Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成反應機理

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引言

Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成是一種僅生成伯胺的過程。它是一個三步反應，其中鄰苯二甲醯亞胺與鹼和滷代烷反應生成伯胺和鄰苯二甲醯亞胺鈉鹽或鉀鹽。德國科學家Siegmund Gabriel 合成了它。在這個過程中，我們只能製備伯胺，不能製備芳胺，因為芳基鹵代烴不發生親核取代反應。我們可以在這個反應中使用任何鹼，如氫氧化鉀或氫氧化鈉。

Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成反應

什麼是Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成？

Gabriel合成是一種製備伯胺的寶貴方法。在這個過程中，首先用鄰苯二甲酸酐與氨水製備鄰苯二甲醯亞胺，然後使鄰苯二甲醯亞胺與烷基化試劑反應，形成鄰苯二甲醯亞胺的偶極共振形式。羰基增加了氮氫鍵 (𝑁 − 𝐻) 的酸性。帶負電的氮原子取代了滷代烷中的鹵素。它會發生水解反應生成N-烷基鄰苯二甲醯亞胺，然後進一步水解生成伯烷基胺和鄰苯二甲醯亞胺鈉鹽或鉀鹽。這是一個親核反應。

結構

鄰苯二甲醯亞胺用分子式$\mathrm{C_{6}H_{4}(CO_{2}N)}$表示。它是由一個苯環連線到另一個包含五個碳和氮的環，並被兩個羰基包圍。由於其穩定的共振特性，它是一種穩定的化合物。

鄰苯二甲醯亞胺

鄰苯二甲醯亞胺的製備

鄰苯二甲醯亞胺是鄰苯二甲酸的衍生物，是一種雙環非芳香族氮雜環化合物。它用於鎮痛、胺的製備、抗抑鬱藥和消炎藥、聚合物合成等方面。它是透過加熱鄰苯二甲酸酐與氨氣製備的。

• 在這個反應中，醯亞胺是由氨基對鄰苯二甲酸的酸酐部分的親核進攻形成的。

• 在鄰苯二甲酸的氨解中，它去除了水並形成鄰苯二甲酸與氨的底物，進一步加熱後，除去氨並形成鄰苯二甲醯亞胺。

鄰苯二甲醯亞胺由鄰苯二甲酸酐製備

性質

它是一種有機白色至淺淡黃色固體化合物。它略微酸性。它是鄰苯二甲酸酐的醯亞胺衍生物。它具有以下性質。鄰苯二甲醯亞胺有兩個羰基，因此它略微酸性。

物理性質

性質	屬性
顏色	白色固體
化學式	$\mathrm{C_{6}H_{4}(CO_{2})_{2}NH}$
溶解度	< 0.1 g/100 ml
熔點	238°C
沸點	336°C

化學性質

• 鄰苯二甲醯亞胺及其共軛鹼透過去除質子獲得，並且是共振穩定的。它可以寫成幾種共振形式，導致電荷離域。

• 轉化反應：它與滷代烷反應生成N-取代的鄰苯二甲醯亞胺。

• 當鄰苯二甲醯亞胺的混合物在氫氧化鉀和DMF存在下與氯乙酸一起加熱時，形成的產物用乙醇重結晶。

• 當與肼一起加熱時，它生成鄰苯二甲醯肼和遊離烷基胺。

機理

Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成是一個三步反應。

步驟1 - 在第一步中，鄰苯二甲醯亞胺受到氫氧化鉀或氫氧化鈉的攻擊，鄰苯二甲醯亞胺中的氮被去質子化形成鄰苯二甲醯亞胺鉀鹽。鄰苯二甲醯亞胺中的氮具有很強的親核性。

步驟2 - 在第二步中，滷代烷對親核的醯亞胺基團進攻鄰苯二甲醯亞胺鉀鹽。滷代烷的鹵素被醯亞胺離子的氮取代，形成N-烷基鄰苯二甲醯亞胺。

步驟3 - 在第三步中，N-烷基鄰苯二甲醯亞胺受到氫氧化鉀或氫氧化鈉的攻擊，氮從鄰苯二甲醯亞胺上脫落，形成伯胺和鄰苯二甲醯亞胺鈉鹽或鉀鹽。氮脫落是因為它比鄰苯二甲醯亞胺基團中的氧更具電負性。

現在氫氧化鉀充當親核試劑，並攻擊碳氧鍵上的親核位點，然後氧重新獲得電子並試圖重新連線到碳，在這種情況下，氮由於更具電負性而從碳上重新獲得電子並從碳上脫落，形成伯胺。

鄰苯二甲酸酐的反應

• 鄰苯二甲酸酐與伯胺在磺酸催化劑存在下反應生成N-取代的鄰苯二甲醯亞胺。

• 4-(1,3-二氧異吲哚-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鄰苯二甲酸酐，並在15-20oC下攪拌8小時。它形成了4-(1,3-二氧異吲哚-2-基)苯甲醛，其在醚中結晶。

鄰苯二甲醯亞胺的用途

• 它用於製藥行業製備藥物，如鎮痛藥、抗抑鬱藥、消炎藥等。例如沙利度胺、他利美、安非他利等。

• 它用於製備伯胺。

• 在工業上用於合成聚合物、染料、糖精等。

結論

Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成是一種合成伯胺的方法。在這個反應中，鄰苯二甲醯亞胺被用作主要成分，透過與鹼和滷代烷反應制備伯胺。透過這種方法，我們只能透過親核反應合成伯胺。它不會形成仲胺和叔胺。鄰苯二甲醯亞胺是一種有機白色固體化合物，由於有兩個羰基，它略微酸性並且是一種良好的親核試劑。它會與鹼發生親核取代反應。它被用於多種藥物以及工業用途，如製備抗炎藥、抗抑鬱藥以及合成伯胺、聚合物、偶氮染料等。

常見問題

1. 為什麼芳基鹵代烴不發生Gabriel鄰苯二甲醯亞胺合成？

芳基鹵代烴不發生親核取代反應，因此它們不會從Gabriel合成過程中生成胺。

2. 為什麼仲胺和叔胺不會透過Gabriel合成形成？

仲胺和叔胺會發生競爭性的消除反應，因此它們不會在Gabriel合成反應中形成。另一個原因是仲胺和叔胺不會與烷基反應。

3. 為什麼鄰苯二甲醯亞胺穩定並顯示不同的共振形式？

鄰苯二甲醯亞胺具有與兩個羰基相連的氮，它們以一種使其略微酸性的方式排列，並透過去除質子與鹼結合。羰基比羧基更穩定。它透過電荷離域形成幾種共振形式。

4. 鄰苯二甲醯亞胺以何種形式天然存在？

鄰苯二甲醯亞胺以克拉德諾石礦物類似物的形式天然存在。它是由罕見的煤火場所產生的火災形成的。據稱它與鄰苯二甲醯亞胺相同。它發現於捷克共和國克拉德諾煤田的布拉格西北部拉德瓦尼采。

5. 鄰苯二甲醯亞胺有毒嗎？

雖然它毒性較小，但會刺激皮膚、呼吸道、眼睛等。它是可燃的。它對健康有害，當它被加熱時，其分解會釋放出有毒的氮氧化物煙霧。當它與偶氮和重氮化合物反應時，它也會釋放出有毒氣體。