基础有机化学 2裴坚北京大学化学与分子工程学院2017年秋季奎宁（quinine），俗称金鸡纳霜或金鸡纳碱在氨基酸、多肽、蛋白质及各类生物碱中，氮是必不可少的。
自然界中存在的含氮化合物大多以胺的形式存在。
许多具有麻醉、镇静、兴奋及消炎等生理活性的天然产物也都含有氨基官能团，它们大多属于生物碱类化合物。
胺及其衍生物: 丰富多彩的功能和重要的合成意义阿立哌唑抗抑郁和精神疾病2015年销售额30亿美元2011年产量200万吨尼龙66有机LED 材料下一代显示元件生命的化学基础生物固氮108 吨/年数据：大型制药公司研发部门使用的反应频率统计前8从反应的角度看胺及其衍生物的合成: 中心位置反应类型占比%胺的酰化16.0含氮杂环合成7.4胺的芳基化 6.3羧酸衍生物转化为羧酸 5.4胺与卤代烃的取代反应 5.3还原胺化 5.3叔丁氧羰基(Bo c )脱保护反应 4.9铃木交叉偶联反应 4.6胺……胺……胺……胺常作为亲核试剂，具碱性，也可形成氢键。
但由于氮的电负性比氧小，与醇和醚中氧原子相比，胺中氮原子的亲核能力相对较强。
此外，伯胺与仲胺的碱性更强，酸性更弱，其形成的氢键更弱。
因此，在学习胺的过程中，需要复习醇和醚的基本性质，并与其进行对比。
胺通常分为脂肪胺和芳香胺，由于两者的某些化学性质具有明显的差别，因此本章将主要介绍脂肪胺的基本性质、反应以及合成方法。
氨（NH3）上的氢被烷基和芳基取代后的物质统称为胺(amine)，因此胺是氨的衍生物。
正如醇和醚与水相关一样，胺的基本化学性质与氨紧密相关。
氨基(-NH 2)和胺基(-NHR 、-NR 2，amino)都属于胺的官能团。
脂肪胺(aliphatic amine)和芳香胺(aromatic amine)：1-丁胺（脂肪胺）4-甲基苯胺（芳香胺）一级胺二级胺三级胺四级铵盐注意：一级、二级、三级胺与一级、二级、三级醇的区别胺的命名：自学第二节胺的结构脂肪胺的结构：空间排布基本上近似甲烷的四面体构型，氮原子在四面体的中心。
实际上，这对孤对电子正是氨或胺具有碱性和亲核性的本源。
可以认为苯胺中氮原子的杂化轨道在某种形式上介于sp2和sp3杂化之间。
芳香胺的结构：对小分子的胺而言，通常只需活化能21~30 kJ·mol-1，在室温就可很快地互相转化。
实际上，氮原子上的孤对电子不能起到四面体构型中第四个“基团”的作用，这也是通常胺被认为是三角锥形构型的原因。
如何让胺的四面体构型不能顺利翻转？碱性：孤对电子；酸性：N-H的吸电子诱导效应脂肪胺电子效应：烷基属于给电子基团，使氮原子的电荷密度增加，此外与酸反应后形成的铵正离子也会因正电荷容易分散而稳定。
胺中烷基越多，碱性也应该越强。
立体效应：取代烷基逐渐增大，占据的空间也大，使质子不易与氨基接近，就会导致胺的碱性降低。
溶剂化效应：烷基取代越多，则胺的氮原子上的氢就越少，溶剂化程度亦逐渐减少，碱性也就减弱。
在水中的碱性：(n-Bu)NH>n-BuNH2>(n-Bu)3N；2N>(n-Bu)2NH>n-BuNH2；在氯苯中的碱性：(n-Bu)3在苯中的碱性：(n-Bu)NH>(n-Bu)3N>n-BuNH2。
2胺能与水有形成氢键的溶剂化作用，而与氯苯和苯则不能形成氢键。
由于氮上的孤对电子与苯环的π电子互相作用，形成一个大的共轭体系而变得稳定；但也降低了氮原子的电子云密度，从而减弱了其质子化的能力，因此苯胺的碱性(p Kb =9.40)比氨或烷基胺弱得多（接近于p K b= 6）。
具有给电子效应的取代基使相应苯胺衍生物的碱性增加；反之，具有吸电子效应的取代基会导致相应苯胺衍生物的碱性减弱。
吸电子取代基不管位于苯环的哪一个位置，都会使氨基的碱性减弱。
芳香胺的碱性与取代基的关系：芳香胺的碱性与取代基的关系：苯胺二苯胺三苯胺其共轭酸的p Ka 4.60.8-5当氮原子上连接更多苯环时，如二苯胺和三苯胺，其碱性进一步减弱。
如二苯胺的碱性要比苯胺弱6300倍，而三苯胺基本上可以认为没有碱性：第三节胺的酸、碱性芳香胺的碱性与取代基的关系：吡啶，其氮原子采用了sp2杂化方式，与其类似物六氢吡啶相比，其碱性要差106倍咪唑的碱性要比吡啶强100倍，这是由于咪唑环质子化后可以形成更为稳定的共振结构。
胺的成盐反应：胺可与盐酸、硫酸、硝酸、醋酸和草酸等酸反应生成铵盐。
铵盐是离子化合物，有机酸的铵盐在水中溶解度较小，通常不溶于非极性有机溶剂。
也可以与卤代烷反应生成胺盐。
许多药物和具有生理活性的胺通常以盐的方式保存和使用。
离子液体：相转移催化剂：氨或胺的烷基化和Gabriel 合成法Hofmann 烷基化反应(alkylation): 直接烷基化利用氨/胺的亲核性与烷基亲电试剂发生S N 2反应，常得到一级胺、二级胺、以及三级胺混合物解决的方法：1. 大过量的原料；2. 位阻的控制；3. 分子内反应第二步的反应速率极快碱碱其他方法：为了提高反应的效率和产率，在不改变卤代烷的条件下，需要选用不同的亲核试剂:1. 利用叠氮化合物代替氨2. 利用邻苯二甲酰亚胺代替胺：间接烷基化盖布瑞尔(Gabriel)合成烷基化：此时胺作为亲核试剂或基团局限性：直接烷基化：混合物，或需要大量的卤代烷；间接烷基化：只能制备一级胺3. 醛、酮的还原胺化：将胺从亲核试剂转化为亲电试剂这是一个动态平衡CN可以稳定存在。
在弱酸性条件下进行，NaBH3条件温和：羧酸，酯，酰胺等不发生反应。
复习：曼尼希Mannich反应选择性的还原剂不断消耗亚胺或亚胺正离子, 生成胺催化加氢氢化试剂弱酸性条件下亚胺质子化得到亚胺正离子，亲电性增强Leuckart-Wallach反应：甲酸作还原剂第四节氮的亲核能力Eschweiler-Clarke甲基化反应生物体系中的还原胺化谷氨酸脱氢酶大自然的硼氢化钠: NADH和NADPH (还原型辅酶I和II)α-酮戊二酸谷氨酸从拉瓦锡算起，现代化学也算发展了几百年了吧！不好意思，我做这行好几亿年了……工业应用中的酶催化的还原胺化胺脱氢酶单一的对映异构体甲酸脱氢酶无害的副产物高产率腈, 肟, 酰胺的还原: 均经过亚胺中间体▪腈(亚甲基)一级胺▪肟如果腈是从卤代烷S N 2反应得到, 碳链的长度+1(类似Gabriel 合成的策略)▪酰胺一/二/三级胺一级胺醛酮与羟氨生成肟是一个几乎定量的反应。
肟通常易于纯化。
(类似还原胺化的策略)芳香硝基化合物的还原反应重点应用于芳香胺合成不能还原硝基注意1.酸性条件下的金属还原：金属主要有Zn 、Fe 、Sn 以及SnCl2；2.中性或弱酸性条件下的金属还原：In/NH 4Cl/CH 3CH 2OH 或者In/H 2O/THF ；3.催化氢化：Pd 、Ni 、Pt/H 2(1~4atm)；4.选择性催化还原：Pd/C/HCOONH4，在此条件下，羧基、酯基、氰基以及酰胺均不受影响；5.H 2NNH 2/H 2O ：也可以还原羰基和碳碳双键，参见黄鸣龙反应；6.亚硫酸盐和连二亚硫酸钠(Na 2S 2O 4)可以将硝基、亚硝基、羟氨基、偶氮基还原为氨基；7.Zinin 还原：硫化钠、氢化铵、多硫化铵胺的酰基化与Hinsberg反应四级铵碱：湿的氧化银;四级铵碱固体，它是易吸湿性物质，类似于氢氧化钾、氢氧化钠Hofmann消除反应：将四级铵碱加热分解成烯烃、三级胺以及水的反应。
Hofmann反应早期用途：主要用于含氮有机化合物的结构测定。
1.氮原子的彻底甲基化反应：一级、二级或三级胺与过量CH3I反应，生成相应的碘化四级铵盐。
2.四级铵盐与湿的氧化银反应，生成四级铵碱。
3.四级铵碱的醇溶液或水溶液在减压条件下浓缩，接着在100～200o C加热生成烯烃、水和三级胺。
在减压下，此反应可在较低温度下高产率生成烯烃。
4.在环状胺的结构测定中，以上步骤需要多次重复，直到氮从底物中完全消除。
Hofmann规则：Hofmann认为在四级铵碱的消除反应中，较少烷基取代的β碳上氢原子优先被消除，即β碳上氢原子的反应性为CH3> RCH2> R2CH。
对比：Zaitsev消除规则。
比较：四级铵碱的E2消除卤代烷的E2消除碱进攻β碳上烷基取代基较少的氢碱进攻β碳上烷基取代基较多的氢酸性强酸性弱反应速率快产物稳定分类反应机理实例E1单分子消除醇失水，三级卤代烷在强极性溶剂中失卤化氢E2双分子消除似E1L是好的离去基团，L比H易离去，如卤素热力学控制的产物。
卤代烷的E2消除（符合Zaitsev夫规则）E2似E1cbL不是好的离去基团，H比L易离去，如NR3动力学控制的产物。
四级铵碱的E2消除（符合Hofmann规则）E1cb单分子共轭消除碳负离子很不稳定。
按这种机理进行的情况较少。
β 消除反应有E1、E2、E1cb机理对比修正后的Hofmann规则：1. 酸性强的氢原子优先离去Hofmann规则：当 氢原子空阻太大时，Hofmann消除反应不能正常进行：2. 在氢原子的酸性近似的情况下，空阻小的氢原子优先被碱进攻：Hofmann规则：3. 处于反式位置的氢原子优先消除：Hofmann规则：胺易被氧化：一级芳香胺很容易被氧化成亚硝基化合物。
氧化剂有H2SO5（Caro酸）、H2O2/HOAc、NaBO3等。
二级芳香胺在以上条件下会被氧化芳香羟胺，它很难继续被氧化。
三级芳胺可以高产率地被氧化成氮氧化合物：苯胺可以被氧化为苯醌:在各种氧化剂的作用下，苯胺可以转化为各种染料。
如在砷酸（H3AsO4）的氧化下，可以转化为紫色的violaniline；在氯酸盐和钒盐作用下，可以转化为黑色染料苯胺黑。
BASF 的名字来源Badische Anilin-和Soda-Fabrik(English: Baden Aniline and Soda Factory)。