第17章　胺

17.1　復(fù)習(xí)筆記

一、胺的分類

1．概念

氨上的氫被烴基取代后的物質(zhì)稱為胺（amine）。氨基（一NH₂、--NHR、  NR₂，amino）是胺的官能團(tuán)。

2．分類

（1）根據(jù)胺分子中烴基的種類不同，可以分為脂肪胺（aliphatic amine）和芳香胺（aromatic amine）。例如：

   CH₃CH₂NHCH₃

對甲基苯胺（芳香胺）  甲基乙基胺（脂肪胺）

（2）根據(jù)在氮上烴基取代的數(shù)目，胺可分為一級（伯）胺（primary amine）、二級（仲）胺（secondaryamine）、三級（叔）胺（tertiary amine）和四級（季）銨鹽（quaternary ammonium salt）。

這里所指的一級、二級和三級胺是指氮與幾個(gè)烴基相連，而不是烴基本身的結(jié)構(gòu)。

二、胺的結(jié)構(gòu)

1．氨

（1）氮是用sp³雜化軌道和其它原子成鍵的。氨具有棱錐形的結(jié)構(gòu)，氮用sp³雜化軌道與三個(gè)氫的S軌道重疊，形成三個(gè)sp³-s σ鍵，成棱錐體，氮上尚有一對孤電子，占據(jù)另一個(gè)sp³雜化軌道，處于棱錐體的頂端，類似第四個(gè)“基團(tuán)”。

（2）氨的空間排布基本上近似碳的四面體結(jié)構(gòu)，氮在四面體的中心。

2．胺

（1）與氨的結(jié)構(gòu)相似，在胺中，氮上的三個(gè)sp³雜化軌道與氫的s軌道或別的基團(tuán)的碳的雜化軌道重疊，亦具有棱錐形的結(jié)構(gòu)。

如圖l7-l所示：

氨的結(jié)構(gòu)  甲胺的結(jié)構(gòu)  三甲胺的結(jié)構(gòu)

圖l7-l  氨及胺的結(jié)構(gòu)

（2）在苯胺中，氮仍是棱錐形的結(jié)構(gòu)，H—N—H鍵角為ll3.9°，H—N—H平面與苯環(huán)平面交叉的角度為39.4°，如圖l7-2所示：

圖17-2  苯胺的結(jié)構(gòu)

（3）胺對映體之間的互相轉(zhuǎn)化，需要能量很低，故兩個(gè)對映體在室溫就可以很快地互相轉(zhuǎn)化，見圖17-3。

（4）在四級銨鹽中，氮上的四個(gè)sp³雜化軌道都用于成鍵。氮構(gòu)型的翻轉(zhuǎn)不易發(fā)生，可確實(shí)分離得到這種旋光相反的對映體，例如圖17-4所示的化合物可以拆分為（+）及（-）光活體。

圖17-3  胺的對映體及其相互轉(zhuǎn)化　 圖17-4  四級銨鹽的對映體

三、胺的物理性質(zhì)

（1）胺與氨，除前者易燃外，性質(zhì)很相像。

（2）低級胺是氣體或易揮發(fā)的液體，氣味與氨相似，有的有魚腥味，高級胺為固體。芳香胺為高沸點(diǎn)的液體或低熔點(diǎn)的固體，具有特殊的氣味。

（3）芳香胺的毒性很大。

（4）一級、二級和三級胺與水能形成氫鍵，一級和二級胺本身分子間亦能形成氫鍵，胺的沸點(diǎn)比具有相同相對分子質(zhì)量的非極性化合物高，而比相對分子質(zhì)量相同的醇的沸點(diǎn)低。

四、胺的反應(yīng)

1．胺的成鹽反應(yīng)  四級銨鹽的應(yīng)用

（1）胺的堿性

由于氨基的氮原子上有一對孤電子，易與質(zhì)子結(jié)合，因此具有堿性。

用胺的水溶液的堿解離常數(shù)K_b或其對數(shù)的負(fù)值pK_b來表示胺的堿性強(qiáng)度。

胺的水溶液的堿解離常數(shù)可用未解離物質(zhì)的總濃度去除胺離子濃度與氫氧離子濃度的乘積來表示：

pK_b＝—lgK_b

K_b值越大或pK_b值越小，說明氮與質(zhì)子結(jié)合能力越強(qiáng)，胺的堿性越強(qiáng)；而胺的共軛酸的K_a值越大或pK_a值越小，則表明胺的堿性越弱。

①脂肪胺的堿性

a．在脂肪胺中，由于烷基可以給電子，使形成的銨正離子正電荷分散而穩(wěn)定：

誘導(dǎo)效應(yīng):胺的氮原子上烷基取代逐漸增多，堿性也就逐漸增強(qiáng)。

溶劑化效應(yīng):烷基取代越多，則胺的氮原子上的氫就越少，溶劑化程度亦逐漸減少，堿性也就減弱。

空間位阻:如果胺中的烷基逐漸增大，占據(jù)的空間也大，使質(zhì)子不易與氨基接近，因而三級胺的堿性降低。

在水中的堿性： 2°胺 > 1°胺 > 3°胺。

在苯中的堿性： 2°胺 > 3°胺 > 1°胺。

②芳香胺的堿性

a．芳香胺的堿性比氨弱。

b．苯環(huán)上的其它取代基也會對苯胺的堿性產(chǎn)生影響。給電子取代基使堿性增加，吸電子取代基使堿性減弱。取決于吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)與給電子共軛效應(yīng)的相對強(qiáng)弱。

表17-1取代苯胺的堿性

（2）胺與酸的成鹽反應(yīng)

①成鹽時(shí)，氨基氮上的孤電子對與氫離子結(jié)合形成一個(gè)共價(jià)鍵，氮由三價(jià)變成銨鹽正離子：

②銨鹽是弱堿形成的鹽，一遇強(qiáng)堿即游離出胺來，常利用這些性能，將胺與其它化合物分離。用稀鹽酸處理，胺與鹽酸成鹽并溶于稀鹽酸中，而中性化合物不溶，將二者分開后，銨鹽溶液用堿中和即可回收胺。　 

③胺的鹽酸鹽或其它一些鹽具有一定的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)，可用于鑒定胺。

④一些有光學(xué)活性的天然有機(jī)堿，常常用于拆分一對消旋的有機(jī)酸。

（3）四級銨鹽及其相轉(zhuǎn)移催化作用

①四級銨鹽

將三級胺與鹵代烷加熱，形成四級銨鹽，也稱季銨鹽。

氯化苯甲基三甲基銨

四級銨鹽是具有離子性的物質(zhì)，易溶于水，不溶于乙醚，熔點(diǎn)高，常常在熔點(diǎn)前分解。

四級銨鹽與氫氧化鈉或氫氧化鉀作用，產(chǎn)生四級銨堿，成下列平衡體系：

四級銨堿

很多具有實(shí)際用途的四級銨鹽，四個(gè)烴基中有一個(gè)是長鏈的，它可以作為“肥皂”使用，稱為翻轉(zhuǎn)的肥皂。

②相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)

能把反應(yīng)實(shí)體從一相轉(zhuǎn)移到另一相的催化劑稱為相轉(zhuǎn)移催化劑（phase transfer catalyst）。

在非均相的有機(jī)反應(yīng)中，由于兩種反應(yīng)物處在互不相溶的不同的液相體系中，反應(yīng)物只能在兩相交界處接觸，反應(yīng)速率很慢，甚至難以發(fā)生。例如：

若在上述反應(yīng)體系中加入（n-C₄H₉）₃相轉(zhuǎn)移催化劑．，其能不斷地將CN^-從水相運(yùn)送到有機(jī)相。在有機(jī)相中，CN^-不被溶劑包圍，是裸露的，很容易與RX發(fā)生反應(yīng)，得到高產(chǎn)率的RCN。然后，在反應(yīng)中產(chǎn)生的X^-被相轉(zhuǎn)移催化劑運(yùn)送到水相。

相轉(zhuǎn)移催化劑并沒有損耗，只是重復(fù)地起“轉(zhuǎn)送”負(fù)離子的作用。

2．四級銨堿和Hofmann消除反應(yīng)

（1）四級銨堿

四級銨鹽在強(qiáng)堿（KOH，NaOH）作用下產(chǎn)生四級銨堿（quaternary ammonium hydroxide），

并與四級銨鹽達(dá)成平衡。四級銨堿是與氫氧化鉀、氫氧化鈉相等的強(qiáng)堿。

四級銨堿的制?。?/p>

隨著鹵原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)的增加，主要產(chǎn)物由Zaitsev消除產(chǎn)物逐步地變?yōu)镠ofmann消除產(chǎn)物。

⑥Hofmann消除反應(yīng)適用于β碳上的取代基是烷基的胺。

（3）Hofmann消除反應(yīng)的應(yīng)用：

①用于胺的結(jié)構(gòu)測定。

用足夠量的碘甲烷處理胺，胺氮原子上的氫被甲基逐個(gè)取代，最后，三級胺與碘甲烷形成四級銨鹽，這個(gè)反應(yīng)稱為徹底甲基化反應(yīng)。

由于不同級胺的氮上氫的數(shù)目不一樣，因此從引入的甲基數(shù)即可判斷原料是哪一級的胺。甲基化后的胺，用濕的氧化銀處理，得四級銨堿，將干燥的四級銨堿加熱分解，發(fā)生Hofmann消除，得到三級胺及烯。例如：

根據(jù)所得烯烴的結(jié)構(gòu)可以推測原來胺的分子結(jié)構(gòu)。

②合成用一般方法不易合成的烯烴。如1，4-戊二烯。

3．胺的?；疕insberg反應(yīng)

（1）胺可用酰氯、酸酐酰化。磺酰氯，特別是苯磺酰氯及對甲苯磺酰氯，常用于一級胺及二級胺的磺酰化，如

（2）一級胺、二級胺、三級胺的分離和鑒別

一級胺、二級胺、三級胺與磺酰氯的反應(yīng)稱為Hinsberg（興斯堡）反應(yīng)。Hinsberg反應(yīng)可以在堿性條件下進(jìn)行。

一級胺反應(yīng)產(chǎn)生的磺酰胺。氮上還有一個(gè)氫，因受磺?；绊?，具有弱酸性，可以溶于堿成鹽；

二級胺形成的磺酰胺因氮上無氫,不溶于堿；

三級胺不起Hinsberg反應(yīng)，但可溶于酸。

可以利用生成的磺酰胺性質(zhì)上的不同，用來分離與鑒定三類胺。

N^-苯基對甲苯磺酰胺（能溶于堿中）

　 N，N一二乙基對甲苯磺酰胺

  （不溶于堿，亦不溶于酸）

磺酰胺水解可得回原來的胺，但磺酰胺的水解速率比酰胺慢得多。

4．胺的氧化和Cope消除

（1）氧化胺

①銨鹽很穩(wěn)定．但胺很容易氧化。氧化劑多為過氧化氫、過酸。

②氧化胺的電子結(jié)構(gòu)為（i），氮原子上的孤電子對與氧原子以配價(jià)鍵結(jié)合，因此常用構(gòu)造式（ii）或（iii）表示．

③氧化胺具有四面體構(gòu)型，氮在四面體中心，三個(gè)取代基與氧原子在四面體的四個(gè)頂端，當(dāng)?shù)系娜齻€(gè)基團(tuán)不同時(shí)，應(yīng)具有一對有光活性的對映體。

例如：

氧化胺的偶極矩較大，因此這類化合物極性大，熔點(diǎn)高，不溶于乙醚、苯，易溶于水。

（2）Cope消除

①定義：若氧化胺的β碳上有氫，當(dāng)加熱到150～200℃時(shí)會發(fā)生熱分解，得羥胺及烯：

這個(gè)反應(yīng)稱為Cope消除反應(yīng)。

②應(yīng)用：用于烯烴的合成以及在化合物上除掉氮，當(dāng)氧化胺的一個(gè)烴基上兩個(gè)β位均有氫存在時(shí)，得到的是混合物，但以Hofmann產(chǎn)物為主。

如得到的烯烴有順反異構(gòu)體時(shí)，一般以反型異構(gòu)體為主。例如：

③如氧化胺氮上有兩個(gè)或三個(gè)烴基均有β位氫時(shí)，得混合物。

這個(gè)反應(yīng)是E2順式消除，反應(yīng)時(shí)形成一個(gè)平面的五元環(huán)的過渡態(tài)，氧化胺的氧作為進(jìn)攻的堿：

④脂肪族一級胺被過氧化氫氧化成肟，二級胺氧化成羥胺，一級和二級芳香胺亦能氧化成羥胺、亞硝基物。產(chǎn)率低，合成用途不大。

5．胺與亞硝酸的反應(yīng)

（1）一級脂肪胺與亞硝酸的反應(yīng)

①一級脂肪胺與亞硝酸反應(yīng)形成重氮鹽（diazonium salt），但其重氮鹽非常不穩(wěn)定，立即白發(fā)地分解并進(jìn)行取代、重排、消除等一系列反應(yīng)，最后得到氮?dú)狻⒋?、烯等?fù)雜產(chǎn)物。其反應(yīng)式為

②產(chǎn)生這樣復(fù)雜的產(chǎn)物，是因?yàn)橹氐}可以通過幾個(gè)途徑發(fā)生反應(yīng)。

這個(gè)碳正離子還可以進(jìn)行重排，重排后的碳正離子又可發(fā)生取代反應(yīng)與消除反應(yīng)：

取代反應(yīng)、消除反應(yīng)和重排反應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行，使反應(yīng)體系中的產(chǎn)物比較復(fù)雜。

一級脂肪胺與亞硝酸反應(yīng)釋放的氮是定量的，因此該反應(yīng)可用來測定一級氨基的含量。

③在一級脂肪胺中，一個(gè)比較有制備價(jià)值的反應(yīng)為Tiffeneau（蒂芬歐）—Demjanov（捷姆揚(yáng)諾夫）的環(huán)擴(kuò)大的重排反應(yīng)：

擴(kuò)環(huán)一步的反應(yīng)機(jī)理如下所示：

1-氨甲基環(huán)烷醇可以從酮制備，因此這是從低級環(huán)酮合成高級環(huán)酮（增加一個(gè)碳）的方法。

上述方法適用于制C₅～C₉環(huán)，最有用的是制C₅、C₆、C₇的環(huán)酮。

（2）二級脂肪胺與亞硝酸的反應(yīng)

二級脂肪胺與亞硝酸反應(yīng)得N一亞硝基二級胺：

N一甲基一N亞硝基乙胺

產(chǎn)物的氮上沒有可供轉(zhuǎn)移的氫，因此產(chǎn)物是穩(wěn)定的。

此反應(yīng)可以用來鑒別二級胺，即反應(yīng)后得到黃色油狀液體或固體，即可認(rèn)為是二級胺。N一亞硝基二級胺，可用還原方法（如SnCl₂+HCl等）將亞硝基除掉，仍得二級胺，所

以這也是二級胺的提純方法。

（3）三級脂肪胺與亞硝酸的反應(yīng)

在三級脂肪胺的N上不發(fā)生亞硝化作用。三級脂肪胺可以與亞硝酸形成一個(gè)不穩(wěn)定的鹽：

（2）重氮甲烷的制備

最常用而又非常方便的制備重氮甲烷的方法是：使N一甲基一N一亞硝基對甲苯磺酰胺在堿作用下分解：

（3）重氮甲烷的反應(yīng)

重氮甲烷非常活潑，能夠發(fā)生多種類型的反應(yīng)，是有機(jī)合成的重要試劑。

①與酸性化合物反應(yīng)

重氮甲烷是一個(gè)很重要的甲基化試劑，可以與酸反應(yīng)形成甲酯，與酚、β-二酮和β-酮酯的烯醇等反應(yīng)能形成甲醚。

②形成卡賓的反應(yīng)

重氮甲烷受光的作用分解成最簡單的卡賓——亞甲基卡賓（methylene carbene）：

　 亞甲基卡賓

重氮甲烷的衍生物能形成有取代基的卡賓：

機(jī)理為：

反應(yīng)過程是首先由重氮甲烷與羰基發(fā)生親核加成，然后發(fā)生基團(tuán)轉(zhuǎn)移。

基團(tuán)轉(zhuǎn)移順序?yàn)椋篐>CH₃>RCH₂>R₂CH>R₃C。

此反應(yīng)可用于環(huán)酮環(huán)的擴(kuò)大，同時(shí)有副產(chǎn)物環(huán)氧化合物產(chǎn)生。例如：

④與酰氯的反應(yīng) 

重氮甲烷與酰氯反應(yīng)首先形成重氮酮（i），（i）在氧化銀催化下與水共熱，得到?；ㄙe（acyl carbene）（ii），（ii）發(fā)生重排得烯酮（iii），（iii）與水反應(yīng)產(chǎn)生酸：

（i）重氮酮　  （ii）酰基卡賓  （iii）烯酮

如果最后一步用醇或氨（胺）代替水，則得酯或酰胺。此反應(yīng)稱Arndt（阿恩特）一Eistert（艾司特）反應(yīng)，其中（ii）重排反應(yīng)是這個(gè)反應(yīng)的關(guān)鍵一步。例如：

五、胺的制備

1．氨或胺的烷基化

鹵代烷與氨或胺的反應(yīng)，稱為Hofmann烷基化反應(yīng)（alkylation）。

氨的氮上有一對孤電子，容易對鹵代烷發(fā)生親核的取代反應(yīng)，反應(yīng)是按S_N2機(jī)理進(jìn)行的，開始反應(yīng)時(shí)，鹵代烷與氨生成一級銨鹽：

用分餾的方法將它們一一分離，這適用于工業(yè)上大規(guī)模的制備。

也可以利用原料的摩爾比不同，以及控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和其它條件，使其中某一個(gè)胺為主要產(chǎn)品。

小分子的鹵代烷可用水作溶劑，大分子的則用醇或液氨作溶劑，鹵代烷的反應(yīng)活性為RI>RBr>RCl，一級鹵代烷最好，二級鹵代烷次之，三級鹵代烷易發(fā)生消除反應(yīng)。

用二級胺的鋰鹽，提高了胺中氮原子的親核性，進(jìn)行烷基化反應(yīng)可以得到較多的三級胺：

2.Gabriel合成法

（1）亞胺氮上的氫，由于受兩個(gè)羰基的影響，具有酸性，能與堿金屬成鹽，具有親核的性質(zhì)，可以與鹵代烷發(fā)生置換反應(yīng)，然后再水解得一級胺。上述反應(yīng)過程稱為Gabriel（蓋布瑞爾）合成法。反應(yīng)式如下所示：

反應(yīng)時(shí)，最好的溶劑為二甲基甲酰胺。

（2）用途

①Gabriel合成法是制備純凈的一級胺的一種好方法。有些情況下水解很困難，可以用肼解代替：

②有些氨基酸是用此法制得的，純度很高，產(chǎn)率也好：

上式中羧基用酯的形式保護(hù)起來，以避免發(fā)生酸堿反應(yīng)，待α-鹵代酸酯與鄰苯二甲酰亞胺的鉀鹽反應(yīng)后，水解酰胺鍵時(shí)，由于酯比酰胺易水解，羧基也就游離出來。

鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽與鹵代烷反應(yīng)是S_N2反應(yīng)，如與鹵原子連接的碳為手性碳原子，反應(yīng)時(shí)構(gòu)型發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

3．用醇制備

用醇與氨在催化劑作用下加熱、加壓可合成胺，但這種胺是一級、二級、三級胺的混合物，如

4．含氮化合物的還原

（1）硝基化合物、腈、酰胺和肟可以通過催化氫化或化學(xué)還原的方法還原為胺。一級、二級和三級酰胺可用氫化鋁鋰還原為相應(yīng)的一級、二級和三級胺。

①硝基化合物的還原是制備芳香一級胺的方法。

②實(shí)驗(yàn)室常用錫和鹽酸來還原。

（2）用鐵粉和硫酸亞鐵（ferrous sulfate）作還原劑，在酸性介質(zhì)中還原脂肪族硝基化合物，是比較好的制備脂肪胺的方法：

用氯化亞錫作還原劑，可避免醛的還原，但用鋅和酸作還原劑，醛也被還原為甲基：

間甲苯胺　  　間氨基苯甲醛

另一類還原試劑是硫化銨（H₂S+NH₃·H₂0）（ammonium sulfide）、硫氫化鈉（NaHS）（sodium

hydrosulfide）、硫化鈉（Na₂s）（sodium sulfide）等，它們的特點(diǎn)是用計(jì)算量的試劑可以將二硝基化合物選擇性還原，如果試劑過量，則繼續(xù)反應(yīng)：

2-甲基-S-硝基苯胺　  4-甲基-3-硝基苯胺

4-硝基-l,2-苯二胺

52％～58％

（3）工業(yè)上常用蘭尼鎳或銅在加壓下氫化，反應(yīng)在中性條件進(jìn)行。因此對酸性或堿性條件敏感的化合物，可用此法還原。

鄰氨基乙酰苯胺，90％

硝基化合物在酸性條件下反應(yīng)，經(jīng)過下列幾步還原為一級胺。但不能將中間物分離出來：

在中性介質(zhì)中很容易停留在羥胺一步。

肟可用催化氫化法還原，也可以用鈉和乙醇或氫化鋁鋰來還原，例如：

5．醛、酮的還原氨（胺）化

（1）氨或胺可以與醛或酮縮合，得亞胺，如存在氫及催化劑或氫化試劑，立即還原為相應(yīng)的一級、二級或三級胺，這個(gè)方法稱還原氨（胺）化（或稱胺的烷基化）。例如：

（2）產(chǎn)物一級胺還可與原料羰基化合物進(jìn)行縮合反應(yīng)：

醛或酮在高溫下與甲酸銨反應(yīng)得一級胺，這個(gè)反應(yīng)稱為Leuckart（劉卡特）反應(yīng)。例如：

α-甲基苯甲胺，66%

首先甲酸銨受熱分解為氨和甲酸，氨和醛或酮反應(yīng)生成亞胺，甲酸作為還原劑先提供一個(gè)正氫再提供一個(gè)負(fù)氫將亞胺還原成胺。

反應(yīng)機(jī)理為：

上述反應(yīng)也可以在過量甲酸的存在下，利用甲醛與一級胺或二級胺反應(yīng)生成甲基化的三級胺，反應(yīng)條件比較溫和．甲醛在反應(yīng)中可以當(dāng)作一個(gè)甲基化試劑，此反應(yīng)稱為Eschweiler（埃斯韋勒）一Clarke（克拉克）甲基化反應(yīng)。例如：

N-甲基-2-（對甲苯基）六氫吡啶，94％

N，N-二甲基苯乙胺，74％～89％

6．從羧酸及其衍生物制胺

（1）Hofmann重排反應(yīng)

酰胺與次鹵酸鹽（工業(yè)上常用NaOCl，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOBr）的堿溶液（或鹵素的氫氧化鈉溶液）作用時(shí)，放出二氧化碳，生成比酰胺少一個(gè)碳原子的一級胺的反應(yīng)稱為Hofmann重排反應(yīng)，也稱Hofmann降解反應(yīng)。

反應(yīng)機(jī)理如下：

Hofmann重排反應(yīng)過程復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)率較高，產(chǎn)物較純。例如：

鄰氨基苯甲酸可用鄰苯二甲酰亞胺通過下法制備：

（2）Curtius反應(yīng)

由酰氯和疊氮化合物制備酰基疊氮，酰基疊氮在惰性溶劑中加熱分解，失去氮?dú)夂螅嘏懦僧惽杷狨?，然后水解得一級胺。這個(gè)反應(yīng)稱為Curtius（克提斯）反應(yīng)。

（3）Schmidt反應(yīng)

將羧酸與等物質(zhì)的量的疊氮酸（HN₃）在惰性溶劑中用硫酸作縮合劑進(jìn)行縮合。然后在無機(jī)酸的作用下，使?；B氮分解，重排，最后水解為一級胺。這個(gè)反應(yīng)稱為Schmidt（施密特）反應(yīng)。Schmidt反應(yīng)是對上法的改進(jìn)。

如果原料在硫酸中是穩(wěn)定的，則產(chǎn)率很高。疊氮酸及?；B氮均是容易爆炸及有毒的化合物，使用時(shí)應(yīng)注意安全。