《胺和生物碱》PPT课件.ppt

第十一章 含氮有机化合物,（nitrogen-containing compound）,有机化合物中的氢原子可以被氮原子或含有氮原子的官能团所取代，通常将含有氮的化合物称为含氮的有机化合物。含氮的化合物主要胺、偶氮化合物、生物碱、含氮杂环化合物和氨基酸等。本章主要介绍胺、重氮和偶氮化合物及酰胺类化合物。,第一节 胺,一、胺的分类,胺可看作氨分子中氢原子被烃基取代后的产物。,根据胺分子中氮原子所连烃基的数目，将胺分为伯胺、仲胺、叔胺、季铵。季铵类化合物包括季铵碱和季铵盐。,注意：伯、仲、叔胺指的是氮原子上所 连的烃基个数，而不是烃基本身 的结构。伯、仲、叔胺中分别含 有氨基、亚氨基和次氨基。注意 胺的伯、仲、叔胺的分类与醇的 伯、仲、叔醇的分类的差异。,伯胺,叔醇,根据N上取代 基的多少,3.根据氨基的数目,2.根据烃基的类型,1.简单的胺,二、胺的命名,以胺为母体，先写出连于氮原子上相同烃基的数目和名称，再以“胺”字做词尾；如果与氮相连的烃基不同，则按“优先基团后列出”原则排列烃基。,例如：,CH3NH2,PhNH2,CH3NHCH3,CH3NHC2H5,甲胺,苯胺,二甲胺,甲乙胺,甲乙异丙胺,2N-取代芳香胺：芳香仲胺和芳香叔胺 以芳香伯胺为母体，脂肪烃基为取代基。,N-甲基苯胺,N-苯基苄胺,N-甲基-N-乙基苯胺,以表示脂肪烃基是连在N原子上，不是苯环上。,3复杂的胺：以烃基为母体，把氨基或 者烃氨基作为取代基。,2-甲基-3-氨基戊烷,2-甲基-3-甲氨基丁烷,4.季铵盐和季铵碱（命名同无机铵类化 合物）,(CH3)3NC2H5+Br -,(CH3)4N+OH-,溴化三甲基乙基铵,氢氧化四甲基铵,必须注意“氨、胺、铵”字的用法,氨用来表示气态氨（NH3）或基团，如氨基（NH2）,亚氨基（ NH）；胺用来表示NH3 的烃基衍生物，如（CH3NH2 ）甲胺；铵用来表示胺的盐类及季铵类。,三、胺的结构,胺的结构和氨相似，氮原子为不等性 sp3杂化，4个杂化轨道中的3个分别与氢 或碳原子形成键，整个分子呈三棱锥形 结构，氮原子的另一个sp3杂化轨道被一 孤电子对所占用，且位于棱锥体的顶端， 如同第四个基团一样，所以胺分子中的氮 原子与碳的四面体结构相类似，但不是正 四面体。,氨,甲胺,三甲胺,107.3,112.9。,108。,当胺分子中氮原子连有三个不同的原子和基团时，氮原子就成为手性中心，存在对映异构现象，但至今未能分离得到这样的对映体。这是因为胺分子中氮原子上的孤对电子起不到一个基团的作用，这两个对映体可以通过一个平面过渡态相互转变。,苯胺氮原子sp3杂化，其中一对孤对电子是一种不等性杂化电子，该对电子所占有的sp3杂化轨道中p轨道成分较多，尽管苯胺分子不是一个平面型分子，但氮原子的孤对电子仍能与苯环的大电子互相重叠，形成共轭体系。,四、化学性质,胺分子中氮原子上的孤对电子使胺 具有碱性和亲核性。胺的化学性质主要 体现在这两个方面。,(一)胺的碱性与成盐,与氨相似，胺分子中氮原子上的孤对电子能接受质子，呈碱性。,胺的碱性强弱与氮上电子云密度有关。氮上电子云密度越大，接受质子的能力越强，碱性就越强。,脂肪胺 氨 芳香胺,原因：,脂肪烃基是供电子基，能提高氮原子上的电子云密度；而芳香胺因氮上孤对电子离域到苯环，降低了氮原子的电子云密度，因此碱性显著降低。,脂肪胺能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，而芳香胺不能。,胺的碱性还与氮上连接的烃基数目有关，烃基多，空间位阻大，不利于氮与质子结合。胺在水中的碱性还与水的溶剂化作用有关。故胺的碱性强弱是电子效应、立体效应和溶剂化效应共同作用的结果。,1水的溶剂化效应（胺氮上的氢最多， 其铵正离子最稳定）: 胺在水中的碱 性主要取决于铵正离子的稳定性的大 小。而铵正离子的稳定性大小又取决 于它与水形成氢键的机会的多少。伯 胺氮上的氢最多，其铵正离子最稳定。,伯胺 仲胺 叔胺,2电子效应的影响,烷基是供电子基，其+I效应是氮上电子云密度增高，使质子化后的铵离子更趋稳定。而芳香胺中由于氮上的孤对电子参与苯环共轭而分散到苯环，从而使氮原子结合质子的能力降低，即碱性降低。,脂肪叔胺 仲胺 伯胺 NH3 芳香胺,3空间效应的影响,N原子上连接的基团越多越大，则对N原子上的孤对电子的屏蔽作用越大，与质子的结合就越不易，碱性就越弱。例如：三苯胺，三个苯基连接在N原子上，空间位阻很大，再加上共轭效应的影响，三苯胺的水溶液是显中性的。,综上所述，一个胺的碱性强弱应该是这些因素综合影响的结果。各类胺的碱性强弱大致表现出如下顺序： 季铵碱 脂肪仲胺 脂肪伯胺、 叔胺 NH3 芳香伯胺 芳香仲胺 芳香叔胺 酰胺,与胺类不同的是，季铵化合物分子中的氮原子已经连接四个烃基并带正电荷，再也不能接受质子，这类化合物的碱性由与正铵离子结合的负离子来决定。 比如，R4N 与 OH - 之间是典型的离子键，季铵碱的碱性就表现为 OH- 的碱性，其碱性与 NaOH 相近。,季铵碱是强碱，其碱性与氢氧化钠相近,+,季铵碱与酸作用生成季铵盐,遇到强碱不会游离出季铵碱,说明：除季铵碱为强碱外其它的胺均为弱碱，可与酸成盐，但遇碱又重新游离析出。,(建立新的平衡，而不游离出季铵碱)。,或,写,作,N,H,2,C,l,-,胺与酸形成的盐一般都是易溶于水和乙醇的晶形固体，实验室中，常常利用胺的盐易溶于水而遇强碱又重新游离析出的性质来分离和提纯胺。,胺（特别是芳胺）易被氧化，而胺的盐则很稳定，医药上常将难溶于水的胺类药物制成盐，以增加其水溶性和稳定性。例如：将局部麻醉药普鲁卡因制成盐酸普鲁卡因。,（二）酰化反应和磺酰化反应 1. 酰化反应,伯、仲胺能与酰卤、酸酐等酰化剂反应，氨基上的H原子被酰基取代生成酰胺。,叔胺氮上没有可以被取代的氢原子，不能起酰化反应。,酰胺在酸或碱的催化下水解，可以除去酰基恢复氨基，因此常用酰基化反应来保护氨基以免芳胺在进行某些反应时氨基被氧化破坏。,苯胺不能直接硝化制备对-硝基苯胺， 乙酰化以后由于酰基的吸电子作用，使苯 环的电子云密度有所下降，从而增强了抗 氧化能力，提高了稳定性。,2. 磺酰化反应,利用苯磺酰氯可以分离鉴别伯、仲、 叔胺，这个方法叫兴斯堡（Hinsborg） 反应。,苯磺酰氯,不同类型的胺与HNO2反应，生成不 同的产物。由于亚硝酸不稳定，在反应中 用NaNO2与 HCl（或H2SO4）作用产生。,（三）与亚硝酸的反应,1. 伯胺 芳香伯胺若在低温强酸性溶液与亚 硝酸反应，生成重氮盐，称为重氮化反应。,脂肪伯胺与亚硝酸反应生成的脂肪重氮盐极不稳定，即使在低温的环境下也立即释放出氮气，生成正碳离子。 由于该反应定量的放出氮气，因此可用作氨基的定量测量。,2. 仲胺 脂肪仲胺与芳香仲胺与亚硝酸反应，都是在氮上进行亚硝化，生成N-亚硝基胺类化合物，强致癌物。,N-亚硝基二乙胺（黄色油状）,N-甲基苯胺 N-甲基-N-亚硝基-苯胺,N-亚硝基胺为中性的黄色油状物或固 体，绝大多数不溶于水，而溶于有机溶剂。,3. 叔胺,脂肪叔胺与亚硝酸作用生成不稳定易水解的盐，若以强碱处理，则重新游离析出叔胺。,N，N-二甲基-对-亚硝基苯胺,芳香叔胺因为氨基的强活化作用，使芳环易于发生亲电取代，与亚硝酸作用生成对-硝基胺。,上述亚硝基化合物都是在强酸条件下进行反应,产物呈桔黄色。用碱中和后显出翠绿色。,翠绿色 桔黄色,（四）烃基化反应,胺与氨一样可作为亲核试剂与卤代烷发生反应，产物是高一级的胺，最终生成季铵盐。,（五）芳胺的特殊反应,芳胺是氨基与苯环直接连结，由于氨 基与苯环相互影响，使芳胺具有一些特殊 的性质。,1. 氧化反应 芳胺很容易被氧化，氧化的产物很复杂，这取决于氧化剂的性质和反应的条件。,对苯醌,2. 亲电取代反应 由于氨基使苯环活化，所以苯胺很容易发生亲电取代反应。,2，4，6 - 三溴苯胺（白色）,由于氨基使苯环活化，所以苯胺很容易发 生亲电取代反应。,五、重要的胺类化合物,苯胺 2. 生源胺：（1）肾上腺素和去甲肾上腺素 （2）多巴胺 （3）5-羟色胺 （4）胆碱和乙酰胆碱 3. 丁二胺和戊二胺 4. 新洁尔灭 5. 金刚烷胺,重氮和偶氮化合物都含有N2官能 团。重氮化合物中N2的一端与烃基相 连，偶氮化合物中则两端都与烃基相连。,第二节 重氮盐和偶氮化合物,氯化重氮苯 间-羟基偶氮苯,氰化重氮苯,偶氮甲烷,一、重氮化合物的化学性质,重氮化合物的化学性质非常活泼，能 发生许多化学反应，一般归纳为两类：一 是放氮反应（取代反应）；二是偶联反应 （留氮反应）。 （一）取代反应（放氮反应） 重氮基（-N2-）在不同条件下可被-OH、 -X、-CN、H等取代，生成各种不同的产 物。,重氮盐水解反应一般用重氮硫酸盐在40-50%的硫酸溶液中进行，强酸可以避免反应生成的酚与未反应的重氮盐发生偶联反应，如果用重氮盐酸盐的盐酸溶液，则常有副产物氯化物生成。,应用举例,意义：在芳环的指定碳上引入所需基团,（二）偶联反应（留氮反应）,重氮盐在适当条件下与芳胺或酚作 用，由偶氮基（-N=N-）将两个分子偶联 起来，生成偶氮化合物的反应，称为偶 联反应。,共振结构显示重氮基的两个N原子都 带部分正电荷。因此，耦联反应可以看 作重氮基是以 形式参与 反应，属于重氮基进攻芳环的亲电取代 反应。由于重氮正离子是较弱的亲电试 剂，它只能进攻酚、芳胺等活性较高的 芳环，发生亲电取代反应。,对-羟基偶氮苯（桔黄色）,对-二甲氨基偶氮苯（4-二甲氨基偶氮苯）,偶联反应是亲电取代反应，重氮正离子作为亲电试剂进攻羟基或氨基的对位，如果对位上已被其它取代基占据，则发生在邻位上，一般不发生在间位上（因为间位没有对邻位那么活化）。,各化合物偶联反应发生的位置,注意：在强碱性溶液（pH10）中，偶 联反应不能进行,重氮酸pH 9-11 重氮酸盐pH 11-13,第三节 酰胺,酰胺是羧酸的一种衍生物，结构上可 以看做是羧酸分子中羟基被氨基或烃氨基 取代后的产物。,酰胺的化学性质,1. 酸碱性,近于中性,如果氨分子中有两个氢原子被一个二元酸的酰基取代，则生成环状的亚氨基化合物（酰亚胺）。由于两个羰基的吸电子作用，使亚氨基的N-H键极性明显增加，氮上的氢原子较易变为质子，而呈弱酸性。例如：,2. 与亚硝酸反应 酰胺与亚硝酸反应生成相应的羧酸，并放出氮气。,3. 霍夫曼降解反应,酰胺 X2,碳酸衍生物 （一） 脲（尿素）,尿素又称脲，是碳酸的二酰胺。尿素是哺乳动物体内蛋白质代