胺和生物堿課件

第十一章

含氮有機(jī)化合物

（nitrogen-containingcompound）

有機(jī)化合物中的氫原子可以被氮原子或含有氮原子的官能團(tuán)所取代，通常將含有氮的化合物稱為含氮的有機(jī)化合物。含氮的化合物主要胺、偶氮化合物、生物堿、含氮雜環(huán)化合物和氨基酸等。本章主要介紹胺、重氮和偶氮化合物及酰胺類(lèi)化合物。第一節(jié)胺一、胺的分類(lèi)

胺可看作氨分子中氫原子被烴基取代后的產(chǎn)物。

根據(jù)胺分子中氮原子所連烴基的數(shù)目，將胺分為伯胺、仲胺、叔胺、季銨。季銨類(lèi)化合物包括季銨堿和季銨鹽。伯胺叔醇根據(jù)N上取代基的多少3.根據(jù)氨基的數(shù)目2.根據(jù)烴基的類(lèi)型例如：CH3NH2PhNH2CH3NHCH3CH3NHC2H5甲胺苯胺二甲胺甲乙胺甲乙異丙胺2．N-取代芳香胺：芳香仲胺和芳香叔胺以芳香伯胺為母體，脂肪烴基為取代基。N-甲基苯胺N-苯基芐胺N-甲基-N-乙基苯胺以表示脂肪烴基是連在N原子上，不是苯環(huán)上。3．復(fù)雜的胺：以烴基為母體，把氨基或

者烴氨基作為取代基。

2-甲基-3-氨基戊烷2-甲基-3-甲氨基丁烷

必須注意“氨、胺、銨”字的用法,氨用來(lái)表示氣態(tài)氨（NH3）或基團(tuán)，如氨基（—NH2）,亞氨基（NH）；胺用來(lái)表示NH3的烴基衍生物，如（CH3—NH2）甲胺；銨用來(lái)表示胺的鹽類(lèi)及季銨類(lèi)。三、胺的結(jié)構(gòu)

胺的結(jié)構(gòu)和氨相似，氮原子為不等性sp3雜化，4個(gè)雜化軌道中的3個(gè)分別與氫或碳原子形成鍵，整個(gè)分子呈三棱錐形結(jié)構(gòu)，氮原子的另一個(gè)sp3雜化軌道被一孤電子對(duì)所占用，且位于棱錐體的頂端，如同第四個(gè)基團(tuán)一樣，所以胺分子中的氮原子與碳的四面體結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，但不是正四面體。氨甲胺三甲胺107.3°112.9。108。

當(dāng)胺分子中氮原子連有三個(gè)不同的原子和基團(tuán)時(shí)，氮原子就成為手性中心，存在對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象，但至今未能分離得到這樣的對(duì)映體。這是因?yàn)榘贩肿又械由系墓聦?duì)電子起不到一個(gè)基團(tuán)的作用，這兩個(gè)對(duì)映體可以通過(guò)一個(gè)平面過(guò)渡態(tài)相互轉(zhuǎn)變。

苯胺氮原子sp3雜化，其中一對(duì)孤對(duì)電子是一種不等性雜化電子，該對(duì)電子所占有的sp3雜化軌道中p軌道成分較多，盡管苯胺分子不是一個(gè)平面型分子，但氮原子的孤對(duì)電子仍能與苯環(huán)的大π電子互相重疊，形成共軛體系。NH2+

H2ORNH3++

OH-R

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)。脂肪胺>氨>芳香胺原因：

脂肪烴基是供電子基，能提高氮原子上的電子云密度；而芳香胺因氮上孤對(duì)電子離域到苯環(huán)，降低了氮原子的電子云密度，因此堿性顯著降低。

脂肪胺能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，而芳香胺不能。

胺的堿性還與氮上連接的烴基數(shù)目有關(guān)，烴基多，空間位阻大，不利于氮與質(zhì)子結(jié)合。胺在水中的堿性還與水的溶劑化作用有關(guān)。故胺的堿性強(qiáng)弱是電子效應(yīng)、立體效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)共同作用的結(jié)果。2．電子效應(yīng)的影響

烷基是供電子基，其+I效應(yīng)是氮上電子云密度增高，使質(zhì)子化后的銨離子更趨穩(wěn)定。而芳香胺中由于氮上的孤對(duì)電子參與苯環(huán)共軛而分散到苯環(huán)，從而使氮原子結(jié)合質(zhì)子的能力降低，即堿性降低。

脂肪叔胺>仲胺>伯胺>NH3>芳香胺

3．空間效應(yīng)的影響

N原子上連接的基團(tuán)越多越大，則對(duì)N原子上的孤對(duì)電子的屏蔽作用越大，與質(zhì)子的結(jié)合就越不易，堿性就越弱。例如：三苯胺，三個(gè)苯基連接在N原子上，空間位阻很大，再加上共軛效應(yīng)的影響，三苯胺的水溶液是顯中性的。季銨堿與酸作用生成季銨鹽遇到強(qiáng)堿不會(huì)游離出季銨堿

說(shuō)明：除季銨堿為強(qiáng)堿外其它的胺均為弱堿，可與酸成鹽，但遇堿又重新游離析出。(建立新的平衡，而不游離出季銨堿)。CH3NH2HClOH-CH3NH2·HCl

或?qū)懽?/p>

[CH3NH3]+Cl-NH2HClOH-NH2·HCl

或?qū)懽鱊H2Cl-

胺與酸形成的鹽一般都是易溶于水和乙醇的晶形固體，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(lái)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(lèi)藥物制成鹽，以增加其水溶性和穩(wěn)定性。例如：將局部麻醉藥普魯卡因制成鹽酸普魯卡因。（二）?；磻?yīng)和磺酰化反應(yīng)1.?；磻?yīng)

伯、仲胺能與酰鹵、酸酐等酰化劑反應(yīng)，氨基上的H原子被?；〈甚０贰?/p>

叔胺氮上沒(méi)有可以被取代的氫原子，不能起?；磻?yīng)。

酰胺在酸或堿的催化下水解，可以除去?；謴?fù)氨基，因此常用?；磻?yīng)來(lái)保護(hù)氨基以免芳胺在進(jìn)行某些反應(yīng)時(shí)氨基被氧化破壞。

苯胺不能直接硝化制備對(duì)-硝基苯胺，乙酰化以后由于?；奈娮幼饔茫贡江h(huán)的電子云密度有所下降，從而增強(qiáng)了抗氧化能力，提高了穩(wěn)定性。2.磺?；磻?yīng)

利用苯磺酰氯可以分離鑒別伯、仲、叔胺，這個(gè)方法叫興斯堡（Hinsborg）反應(yīng)。苯磺酰氯SOClO+

R2NHSONR2O不溶解NaOHSOClO+

R3N不反應(yīng)

不同類(lèi)型的胺與HNO2反應(yīng)，生成不同的產(chǎn)物。由于亞硝酸不穩(wěn)定，在反應(yīng)中用NaNO2與HCl（或H2SO4）作用產(chǎn)生。（三）與亞硝酸的反應(yīng)

1.伯胺

芳香伯胺若在低溫強(qiáng)酸性溶液與亞硝酸反應(yīng)，生成重氮鹽，稱為重氮化反應(yīng)。

脂肪伯胺與亞硝酸反應(yīng)生成的脂肪重氮鹽極不穩(wěn)定，即使在低溫的環(huán)境下也立即釋放出氮?dú)?，生成正碳離子。

由于該反應(yīng)定量的放出氮?dú)猓虼丝捎米靼被亩繙y(cè)量。

2.仲胺

脂肪仲胺與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-亞硝基胺類(lèi)化合物，強(qiáng)致癌物。N-亞硝基二乙胺（黃色油狀）N-甲基苯胺N-甲基-N-亞硝基-苯胺

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。3.叔胺

脂肪叔胺與亞硝酸作用生成不穩(wěn)定易水解的鹽，若以強(qiáng)堿處理，則重新游離析出叔胺。N，N-二甲基-對(duì)-亞硝基苯胺

芳香叔胺因?yàn)榘被膹?qiáng)活化作用，使芳環(huán)易于發(fā)生親電取代，與亞硝酸作用生成對(duì)-硝基胺。

上述亞硝基化合物都是在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行反應(yīng),產(chǎn)物呈桔黃色。用堿中和后顯出翠綠色。翠綠色桔黃色脂肪胺芳香胺伯胺

放出定量的N2在低溫下（0-5℃）生成重氮鹽仲胺生成黃色油狀物或固體的N-亞硝基胺生成N-亞硝基物叔胺生成亞硝酸鹽，強(qiáng)堿作用后重新變?yōu)榘飞蒀-亞硝基物（四）烴基化反應(yīng)

胺與氨一樣可作為親核試劑與鹵代烷發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物是高一級(jí)的胺，最終生成季銨鹽。（五）芳胺的特殊反應(yīng)

芳胺是氨基與苯環(huán)直接連結(jié)，由于氨基與苯環(huán)相互影響，使芳胺具有一些特殊的性質(zhì)。1.氧化反應(yīng)

芳胺很容易被氧化，氧化的產(chǎn)物很復(fù)雜，這取決于氧化劑的性質(zhì)和反應(yīng)的條件。對(duì)苯醌2.親電取代反應(yīng)

由于氨基使苯環(huán)活化，所以苯胺很容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。2，4，6-三溴苯胺（白色）

由于氨基使苯環(huán)活化，所以苯胺很容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。五、重要的胺類(lèi)化合物苯胺2.生源胺：（1）腎上腺素和去甲腎上腺素（2）多巴胺（3）5-羥色胺（4）膽堿和乙酰膽堿3.丁二胺和戊二胺4.新潔爾滅5.金剛烷胺

重氮和偶氮化合物都含有—N2—官能團(tuán)。重氮化合物中—N2—的一端與烴基相連，偶氮化合物中則兩端都與烴基相連。第二節(jié)重氮鹽和偶氮化合物

氯化重氮苯間-羥基偶氮苯氰化重氮苯偶氮甲烷一、重氮化合物的化學(xué)性質(zhì)

重氮化合物的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡馨l(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)，一般歸納為兩類(lèi)：一是放氮反應(yīng)（取代反應(yīng)）；二是偶聯(lián)反應(yīng)（留氮反應(yīng)）。（一）取代反應(yīng)（放氮反應(yīng)）重氮基（-N2-）在不同條件下可被-OH、-X、-CN、H等取代，生成各種不同的產(chǎn)物。

重氮鹽水解反應(yīng)一般用重氮硫酸鹽在40-50%的硫酸溶液中進(jìn)行，強(qiáng)酸可以避免反應(yīng)生成的酚與未反應(yīng)的重氮鹽發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，如果用重氮鹽酸鹽的鹽酸溶液，則常有副產(chǎn)物氯化物生成。應(yīng)用舉例意義：在芳環(huán)的指定碳上引入所需基團(tuán)（二）偶聯(lián)反應(yīng)（留氮反應(yīng)）

重氮鹽在適當(dāng)條件下與芳胺或酚作用，由偶氮基（-N=N-）將兩個(gè)分子偶聯(lián)起來(lái)，生成偶氮化合物的反應(yīng)，稱為偶聯(lián)反應(yīng)。

共振結(jié)構(gòu)顯示重氮基的兩個(gè)N原子都帶部分正電荷。因此，耦聯(lián)反應(yīng)可以看作重氮基是以形式參與反應(yīng)，屬于重氮基進(jìn)攻芳環(huán)的親電取代反應(yīng)。由于重氮正離子是較弱的親電試劑，它只能進(jìn)攻酚、芳胺等活性較高的芳環(huán)，發(fā)生親電取代反應(yīng)。對(duì)-羥基偶氮苯（桔黃色）對(duì)-二甲氨基偶氮苯（4-二甲氨基偶氮苯）

偶聯(lián)反應(yīng)是親電取代反應(yīng)，重氮正離子作為親電試劑進(jìn)攻羥基或氨基的對(duì)位，如果對(duì)位上已被其它取代基占據(jù)，則發(fā)生在鄰位上，一般不發(fā)生在間位上（因?yàn)殚g位沒(méi)有對(duì)鄰位那么活化）。各化合物偶聯(lián)反應(yīng)發(fā)生的位置注意：在強(qiáng)堿性溶液（pH＞10）中，偶聯(lián)反應(yīng)不能進(jìn)行重氮酸pH9-11重氮酸鹽pH11-13

第三節(jié)酰胺

酰胺是羧酸的一種衍生物，結(jié)構(gòu)上可

以看做是羧酸分子中羥基被氨基或烴氨基

取代后的產(chǎn)物。

酰胺的化學(xué)性質(zhì)1.酸堿性近于中性

如果氨分子中有兩個(gè)氫原子被一個(gè)二元酸的?；〈?，則生成環(huán)狀的亞氨基化合物（酰亞胺）。由于兩個(gè)羰基的吸電子作用，使亞氨基的N-H鍵極性明顯增加，氮上的氫原子較易變?yōu)橘|(zhì)子，而呈弱酸性。例如：

2.與亞硝酸反應(yīng)酰胺與亞硝酸反應(yīng)生成相應(yīng)的羧酸，并放出氮?dú)狻?.霍夫曼降解反應(yīng)酰胺＋X2OH－少一個(gè)碳原子的伯胺碳酸衍生物（一）脲（尿素）

尿素又稱脲，是碳酸的二酰胺。尿素是哺乳動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的最終產(chǎn)物