亚胺-属性,形成、反应和机制

亚胺——他们的属性,形成、反应和机制

• 亚胺氮醛和酮的类似物,包含C = N键代替C = O键。
• 他们通过的形成主胺到一个醛或酮踢出一个水分子(H₂在这个过程中O)。
• 在这篇文章里,我们展示的一些例子合成亚胺,走过机制的形成,提供了一些他们的反应并比较他们属性醛和酮。

表的内容

1. 1. 亚胺的氮含量醛和酮的“表兄弟”
   2. 醛和酮亚胺的合成
   3. 机制的形成亚胺- adp (Addition-Deprotonation-Protonation-Elimination-Deprotonation)
   4. 分子内形成亚胺
   5. 亚胺的反应,水解
   6. 亚胺与醛/酮的性质
   7. 亚胺的表亲:肟和腙
   8. 为什么我们不能使用二级胺亚胺?(Iminium盐和烯胺)
   9. 结论
   10. 笔记
   11. 测试你自己!
   12. (高级)引用和进一步阅读

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1。亚胺

今天我们看看醛和酮,问:如果我们互换的氧氮吗?

这将给我们一个“亚胺”:“注1- - - - - -你也可以看到术语“席夫碱”]

(偶尔你可能会看到“醛亚胺”一词用来指一个亚胺由一个醛和酮亚胺亚胺由酮,但是我们将使用通用术语“亚胺”指在这里。)

2。醛和酮亚胺的合成

亚胺的合成在大多数情况下很简单。一个主胺被添加到一个解决方案吗醛或酮水(H₂O)和相应的解放亚胺就形成了。你可能记得,一个反应,水可以称为形式冷凝的反应。这是一个典型的例子。

这是一个特殊的例子的亚胺形成从苯甲醛和乙胺,有机合成胶原。5卷,736年(开放获取,单击查看程序)。

在这种情况下,冷凝非常快速。随后形成的水通过蒸馏,结晶在高产亚胺产品。

虽然不是绝对反应是在大多数情况下,需要添加一个大大加快酸催化剂,未来我们将假定使用酸。(注2]

如果你还记得,酸催化的主要有两种途径可以帮助加速反应。

• 酸加速消除反应,通过离开组织转化成共轭酸,从而使他们成为更好的离开组织。["共轭酸总是更好的离去基团”)
• 酸加速除了反应通过使质子化羰基氧气,从而使羰基一个更好的碳亲电试剂。

这是亚胺形成一个常见的例子,显示了债券形式和休息。

你可以很容易地看到,

• 两个新碳氮债券和两个地债券是形成,
• 两个切断债券和两个- h债券是破碎的。

另一件事需要注意。起始材料(醛/酮和主胺)和产品(亚胺和水)平衡。

我们如何向前驱动反应对所需的亚胺产品?

您可能从应用勒夏特列原理,预测它将帮助删除水形成亚胺以防止发生逆反应。(在实践中,这通常是通过使用诸如MgSO干燥剂₄分子筛或隔离的水Dean-Stark陷阱)。

3所示。机制

这就引出了下一个重大问题。这个反应是如何工作的呢?

机械的步骤可能发生什么途中从一个亚胺的形成醛或酮吗?

在我“破坏”通过展示的实验确定,这可能是一个有趣的练习做一个预测。所以我鼓励你刺伤自己。有些事情要牢记:

• 这个反应任何拟议的机制解释打破的两个切断债券和两个氮氢键以及两个碳氮键的形成和地债券。
• 回忆,羰基醛和酮的碳是一个很好的亲电试剂并且可以接受除了反应具有良好的亲核试剂。(提示:胺的亲核试剂)。
• 对于我们的目的,假设反应中使用一种酸催化剂。回想一下,酸使C = O债券到更好的亲电试剂,,共轭酸的基础是一个更好的离去基团。

你认为会发生什么?

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就让我们一探究竟吧。

在温和的酸的存在,将是一个中性之间的平衡醛/酮和共轭酸的醛/酮,所以第一步显示为质子化作用地的氧气(形式)。(注3]

一旦质子化了的,羰基可以接受除了的胺亲核试剂的亲电羰基碳,形成碳氮和打破切断(π)。

的杂交从sp的碳已经改变了²对sp³。我们现在有一个四面体中间中性哦,带正电胺(即一个铵)。(注意4]

那么接下来会发生什么呢?

• 我们仍然有形成地和碳氮(π),我们仍然需要打破切断和两个氮氢键。
• 消除不太可能发生,因为氮没有可用的孤对形成碳氮(π)离去基团氢氧根离子,HO(-),一个相对强劲的基础。

这将是很好的能够将一个质子从氮(打破- h)氧(地)!

去质子化(步骤3,打破- h)氮的基础(如过量胺,尽管它可以只写B:因为许多其他物种可以这样做)紧随其后的是质子化作用(步骤4,形成地)氧酸达到这一点。

小心——这通常是一个错误显示这种情况发生在一个步骤使用哦,deprotonate - h。显示一个两步的过程更多的是正确的。

在一起这两个步骤的影响质子的转移从氮氧(H +)。出于这个原因deprotonation-protonation的过程(或其反向)通常被称为质子转移。

质子化作用的哦哦₂(+)导致了好多了离去基团。

我们清单的债券形式和打破仍然需要形成碳氮(pi)和切断的破损。这个现在可以被通过消除水伴随形成碳氮(pi)(步骤5,形成碳氮,打破切断)/

没有酸,消除的速率决定步骤的形成大多数亚胺;添加酸大大加速这一步骤的速率。(注5]

另一个注意,如果酸存在,显示是很重要的离去基团当H₂啊,不是HO - HO -是一种强碱以来,不会存在于强酸。

消除导致共轭酸亚胺,称为一个iminium盐(或iminium离子)。Deprotonation带正电的氮(步骤6,打破- h)给我们中性的亚胺。

我们一起把这些步骤质子化作用,除了去质子化-质子化作用消除——去质子化,或Padp。(记住这个助记,因为它出现很多!)

4所示。分子内形成亚胺

这是完全可能的胺和一个醛/酮出现在同一分子,通过碳链连接。形成一个环状亚胺尤其可能如果可以形成一个五或六元环。

相同的步骤是在分子间的情况下,碰巧胺和醛通过碳链连接;这是一个例子。

机制,徘徊在这里或点击这个链接。

5。亚胺的反应

就我们的目的而言,可能最重要的亚胺的反应水解亚胺的治疗水(通常是水酸)恢复原来的醛/酮和主胺。

如您所料的亚胺形成的反向,两个切断债券()和两个氮氢键形成,和两个碳氮债券(债券和两个地)坏了。

水酸(H₃O⁺)是常用的驱动对水解平衡。在这种情况下,使用水酸水解机制Protonation -一个ddition -Deprotonation -Protonation -Elimination -Deprotonation (PADPED)。

这不是一个错字了!

亚胺的水解相同的步骤序列亚胺的形成,除了的身份亲核试剂,亲电试剂,离去基团都换了。

徘徊在这里机制或点击这个链接。

亚胺能够接受而且正如醛和酮的反应。

一个重要的亚胺的反应减少氢化的来源(H)胺。特别重要的是一个被称为过程还原胺化反应,一个醛或酮结合主吗胺和一个还原剂导致的直接形成胺。(注6]

6。亚胺的性质

在经历的反应形成亚胺(破坏),现在我们有趣的部分。思考周期性规律!

你认为亚胺的性质可能不同于醛/酮吗?可能的影响消除氧气和取代它与原子立即离开了元素周期表?

让我们先从什么可能是一个简单的问题。什么官能团的偶极矩高-亚胺或酮吗?

氧的电负性更高,这个不应该太令人吃惊。

让我们想想沿着不同的方向。你认为可能会更多基本:一个醛或者一个亚胺吗?

回想一下,碱度增加我们搬到左边元素周期表;电子没有以前那么紧紧地相拥(电负性减少),因此更容易捐赠给亲电试剂。

亚胺更基本。的pK_一个一个典型的iminium(质子化了的亚胺)大约是4或5。的pK_一个的质子化了的醛约[裁判]。

因为“酸性越强,越弱共轭碱亚胺”,这使得大约11或12 pK_一个单位(= 12个数量级,10¹²更基本的!

第三个问题。

你认为是什么亲电(即更对的亲核试剂反应):醛亚胺或?

在其他条件保持不变的情况下我们应该期待醛/酮更亲电比亚胺同行。

• 氧的电负性大于氮,所以偶极矩越大应该导致一个更大的部分正电荷碳,使它更亲电。
• 同样的参数,但是向后:比O N是一个更好的给电子体,这将降低附加碳多电子,因此亲电。
• 值得思考的“次佳”共振形成的醛和亚胺,所以经常支配他们的反应。它可以帮助认为“高碱度”是代表“不稳定”,因此“不太可能导致共振杂化”。与醛,我们有O (-)共轭碱一个酒精,pK_一个约16)在右边,而亚胺,RN右边((-)共轭碱一个胺,pK_一个约38)。

这是一个奖金的问题,我将离开脚注:你认为更亲电子(即活性对的亲核试剂)-亚胺,或质子化了的亚胺(“iminium”)。(注8]

7所示。亚胺的表亲:肟和腙

在亚胺的话题,值得注意的是,这些官能团有“堂兄弟”,使列席会议在入门课程,因此不应该被排除在外。

肟和腙是由醛/酮通过一个类似的机制,对亚胺的形成。

• 通过治疗醛或酮肟形成羟胺(NH₂哦),而腙通过治疗形成醛/酮联氨NH₂NH₂。与其他亚胺酸催化加速了反应(特别是消除步骤)。
• 肟的基质贝克曼重排非常重要的生产尼龙(注意9]
• 腙的使用Wolff-Kishner反应减少一个C = O键CH₂。

肟的形成机制和腙是一模一样,亚胺的形成。

如果存在酸机制Protonation -一个ddition -Deprotonation -Protonation -Elimination -Deprotonation (Padp)。

徘徊在这里肟机制。或点击这个链接。

徘徊在这里腙机制或点击这个链接。

这些是经常遇到在实验室课程。的DNPH(2、4-dinitrophenylhydrazine)和氨基脲醛和酮的衍生物经常提供高度结晶,色彩鲜艳的腙沉淀与锋利的熔点。(注意10]

8。为什么仲胺亚胺被用来制造吗?

顶部我们提到亚胺是通过治疗的醛或酮与一个主胺。

为什么只是初级胺吗?为什么我们不能使用吗二次胺而不是?

治疗的醛或酮用一个次要胺结果iminium盐可能会或可能不会(根据其结构,见下文)进行进一步反应产生烯胺。

为什么?

值得详细走过,因为添加次要的胺类似于基本胺——直到最后。

让我们浏览一下机制。

假设酸存在,将是第一步质子化作用的羰基氧气(形成地)紧随其后除了的胺孤对,羰基碳(碳氮形式,打破切断(π))。

接下来我们的质子转移步骤。去质子化N(打破- h)紧随其后质子化作用O(地)给我们的离去基团R-OH₂(+)

以水为离去基团,消除现在更容易发生,导致形成碳氮(pi)和切断的破损。

这给了我们这带正电iminium盐,如下。

如果我们之后Padp,他下一步应该Deprotonation ?问题就在这里。

氮已经绑定到3个碳。没有质子从氮完成!

在一个分子的情况下甲醛(和其他“非enolizable“醛/酮缺乏一个质子α碳),这就是事情停止。我们获得一个iminium盐作为我们的最终产品。(注意11]

然而,如果上有一个质子α碳iminium(即是enolizable),我们可以将一个质子从那个位置。

去质子化(打破碳氢键,形成碳碳(pi),打破碳氮(pi)给了我们以下种类:

注意,它有一个筛选烯连接到一个胺。所以,像勺子和叉给了我们一个的结合叉勺、自定义命令,这叫去,烯胺(一个名字第一个由诺贝尔奖得主乔治·维蒂希在1927年)。

如果你保持分数,这仍然是P D P E D烯胺的形成。然而,这一次,Deprotonation发生于α碳。

烯胺是优秀的亲核试剂并接受一套完全不同的反应。最好停止在这一点上,处理这些问题在一个单独的文章。

只是给你一个味道,这是一个例子的烯胺形成有机合成。

参考:有机合成,1968年,48,556年。

9。结论

我们了解了亚胺?

• 亚胺醛和酮的氮含量的堂兄弟吗
• 他们通过治疗的形成醛或酮与一个主胺。酸有助于催化反应。
• 在微酸性条件下形成的机制Protonation -一个ddition -Deprotonation -Protonation -Elimination -Deprotonation或P一个D P E D。
• 如果一个醛/酮和主胺在同一分子,分子内的亚胺的形成可能的结果,给了一个循环亚胺。
• 亚胺可以水解回到父母醛/酮与H₂O (H。在实践中,通常是水酸₃O +),再通过P D P E D。
• 亚胺也可以减少氢化物源(H^{- - - - - -})给胺。结合形成亚胺与减少还原胺化作用。
• 亚胺是更基本的比醛/酮通常是这样的减少无功对亲核试剂。
• 肟和腙是形成亚胺的化学近亲通过相同的机制。
• 醛/酮治疗二次胺结果iminium盐,这可能进一步deprotonated(例如在吗α碳)给烯胺。烯胺的形成机制P D P E D。

这是一个可能有用的图总结正向和反向反应的机制:

我们将深入的化学烯胺在本系列的下一篇文章中,在这里。

笔记

注意1 -这个词。”席夫碱”往往是局限于亚胺制成的芳香醛(如苯甲醛),这是相当多的耐水解(因此更容易隔离)比用烷基(“脂肪”)醛。更很少遇到术语。”阿尼尔亚胺”是指通过芳香的凝结胺与醛类(如苯胺)。令人困惑的是,术语“偶氮甲碱”还发现用亚胺,尤其是年长的文学。

注意2 -酸不严格亚胺形成所需,特别是烷基胺(和其他亲核胺如羟胺/肼),平衡常数> 200一直以水溶液裁判]。对于本文的目的,我们将假设在弱酸性条件下,尽管其他地方的课程(例如Wolff-Kishner腙的形成),你可以看到缩合反应给C = N下中性甚至基本条件。

注意3 -为烷基胺的质子化作用醛没有必要为了发生和消除水速率决定。为弱亲核胺(例如PhNH₂和其他胺用pK_一个H(3 - 5)添加速率决定的质子化作用羰基氧气而且必须发生在一个合理的利率(见Anslyn &多尔蒂为进一步讨论,2006年,p . 597)。我们相信大多数入门课程不会让一个强大的区别这两种情况下,所以“protonation-first”显示。

注意4 -通过类比”半缩醛”,中性的物种,可以从增加到一个结果胺到一个醛或酮被称为“hemiaminal”或carbinolamine。

请注意5 -亚胺的形成显示了强烈的依赖pH值,与典型的最大产生4 - 5 pH值(如。裁判]。反应是由紫外线监控时,通常是观察到的是一个快速消失的C = O吸光度(即快速添加),后跟一个非常缓慢的C = N吸光度。这意味着消除率决定。

同样有趣的是,如下pH值降低的速率开始下降4。为什么你认为可能吗?

注6——还原胺醛/酮的过程转化成亚胺,随后减少没有隔离中间亚胺。典型的实现这个目的的方法是通过使用还原剂钠cyanoborohydride (NaCNBH₃在微酸性pH值(6)。在这些条件下的醛/酮降低缓慢,而iminium (共轭酸亚胺)经历了光滑的减少。

想一想。这意味着iminium盐对反应更大比是中性的醛的亲核试剂!

请注意7 -在其他条件保持不变的情况下,醛是更多的亲电比(ald)亚胺和酮更亲电(刃)亚胺。

注8——更重要的是亲电iminium(质子化了的亚胺)或亚胺?

中性共振形式更重要(即做出更大的贡献对磁共振混合)比带电谐振形式。亚胺共振形成的贡献,熊两个点费用都相对很低的中性共振的形式。

iminium相比较,两个最重要的共振形式有单点。而共振形成碳已经整整八隅体将更重要的是,右手共振形式(碳正离子)将做出更大的贡献,而不是在中性亚胺。

注意9-环己酮转化为环己酮肟,经历了贝克曼重排在强酸给己内酰胺,治疗每年500万吨己内酰胺对尼龙6的生产。

己内酰胺为什么名字?的六元羧酸CH3CH2CH2CH2CH2CO2H叫做己酸,命名的山羊的气味(老山羊特别臭)。酯类carboic酸被称为己酸酯;相应的循环酯(内酯)己内酯。环酰胺被称为内酰胺。己内酰胺是因此环酰胺来自己酸。

注意10-肼2,4-Dinitrophenylhydrazine (DNPH)和氨基脲经典试剂测试醛/酮的存在在一个未知的样本。这仍然是在教学实验室(和在TLC染色)。前几天光谱,熔点是为数不多的描述工具。转换的液体酮/醛衍生品是一个高度结晶DNPH或将缩胺基脲乾燥有用的诊断工具。

注意11——Iminium盐瓶可以足够稳定,商业销售。下面的iminium盐是已知的俗称Eschenmoser的盐。它作为一个反应亲电试剂曼尼希反应的烯醇。

测试你自己!

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(高级)引用和进一步阅读

1. 亚胺的化学
   层,r·W。
   化学评论,1963年,63年,489 - 510
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   很好地概述的关键属性,反应,和亚胺的合成,从第一个孤立的亚胺希夫在1864年到1962年。
   介绍性的部分中的一些要点:
   ——C = N的红外特征频率范围约1650 - 1670厘米¹1600 - 1650厘米,对比¹在烯烃和1710 - 1750厘米¹C = O
   ——平均C = N酮亚胺距离约为1.24,相比平均C = O距离约1.21酮
   ——如果不小心,主要脂族醛可以给容易给聚合物材料胺由于醇醛进行缓解。趋势减少的位阻醛/胺是增加了。
   芳香醛反应容易和定量胺给予相应的亚胺在室温下。
   ——比醛酮需要更长的反应时间;酸性催化剂帮助和水去除绝对必需的。芳香酮比脂肪族酮的反应更慢胺。
   -Aldimines测量偶极矩较低(1.4 D)比酮(2.5 D)。裁判]

2. 在Pisa Mittheilungen来自民主党Universitatslaboratorium:一张neue Reihe organischer Basen
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   经典研究pH值的依赖关系形成肟/将缩胺基脲乾燥(暗示,亚胺),图在478页显示了获得最大pH值4.5。提出了速率决定步骤是水的损失(消除步骤),不是质子化作用羰基氧气。
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    第一份报告Eschenmoser的盐,有用亲电试剂反应和烯醇烯醇化物。
    

我希望看到一个问题回答的引用-能量的亚胺烯胺互变现象。