应

氨基与芳环间的p- 共轭作用可以在很大程度上活化苯环。实际上,芳胺环上的亲电取代反应比苯要容易进行得多。 一、卤代反应

苯胺和溴水作用，常温下即可生成2,4，6-三溴苯胺。

NH 2+ 3Br

2

NH 2

Br

Br

Br

+ 3HBr

２,4，6-三溴苯胺是白色固体。这个反应如果进行定量分析，可用于苯胺的鉴别和定量分析。如果只需要一元取代的产物，可先将氨基酰化，降低基团的活化能力。 二、硝化反应

芳胺不能直接用硝酸硝化，直接硝化时容易被氧化。若先用酰化反应将氨基保护起来，再进行硝化,可以获得邻、对位硝化产物。

若要得到间硝基苯胺，可先将苯胺溶于硫酸中生成硫酸盐,由于生成的氨基正离子是间位取代基，再进行硝化时，可得到间位硝化的产物。

NH 2+ H 2SO 4

NH 3OSO 3H

+--HNO NH 3OSO 3H +-2

H 2O

OH NH 2

NO 2

三、磺化反应

苯胺与浓硫酸反应,生成苯胺的硫酸盐。苯胺的硫酸盐在1８0-190℃烘焙，生成对氨基苯磺酸。

NH 2

H SO NH 3OSO 3H

+-180-190℃

NH 2

SO 3H 对氨基苯硫酸又称磺胺酸,能以内盐形式存在,是重要的染料中间体和常用的农药。

1４.3.5 芳香族重氮盐的化学反应

芳香族重氮盐一般很容易通过芳香伯胺的重氮化反应来制备。例如：

--

-- NH 2

+ NaNO 2 + HCl N N +Cl -

+ 2H 2O

由于氮氮三键中的π轨道与苯环上的π轨道可以形成共轭体系,芳香族重氮盐要比脂肪族重氮盐稳定,可以在低温强酸介质中稳定存在。

芳香族重氮正离子的结构是下列共振式的杂化体。

Ar N N:+Ar N=N:+

芳香族重氮盐可以发生多种化学反应,大致可以分为两类:一类是放出氮气，氮原子被其它原子或基团取代；另外一类是氮原子保留在环上的反应。

一、重氮基的取代反应

1)被羟基取代

芳香族重氮盐的酸性水溶液加热后,重氮基被羟基取代生成酚。

N 2HSO 4-

+H O +OH

+ N + H 2SO 4

重氮基被羟基取代的反应是按S N 1机理进行的。重氮基首先放出氮气，生成苯基正离子:

ArN 2

++ Ar +

N 2

苯基正离子的空sp 2杂化轨道不能与苯环形成共轭体系,正电荷集中在一个碳原子上,其反应活性类似于烷基正离子,是强的亲电试剂。苯基正离子不仅能与水反应,还能与其它各种亲核试剂发生作用。

2）被卤素或氰基取代

芳香族重氮盐的酸性溶液分别与氯化亚铜、溴化亚铜或氰化亚铜等共热，重氮基可以被氯、溴或氰基等取代。这个反应称为桑德迈耳（sandmeye ｒ)反应。

ArN 2Cl -+ArCl + N

2ArN 2Br -+ArBr + N

2ArN 2Cl -+ArCN + N

2

如果反应中使用铜粉代替氯化亚铜,反应也能进行。这种反应叫做盖特曼（G ａtterm ａｎｎ)反应：

--

--

ArN 2Cl -+

Cu ArCl + N ArN 2Br -+Cu HBr

ArBr + N

2

ArN 2Cl -

+Cu ArCl + N 芳香族重氮盐与亚铜盐的反应被认为是一种自由基反应,具体历程如下所示：

ArN 2+X - + CuX Ar + N 2 + CuX 2

.

Ar + CuX 2

.

ArX + CuX

碘代芳烃也可由重氮盐的反应来制备。反应不需要催化剂，将重氮盐与碘化钾混合在一起加热反应,即可得到碘代物。

N 2HSO 4-

+

KI

I

+ N

芳香族氟化物也可由重氮盐的反应来制备。将氟硼酸（HB Ｆ４)加到重氮盐溶液中，生成氟硼酸重氮盐的沉淀。加热干燥的氟硼酸重氮盐,分解得到芳香族氟化物

,此反应称为希曼(Schiem ａｎｎ）反应。由于芳基腈、碘代芳烃、芳香族氟化物不易直接由芳香亲电取代反应来制备，这几类化合物在实验室中通常利用重氮盐的取代反应制备。 3)被氢原子取代

重氮盐与次磷酸(H 3PO ２）作用，重氮基被氢原子取代:

ArN 2X -

+ H 3PO 2 + H 2+ArH + N + H 3PO

3 + HX

重氮盐与乙醇作用，重氮基也能被氢原子取代。但是由于乙醇是亲核试剂，

往往有副产

物醚的生成：

ArN 2X - + C 2H 5+

+ CH 3CHO + HX

ArOC 2H 5+ N + HX

利用重氮基被氢原子的取代反应,可以除去芳还上的硝基和氨基。例如, 1,2,3，５-四溴苯的合成反应

:

NH 2

+ Br 2

H 2O

NH 2

Br

NaNO 2N 2Br -Br

Br

+CuBr Br Br

Br

Br

4）被硝基取代

重氮基可以被硝基取代,这个反应可以用来制备硝基化合物。

--

--

ArN 2X

+NaNO 2NaHCO 3, Cu

Ar NO 2

二、重氮基的还原反应

重氮盐可以被亚硫酸钠或氯化亚锡还原成苯肼的盐,用碱处理后得到苯肼。

C 6H 5N 2Cl

-+Na SO C 6H 5NHNH 3Cl -

+

-C 6H 5NHNH 2

若使用较强的还原剂，如锌粉,则直接得到苯胺。

C 6H 5N 2Cl -+Zn , HCl

C 6H 5NH 2.HCl

OH -

C 6H 5NH 2

三、重氮基的偶合反应

在适当的条件下,重氮盐与芳胺或酚等富电子芳烃作用，生成偶氮化合物。这一反应称为偶合反应，也叫偶联反应（C ｏｕpl ｉｎg reacti ｏn ）。在偶合反应中,参加偶合的重氮盐叫重氮组分，芳胺和酚叫偶合(偶联)组分。

N 2Cl -

+

+

OH

NaOH , H O

N=N OH

研究表明,上述偶合反应是一类芳香族的亲电取代反应。重氮盐是亲电试剂,由于重氮正离子氮原子上的正电荷分散到苯环上，重氮盐显示出弱的亲电能力，只能和芳胺、酚等活性很高的芳烃偶合组分进行反应。如果重氮盐芳环上有强拉电子基团时,苯环上电子云密度降低,引起重氮基氮原子上电子云密度也随之降低，重氮正离子的亲电能力增强。例如，1,3,5-三硝基重氮苯不仅能与芳胺或酚发生偶合反应，还可以和1，3,5-三甲苯发生偶合反应。２,４-二硝基重氮苯可以和苯甲醚进行偶合。

重氮盐与芳胺或酚的偶合反应,由于重氮基的体积较大，一般发生在酚羟基或氨基的对位。如果对位已经被其它基团占据,则偶合反应可以发生在邻位。例如:

N 2Cl -+

OH

H 3CH 2C

N=N HO

CH 2CH 3

重氮盐与萘酚和萘胺也能发生偶合反应。α－萘酚和α－萘胺的偶合反应主要发生在4-位碳原子上。如果4-位碳原子已被其它基团占据,则发生在2-位碳原子上。β-萘酚和β-萘胺的偶合反应主要发生在１-位碳原子上。如果1-位碳原子已被其它基团占据，则不易发生偶合反应。

OH

对于不同的偶合组分来说,反应介质的酸碱性是很重要的影响因素。重氮盐和酚的偶合常在弱碱性介质中进行，这时酚变成芳氧基负离子,芳氧基负离子是一个比羟基更强的活化苯环亲电反应的基团，这有利于偶合反应的进行。如果介质碱性太强,则对反应不利,因为重

--

-- 氮离子在强碱溶液中存在着下述平衡：

Ar N NCl +-

+Ar N=N OH -

H +Ar N=N O - + H +

重氮盐转变为重氮碱及其盐后,就不能再发生偶合反应。酸性条件不利于重氮盐与酚的偶合,因为在酸性条件下，不仅芳氧基负离子的浓度变小,甚至酚还有可能质子化：

OH + H +OH 2

+

质子化的酚不能发生偶合反应。

重氮盐与芳胺的偶合反应一般在弱酸性或中性条件下进行，而不能在强酸性介质中进行。在强酸性介质中，芳胺变成铵盐,不利于偶合。

ArNH 2 + H +ArNH 3+

重氮盐与芳胺或酚偶合所得产物的通式为 Ar N=N Ar '，偶氮基N=N 是一种发色基

团，通常这些化合物带有颜色,其中很多被用做染料，因而称为偶氮染料(azo －dye ｓ）。

O 2N N=N

OH

对位红

N=N SO 3Na (CH 3)2N

甲基橙

14.4季铵盐和季铵碱

季铵盐是一类很重要的精细化学品,属于阳离子型表面活性剂,用作杀菌剂、乳化剂、柔软剂、染色助剂及相转移催化剂等。咪唑衍生的六氟磷酸季铵盐、三氟甲基磺酸季铵盐作为离子液体(ｉｏnic ｌiquid ），近年来引起人们的关注。季铵盐具有盐的性质,易溶于水,熔点高。季铵盐与强碱作用得到季铵盐与季铵碱的平衡式：

R 4NX -++ KOH R 4NOH -++ KX

反应如果在醇溶液中进行,由于KX 沉淀析出，能使反应进行完全；如果季铵盐溶液用氧化银处理，由于卤化银不溶于水沉淀出来，反应也可以进行完全。

2R 4NX -++ Ag 2O + H 2O 2R 4N +OH -

+ 2AgX

季铵碱为强碱，其碱性与氢氧化钠、氢氧化钾等相近。季铵碱受热发生分解：

--

-- (CH 3)4NOH -+(CH 3)3N + CH 3OH

烷基具有β-Ｈ的季铵碱加热分解,生成叔胺和烯烃，这个反应称为霍夫曼（Hofmann ）热消除反应。反应机理大多按双分子消除反应(E2）进行,OH －

作为碱进攻β-碳原子上的氢

:

C C NR 3+C=C + H 2O + R 3N

当季铵碱的4个烃基不同时,消除反应的产物是双键上烷基最少的烯烃,这个规则叫Hofm ａnn 规则。

+OH -

CH 3CH=CHCH 3 + CH 3CH 2CH=CH 2 + N(CH 3)3

5 %95%

这一规律与卤代烷消除反应的Saytzef ｆ规则正好相反。Hof ｍann 消除的方向主要取决于β-H 的酸性，酸性强的氢优先被消去。当β-碳原子上有苯基、乙烯基、羰基等不饱和基团时,由于共轭效应使β-H 的酸性增强，因而这个氢原子容易被消去。 N +

Ph HO -

PhCH=CH 2 + CH 2=CH 2

主产物

霍夫曼规则适用于双分子消除反应。由于双分子消除反应的立体化学过程是反式消除，体积大的离去基团(三级胺基）与β-Η正处于相反方向。霍夫曼消除方向取决于最稳定的构象异构体。例如2-戊基三甲基铵盐的消除,得到98％的1-戊烯和２％的2-戊烯。

利用胺的甲基化反应以及季铵碱的热消除反应，可以用来推测胺的烃基结构,这一方法常用于生物碱的结构测定。

1４.5 酰胺的化学反应

氨基与酰基直接相连的化合物统称为酰胺。与磺酰基、磷酰基等相连的称为磺酰胺和磷酰胺。

14.5．1 酸碱性

由于各种酰胺中氨基氮原子的孤对电子直接与一个含氧不饱和键共轭，酰胺氮原子上的电子云密度明显降低,接受质子的能力大大降低,因此酰胺的碱性很弱,几乎呈中性。只有在强酸中才会显示出弱碱性。

在氮原子直接与两个酰基相连，氮原子上的电子云密度显著降低,使得Ｎ–H 键的极性增强，表现出一定的弱酸性。例如,邻苯二甲酰亚胺的pK ａ值为7.４，可以与强碱直接作用形成相应的盐：

--

--

NH O O

+ NaOH

N -Na +O O

+ H 2O

邻苯二甲酰亚胺负离子是一种温和的亲核试剂,可以与卤代烃发生ＳN 2反应，反应产物在碱性水溶液中水解后可以得到纯的伯胺。这一反应称为加布里（Ｇab ｒｉel ）反应。

NR O O

+ RX

N -Na +O O

2COOK

COOK

+ RNH 2

14.5.２ 脱水反应

酰胺与五氧化二磷、二氯亚砜等强脱水剂共热,可以发生脱水反应，形成腈。这是制备腈化合物的重要方法之一。例如,己二酰胺与五氧化二磷共热,可以形成己二腈：

CONH 2

CONH 225

CN

CN

14．5．3 霍夫曼降解

酰胺与溴或氯在碱性水溶液中反应,生成比原料少一个碳原子的伯胺,该反应被称为霍夫曼(Ho ｆma ｎn ）降解反应。该反应也可以直接用次氯酸钠或次溴酸钠代替卤素。

RCONH 2 + Br 2 + 4 NaOH RNH 2 + 2 NaBr + Na 2CO 3 + 2 H 2O RCONH 2 + NaOX + 2NaOH

RNH 2 + NaBr + Na 2CO 3 + H 2O

由于上述反应过程中发生了重排，所以又称为霍夫曼重排反应。例如:

--

-- CONH 2NH 2Ph NaOX, NaOH CONH 2

NH 2CONH

2

NH 2

NaOX, NaOH NaOX, NaOH

若酰胺的 －碳原子为手性碳，在重排过程中其构型保持。例如：

CONH

2NaOX, NaOH

NH

2

霍夫曼重排反应被认为是按下述历程进行的:

RCONH 2 + HO

-RCONH - + H 2O RCONH - + X 2RCONHX + X -RCONHX + HO -

RCONX + H 2O --RCONX

RCON: + X -..RN=C=O 氮烯异氰酸酯RN=C=O + H 2O RNH 2 + CO 2

在上述历程中，主要反应包括酰胺与碱的质子交换反应，酰胺负离子的亲卤反应，N －X 键的异裂反应以及氮烯(Nit ｒｅn ｅ）的重排反应以及异氰酸酯的水解反应。

与酰胺化合物相比，磺酰胺虽然也可以顺利地与氯气在碱性溶液中进行氯代反应,但是最终并不形成降解产物，而是停留在N-氯代磺酰胺盐。例如,对甲苯磺酰胺在10-１5％的氢氧化钠水溶液中与氯气反应，反应温度为6５-7０ ℃，可以得到高产率的氯胺T (Chlora ｍine T ,或Ｔos ｙlc ｈｌora ｍide So ｄiu ｍ)

H 3C SO 2NH 2+ Cl 2H 3C SO 2NClNa +

-

氯胺Ｔ为外用消毒药,对细菌、病毒、真菌、芽胞均有杀灭作用。其作用原理是溶液产生次氯酸放出氯，有缓慢而持久的杀菌作用,可溶解坏死组织。适用于饮水食具、食品，各种器具、水果蔬菜消毒，创面、粘膜冲洗。

1４.5.4 还原反应

--

-- 酰胺一般不易被还原，在高温高压下催化氢化才能还原为胺,但所得到的为混合物。 强还原剂氢化锂铝可将其还原为胺（伯胺、仲胺、叔胺）。例如：

42) H 2O

CH 3(CH 2)10CONHCH 3CH 3(CH 2)10CH 2NHCH 381-95%

N H CONH 2

N H CH 2NH 2

14．6 其它氨基化合物

14．６．1碳酸酰胺

碳酸分子中有两个羟基,如果被氨基取代，就可形成碳酸的两种酰胺-－氨基甲酸（碳酰胺)和尿素(碳酰二胺)。

一、氨基甲酸酯

氨基甲酸不稳定，极易分解为二氧化碳和氨气。但氨基甲酸酯却是稳定的化合物。一些氨基甲酸酯类化合物作为高效、低毒、广谱的农药已经得到应用。例如：

　　　灭草灵N-(3,4-二氯苯基)氨基甲酸甲酯）OCONHCH 3CH 3OCONHCH 3Cl

Cl

NHCOOCH 3

西维因（N-甲氨基甲酸-1-萘酯）速灭威（N-甲氨基甲酸-3-甲苯酯）

二、尿素

尿素也叫脲，最初是由尿中取得的，也是第一个在实验室中由人工合成的有机化合物(1828年)。。它是哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物。尿素是白色结,熔点1３5℃，易溶于水和乙醇，不溶于醚。强热分解成氨和二氧化碳。它除可用作肥料外,也是有机合成的重要原料，用于合成医药、农药、塑料等。尿素含氮量46％,在农业上用作氮肥。在工业上用作动物饲料添加剂,制造炸药、稳定剂和脲醛树脂等。1.６3%水溶液为等渗液，为角质溶解药、利尿脱水药,作用与山梨醇同。脱水作用快而强(15～３0min ）,但维持时间短（3~4h ）。用药后常继发脑体积增大和颅内压反跳性回升,故在本品注射后３～4h,须加用其他脱水药物。 商品尿素采用氨和二氧化碳为原料在高温、高压下进行合成制得。

2 NH

3 + CO 2H 2NCOONH 4H 2NCONH 2 + H 2O

12 ～22MPa 12 ～22MPa 180 ～200 C

尿素是碳酸的二酰胺,由于含两个氨基,所以显碱性,但碱性很弱,不能用石蕊试纸检验。尿素能与硝酸、草酸生成不溶性的盐，利用这种性质可以由尿液中分离尿素。

H 2NCONH 2 + HNO

3H 2NCONH 2 HNO 3

.不易溶于水

尿素在化学性质上与酰胺相似，在酸或碱的作用下，可被水解为氨和二氧化碳。

--

--

H 2N ─CO ─NH 2 + 2 NaOH

2 NH

3 + Na 2CO 3CO 2 + 2NH 4Cl H 2N ─CO ─NH 2 + H 2O + 2HCl

植物及许多微生物中含有一种尿素酶,它可使尿素水解,施于土壤中的尿素,就是被这种酶水解而放出氨的。

尿素能与亚硝酸作用放出氮气。 这个反应是定量完成的,所以测定放出氮气的量，就能求得尿素的含量。这是测定尿素含量常用的方法之一。

H 2NCONH 2 + 2 HNO 2

CO 2 + 2 N

2O

将尿素慢慢加热至熔点以上(约1５0~1６０℃,温度过高则分解),两分子尿素间失去一分子氨，生成二缩脲(或称缩二脲））。

2 H 2NCONH 2

H 2

NCONHCONH 2 + NH 3

缩二脲

二缩脲在碱性溶液中与稀硫酸铜溶液反应能产生紫红色，这个颜色反应叫作二缩脲反应。凡是分子中含有２个以上直接连接的酰胺键化合物,例如多肽、蛋白质等,都有这种颜色反应。

在乙醇钠作用下，尿素可以与丙二酸酯反应生成环状的丙二酰脲。尿素与2,2－二烃基丙二酸酯的反应产物是一类镇静安眠药物。

R'R

2H 5

COOC 2H 5+ H 2NCONH 2

C H ONa

NH

NH

R'R

O

O

O

三、硫脲

硫脲是尿素中的氧被硫替代后形成的化合物,属于硫代酰胺（R Ｃ(S)NR2,R 为烃基)。由于电负性差异，尽管结构类似,硫脲和尿素的性质很不相同。除此之外，硫脲还指一类具有通式(R1R ２N)(R3Ｒ4N)C=S 的有机化合物,即是简单硫脲氢被烃基取代后的衍生物。

硫脲是平面分子。在各种硫脲衍生物中， C=S 键長并没有很大差別，均在１.60±０.１?范围內。C-Ｎ键在某种程度上有双键性质，因此硫脲和尿素类似,不易发生反应。

硫脲具有以下互变异构:

H 2N H 2N

S

H 2N HN

SH

硫脲可由硫氰酸铵加热制得。但工业上主要还是由二氧化碳存在下氨氰化钙和硫化氢反应得到。

NH 4SCN

NH 3 + S=C=NH

H 2N H 2N

S

硫脲在有机合成中有广泛应用。例如，硫脲与α-卤代酮反应可以得到氨基噻唑:

--

--

H 2N HN

SH

O

I

+

S

N

NH 2

硫脲也可用于嘧啶环系的构建，具体过程是：硫脲中的氨基与β-二羰基化合物中的羰基及烯醇縮合，然后脱硫。

H 2N HN

SH

+

R

O

O O

3N

N

R

OH

N

N

R

1４.6.2 胍

胍（gu ａnid ｉne ）可看做是脲分子中的氧原子被亚氨基（＝ＮH ）取代而生成的化合物。胍分子中除去一个氢原子后的基团叫胍基,除去一个氨基后的基团叫脒基。

H 2N

NH 2

NH 胍H 2N

N

H NH

H 2N

R

NH 脒胍基

胍为吸湿性很强的无色结晶，熔点50℃,易溶于水。胍是一个有机强碱,碱性与氢氧化钠相近。它能吸收空气中的二氧化碳生成碳酸盐。胍的碱性不仅由于羰基与亚氨基所成原子团的碱性比羰基强，而且主要由于能形成稳定的胍阳离子(H ２N)３Ｃ＋

。

胍在碱性条件下不稳定,易水解为氨和尿素。在酸性条件下比较稳定,故一般制成其盐保存。

+ 2 H 2O

CO 2 + 2 NH 3 + H 2S H 2NC(=S)NH 2

工业上，胍常常是用二氰二胺(Dicya ｎｄia ｍide ）与硝酸铵反应制得,胍的许多衍生物可以作为药物使用。

H 2N

N CN

NH H

+ 2 NH 4NO 3

H 2N

NH 2

NH 2+NO 3-2

1４．６.3 肼

肼又称联氨（hydraz ｉne ）,分子式为N ２H 4，是一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的液体化合物,通常由水合肼脱水制得,主要用作火箭和喷气发动机的燃料。其烃基衍生物统称为肼。肼在空气中能吸收水分和二氧化碳气体,能和水按任意比例互相混溶，形成稳定的水合肼N 2H 4·H 2O 和含水3１%的恒沸物，沸点121℃。肼也与甲醇，乙醇互溶，但不溶于乙醚、氯仿和苯。

肼是强还原剂,在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属，可用于镜面镀银,在塑料和玻璃上镀金属膜。肼在碱性条件下可以将酮羰基还原成亚甲基,具体情况详见羰基化学

--

-- 一章介绍。

肼在药物合成中有广泛的应用。例如,异烟肼的合成:

异烟肼(雷米封，异烟酰肼)N O N H NH 2N O

OH

+ NH 2NH 2o

异烟肼对结核杆菌有良好的抗菌作用，疗效较好,用量较小,毒性相对较低，易为病人所接受。

肼与甘油在酸性介质中反应,可以得到吡唑。吡唑衍生物可以有烃基肼与1，3-而羰基化合物缩合得到。 OH

OH HO

+ NH 2NH 2 + H 2SO 4HN N

盐酸苯肼与酮在酸性条件下进行费歇尔反应，得到吲哚衍生物。

NHNH 2++N H

习 题

1４-1 按照碱性大小顺序，排列下列化合物:

（1)氨、甲胺、苯胺、二苯胺、三苯胺;

（2)环己胺、苯胺、对氯苯胺、对甲苯胺、对硝基苯胺;

（３）丁胺、丁酰胺、丁二酰亚胺

1４-２ 按照碱性从强至弱的顺序排列下列各组化合物：

（1)苯胺、乙胺、二苯胺、氨和N-甲基苯胺；

（2)甲胺、甲酰胺、苯胺、对甲苯胺、二甲胺;

（3)苯胺、N －乙酰苯胺、苄胺、邻苯二甲酰亚胺、氢氧化四甲铵

14－3 完成下列转化:

OH (1)(2)NH 2OH NH 2

(3)(4)

NH 2

CH 3NH 2

--

--

(5)

Br

Br

(6)

CH 3

CH 2CH 2NH 2

14-4 写出下列反应产物：

(1)

CH 2NH 2

+ CH 3COCl

?

(2)

N Ph

2

2

?

?

(3)

(4)

NH 2

224

NH 2

224

SnCl ?

?

?

(5))SO Ph

NH 2

?

1４－5 完成下列转变:

(1)

C 3H 7OH C 3H 7N(CH 3)2(2)

C 6H 5CH 3

p-CH 3C 6H 4F

(3)

CH 3CH 2NH 2CH 3CH 2NHCH 2Ph (4)

PhCH 2Cl

PhCH 2N(CH 3)3Cl

14-６ 写出下列反应的历程。

(1)

(2)

OH

NH 2

HNO 2

CHO

PhCH 2CONH 2

NaBrO PhCH 2NH 2

１4-7 试用化学方法除去甲苯中含有的少量苯胺。

--

-- 1４-8 试用简单的化学方法区分下列各组化合物。

（1)苯胺、乙胺、二乙胺、三乙胺；

（2）尿素、乙酰胺、乙胺、乙酰苯胺;

（3）苯酚、苯胺、N-甲基苯胺、苯甲醚

１4-9 完成下列反应：

N H CH )SO ?CH I ?Ag

O 3

2

??

? 14-10 写出下列化合物ＮａNO 2-HCl 水溶液反应生成的主要产物:

a ． N-甲基苯胺、ｂ. N,Ｎ-二甲基苯胺、c. 苄胺、d. 新戊基胺

1４－11 指出下列重氮盐在偶合反应中哪个活性最大,哪个最小？

N NCl Me

+-N NCl O 2N +-

a. b.

N NCl MeO +-N NCl Cl

+-c. d.

１４-12 化合物A 的分子式为C １4H 1３NO 。 A 与Na ＯH/H 2Ｏ一起回流慢慢溶解，同时有油状

物浮在液面上，可用水蒸气蒸馏法将油状物B 蒸出。B 能溶于稀HCl 溶液,与对甲苯 磺酰氯反应生成不溶于NaOH 的沉淀。把去掉Ｂ以后的碱溶液酸化后析出C,C 能溶 于N ａＨＣO3溶液。推测A 、B 和C 的构造式。

１４-13 分子式为C 4H 11N 的化合物A 的N ＭR 谱数据为:δ2.8 (1H,六重峰)，0７~１.5(１0H ，

多重峰)。其I Ｒ谱在3290 cm -１和3370 cm -1处有二个吸收峰，同时在１600c ｍ-1、1160cm -1、

８５0cm

－1处有吸收峰。推断Ａ的构造。

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