芳香胺

氨基与芳香烃基直接相连的化合物

芳香胺(英语:Aromatic Amine),是指 氨基 与芳香烃基直接相连的化合物, 是无色高 沸点 的液体或低 熔点 的固体,有特殊的臭味,微溶或难溶于水。

芳香胺的碱性较弱且亲 核反应 活性低,仅能与强缺电子试剂发生反应,可进行烷基化、酰化及与 亚硝酸 、醛酮的反应,易被氧化,芳环亲电取代反应活性也较高,其 重氮盐 还可发生取代、还原、偶合等反应。 芳香胺主要通过芳香族 硝基化合物 在酸性介质中经铁粉- 盐酸 等 还原剂 还原制得,以 1-溴-2-硝基苯 制 苯胺 为例,铁粉为常用还原剂但会产生铁泥污染,也可采用无环境污染但设备要求高的 催化 氢化 法。

芳香胺广泛应用于橡胶化学品、农药、 染料 、药品、照相化学品的制造,还用作农用化学品、 橡胶加工 及制药行业的合成中间体。 芳香胺及衍生物有毒, 具致畸、致癌、致突变性, 可经呼吸、皮肤等侵入人体致病, 大多数芳香胺具有一定的水溶性,导致水体污染且危害水生生物、损伤生物体系统, 传统制备中间体重氮盐有爆炸风险, 部分化合物如 苯胺 具有易燃性。 2022年10月,由 深圳市 安若依电子商务有限公司生产的时尚女装,被检出含有一种名为“ 联苯胺污染源 ”的可致癌芳香胺 染料 ,实测值高达540毫克/ 千克 ,超标27倍。

理化性质

物理性质

芳香胺的 化学式 为ArNH2, 是无色高 沸点 的液体或低 熔点 的固体,有特殊的臭味。 伯胺 和 仲胺 由于能形成分子间 氢键 ,它们的沸点比与其分子量相近的烃和醚要高,但比醇低。 叔胺 不形成分子间氢键,其沸点与分子量相近的烃相似。伯、仲、叔胺都能与水形成氢键。随着分子量的增加,胺的 溶解度 随之降低,故芳香胺微溶或难溶于水。

一些芳香胺的物理常数:

参考资料:

化学性质

碱性

由于芳香胺 氮 的孤对电子与 苯环 π电子体系的 共轭 离域作用,氮原子上分布的电子云密度明显降低,因此其碱性要比 脂肪胺 弱得多。随着与氮原子连接的苯环数目增加,芳香胺的碱性不断减弱。 苯胺 与强酸生成的盐在 水溶液 中只有部分解离, 二苯胺 与强酸生成的盐在水溶液中则完全解离,而 三苯胺 几乎不显碱性,不能与酸成盐。

芳胺苯环上的取代基,虽然不直接与 氨基 相连,但也影响芳胺的碱性。当氨基的对位是给电子基时,取代苯胺的碱性增强。其原因是给电子基增大了 苯环 上的电子云密度, 氨基氮 原子上电子云密度也随之增大:当取代基在间位时,由于 共轭 效应对间位并无影响,诱导效应往往起主要作用,如同 羟基 苯胺 的碱性比苯胺小。当取代基在邻位时,情况比较复杂,要考虑空间效应以及能否形成 氢键 等,因此要具体问题具体分析。当苯环上有吸电子基团时,芳胺的碱性减弱。

亲核反应

芳香 伯胺 和 仲胺 的亲核性较弱,只能与一些较强的缺电子试剂发生 取代反应 。

与伯卤代烷烃、 硫酸二甲酯 、 磺酸酯 等烷基化试剂反应,可以生成氮上烷基化的产物。例如:

伯胺 和仲胺作为 亲核试剂 ,能和 酰卤 、 酸酐 、 苯磺酰氯 等反应,形成酰化产物。 叔胺 氮 上没有可被取代的氢原子,不能发生酰化反应。例如:

C 6 H 5 NH 2 +(CH 3 CO) 2 O→C 6 H 5 NHCOCH 3 +CH 3 COOH

酰胺 在酸或碱 催化 下可以重新 水解 生成胺。因此,在有机合成中常用酰化反应来保护 氨基 ,以免氨基被氧化破坏。例如:

1、芳香 伯胺 与亚硝酸反应生成的芳香 重氮盐 在5℃以下能稳定存在而不分解,但是在干燥和加热时仍可以分解,释放出 氮气 。反应方程式:

苯环 上的吸电子取代基在一定程度上可以提高芳香重氮盐的稳定性。

2、芳香 仲胺 与亚硝酸反应,生成有颜色的N- 亚硝基 苯胺 。

反应方程式:

3、芳香 叔胺 与 亚硝酸 可以发生芳环上的亲电取代反应,形成亚硝基苯胺。例如,N,N- N,N-二甲基苯胺 与亚硝酸的反应可以生成对 亚硝基化合物 N,N-二甲基苯胺,绿色 晶体 。

反应方程式:

芳香 伯胺 和 仲胺 可以与醛、酮反应,形成 亚胺 。这类芳香亚胺的稳定性较高,又被称为席夫碱(schiff base)。

反应方程式:

氧化反应

芳香伯胺容易被氧化。例如, 苯胺 是无色透明的液体,长时间放置时被空气中的氧所氧化,颜色逐渐变深。因为放置时间不同,条件不同,苯胺会被氧化成不同的产物,其中包括 亚硝基苯 、硝基苯、 偶氮苯 、 氢化 偶氮苯以及它们之间相互反应的产物。

苯胺用 二氧化锰 与 硫酸 氧化,主要得到 苯醌 :

苯环 上含吸电子基团的芳胺较为稳定,如 硝基苯胺 、 4-氨基苯磺酸 等。由于芳胺的盐较难氧化,因此往往将芳胺制成盐后储存。

芳胺环上的亲电取代反应

氨基 与芳环间的p-π 共轭 作用可以在很大程度上活化苯环。实际上,芳胺环上的亲电取代反应比苯要容易进行得多。

苯胺 和 溴水 作用,常温下即可生成2,4,6-三 溴苯胺 :

2,4,6-三溴苯胺是白色固体。这个反应如果进行定量分析,可用于苯胺的鉴别和定量分析。如果只需要一元取代的产物,可先将氨基酰化,降低基团的活化能力。

芳胺不能直接用 硝酸 硝化,直接硝化时容易被氧化。若先用酰化反应将 氨基 保护起来,再进行硝化,可以获得邻、对位硝化产物。若要得到 N-苯基-N-间硝基苯胺 ,可先将苯胺溶于 硫酸 中生成 硫酸盐 ,由于生成的氨基正离子是间位取代基,再进行硝化时,可得到间位硝化的产物:

苯胺 与 浓硫酸 反应,生成苯胺的 硫酸盐 。苯胺的硫酸盐在180~190℃烘熔,生成 4-苯胺磺酸 :

1、 磺酸 化反应:

2、重排反应:

4-氨基苯磺酸 又称磺胺酸,以内盐形式存在,是重要的 染料 中间体和常用的农药。

芳香族重氮盐的化学反应

芳香族重氮盐一般很容易通过芳香 伯胺 的 重氮化反应 来制备。例如:

由于氮叁键中的π轨道与 苯环 上的π轨道可以形成共轭体系,芳香族重氮盐要比脂肪族重氮盐稳定,可以在低温强酸介质中稳定存在。芳香族重氮正离子的结构是下列 共振 式的杂化体:

芳香族 重氮盐 可以发生多种化学反应,大致可以分为两类:一类是放出 氮气 , 氮 被其他原子或基团取代的反应;另外一类是氮原子保留在环上的反应。

1、 被 羟基 取代

芳香族重氮盐的酸性 水溶液 加热后,重氮基被羟基取代生成酚:

重氮基被羟基取代的反应是按Sₙ1机理进行的。重氮基首先放出氮气,生成 苯基 正离子:

苯基正离子的空sp²杂化轨道不能与 苯环 形成共轭体系,正电荷集中在一个碳原子上,其反应活性类似于 烷基 正离子,是强的亲电试剂。苯基正离子不仅能与水反应,还能与其他各种 亲核试剂 发生作用。

2、 被 卤族元素 或 氰基 取代

芳香族 重氮盐 的酸性溶液分别与 氯化亚铜 、 溴化亚铜 或 氰化亚铜 等共热,重氮基可以被氯、溴或氰基等取代。这个反应称为桑德迈耳(Sandmeyer)反应:

1、

2、

3、

如果反应中使用铜粉代替氯化亚铜,反应也能进行,这种反应叫做盖特曼(Gattermann)反应:

1、

2、

3、

芳香族 重氮盐 与亚铜盐的反应被认为是一种 自由基 反应,具体历程如下:

1、

2、Ar·+CuX₂→ArX+CuX

碘代 芳香烃 也可由重氮盐的反应来制备。反应不需要催化剂,将重氮盐与 碘化钾 混合在一起 加热反应 ,即可得到碘代物:

芳香族 氟化物 也可由重氮盐的反应来制备。将 氟硼酸 (HBF₄)加到 重氮盐 溶液中,生成氟硼酸重氮盐的沉淀。加热干燥的氟硼酸重氮盐,分解得到芳香族氟化物,此反应称为希曼(Schiemann)反应。由于芳香腈、碘代芳烃、芳香族氟化物不易直接由芳香亲电 取代反应 来制备,这几类化合物在实验室中通常利用重氮盐的取代反应制备。

3、 被氢原子取代

重氮盐与 次磷酸 (H₃PO₂)作用,重氮基被氢原子取代:

重氮盐 与 乙醇 作用,重氮基也能被氢原子取代。但是由于乙醇是 亲核试剂 ,往往有副产物醚的生成:

1、

2、

利用重氮基被氢原子的 取代反应 ,可以除去 苯环 上的硝基和 氨基 。例如,1,2,3,5-四 溴苯 的合成反应:

1、溴代反应:

2、 重氮化反应 :

3、Sandmeyer反应(溴代):

4、 被硝基取代

重氮基可以被硝基取代,这个反应可以用来制备 硝基化合物 :

重氮盐 可以被 亚硫酸钠 或 氯化亚锡 还原成 苯肼 的盐,用碱处理后得到苯肼:

1、

2、

若使用较强的 还原剂 (如 锌 ),则直接得到 苯胺 :

1、

2、

在适当的条件下, 重氮盐 与芳胺或酚等富电子 芳香烃 作用,生成 偶氮化合物 ,这一反应称为偶合反应,也叫偶联反应(coupling D琀稀反应 )。在偶合反应中,参加偶合的重氮盐叫重氮组分,芳胺和酚叫偶合(偶联)组分:

研究表明,上述偶合反应是一类芳香族的亲电取代反应。重氮盐是亲电试剂,由于重氮正离子 氮 上的正电荷分散到 苯环 上,重氮盐显示出弱的亲电能力,只能和芳胺、酚等活性很高的 芳香烃 偶合组分进行反应。如果 重氮盐 环上有强吸电子基团时,苯环上电子云密度降低,引起重氮基氮原子上电子云密度也随之降低,重氮正离子的亲电能力增强。例如,1,3,5-三硝基重氮苯不仅能与芳胺或酚发生偶合反应,还可以和1,3,5- 均三甲苯 发生偶合反应。2,4-二硝基重氮苯可以和 苯甲醚 进行偶合。

重氮盐与芳胺或酚的偶合反应,由于重氮基的体积较大,一般发生在酚 羟基 或 氨基 的对位。如果对位已经被其他基团占据,则偶合反应可以发生在邻位。例如:

重氮盐 与 萘酚 和 萘胺 也能发生偶合反应。α-萘酚和α-萘胺的偶合反应主要发生在4-位碳原子上。如果4-位碳原子已被其他基团占据,则发生在2-位碳原子上。β-萘酚和β-萘胺的偶合反应主要发生在1-位碳原子上。如果1-位碳原子已被其他基团占据,则不易发生偶合反应。

C₁₀H₇OH(1- 羟基 萘)⇌C₁₀H₆(OH)₂(1,2-二羟基萘)

对于不同的偶合组分来说,反应介质的酸碱性是很重要的影响因素。重氮盐和酚的偶合常在弱碱性介质中进行,这时酚变成芳氧基 阴离子 ,芳氧基负离子是一个比羟基更强的活化 苯环 亲电反应的基团,这有利于偶合反应的进行。如果介质碱性太强,则对反应不利,因为重氮离子在 强碱 溶液中存在着下述平衡:

1、

2、

重氮盐 转变为重氮碱及其盐后,就不能再发生偶合反应。酸性条件不利于重氮盐与酚的偶合,因为在酸性条件下,不仅芳氧基 阴离子 的浓度变小,甚至酚还有可能质子化:C₆H₅OH+H⁺→C₆H₅OH₂⁺

质子化的酚不能发生偶合反应。

重氮盐与芳胺的偶合反应一般在弱酸性或中性条件下进行,而不能在强酸性介质中进行。在强酸性介质中,芳胺变成 铵盐 ,不利于偶合:ArNH₂+H⁺⇌ArNH₃⁺

重氮盐与芳胺或酚偶合所得产物的通式为,偶氮基是一种发色基团,通常这些化合物带有颜色,其中很多被用作 染料 ,因而称为 偶氮染料 (azo-dyes)。

1、 1-(4-硝基苯基偶氮)-2-萘酚)(对位红) 的 化学式 :

2、 甲基橙 的化学式:

物质结构

芳香胺是由 氮 和芳香烃基相连。

合成方法

制法一

芳香胺最主要的制法,就是用相应的 硝基化合物 还原。这一反应在一时期可以看作是煤焦油工业的基础。实验室中常用的 还原剂 是在酸性溶液里的锡、铁、锌,或用 硫化铵 在 乙醇 溶液内反应。用 催化 氢化 法,如阮来镍等也可把硝基还原成 氨基 。铁是最常用及最经济的还原剂。实际操作时,是把 铁屑 、水和少量的 盐酸 同时加热,铁先和盐酸反应放出氢并生成 氯化亚铁 ,氯化亚铁 水解 后又生出盐酸,盐酸可以再和铁反应:

芳香族胺中以 苯胺 为最重要,从前主要是用来制造各种 染料 ,但近年来主要是用于橡胶工业。工业上是用铁粉和相当于理论量\(\frac{1}{40}\)的盐酸将 1-溴-2-硝基苯 还原,也可用铜粉作为催化剂加氢还原。现在采用的方法是使 氯苯 在高温下直接氨基化,这和制备 脂肪胺 的方法相同: ;

这是一个可逆反应,为要使反应向右方进行,可用 氧化亚铜 把生成的 氯化铵 分解: 生成的 氯化亚铜 用碱处理后,又可得 氧化亚铜 ,重新使用。

在实验室内,常用 氯化亚锡 或锡在 盐酸 内还原 1-溴-2-硝基苯 ,所生成的 苯胺 在酸性溶液内成为盐酸盐,然后加 氢氧化钠 把盐分解,再将游离的苯胺用水蒸汽蒸馏法蒸出。这种蒸馏法的原理是水和苯胺彼此的 溶解度 很小,当温度上升,各自的蒸气压也随之上升,但互不影响。苯胺在184°时的蒸气压才等于大气压760毫米,在90—100°之间,水的蒸气压已接近于760毫米,这时,苯胺的蒸气压也不小,所以要使这两个组分的分压之和与大气压 相等 ,一定要低于100°。所以在100°以下即开始 蒸馏 ,蒸出物的 苯胺 和水的重量比例取决于二者分子量和分压的比例。在图13-1的瓶甲中装入碱化后的苯胺盐溶液,由导管乙通入蒸气,在98.5°时,水即和苯胺通过冷凝器蒸馏出来,在接受器中的苯胺和水再用分液漏斗分开。

制法二

芳香族 硝基化合物 在酸性介质中还原,可以制备芳香 伯胺 。常用的 还原剂 有:铁粉- 盐酸 、铁粉-醋酸、锡-盐酸、 氯化亚锡 盐酸等,其中尤以铁粉最为常用,因为铁粉价格低,缺点是下脚料铁泥难以处理,对环境造成污染。在用铁粉-盐酸还原 1-溴-2-硝基苯 制备 苯胺 时,盐酸的用量仅为理论量的1/40,因为这里除产初生态氢外,主要由生成的 氯化亚铁 来还原。

碱式氯化亚铁与铁和水作用,生成氯化亚铁和盐酸,它们再与硝基苯发生还原反应。

最后能否生成黑色的 四氧化三铁 是反应是否进行完全的标志。

另外采用催化 氢化 的方法,也可以将芳香 硝基化合物 还原成芳香胺,无环境污染,但对设备要求较高。

应用领域

芳香胺是一类重要的 化工原料 ,其广泛应用于橡胶化学品、农药、 染料 、药品、照相化学品的制造,并广泛用作农用化学品的合成中间体。 还用于 橡胶加工 和制药行业的化合物和中间体生产。

安全事宜

毒性

芳香胺是广泛存在于药物、农药和天然产物中的基本结构成分。 芳香胺的一些化合物如 苯胺 具有中等毒性,而它的许多衍生物则具有剧毒,例如氯苯胺。

健康危害

多数芳香胺还具有潜在的致畸、致癌、致突变作用,被 欧盟 和 美国国家环境保护局 列为优先污染物,中国也将芳香胺作为水污染防治的重点污染物之一。 长期吸入苯胺蒸气会引起中毒,芳胺还可以通过皮肤渗入使人中毒。

环境危害

大多数芳香胺具有一定的水溶性,在工业设施排放的废水中检出率较高。许多芳香胺会对 脱氧核糖核酸 造成损害,对水生生物有剧毒,并可通过呼吸道、消化道及皮肤黏膜等途径被生物体吸收,从而对血液系统、神经系统造成不可逆的伤害。 工业实践一直依赖将芳香胺转化为 重氮盐 ——这种中间体以其高爆炸性和不稳定性而闻名。这种传统方法存在显著的缺点,包括安全风险、过量的铜试剂消耗以及有限的底物兼容性。

火灾隐患

芳香胺的一些化合物如 苯胺 极易燃,燃烧时会产生 芳香族化合物 特有的烟雾状火焰。

相关事件

2009年12月,北京市工商局日前发布消息称,6款不合格服装被责令退出北京市场。“黑名单”显示: 王府井集团 工美大厦销售的标称“滕氏” 马甲 、北京市百荣世贸商城市场有限责任公司销售的标称VERYMODEL衬衣、中旭三利百货销售的标称“艺方恒利”衬衫、北京国泰平安百货有限公司销售的标称 金逸国际电影城 女衬衫等都检测出了禁用的可分解芳香胺。

就在该事件曝光不久后,北京市质监局公布的关于三季度对学生校服的质量抽查结果,本次共抽查了北京11家校服生产企业的11批次产品,其中,北京奥泷绮制衣有限公司生产的针织学生服因存在可诱发癌症的 可分解芳香胺染料 为不合格,北京宏园生服装服饰有限责任公司生产的“艾咪”学生装因PH值不合格而名列黑榜。

2022年10月, 国家市场监督管理总局 开展服装产品抽检,一件标称由 深圳市 安若依电子商务有限公司生产的时尚女装,被检出含有一种名为“ 联苯胺污染源 ”的可致癌芳香胺 染料 ,且含量超标。该物质实测值高达540毫克/ 千克 ,超标27倍。除上述女装外,一件标称由东莞市曼邦电子商务有限公司生产的牛仔马甲,也被检出可致癌芳香胺染料,含量达30毫克/千克,超过标准限值。

2025年11月, 中国科学院大学 杭州高等研究院张夏衡团队耗时三年,研发“直接脱氨”新策略。其“分子编辑术”可一键改造芳香胺结构,既规避爆炸风险,又解决含铜废水难题。用低成本常见试剂就能实现公斤级合成,部分药物中间体成本有望降40%—50%,还能推进吨级 绿色生产 。

从微观视角看,很多化合物可看作由许多小 积木 拼接而成,芳香胺相当于“基础积木”,其关键部件氨基能用于拼接各类功能部件( 官能团 ),在 染料 、药物合成等领域有广泛应用,且部分合成过程中需去除芳香胺原有的氨基。 2025年11月12日, 中国科学院大学 杭州高等研究院张夏衡研究员接受科技日报记者采访时,解读了团队与合作者近日在《自然》上发表的研究成果:新策略能在温和条件下,仅需一道工序,就对芳香胺类化合物高效、安全转化,为抗病毒、抗癌药等药物合成开辟了更经济、环保的技术路径。

参考资料

  1. Aniline | C6H5NH2 | CID 6115 - PubChem pubchem 2025-11-29
  2. 芳香胺 术语在线 2025-11-21
  3. Aromatic Amines sundarbanmahavidyalaya 2025-11-29
  4. CHAPTER VI - AROMATIC AMINES CHAPTER VI - AROMATIC AMINES 2025-11-21
  5. 芳香胺 noaa 2025-11-29
  6. Chinese Scientists Develop Breakthrough Method for Aromatic Amine Applications Chinese Scientists Develop Breakthrough Method for Aromatic Amine Applications 2025-11-21
  7. 抽检发现某品牌女装致癌芳香胺染料超标,服装选购要注意这五点 新浪财经 2025-12-02
  8. Catalytic Carbodiimide Guanylation by a Nucleophilic, High Spin Iron(II) Imido Complex osti 2025-11-29
  9. “芳香胺”问题频现 服装业遭遇“致癌门” 中国新闻网 2025-11-29
  10. “一步法”改造芳香胺 有望降低药物合成工艺成本 科学网 2025-11-21