含氮及含硫有机化合物.ppt

,第十五章 含氮有机化合物,Chapter 15 Organic Nitrogen compound,新乡医学院化学教研室,Outline,15.1 胺 amine,15.2 酰 胺 amide,胺 amine,15.1.1 胺的分类和命名,15.1.1.1 胺的分类,胺(amine)可以看成是氨（NH3）分子中的氢原子被烃基取代后得到的产物。,1. 根据NH3上H被取代的多少分类,伯胺 (第一胺,primary amine)： NH3的一个氢原子被烃基取代而生成的化合物；,仲胺(第二胺,second amine)： NH3的二个氢原子被烃基取代而生成的化合物；,胺 amine,叔胺(第三胺 tertiary amine)： NH3的三个氢原子被烃基取代而生成的化合物。,结构式：NH3 (Ar)RNH2 (Ar) R2NH (Ar) R3N 名 称： 氨 伯胺 仲胺 叔胺,官能团：,伯胺,仲醇,伯胺,叔醇,季铵盐(quaternary ammonium salt)和季铵碱（quaternary ammonium hydrate）：,2.根据胺分子中烃基的种类不同分类： 脂肪胺：氮原子与脂肪烃基相连； 芳香胺：氮原子与芳香环直接相连。,NH4X,NH4OH,CH3-NH2,胺 amine,3. 根据分子中含的氨基数目的多少分类：,一元胺（monamine）： CH3CH2CH2CH2NH2,二元胺（diamine）： H2NCH2CH2CH2CH2NH2,多元胺（ polyamine）：H2NCH2CH(NH2)CH2CH2NH2,15.1.1.2 胺的命名,简单的胺根据它所含的烃基，叫做“某胺”。,对甲苄胺,甲胺,异丙胺,苯甲胺(苄胺),胺 amine,胺 amine,氮原子上连有相同的烃基时，需表示出烃基的数目；如果烃基不同时则简单的在前面复杂的在后面。,二甲胺,甲乙胺,芳香仲胺和叔胺命名时以芳香伯胺为母体，在脂肪烃基前加“N”字，以表示该基团的位置。,二苯胺,二乙胺,二甲乙胺,N,N-二甲基苯胺,有些胺还有俗名，如：,对于结构复杂的胺，按系统命名法将氨基作为取代基，以烃或其它官能团为母体。,2-甲基-4-氨基戊烷,N-甲基苯胺,N-甲基-N-乙基苯胺,对-二甲氨基苯甲酸,胺 amine,腐胺(1,4-丁二胺),尸胺(1,5-戊二胺),季铵类化合物的命名与氢氧化铵或铵盐的命名相似。,氢氧化四甲铵,15.1.1.3 氨、胺和铵的区别,氯化甲乙丙丁铵,胺 amine,15.1.2 胺的结构,与氨类似，胺分子中的N原子以不等性sp3杂化与三个原子形成三个键，孤对电子占据另一个轨道。,胺 amine,芳香胺中N上的孤对电子所占据的轨道具有更多的p轨道性质，因此H-N-H角变大(为114)，更易共轭。,因为胺是棱锥形结构，因此，当氮原子上连有三个不同的原子或基团时，它就应该是手性分子，因而存在一对对映体。,胺 amine,但简单手性胺化合物的对映体却难以拆分，其原因在于其构型转化只需25kJ/mol的能量，该转化经历一个平面过渡态而迅速转化，过渡态的氮原子呈sp2杂化。,胺 amine,15.1.3 胺的化学性质,15.1.3.1 碱性,胺和氨相似，胺分子中N上的孤对电子能接受质子，故显碱性，可与大多数酸生成盐。,胺在水溶液中的碱性强弱取决于N上电子云密度的高低、空间效应的影响及铵盐溶剂化程度。,胺 amine,电子效应的影响：,脂肪叔胺仲胺伯胺氨芳香胺,2. 空间效应的影响：氨伯胺仲胺叔胺,3.溶剂化效应的影响：氨伯胺仲胺叔胺,胺 amine,综合各种因素：,脂肪胺：仲胺伯胺叔胺氨,季铵碱脂肪胺氨芳香胺,应用： 增加水溶性,普鲁卡因 盐酸普鲁卡因,胺的分离和提纯,胺 amine,苯甲胺 苯甲醇 对-甲苯酚,胺 amine,15.1.3.2 酰化反应,化合物中的氢原子被酰基取代的反应称为酰化反应，常用的酰化试剂有酰氯、酸酐等。由于叔胺的氮原子上无H故不发生酰化反应。,X=卤素或酰氧基；R,R分别为H或烃基,产物酰胺稳定且是有固定熔点的晶体。 作用：测定酰胺的熔点进行各类胺的鉴定。 增加脂溶性，降低毒性，提高疗效。,胺 amine,酰胺在强酸或强碱的水溶液中加热，很容易水解成原来的胺。故在有机合成中，用来保护氨基。 苯胺制备对硝基苯胺：,扑热息痛,胺 amine,15.1.3.3 磺酰化反应(Hinsberg反应),伯胺、仲胺在碱存在下可与苯磺酰氯作用，生成苯磺酰胺。,产物溶于碱,产物不溶于碱,不发生磺酰化反应,作用：鉴别和分离伯、仲、叔胺。,胺 amine,15.1.3.4 与亚硝酸反应,15.1.3.4.1 脂肪胺与亚硝酸的反应,伯胺与亚硝酸作用，通过重氮化反应，生成极不稳定的脂肪族重氮盐，其在低温下也会自动分解，放出氮气并生成碳正离子。例如，正丙胺与亚硝酸的反应：,胺 amine,生成的碳正离子非常活泼可以发生不同的反应，而产生烯烃、醇和卤代烃。,重排后的异丙基碳正离子象正丙基碳正离子一样，可以发生取代、消除反应，因此这个反应在合成上用途不大。,胺 amine,仲胺与亚硝酸作用，生成黄色油状或固体的N-亚硝基胺化合物。例如：,生成的N-亚硝基胺化合物与稀酸共热时，则分解成原来的仲胺。利用此性质可以精制仲胺。,叔胺在同样的条件下，与亚硝酸不发生类似的反应。,利用这一反应，可以区别脂肪族伯、仲、叔胺。,(N-亚硝基二甲胺),胺 amine,15.1.3.4.2 芳香胺与亚硝酸的反应,芳香伯胺在低温下，在强酸性溶液中与亚硝酸反应生成的重氮盐较为稳定，可溶于水。,芳香仲胺与脂肪仲胺类似，与亚硝酸作用时生成N-亚硝基胺化合物。,N-亚硝基二苯胺（黄色固体）,胺 amine,N-亚硝基-苯甲胺（黄色油珠）,N-亚硝基胺化合物已证实有致癌作用，可引起动物多种器官和组织的恶性肿瘤。,芳香叔胺与亚硝酸反应生成芳环亲电取代产物。,对-亚硝基-N,N-二甲基苯胺,（橘黄色）,胺 amine,翠绿色 黄色（醌式结构）,同样可以利用芳香胺与亚硝酸反应产物的不同，区别芳香伯、仲、叔胺。,邻-亚硝基-对-甲基-N,N-二甲基苯胺,（橘黄色）,胺 amine,15.1.4 重氮化反应和重氮盐的性质,偶氮和重氮化合物分子中都含有双氮官能团,偶氮化合物 ( azo compound )：官能团的两端都与烃基相连。 (-N=N-),偶氮苯,对羟基偶氮苯,重氮化合物 ( diazo compound )：官能团的一端与烃基相连，另一端与非碳原子或基团相连的化合物。,胺 amine,15.1.4.1 重氮化反应,重氮化合物中最重要的是芳香重氮盐类化合物。,氯化重氮苯,羟基重氮苯,芳香伯胺在低温、强酸存在下，和亚硝酸作用生成重氮盐的反应。,胺 amine,胺 amine,重氮化反应所用的酸，通常是盐酸或硫酸，温度一般为05。,重氮盐可看成是强碱氢氧化重氮物(ArN2OH)的盐，它具有盐的性质易溶于水，不溶于有机溶剂，其水溶液能导电。在重氮正离子中，C-N-N键是线型结构，其轨道与芳环构成共轭体系，例如苯重氮正离子的结构：,许多无机酸的重氮盐是无色固体，干燥的重氮盐一般极不稳定，受热或震动时容易发生爆炸，而在水溶液或低温时则比较安定，升高温度甚至是室温时，有许多重氮盐也会缓慢分解，因此重氮盐制备后应尽快使用。,重氮化反应的历程研究表明，反应的决定步骤是芳伯胺N上的亚硝酰化。历程为：,胺 amine,苯重氮离子,胺 amine,15.1.4.2 重氮盐的性质,重氮基被其他原子或基团取代放出氮气的反应,15.1.4.2.1 放氮反应取代反应,胺 amine,由苯制备2,4,6-三溴苯酚：,胺 amine,15.1.4.2.2 保留氮反应偶联反应,重氮盐在弱酸、中性或弱碱溶液中与芳胺或酚类作用，生成有鲜艳颜色的各种偶氮化合物（保留氮）的反应。该反应是亲电取代反应，重氮盐是亲电试剂进攻芳环上电子云密度较大的碳原子。,对-羟基偶氮苯（桔黄色）,对-二甲氨基偶氮苯（黄色）,胺 amine,上述反应一般总是在氨基（或羟基）的对位上发生。如果对位上已被其他基团占去，则在邻位上发生反应，若对位和两个邻位都被基团占据，而在间位上不发生反应。,偶氮基是一个发色基团，含有它的化合物都有鲜艳的颜色，因此许多偶氮化合物常用作染料，称为偶氮染料。,胺 amine,表面活性剂，消毒杀菌。,1.苯胺： 有毒，重要有机合成原料。 2.乙二胺、乙二胺四乙酸： 螯合剂。 3.新洁尔灭：,4.肾上腺素和去甲肾上腺素：升压，治疗心脏病。 5. 胆碱：(CH3)3N+CH2CH2OHOH- 抗脂肪肝。,胺 amine,15.1.5 几种重要的含氮有机化合物,6.可卡因：,7. 於碱（烟碱、尼古丁 ）,麻醉、兴奋、毒品。,少量升压、兴奋； 大量抑制、恶心、心脏麻痹死亡,胺 amine,酰胺 amide,酰胺（amide）：氨或胺分子中的氢原子被酰基取代后的产物。,通式：,15.2.1 酰胺的命名,根据酰基和相结合的氨基的名称，称为“某酰胺”或“某酰某胺” 。,乙酰胺,乙酰苯胺,酰胺 amide,当酰胺分子中N上连有烃基时，将烃基的命称写在前面，并在烃基名称前加上“N”，表示烃基是氮原子相连接的。,N-乙基乙酰胺,15.2.2 酰胺的化学性质,N,N-二甲基甲酰胺,N-甲基-N-乙基乙酰胺,15.2.2.1 酸碱性,酰胺是近中性的化合物；但在一定条件下，可表现出很弱的碱性和酸性。,由于p-共轭的形成，氮原子上的电子云密度有所降低，接受质子能力减弱，因此酰胺的碱性要弱于胺，只与强酸才能生成不稳定的盐。同时氮上的H具有弱酸性。,酰胺 amide,15.2.2.1 弱碱性：,15.2.2.2 弱酸性：,酰胺 amide,15.2.2.2 水解反应,15.2.3 重要的酰胺及其衍生物,15.2.3.1 尿素,尿素又称脲（urea），最初是由尿中取得。 碳酸的全酰胺：,酰胺 amide,15.2.3.1.1 弱碱性:,CO(NH2)2 + HNO3 CO(NH2)2 HNO3 ,白色,15.2.3.1.2 水解：,植物体内吸收后合成蛋白质,酰胺 amide,15.2.3.1.4 缩二脲的生成和缩二脲反应,缩二脲,缩二脲反应: 在碱液中与极稀的硫酸铜溶液产生紫红色反应。,肽键,15.2.3.1.3 与亚硝酸的反应：,CO(NH2)2 + 2HNO2 CO2+2N2+3H2O,通过N2体积的测定，可以定量的测定尿素含量。,酰胺 amide,胍（quanidine）：尿素中的氧被亚氨基取代的衍生物，又称亚氨基脲。,是一有机强碱，碱性与氢氧化钾相当。胍的强碱性是由于它接受一个质子后能形成稳定的胍正离子。,15.2.3.2 胍,酰胺 amide,胍分子中去掉一个氨基上的氢原子后剩余的部分叫胍基； 去掉一个氨基后剩余的部分叫咪基。,吗啉胍（又叫病毒灵）,胍的一些衍生物具有生理活性：,链霉素（抗菌）、胍乙啶（降压）、精氨酸（蛋白质成分）,酰胺 amide,尿素和酰化试剂（酰氯、酸酐、酯）作用，生成丙二酰脲（maionyl ruea）。,巴比妥类药物：镇静、催眠、麻醉；成瘾，过量危及生命。,15.2.3.3 丙二酰脲与巴比妥类药物,酰胺 amide,速可巴比妥(速可眠)：R= -CH2CH=CH2 , R=-CH(CH3) ( CH2)2CH3 作用时间短（2-3小时，15分开始）,巴比妥(佛罗拿)：R=R= -C2H5 作用时间长,苯巴比妥(鲁米那)：R= -C2H5 ,R=-C6H5,作用时间长（6-8小时，30分开始）,异戊巴比妥(阿米妥)：R= -C2H5, R=-CH2CH2CH(CH3)2,作用时间中,酰胺 amide,磺胺类药物简称磺胺其基本结构：对氨基苯磺酰胺(p-sulfanilamide )。,当N1上H被其他基团取代，增强抑菌作用； 当N4上H被其他基团取代，降低或丧失抑菌作用。,15.2.3.4 磺胺类药物,作用：抑制细菌生长药物。,甲氧苄胺嘧啶 （磺胺增效剂 TMP）,酰胺 amide,磺胺嘧啶 （SD）,磺胺甲基异噁唑（新诺明 SMZ）,磺胺类药物的抗菌作用机制：抑制细菌的生长和繁殖。 细菌的生长和繁殖需要叶酸，但不