元素原子对碱性的影响

与氨相似，胺中氮原子上含有一对未共用电子对，可以和其他原子的空轨道结合，因而胺具有碱性和亲核性。芳香胺的氨基（或N-取代氨基）中氮原子上未共用电子对所在的轨道和芳环π键会发生部分重叠，这使氮原子上未共用电子对所在轨道的p轨道成分增加，氮原子由原来的sp3不等性杂化逐渐趋于sp2杂化。因此，在氮原子和芳环之间可以形成p-π共轭体系，从而使芳香胺的碱性和亲核性减弱。同时，由于芳香胺中存在的这种p-π共轭体系可以使芳环上电子云密度增大，因此其芳环上的亲电取代反应更容易发生。

1.胺的碱性

胺与氨相似，其分子中氮原子上的未共用电子对使它们能从水中接受一个质子，形成铵离子，并产生氢氧根离子，也即胺显示碱性。胺的碱性强弱一般用碱离解常数p Kb来表示，p Kb越小，碱性越强。

在脂肪胺中，由于烷基是给电子基团，氨基中氮原子上的电子密度增加，接受质子的能力增强，因此，其碱性比氨（p Kb＝4．75）强。氮原子上所连的烷基越多，其电子云密度就越大，接受质子的能力就越强，其碱性也越强。例如，下列几种脂肪胺在气态时的碱性强弱顺序为：

（CH3）3N＞（CH3）2NH＞CH3NH2＞NH3

然而，脂肪胺的碱性不仅与烷基的供电诱导效应有关，其在水溶液中还会受到水的溶剂化效应及空间位阻等因素的影响。胺分子中氮原子上连接的氢越多，与之形成氢键的水分子越多，也即溶剂化程度就越大，其形成的铵正离子就越稳定，也即胺的碱性越强；当氮原子上连接的烷基增多时，空间位阻增大，质子与氮原子的接近困难，其碱性就减弱。例如，下列几种脂肪胺在水溶液中的碱性强弱顺序为：

（CH3）2NH＞CH3NH2＞（CH3）3N＞NH3

在芳香胺中，氨基中氮原子直接与苯环相连，它们之间可以形成p-π共轭体系，这使氮原子上的电子云密度下降，其接受质子的能力减弱，所以芳香胺的碱性比氨弱。氮原子上连的芳基越多，其电子云密度越低，接受质子的能力也就越弱，芳香胺的碱性也越弱。例如，下列几种芳香胺在水溶液中的碱性强弱顺序为：

NH3＞Ph NH2＞Ph2NH＞Ph3N

取代芳香胺的碱性强弱取决于芳环上取代基的性质，若为吸电子取代基，其碱性将减弱；若为给电子取代基，则碱性将增强。例如，下列几种取代苯胺的碱性强弱顺序为：

总之，综合考虑电子效应和空间位阻的影响，各类胺在水溶液中的碱性强弱顺序一般为：

脂肪仲胺＞脂肪伯胺＞脂肪叔胺＞氨＞芳香伯胺＞芳香仲胺＞芳香叔胺

由于胺类是弱碱，可以和大多数酸反应生成盐。铵盐一般能溶于水，在强碱（Na OH或KOH）作用下会释放出原来的胺。

利用胺的这一性质可以对不溶于水的胺进行分离、提纯。制药工业也常利用铵盐溶解性较好且性质稳定的特点，将难溶于水的胺类药物制成相应的盐。例如，局部麻醉药盐酸普鲁卡因就是以铵盐的形式使用的，其水溶液可用于肌肉注射。

思考题9-2 按碱性强弱顺序排列下列两组化合物。

思考题9-3 N，N-二甲基苯胺的碱性比苯胺的碱性更强，为什么？

2.胺的烷基化

氨具有一定的亲核性，可与卤代烃等试剂作用生成伯胺。伯胺与氨相似，也可以亲核进攻卤代烃等试剂，生成仲胺、叔胺，如果卤代烃过量，会继续反应生成季铵盐。从胺来看，这个反应相当于氮原子上的氢原子被烃基取代，称为胺的烷基化反应。在胺的烷基化反应中，通过控制卤代烃的用量以及反应时间和温度，可以使反应停在某一步，从而得到对应的某一种胺。

3.季铵碱的制备及霍夫曼消除

季铵碱是一种强碱，其碱性与Na OH的相当。当季铵盐与Na OH或者KOH作用时，得到的季铵盐是强酸强碱盐，反应是可逆的，因此季铵碱很难通过该反应来制备。

当用湿的Ag2O（即Ag OH）代替KOH和季铵盐作用时，由于生成的Ag X为沉淀，平衡可以向生成相应的季铵碱的方向进行，从而可以制备出季铵碱。这个反应也是制备季铵碱的常用方法。

季铵碱的性质也与Na OH或者KOH相似，易吸收空气中的水分而潮解，也能溶于水。

季铵碱在加热条件下（100℃～200℃）会发生分解，即霍夫曼消除。其产物的类型和季铵碱中烃基的结构有关，若季铵碱的分子中烃基上没有β-H，加热分解生成叔胺和醇。例如：

若季铵碱的分子中有一个烃基上有β-H，则加热时该烃基生成烯烃，另外三个烃基仍然连在氮原子上形成叔胺。例如：

当季铵碱的分子中有几种不同的β-H时，加热消除可以生成几种烯烃的混合物。霍夫曼在总结了大量实验结果的基础上，提出了一个规则，称为霍夫曼规则：季铵碱的热消除反应，通常是消除含氢较多的β-C上的氢。这与查依采夫消除规律刚好相反。例如：

需要注意的是，当β-C上有芳基或者不饱和基团的季铵碱进行热消除反应时，优先生成含有共轭体系的烯烃。例如：

思考题9-4 写出下面反应式的主要产物。

4.胺的酰化

伯胺和仲胺可以与酰卤、酸酐等酰基化试剂或者苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯等磺酰化试剂作用，生成相应的酰胺或者磺酰胺，分别称为酰基化反应和磺酰化反应。叔胺的氮原子上没有氢，不能发生酰化反应。

（1）酰基化反应 伯胺和仲胺与酰卤、酸酐等酰基化试剂作用，可以生成相应的N-取代和N，N-二取代酰胺。例如：

在常温下，酰胺类化合物中，除甲酰胺为液体外，其他酰胺大都是具有一定熔点的固体，因此，可以通过测定其熔点来鉴定胺。另外，酰胺类化合物在酸或者碱的水溶液中加热易水解生成原来的胺，因此，利用酰基化反应可以进行伯、仲、叔胺的分离、提纯。

（2）磺酰化反应 伯胺或仲胺与苯磺酰氯或对甲基苯磺酰氯（Ts OH）等磺酰化试剂在碱性条件下反应，生成相应的磺酰胺。叔胺不发生磺酰化反应。磺酰化反应又称为兴斯堡（Hinsberg）反应。

在磺酰化反应中，伯胺反应的产物磺酰胺分子中氮原子上还有一个氢原子，在磺酰基的强吸电子诱导效应影响下，具有一定的酸性，可与氢氧化钠反应生成盐并且溶于其水溶液中。例如：

仲胺反应的产物磺酰胺分子中氮原子上没有氢原子，因而不溶于氢氧化钠溶液而呈固体析出。例如：

叔胺不发生磺酰化反应，也不能溶于氢氧化钠溶液，从而出现分层现象。

利用伯胺、仲胺和叔胺性质的不同，可以进行这三类胺的鉴定。由于磺酰胺可以水解生成原来的胺，因此，这一性质也可以用于这三类胺的分离。首先将三类胺的混合物与苯磺酰氯或对甲基苯磺酰氯等磺酰化试剂在碱性条件下反应，然后对反应液加热蒸出未反应的叔胺。剩下的液体过滤后，固体为仲胺的磺酰化产物，伯胺的磺酰化产物则在滤液中。对它们分别进行酸化处理，则可以分别得到伯胺和仲胺。

思考题9-5 用化学方法鉴别下列各组化合物。

5.芳胺的亲电取代反应

在芳胺中，氨基的氮原子直接与芳环相连，和芳环之间可以形成p-π共轭体系，这可以使芳环上电子云密度增大，即氨基能使苯环强烈活化，所以芳胺的芳环上很容易发生亲电取代反应。

（1）卤代 芳胺的卤代反应非常容易进行，因此常生成多卤代产物。例如，苯胺与溴水作用，立即生成白色沉淀2，4，6-三溴苯胺，这个反应很灵敏，可以用于苯胺的定性和定量分析。

若要制取一卤代芳胺，则应首先降低苯环的反应活性，再进行卤代反应来生成一卤代芳胺。通常采用乙酸酐或者乙酰氯等酰基化试剂对芳胺进行酰基化反应，生成的酰胺基对芳环的活化能力较弱，而且由于酰胺基的空间效应较大，此时进行卤代反应主要得到对位取代产物。卤代反应完成后，对产物水解除去酰基即可得到一卤代芳胺。例如：

（2）硝化 芳香族伯胺中的氨基容易被氧化，因而不能直接用硝酸进行硝化反应，通常也要采用酰基对氨基保护，待硝化反应完成后，对产物水解除去酰基即可得到硝基芳胺。例如：

（3）磺化 由于磺化反应中采用的浓硫酸为强酸，因此芳胺的磺化反应首先生成相应的硫酸盐，加热脱水、重排后才能生成对氨基苯磺酸，这是一种重要的染料中间体。

思考题9-6 完成下列合成。

6.与亚硝酸的反应

亚硝酸不稳定，在实际反应中通常使用亚硝酸钠和盐酸的混合物。胺大都可以和亚硝酸作用，不同的胺与亚硝酸反应的产物也不同。

（1）伯胺与亚硝酸的反应 伯胺与亚硝酸反应首先生成重氮盐，重氮盐不稳定，易发生分解，释放出氮气。例如，脂肪族伯胺与亚硝酸在常温下反应，生成的脂肪族重氮盐极不稳定，立即分解放出氮气，并生成卤代烃、醇、烯等混合物，因此在合成上没有应用价值。但由于脂肪族伯胺与亚硝酸的反应所放出的氮气是定量的，因此该反应可以用于有机化合物中氨基的定量测定。其反应式可以用下式表示：

RNH2＋Na NO2＋HCl→卤代烃、醇、烯烃等＋H2O＋N2↑

芳香族伯胺与亚硝酸在低温下反应生成重氮盐，芳香族重氮盐是一种很重要的有机合成试剂。温度升高，则芳香重氮盐分解生成酚，并且放出氮气。其反应式可以用下式表示：

Ar NH2＋Na NO2＋HCl→Ar OH＋H2O＋N2↑

（2）仲胺与亚硝酸的反应 仲胺与亚硝酸作用生成的产物都为不溶于水的黄色油状液态或固态N-亚硝基胺。

R2NH＋Na NO2＋HCl→R2N—NO＋H2O

N-亚硝基苯胺与稀酸在一起加热会分解为原来的胺，因此该反应可以用来分离和提纯仲胺。

N-亚硝基胺类化合物大都具有很强的毒性，现在已经证实是很强的致癌物质。在一些罐头或者腌制食品等的制作过程中，亚硝酸盐有时会作为防腐剂或者保色剂被添加。当食用这些含有亚硝酸盐的食物后，在胃酸作用下可以产生亚硝酸，其与体内一些具有仲胺结构的化合物作用可以生成N-亚硝基胺类化合物，这些物质可能引起人体内多种器官或者组织的肿瘤发生癌变。

（3）叔胺与亚硝酸的反应 脂肪族叔胺中氮原子上没有氢，与亚硝酸反应形成不稳定的盐，此盐与碱作用后可得到原来的叔胺。

芳香叔胺在亚硝酸作用下，可以发生芳环上的亲电取代反应引入亚硝基。例如：

利用伯、仲、叔胺与亚硝酸反应的不同现象，可以进行这三类胺的鉴别。

思考题9-7 怎样提纯含有少量乙胺和三乙胺的二乙胺？

思考题9-8 1mol丁胺和亚硝酸钠完全反应，在标准状态下能生成多少体积的氮气？