胺
胺的亲核性
最后更新:2022年9月20日|
相对亲核性的胺没有得到很多的报道在许多有机化学课程,但如果我们要讲胺,似乎值得至少投入一个帖子亲核性趋势。
最下面的不应该是一个伟大的惊喜,因为它会呼应很多概念和主题,出场之前的过程中(特别是Org 1)。
然而,有几个有趣的皱纹可能有助于把这些概念的一些更广泛的关注。
最重要的区别的碱度胺和亲核性的胺的敏感性亲核性来立体的效果。
表的内容
- 一个快速回顾一下:碱度与亲核性
- 如何测量酸性/碱性与亲核性是如何测量
- 一些比较碱度和亲核性的经验法则
- 一个好的第一近似:“强基础,具有较强的亲核试剂”
- 异常# 1:“这太简单了吗?“一个警示酰胺基地
- 例外2:庞大的胺
- 为什么亲核性敏感得多比碱度立体效果?
- 异常# 3:差基本胺的亲核试剂
- 胺的亲核性:总结
- 奖金部分:量化胺的亲核性趋势的娃
- 笔记
- (高级)引用和进一步阅读
1。一个快速回顾一下:碱度与亲核性
”嗯,碱度和亲核性又不同”?你可能会问。总是一个很好的问题,因为有时候需要接近这个主题从几个不同的角度真正让它。bdapp平台在这里,我们将从的角度看它胺,但很多的一般原则。
- 当一个胺反应形成与质子(H +)我们说这是充当基地。(Brønsted基地,具体地说,如果你想把它回到熟悉的概念从普通化学)。基的反应性伴侣称为“酸”,“Brønsted酸”,或者仅仅是“质子”。
- 当一个胺成键的反应其他原子比H,我们说这是充当亲核试剂。反应称为一个合作伙伴亲电试剂。
自亲电试剂可以任何原子元素周期表(除了H,这将使氮“基地”),本质上有吗很多更多的变化可能亲核性比碱度。在这里,我们要限制自己主要的反应胺基地与碳基亲电试剂,因为这是最相关的对我们来说。
2。如何测量酸性/碱性与亲核性是如何测量
- 酸碱反应一般可逆的因此平衡常数K(“酸度常数”)一个可以测量。(负面)日志的酸度常数,pK一个措施的强度酸,从大约-10为强酸嗨(-10)为弱酸超过50烷烃(> 50)。
因为“弱酸性越强共轭碱”,一种方便的方法来比较的碱度胺是由pK一个的共轭酸(我们可以称之为pK一个H)。pK越高一个H的碱度越大胺。(看到的:碱度的胺和pK一个H)
所以我们称之为“强大”亲核试剂是一个反应很快与给定亲电试剂,而一个“软弱”亲核试剂反应慢慢地用同样的亲电试剂。
3所示。一些比较碱度和亲核性的经验法则
一个平衡的位置(“多稳定是两个反应物,相对于他们的产品”)和反应速率(“如何快速做两个反应物结合给产品?”)是两个非常不同的测量。可以肯定的是,有很多相关性,但同样重要的是知道的情况相关性不持有。
从另一个角度看,我们把它回到人类的关系。
的事实,两个人爱上对方为一个稳定的长期的婚姻?
在童话故事中,答案是,“当然”。这是命中注定!会出现什么问题呢?
在现实生活中,爱情的过程并不总是平坦的。这就是为什么我们有小报和乡村歌曲。
4所示。一个好的第一近似:“强基础,具有较强的亲核试剂…”
一般来说,基础越强,就越强亲核试剂(你可以认为这是我上面提到的“童话”的情况)。
觉得这个草图,它显示了碱度增加亲核性(注:这不是任何合理吸引范围)
有时有助于认为“碱性”:“孤对稳定”。任何使孤对将降低碱度更稳定。
(需要一个审查的因素影响碱度?我们覆盖5重要的胺碱度的趋势。或者你可以看到这条脚注涵盖接合的影响,电子捐赠(撤销)组和杂交。]
所以如果碱度主要是与亲核性,你可能会问:有什么异常?
有三个大例外的经验法则:1)强大的基地,2)笨重胺,3)一些高度亲核但弱碱性氮。
5。异常# 1:“这太简单了吗?“一个警示酰胺基地
的共轭基地胺(酰胺基)氨基钠(NaNH等2(pK)极强的基地一个关于35-38 H)。如果碱度与亲核性,有人可能认为他们也是伟大的亲核试剂,在这张图的右边的角落。
在实践中,使用一个酰胺基的年代N2的反应就像试图用一种技能做手术。额外的权力没有帮助,有太多的附带损害。
中性胺已经足够体面的亲核试剂对大多数场合(如SN2)和使用一个酰胺基不授予任何伟大的优势。
潜在的缺点在使用酰胺基的亲核试剂酸碱反应往往是快速的相对于在碳反应(职位:酸碱反应快),并可能发生副反应。
例如,试图做一个年代N2在一个烷基卤化物最终可能与一些所需的产品,但它也有可能交付(无用)淘汰产品。太多的碱度可以是一个损害。
(这类似于格氏试剂的原因不是经常使用在亲核取代反应;他们极强的基地,其他进程的方式。]
专家提示:使用NaNH更好的替代品2在一个取代反应是使用高度亲核但相对非基本叠氮化钠(南3其次是减少的叠氮化胺(如与LiAlH4)。
6。例外2:庞大的胺。
在酸碱反应亲电试剂总是相同的(H +)。但在的亲核试剂的反应,亲电试剂可以任意数量的不同原子的元素周期表,这可能导致并发症。
这就是一种方式亲核性更敏感比酸性/碱性的立体效果。
例如,t其他主要丁胺是基本的胺但大大减少亲核。
7所示。为什么亲核性更敏感比碱度立体效果?
当它归结为事实胺作为“基地”,是攻击一个完全不同类型的轨道比当它作为一个“亲核试剂”,这些轨道截然不同的空间约束。
- 当一个胺基地与质子酸碱反应,反应胺孤对刚刚接触到球形氢原子1 s轨道,为了使反应发生。
- 当一个胺亲核试剂攻击一个烷基卤,亲核试剂方法的碳原子就不能任何为了使反应发生方向。还记得“背后攻击?“亲核试剂方法从一个非常具体的方向这样就可以联系的σ*轨道碳-离去基团债券。
任何额外的基团碳可以进一步限制可用的角度亲核试剂可以成功的方法烷基卤化物。
这是熟悉的经验法则,年代的来源N2甲基和主要反应最快烷基与三级卤化物,最慢烷基卤化物。
你也可以比较伟大的实验由体育记者托德·加拉格尔当华盛顿首都多次未能得分守门员戴着脂肪的西装。(参见:位阻就像一个脂肪守门员]
(注2]
8。异常# 3:差基本胺的亲核试剂
如果有相对基本胺这是不好的亲核试剂,你可能会问:有相对非基本吗胺这是伟大的亲核试剂吗?
是的。看到这张图的左上角:
虽然不是技术上一个胺差的基本(pK一个叠氮化H = 4.7),但高亲核离子(N3- - - - - -)在这一类马上出现在我的脑海里。除了非常小,因此不受空间限制,叠氮化离子是“好事”:每一个结束bdapp平台亲核试剂可以作为一个吗亲核试剂。(你可以认为这是翻倍其有效浓度)。
另外两个著名的例子是肼和羟胺,这都是对基本的氨,但更亲核。你可能记得,肼用于phthalimide的灭亡加布里埃尔合成]。
是什么让这些物种特别亲核的?
它不是完全理解,但本质上连着一个原子亲核原子时也有孤对,亲核性显著增加人类的能量增加。这增加了亲核性被称为“alpha-effect”。
9。胺的亲核性:总结
为胺(和相关的物种,像叠氮化)的一般趋势亲核性随着碱度的增加,有一些例外:
- 庞大的基地(如t丁胺)亲核性较弱于预期,由于空间因素
- 叠氮化离子和胺轴承相邻原子轴承孤对(例如肼、羟胺)比预期更亲核由于“alpha-effect”。
- (如NaNH极强的基地2)可以导致酸碱反应而不是所期望的反应的亲电试剂。
通常也需要警惕的是亲核试剂应用。例如,极性非质子溶剂比极性质子溶剂促进N2的反应,因为他们不与形成氢键亲核试剂(因此用笨重的壳周围的溶剂)。
如果你与一个相对好的定性方法,太棒了!
另一方面,如果你想要一个稍微定量方法亲核性,请继续阅读。
奖金部分:量化胺的亲核性趋势
令人印象深刻的作品上的亲核试剂的相对权力来自于实验室赫伯特·迈尔在过去的几十年里,编制各种反应尺度不同的亲核试剂与亲电试剂。鉴于大量的变量,没有规模会完美的在所有情况下,但获得的价值观给我们一个相对意义上的各种因素的影响亲核性的胺。
娃数字是有用的为“球场”数据确定数量级的电子和立体效应,只要亲电试剂不是大位阻。
喜欢pK一个值,娃亲核性参数对数。的娃表,数量越高,就越好亲核试剂。
我们不会进入这些数字是如何决定的细节在这里,但是好奇的在网站上有大量的背景和相关的论文。这是娃的主页数据库。这里是组胺亲核性文章的这一部分是基于。这是一个神奇的演讲讨论娃的工作。
量化的影响溶剂:使用极性非质子溶剂是值得的
我们试图强调增加极性非质子溶剂亲核性年代以来在极性质子溶剂NOrg 1中2天。有一组亲核性参数允许我们答:多少钱?
答案似乎是由至少100倍,如果我们比较亲核性在水和氨的参数乙腈。其他所有条件都相同,区别15分钟等待你的反应来完成与等待一天,仅仅通过选择不同的溶剂。如果时间就是金钱,极性非质子溶剂吗?
的主要趋势:相关性的碱度亲核性
我们提到的亲核性的胺收益NH的顺序3<主要胺<二次胺与pK,相关一个h的娃亲核性参数具有相同的普遍趋势。
水作为溶剂的亲核性参数NH3是9.5,12.9乙胺(约1000倍的亲核)和二乙胺14.7(比乙胺亲核的100倍和100000倍比氨。亲核)
这开始把一些观点的原因的问题氨与卤代烃的反应不是一个有用的反应准备一级胺;该产品是亲核的1000倍!
碱度与另一个例子亲核性在吸电子集团的影响。比较亲核性哌啶(18.1 H2在H O)与吗啉(15.62O),吸电子的氧减少的影响亲核性了300倍。
2,2,2-trifluoroethylamine三氟醚组降低亲核性约100000人。
量化位阻的影响
的娃参数t丁胺、异丙胺、n -丙胺表现出明显的趋势,从(在水溶剂)10.5(水)t丁胺12.0异丙胺13.3n丙胺。
所以作为一个粗略的衡量,t丁组减少了亲核性大约1000倍而“正常”的主胺。
高度亲核胺不是非常基本的
测量的亲核性参数给出一个估计,羟胺亲核的大约100倍比氨(水),而肼亲核的约10000倍。
的亲核性叠氮化参数对离子不是以水,但是如果我们可以比较两个不同极性非质子溶剂(DMSO溶液和乙腈这是关于一个欧元倍比NH亲核3。
有用的珍闻:永远不要使用CH2Cl2叠氮化或氯仿为溶剂反应涉及离子。叠氮化离子是亲核取代氯化物,导致的形成潜在的爆炸性diazidomethane。
三次呢胺吗?
明显缺席整个讨论的问题三级胺。
- 一方面,三级胺有一个额外的烷基集团在氮,所以我们希望他们比中学更基本的(亲核)胺。(事实上,三乙胺是基本略低于二乙胺在水里,很大程度上是因为溶解度的因素)。
- 另一方面,三级胺应该更比次要的位阻吗胺,减少亲核性。
叔也是如此胺或者更糟的亲核试剂比次要的胺吗?这些因素“赢”?
的娃亲核性因素可以帮助解决这个问题。
很难看到趋势和水作为溶剂,因为大多数高等胺不溶于水。
在乙腈,它看起来像三级胺至少有一个,如果不是两个数量级更亲核比二级吗胺。
一个特别有趣的例子的一个高度亲核三级胺quinuclidine,三个在哪里烷基组织“绑”在双环结构。的亲核性paramter quninuclidine的乙腈是20.5,与叠氮化离子持平。
一个警告:请记住,娃与非位阻亲电试剂的最佳工作参数。所以期待一个叔的反应速率胺有阻碍亲电试剂跌落悬崖,相对于一个更少的阻碍亲电试剂。
笔记
- 碱度(和亲核性)是减少接合,当一个孤对可以通过共振离域(如苯胺基本低于环己胺,亲核性较弱也。)
- 电子组减少碱度(和撤军亲核性),如吗啉与哌啶(σ受体)和乙酰胺(π受体)与乙胺。
- 越来越多的提到轨道降低碱度(亲核性)sp < sp2< sp3
注2。在这篇文章中我们主要讨论氮碳亲核试剂与亲电试剂,但当处理更广泛的主题bdapp平台亲核性轨道重叠轨道的问题在不同的行元素周期表可以出现。在未来我们可以解决硬软酸碱(HSAB)理论。另一方面,在一次演讲我看见娃给他反应表,问他哪里软硬酸碱理论的影响在他的数据。他的回答是,“我不知道”,他的意思是,他认为他的数据似乎不支持它。
(高级)引用和进一步阅读
- 的亲核性的胺
威廉·a·亨德森和卡罗尔·j·舒尔茨
《有机化学》杂志上1962年,27(12),4643 - 4646
DOI:10.1021 / jo01059a507
有趣的是,本文研究了亲核性各种胺的顺序,表明反应主要>二级>三级。赫伯特·迈尔(LMU, Munich, Germany) has spent his career in fundamental Physical Organic Chemistry creating scales for the quantification of亲电性和亲核性。他有几个文件,仔细比较了利率不同的亲核试剂的反应与参考亲电试剂(通常benzhydrylium阳离子),或各种亲电试剂与参考亲核试剂。这使得预测反应速率的经验获得的参数。 - 主要和次要的亲核性胺在水里
弗兰克•Brotzel应张楚,赫伯特·迈尔
《有机化学》杂志上2007年,72年(10)3679 - 3688
DOI:10.1021 / jo062586z
给出了动力学实验证据的一般规则,次要的胺比小学更亲核的胺。 - 胺的亲核性,氨基酸和吡啶。
弗兰克Botzel的博士论文,赫伯特·迈尔教授的指导下,名为“的亲核性胺、氨基酸和吡啶”。博士学位论文通常是一个有用的资源,为未发表的结果或其他数据可能没有出版。 - 亲核的主要和次要的反应活性胺在乙腈
挚友Kanzian Tobias a Nigst安德烈麦尔,Stefan Pichl赫伯特·迈尔
j . Org。化学。2009年,36,6379 - 6385
DOI:10.1002 / ejoc.200900925
本文还演示了这一点平均、二次胺比小学更强的亲核试剂吗胺——如图4所示,有一些主要的胺更强的亲核试剂比一些次要的胺。 - 亲核肼和反应活性胺:徒劳的寻找α-Effect肼反应活性
托拜厄斯a . Nigst安娜Antipova,赫伯特·迈尔
《有机化学》杂志上2012年,77年(18),8142 - 8155
DOI:10.1021 / jo301497g
a-affect描述的亲核试剂的反应性增强承担未共用电子对的原子亲核中心附近。然而,这不能观察到的胺-甲胺亲核比肼。 - 亲核性参数胺在水中、氨基酸和肽。选择性的变化对醌、硼
威廉·宾利
Org。Biomol。化学,2011年,9,6685 - 6690
DOI:10.1039 / C1OB05715D
你好,
我试图让Si-Cl和-NH-Si——在一起以形成Si-N-Si +盐酸反应。我想知道如果NH足够亲核的亲电Si-Cl之间的反应和胺。这个反应与颗粒和Si-Cl所以我想转置胺同行。
是的,它肯定会工作,例如查找hexamethyldisilazane的合成。https://en.wikipedia.org/wiki/Bis(三甲基硅烷基)胺
你好詹姆斯,谢谢你的一个非常有趣的话题!
我目前使用腈,我无法找到一个好的nuclophilicity量化方法,无论是调查娃的Hammet的量化方法。你知道如果有任何吗?
提前谢谢你!
Guillaume
嗨纪尧姆-腈、氰根离子?腈类本身是非常糟糕的亲核试剂,只工作在Ritter-type反应极好的亲电试剂反应。
想想杂交。乙炔碳氢键比烷烃酸性更强,因为sp-hybridization稳定负电荷。同样的氮腈,sp-hybridized使氮孤对非常稳定(和一个非常贫困的基础/亲核试剂)相对于sp3杂化氮胺。
我坚持进行亲核取代反应的三乙胺与氯原子在聚氯乙烯。请戈夫一些想法好吗?
你怎么知道它会做一个替换而不是消除?
你好,詹姆斯,
我经常共轭蛋白质主要通过胺基板和标记包含NHS酯在pH值7.2。我只是想到,在pH值为7.2的主要应该使质子化胺R-NH3(+),因为一级胺的pKa蛋白质大约是9和10.5,分别为α和ε胺。带正电的,如何使质子化胺作为亲核试剂?提前谢谢,我喜欢阅读你的页面!
丰富的
pKa值你引用的共轭酸胺,而不是胺本身。pH值7.2是一个中立的解决方案。中性胺不会被质子化了的任何明显的程度,直到pH4或以下,甚至就会处于平衡状态。
你能很好的解释澄清水节的影响量化亲核性呢?水是极性质子溶剂为什么胺的亲核性(NH3、二级和三级)增加水吗?它不应该反过来由于H-bonding吗?
正确的。的亲核性肯定会依赖于溶剂。如果你看表的娃都指定溶剂相比,只应该直接获得的数据在同一溶剂。您还将注意到,叔胺没有良好的亲核性数字在水里,因为他们只是不溶于极性溶剂。
我没有一个好的给你明确的答案关于趋势。氢键是一个因素,但是所以的电子态密度增加了额外的烷基组。这不是一个一维量,多变量。测量是解决问题的最好方法。
可以做些什么来提高胺的亲核性?什么样的基础可以用于这个目的吗?
方法之一是deprotonate一级或二级胺产生它的共轭碱,但你可能遇到问题相互竞争酸碱反应。
很有用的帖子!
如何比较亲核的苯酚、苯硫酚、苯胺吗?
你好我有三级动漫与3-clorpentane反应的任务。如果我是正确的SN2反应是蚂蚁该产品将amonium盐。但我不知道为什么反应速率会增加如果我们更换溶剂在这个顺序:Tertiary-buthanol,乙醇,甲醇和水吗?如果你能帮助我我将十分感激:)
考虑溶解度对反应速率的影响,以及这些溶剂将叔胺的溶解度的影响。
我有一个问题关于使用N-methyl肼作为亲核试剂。氮经验α的效果,对吧?主“胺”氮位阻较小但二级“胺”氮甲基的σ捐赠效果的经历。两个氮的更亲核呢?谢谢!
我还没有看过的亲核性表mono-methyl肼但我预计,甲基化氮会更亲核。娃看起来有点“阿尔法效应”,这似乎是复杂的。https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jo301497g?journalCode=joceah
为什么- nh2显示更多的中介的影响比-NHR和-NR2 (R表示烷基)在哪里?
这是一个很好的问题。
为了孤对捐赠到芳环,它必须采取一种构象的取代基氮在同一个平面上的芳环。随着空间体积增加的氮,这由于烯丙基的构象变得不那么有利的压力。
与其说这是氨基更亲核,但NHR的构象和NR2不太有利。
你好,詹姆斯,
首先,我认为博客是奇妙的。多年来我一直在阅读它,你的激情来自于页面。有时候的措辞或描述,帮助思考的东西不同,使得更加清晰。
其次,这里有几个娃有关的论文,具体来说,α的效果和HSAB兴趣。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jo301497g
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201007100
干杯
非常感谢你这——我爱娃的工作。
氮在乙腈有多强?我一直都有这个问题。为什么这么多弱氧羰基组相比呢?谢谢!
非常贫穷的亲核试剂。很难与sp2杂化氧气,但可能相似。
明确的碱性氮的趋势是:
sp < sp2 < sp3氮氮即腈<亚胺的氮<氮胺为什么?少提到,孤对原子核更紧密,更稳定。更稳定的=少基本(记得终端炔烃更容易比烷烃deprotonate。同样的现象发生了!)
三键也会合理的静电斥力从邻近的亲电试剂组。出于同样的原因,acetylenides只会做SN2主要卤代烃但不会替代二级(将反应为基础)。