第十三章胺和生物堿

第十三章胺和生物堿含氮有機(jī)化合物的類型主要有:硝基化合物胺

R—NH2

CH3-NH2重氮鹽

Ar—N+2X-

偶氮化合物

Ar—N=N—Ar含氮雜環(huán)生物堿酰胺 R-CO-NH2

CH3-CO-NH2√√√√上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)第一節(jié)胺一、分類和命名(一)分類

氨分子中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)H原子被烴基取代,分別生成伯胺(一級(jí)胺,1°)、仲胺(二級(jí)胺,2°)和叔胺(三級(jí)胺,3°)。伯胺仲胺叔胺上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)注意：只有N原子直接與芳環(huán)相連才屬于芳香胺.芳香仲胺脂肪仲胺上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)伯、仲、叔胺的區(qū)別與伯、仲、叔醇或鹵代烴不同。叔丁醇叔丁基胺(伯胺)(叔醇)(叔鹵代烴)

叔丁基氯?上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

相應(yīng)于氫氧化銨和銨鹽的四烴基取代物,分別稱為季銨堿和季銨鹽(quaternaryammoniumion)。季銨堿

(膽堿)

季銨鹽

如果NH4+中4個(gè)H原子沒有完全被烴基取代，則不屬于季銨類化合物，而是胺的鹽類。CH3CH2NH3+Cl－或?qū)憺镃H3CH2NH2

·HCl氯化乙銨（或：乙胺鹽酸鹽）——伯胺的鹽上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)簡(jiǎn)單胺的命名“烴基名”＋“胺”(按“優(yōu)先基團(tuán)后列出”原則排列烴基)methylaminecyclopentylamineisopropylmethylamine甲胺甲基異丙基胺環(huán)戊胺2,4-hexanediamine2-naphthylamine2,4-己二胺2-萘胺,β-萘胺三乙胺triethylamine

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜的胺的命名氨基做取代基，烴或其他官能團(tuán)為母體。4-二甲氨基苯甲醛4-dimethylaminobenzaldehyde

3-氨甲基-6-甲氨基辛烷3-aminomethyl-6-methylaminooctane2-甲基-4-氨基戊烷2-amino-4-methylpentane

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)4.季銨鹽(或胺的鹽)和季銨堿的命名

分別與NH4+Cl-、NH4+OH-的命名相似。碘化甲銨methylammoniumiodide溴化四乙銨tetraethylammoniumbromide

氫氧化四甲銨氫氧化羥乙基三甲基銨(膽堿，choline)tetramethylammoniumhydroxide上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)二、胺的結(jié)構(gòu)N以不等性sp3雜化形成三棱錐型分子。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)三、胺的物理性質(zhì)

脂肪胺：低級(jí)胺是氣體或易揮發(fā)的液體,有特殊氣味；高級(jí)胺為固體,一般無(wú)氣味。6C以下的胺通常都溶于水。

芳香胺：為高沸點(diǎn)的液體或低熔點(diǎn)的固體,有特殊氣味；一般難溶于水,易溶于有機(jī)溶劑;大多具有毒性，某些芳香胺具有致癌作用。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)對(duì)脂肪胺而言,相對(duì)分子質(zhì)量相同的伯、仲、 叔三類胺，其沸點(diǎn)和水溶度順序均為： 伯胺>仲胺>叔胺。水溶度:伯仲叔3類胺與水形成氫鍵的能力依次減弱。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)四、胺的化學(xué)性質(zhì)

胺分子中氮原子上具有的孤電子對(duì)使胺具有堿性和親核性。由于p-π供電子共軛效應(yīng)，芳香胺具有較高的親電取代反應(yīng)活性。1.堿性2.親核性3.芳胺親電取代反應(yīng)活性增高上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(一)堿性與成鹽反應(yīng)

與氨相似,胺分子中氮原子上的孤對(duì)電子能接受質(zhì)子,呈堿性。

胺的堿性強(qiáng)弱與氮上電子云密度有關(guān)。氮上電子云密度越大，接受質(zhì)子的能力越強(qiáng)，堿性就越強(qiáng)。堿性序：脂肪胺

>

氨

>

芳香胺

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

胺的堿性強(qiáng)弱是電子效應(yīng)、立體效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)共同綜合作用的結(jié)果。1.電性效應(yīng)

脂肪胺中的烷基是供電子基,它使N上的電子云密度增大，而且連接的烴基越多,電子云密度就越高,堿性增強(qiáng)。

芳胺N原子上的孤電子對(duì)與苯環(huán)共軛，電子離域到苯環(huán),結(jié)果使N原子的電子云密度減少,故堿性減弱。

單一的電性效應(yīng)使胺的堿性由強(qiáng)至弱順序?yàn)椋簆Kb 3~5 4.75 >9上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)2.水的溶劑化效應(yīng)

溶劑化程度越大,銨正離子越穩(wěn)定,其堿性越強(qiáng)(OH-濃度越高)單一溶劑化效應(yīng)使其堿性強(qiáng)弱順序?yàn)椋翰?gt;仲胺>叔胺上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)3.空間效應(yīng)N原子上連接的基團(tuán)越多越大,對(duì)N上孤對(duì)電子的屏蔽作用越大,N上孤對(duì)電子與H+結(jié)合就越難,堿性就越弱。pKb9.409.609.62 13.8

水溶液中胺的堿性強(qiáng)弱是多種因素共同影響的結(jié)果。各類胺的堿性強(qiáng)弱大致表現(xiàn)出如下順序：上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

季銨化合物分子中的氮原子已連接四個(gè)烴基并帶正電荷，再也不能接受質(zhì)子，這類化合物的堿性由與季銨正離子結(jié)合的負(fù)離子來決定。季銨堿的堿性即為OH-的堿性,為有機(jī)強(qiáng)堿。季銨堿與酸作用生成季銨鹽：季銨堿季銨鹽R4N+Cl-是強(qiáng)堿強(qiáng)酸鹽，與強(qiáng)堿作用后不會(huì)游離出季銨堿，而是建立如下平衡：上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)胺類一般為弱堿,可與酸成鹽,但遇強(qiáng)堿又重新游離析出：

實(shí)驗(yàn)室中常常利用胺的鹽易溶于水而遇強(qiáng)堿又重新游離析出的性質(zhì)來分離和提純胺。

胺(特別是芳胺)易被氧化,而胺的鹽則很穩(wěn)定.醫(yī)藥上常將難溶于水的胺類藥物制成鹽,以增加其水溶性和穩(wěn)定性。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(二)烴基化反應(yīng)

胺和氨一樣可作為親核試劑與鹵代烴發(fā)生SN2反應(yīng)，產(chǎn)物是高一級(jí)的胺，最終生成季銨鹽。

如R’為甲基,則常稱此反應(yīng)為“徹底甲基化反應(yīng)”。

季銨鹽用途廣泛，可作殺菌劑、陽(yáng)離子表面活性劑、相轉(zhuǎn)移催化劑、防銹劑、乳化劑和柔軟劑等。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(三)?；磻?yīng)

伯胺和仲胺仍象氨一樣能與酰鹵、酸酐作用生成酰胺。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

胺?；磻?yīng)的應(yīng)用:(2)分離、鑒定

(3)保護(hù)氨基

(1)醫(yī)藥方面.

增加藥物脂溶性，降低毒性Paracetamol(撲熱息痛)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(四)磺?；磻?yīng)

伯胺和仲胺可與苯磺酰氯或?qū)?甲苯磺酰氯反應(yīng),生成相應(yīng)的磺酰胺。叔胺不被磺?；?/p>

由伯胺生成的磺酰胺氮上的氫受磺?；绊懗嗜跛嵝?，可與堿成鹽而溶于水；仲胺形成的磺酰胺氮上無(wú)氫，不與堿成鹽而呈固體析出。常利用此反應(yīng)鑒別三類胺,稱為Hinsberg

(興斯堡)試驗(yàn)法。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)1.伯胺

脂肪伯胺與HNO2反應(yīng)生成極不穩(wěn)定的脂肪重氮鹽。

該重氮鹽即使在低溫下也會(huì)立即分解放出氮?dú)?，并有醇、烯及鹵代烴等混合物的形成。

因能定量地放出氮?dú)?，因此常用于氨基酸和多肽的定量分析。上?yè)下頁(yè)首頁(yè)(五)與亞硝酸的反應(yīng)

芳香伯胺與HNO2在低溫(一般<5℃)及過量強(qiáng)酸水溶液中反應(yīng)生成芳香重氮鹽，這個(gè)反應(yīng)稱為重氮化反應(yīng)(diazotization)。

干燥的重氮鹽通常極不穩(wěn)定，受熱或振蕩容易發(fā)生爆炸。升高溫度重氮鹽會(huì)逐漸分解，放出氮?dú)?。上?yè)下頁(yè)首頁(yè)2.仲胺

脂肪仲胺和芳香仲胺與亞硝酸反應(yīng)，都是在氮上進(jìn)行亞硝化,生成

N-亞硝基化合物。

N-亞硝基胺為中性的黃色油狀物或固體，絕大多數(shù)不溶于水而溶于有機(jī)溶劑?，F(xiàn)已被列為化學(xué)致癌物。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)亞硝酸鹽口服中毒劑量為0.3-0.5g,中毒潛伏期短,一般為數(shù)十分鐘或1～3小時(shí),癥狀以紫紺為主.皮膚粘膜,口唇,指甲下最明顯.中毒癥狀：頭昏,頭痛,乏力,胸悶,心跳加快,嗜睡,煩躁不安,呼吸困難；惡心,嘔吐,腹痛,腹瀉等消化道癥狀.亞硝酸鹽中毒很嚴(yán)重的,自身解毒非常慢,一旦發(fā)現(xiàn)就要立即催吐洗胃和服用解毒藥.亞硝酸鹽的中毒機(jī)制為：1,是強(qiáng)氧化劑,可以將紅細(xì)胞中二價(jià)鐵血紅蛋白氧化為三價(jià)鐵血紅蛋白,而失去運(yùn)送氧,和釋放氧的能力造成組織器官的缺氧2,松弛血管平滑肌,使血管擴(kuò)張血壓下降3.叔胺

脂肪叔胺與HNO2

作用生成不穩(wěn)定易水解的鹽，若以強(qiáng)堿處理，則重新游離析出叔胺。(一種弱酸弱堿鹽)芳香叔胺與HNO2

作用生成對(duì)-亞硝基胺。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(六)芳香胺的親電取代反應(yīng)

氨基的供電子共軛效應(yīng)使苯環(huán)上的電子云密度升高，所以芳胺易進(jìn)行芳環(huán)上的親電取代反應(yīng)。2,4,6-三溴苯胺(白色沉淀)

動(dòng)畫模擬:苯胺與溴水作用利用此性質(zhì)可鑒別和定量分析苯胺。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)第二節(jié)重氮鹽和偶氮化合物

重氮和偶氮化合物都含有－N2－官能團(tuán)。重氮甲烷偶氮甲烷偶氮苯氯化重氮苯苯重氮酸苯重氮磺酸鈉4-甲基-4’-羥基偶氮苯上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)一、重氮鹽的制備及結(jié)構(gòu)重氮鹽是通過重氮化反應(yīng)來制備的。

制備時(shí),一般是先將芳伯胺溶于過量的鹽酸(或硫酸)中,在冰水浴中保持0～5℃,然后在不斷攪拌中逐漸加入亞硝酸鈉溶液直到溶液對(duì)淀粉碘化鉀試紙呈藍(lán)色為止,表明亞硝酸過量,反應(yīng)已完成。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)重氮鹽的結(jié)構(gòu)：N原子sp雜化sp+π-π

共軛效應(yīng)使芳香重氮鹽穩(wěn)定性增加上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)二、重氮鹽的性質(zhì)放氮反應(yīng)(親電取代):重氮基被其它基取代并放出N2留氮反應(yīng)(偶聯(lián)反應(yīng)):產(chǎn)物分子中仍然保留2個(gè)N上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)(一)重氮基被取代（放氮反應(yīng)）上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)利用重氮鹽的水解可使重氮基變成羥基。

這一反應(yīng)通常是用硫酸重氮鹽在40％～50％的硫酸溶液中加熱進(jìn)行。若用鹽酸重氮鹽,則常有副產(chǎn)物氯苯生成。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

重氮鹽與碘化鉀水溶液共熱，不需要催化劑就能生成收率良好的芳香碘化物。利用重氮基被氰基取代的反應(yīng)可以合成芳香羧酸。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)

通過重氮基被氫原子取代的反應(yīng),可將芳胺變成芳烴,合成某些直接通過芳環(huán)上的取代反應(yīng)不能得到的化合物。第三節(jié)生物堿

(Alkaloid)

生物堿一般是指生物體內(nèi)的一類含氮有機(jī)化合物，許多生物堿具有顯著生理活性。生物堿的分子結(jié)構(gòu)多數(shù)屬于仲胺、叔胺，少數(shù)為伯胺，常含有氮雜環(huán)，且大多具有堿性。由于生物堿主要存在于植物中,故又稱植物堿。一、生物堿的概念及臨床應(yīng)用生物堿一般按其來源命名。如煙堿、麻黃堿等。生物堿廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥中。

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)二、幾種常見的生物堿1.煙堿(尼古丁

nicotine)

含吡啶環(huán)及四氫吡咯環(huán)(叔胺)。

存在于煙葉中,有劇毒。少量對(duì)中樞神經(jīng)有興奮作用，大量則抑制中樞神經(jīng)，出現(xiàn)惡心、嘔吐,使心臟麻痹以至死亡。1支煙含煙堿0.05~2.5mg。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)人民衛(wèi)生電子音像出版社392.嗎啡,可待因上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)1．鎮(zhèn)痛：短期用于其他鎮(zhèn)痛藥無(wú)效的急性劇痛，如手術(shù)、創(chuàng)傷、燒傷的劇烈疼痛；晚期癌癥病人的三階梯止痛。