Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成反应机理

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引言

Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成是一种仅生成伯胺的过程。它是一个三步反应，其中邻苯二甲酰亚胺与碱和卤代烷反应生成伯胺和邻苯二甲酰亚胺钠盐或钾盐。德国科学家Siegmund Gabriel 合成了它。在这个过程中，我们只能制备伯胺，不能制备芳胺，因为芳基卤代烃不发生亲核取代反应。我们可以在这个反应中使用任何碱，如氢氧化钾或氢氧化钠。

Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成反应

什么是Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成？

Gabriel合成是一种制备伯胺的宝贵方法。在这个过程中，首先用邻苯二甲酸酐与氨水制备邻苯二甲酰亚胺，然后使邻苯二甲酰亚胺与烷基化试剂反应，形成邻苯二甲酰亚胺的偶极共振形式。羰基增加了氮氢键 (𝑁 − 𝐻) 的酸性。带负电的氮原子取代了卤代烷中的卤素。它会发生水解反应生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺，然后进一步水解生成伯烷基胺和邻苯二甲酰亚胺钠盐或钾盐。这是一个亲核反应。

结构

邻苯二甲酰亚胺用分子式$\mathrm{C_{6}H_{4}(CO_{2}N)}$表示。它是由一个苯环连接到另一个包含五个碳和氮的环，并被两个羰基包围。由于其稳定的共振特性，它是一种稳定的化合物。

邻苯二甲酰亚胺

邻苯二甲酰亚胺的制备

邻苯二甲酰亚胺是邻苯二甲酸的衍生物，是一种双环非芳香族氮杂环化合物。它用于镇痛、胺的制备、抗抑郁药和消炎药、聚合物合成等方面。它是通过加热邻苯二甲酸酐与氨气制备的。

• 在这个反应中，酰亚胺是由氨基对邻苯二甲酸的酸酐部分的亲核进攻形成的。

• 在邻苯二甲酸的氨解中，它去除了水并形成邻苯二甲酸与氨的底物，进一步加热后，除去氨并形成邻苯二甲酰亚胺。

邻苯二甲酰亚胺由邻苯二甲酸酐制备

性质

它是一种有机白色至浅淡黄色固体化合物。它略微酸性。它是邻苯二甲酸酐的酰亚胺衍生物。它具有以下性质。邻苯二甲酰亚胺有两个羰基，因此它略微酸性。

物理性质

性质	属性
颜色	白色固体
化学式	$\mathrm{C_{6}H_{4}(CO_{2})_{2}NH}$
溶解度	< 0.1 g/100 ml
熔点	238°C
沸点	336°C

化学性质

• 邻苯二甲酰亚胺及其共轭碱通过去除质子获得，并且是共振稳定的。它可以写成几种共振形式，导致电荷离域。

• 转化反应：它与卤代烷反应生成N-取代的邻苯二甲酰亚胺。

• 当邻苯二甲酰亚胺的混合物在氢氧化钾和DMF存在下与氯乙酸一起加热时，形成的产物用乙醇重结晶。

• 当与肼一起加热时，它生成邻苯二甲酰肼和游离烷基胺。

机理

Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成是一个三步反应。

步骤1 - 在第一步中，邻苯二甲酰亚胺受到氢氧化钾或氢氧化钠的攻击，邻苯二甲酰亚胺中的氮被去质子化形成邻苯二甲酰亚胺钾盐。邻苯二甲酰亚胺中的氮具有很强的亲核性。

步骤2 - 在第二步中，卤代烷对亲核的酰亚胺基团进攻邻苯二甲酰亚胺钾盐。卤代烷的卤素被酰亚胺离子的氮取代，形成N-烷基邻苯二甲酰亚胺。

步骤3 - 在第三步中，N-烷基邻苯二甲酰亚胺受到氢氧化钾或氢氧化钠的攻击，氮从邻苯二甲酰亚胺上脱落，形成伯胺和邻苯二甲酰亚胺钠盐或钾盐。氮脱落是因为它比邻苯二甲酰亚胺基团中的氧更具电负性。

现在氢氧化钾充当亲核试剂，并攻击碳氧键上的亲核位点，然后氧重新获得电子并试图重新连接到碳，在这种情况下，氮由于更具电负性而从碳上重新获得电子并从碳上脱落，形成伯胺。

邻苯二甲酸酐的反应

• 邻苯二甲酸酐与伯胺在磺酸催化剂存在下反应生成N-取代的邻苯二甲酰亚胺。

• 4-(1,3-二氧异吲哚-2-基)苯甲醛的合成：在4-氨基苯甲醛的溶液中，在二氯甲烷存在下逐滴加入邻苯二甲酸酐，并在15-20oC下搅拌8小时。它形成了4-(1,3-二氧异吲哚-2-基)苯甲醛，其在醚中结晶。

邻苯二甲酰亚胺的用途

• 它用于制药行业制备药物，如镇痛药、抗抑郁药、消炎药等。例如沙利度胺、他利美、安非他利等。

• 它用于制备伯胺。

• 在工业上用于合成聚合物、染料、糖精等。

结论

Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成是一种合成伯胺的方法。在这个反应中，邻苯二甲酰亚胺被用作主要成分，通过与碱和卤代烷反应制备伯胺。通过这种方法，我们只能通过亲核反应合成伯胺。它不会形成仲胺和叔胺。邻苯二甲酰亚胺是一种有机白色固体化合物，由于有两个羰基，它略微酸性并且是一种良好的亲核试剂。它会与碱发生亲核取代反应。它被用于多种药物以及工业用途，如制备抗炎药、抗抑郁药以及合成伯胺、聚合物、偶氮染料等。

常见问题

1. 为什么芳基卤代烃不发生Gabriel邻苯二甲酰亚胺合成？

芳基卤代烃不发生亲核取代反应，因此它们不会从Gabriel合成过程中生成胺。

2. 为什么仲胺和叔胺不会通过Gabriel合成形成？

仲胺和叔胺会发生竞争性的消除反应，因此它们不会在Gabriel合成反应中形成。另一个原因是仲胺和叔胺不会与烷基反应。

3. 为什么邻苯二甲酰亚胺稳定并显示不同的共振形式？

邻苯二甲酰亚胺具有与两个羰基相连的氮，它们以一种使其略微酸性的方式排列，并通过去除质子与碱结合。羰基比羧基更稳定。它通过电荷离域形成几种共振形式。

4. 邻苯二甲酰亚胺以何种形式天然存在？

邻苯二甲酰亚胺以克拉德诺石矿物类似物的形式天然存在。它是由罕见的煤火场所产生的火灾形成的。据称它与邻苯二甲酰亚胺相同。它发现于捷克共和国克拉德诺煤田的布拉格西北部拉德瓦尼采。

5. 邻苯二甲酰亚胺有毒吗？

虽然它毒性较小，但会刺激皮肤、呼吸道、眼睛等。它是可燃的。它对健康有害，当它被加热时，其分解会释放出有毒的氮氧化物烟雾。当它与偶氮和重氮化合物反应时，它也会释放出有毒气体。