有机化学课件：第11-15章

1、第11-15章,重难点,重点介绍胺的结构及碱性； 熟悉典型杂环类化合物结构； 了解糖的结构；,染 料,氨基酸,TNT炸药,氮,含氮有机化合物,氮、磷、硫为生命物质的主要组成元素 核酸 辅酶A 磷脂 神经传导物质生源胺 维生素 苯巴比妥类药物 磺胺类药物 生物碱 有机磷农药 剧毒物质亚硝胺 ,含氮有机化合物,硝基化合物 胺RNH2 CH3-NH2 酰胺R-CO-NH2 CH3-CO-NH2 重氮盐ArN+2 X- 偶氮化合物ArN=NAr 含氮杂环，生物碱 氨基酸；腈; 亚硝酸酯；硝酸酯; 等,CH3NO2,胺（amine）,定义：氨（NH3）的氢原子被烃基取代的化合物。 通式：RNH2 R2N

2、H R3N 意义：胺是生命科学中重要的含氮有机化合物胺具有重要的生理作用和药理作用某些胺的衍生物严重危害人类健康,胺的分类,根据取代烃基的种类 脂肪胺 芳香胺 根据氮原子上烃基数目 伯胺(一级胺,1胺) 仲胺(二级胺, 2胺) 叔胺(三级胺, 3胺) 根据分子中所含氨基的数目 一元胺 二元胺 多元胺,CH3CH2NH2 H2N-CH2-CH2-NH2 H2N-CH2-CH(NH2)-CH2-NH2,胺的分类,伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇的区别 胺：由氮原子所连烃基的数目确定 醇：由烃基（或卤原子）所连碳原子的种类确定,叔丁醇（叔醇）,叔丁胺（伯胺）,胺的分类,下面两种分别是哪类胺？,芳香仲胺,脂

3、肪仲胺,注意：只有N原子直接与芳环相连才属于芳香胺.,胺的分类,相应于氢氧化铵和铵盐的四烃基取代物, 分别称为季铵碱和季铵盐(quaternary ammonium ion)。,胆碱 (季铵碱),季铵盐,如果NH4+中4个H原子没有完全被烃基取代，则不属于季铵类化合物，而是胺的盐类。,CH3CH2NH3+ Cl 或写为 CH3CH2NH2 HCl,氯化乙铵（或：乙胺盐酸盐）伯胺的盐,胺的命名,注意区别“氨”、“胺”和“铵”三个字的不同用法,氨：ammonia. 表示NH3以及由氨衍生的基团,铵：ammonium. 表示季铵及氨、胺的盐 N 与4个原子或基团相连，N 原子带正电荷。,胺：amin

4、e. 表示 NH3 的烃基衍生物,胺的结构,N 以不等性 sp3 杂化形成三棱锥型分子。,胺的结构,苯胺中的氮原子仍为不等性 sp3 杂化，但孤电子对所占据的轨道含有更多 p 轨道的成分。,sp3 杂化,但含更多 p 成分,N上孤电子对离域到苯环, 使苯环电子密度增加, N 上电子密度降低。,140pm,胺的结构,如果胺分子中的 N 原子上连有 3 个不同的基团, 则成为手性分子, 理论上应该存在一对对映体。 但实际上从未分离得到过这样的异构体。这是因为孤电子对不能起到第四个基团的作用使分子的构型固定下来。,103105/s (室温), 25 kJ/mol,胺的物理性质,对脂肪胺而言, 相对分

5、子质量相同的伯、仲、叔三类胺，其沸点和水溶度顺序均为：伯胺 仲胺 叔胺。 沸点：R-NH2、R2NH 分子间形成氢键的能力依次减弱，R3N 分子间不能形成氢键。 水溶度: 伯仲叔3类胺与水形成氢键的能力依次减弱。,胺的化学性质,胺分子中氮原子上具有的孤电子对使胺具有碱性和亲核性。由于p-供电子共轭效应，芳香胺具有较高的亲电取代反应活性。,1. 碱性 2. 亲核性,3. 芳胺亲电取代反应活性增高,胺的化学性质,碱性与成盐反应 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。,碱性序：脂肪胺 氨 芳香胺

6、,胺的化学性质,碱性强弱的影响因素： 电子效应：斥电子基团使N原子上电子云密度增加，胺的碱性增强。 立体效应：N原子上连接的基团越多、越大，空间位阻越大，N原子的孤对电子与H+ 结合就越难, 碱性就越弱。 溶剂化效应：胺的N原子上的氢与水形成氢键而变稳定。N原子上的H越多，溶剂化作用越大，胺的碱性越强。,胺的化学性质,综合作用结果导致碱性：,芳胺 N 原子上的孤电子对与苯环共轭，电子离域到苯环, 使 N 原子的电子云密度减少, 碱性减弱。 需同时考虑N上取代基的影响，以及苯环上取代基的影响,胺的化学性质,胺类一般为弱碱, 可与酸成盐, 但遇强碱又重新游离析出。,实验室中常常利用胺的盐易溶于水而

7、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,而胺盐则很稳定. 医药上常将难溶于水的胺类药物制成盐,增加其水溶性和稳定性。,普鲁卡因盐酸盐（盐酸普鲁卡因）,在制药过程中，常常把难溶于水的含有氨基、亚氨基、或次氨基的药物变成可溶于水的盐，以供药用。例如，局部麻醉药普鲁卡因，在水中的溶解度较小，所以常把它制成普鲁卡因盐酸盐，成盐后易溶于水便于制成注射液,某些难溶碱性药物的制备,案例分析,胺的化学性质,季铵盐与季铵碱 季铵化合物分子中的氮原子已连接四个烃基并带正电荷，再也不能接受质子，其碱性由与季铵正离子结合的负离子来决定。 季铵碱的碱性即为 OH- 的碱性, 为有机强碱。

8、季铵碱与酸作用生成季铵盐： R4N+Cl- 是强碱强酸盐，与强碱作用后建立如下平衡：,季铵碱（离子键）,季铵盐,+,+,脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应,3o胺,分类,1o胺,2o胺,脂肪胺与亚硝酸的反应,芳香胺与亚硝酸的反应,RNH2,NaNO2, HCl,R-NNCl-,-N2,R+,醇、烯、卤代烃等的混合物,ArNH2,NaNO2, HCl,0-5oC,0-5oC,Ar-NNCl-,+,+,发生取代反应制备ArX, ArCN, ArOH, ArSH, ArH, Ar-Ar,R2NH,NaNO2, HCl,R2N-N=O,SnCl2, HCl,R2NH,与脂肪胺类似,N-亚硝基二级胺,黄色油状

9、物或固体,R3N + HNO2,R3NH+NO2-,OH-,1o胺放出气体。 2o胺出现黄色油状物。 3o胺发生成盐反应，无特殊现象。,1o胺放出气体。 2o胺出现黄色油状物。 3o胺出现绿色晶体。,杂环化合物,在自然界中杂环化合物分布很广,许多中草药的有效成分大都含有含氮杂环化合物，部分维生素和抗菌素以及一些植物色素和植物染料都含有杂环，不少合成药物和合成染料也含杂环。,它们都具有重要的生理作用。,ORGANIC CHEMISTRY,呋喃 吡咯 噻吩,血红素 (Heme),1993年被发现的一种高效抗癌物质,埃博霉素,小檗碱（berberine）,杂环化合物是指一类环状有机化合物，构成环的原

10、子 除碳外还有其它原子（杂原子）。,这种环状化合物具有芳香结构（闭合共轭体系）和一定程度的稳定性。,通常杂原子有：O 、N 、S 等,从形式上看，它们都是含杂原子的环状化合物，但其性质与相应的开链化合物相似，不属于杂环化合物讨论的范畴。,一、分类和命名,六元杂环:,五元杂环:,第一节 芳香杂环化合物,常见杂环化合物的分类,命名：环上有取代基时，应以杂环为母体，将杂环母核编号,编号原则, 杂原子编号最小（即从杂原子开始编号）；, 环上含两个以上相同杂原子时，应使杂原子的 编号最小（一般从连有取代基的杂原子开始）；, 环上有不同杂原子时，按O、S、N的顺序编号；, 尽可能使连有取代基的碳原子编号最

11、小。,8-羟基喹啉,4-甲基咪唑,2-氨基嘧啶,5-甲基噻唑,咖啡因,1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤,糖 类 Saccharide,葡萄糖C6H12O6,糖的定义,C6(H2O)6,糖类化合物： 是一类多羟基醛或多羟基酮以及水解产物为多羟基醛或多羟基酮的一类有机化合物。,通式:Cm(H2O)n称为碳水化合物。,糖类,糖脂,当糖过量或代谢发生障碍时，可诱发多种疾病,糖类的生理作用,糖蛋白,脑与神经组织的成分,构成抗体、某些酶和激素等 具有重要生物活性的物质,1. 营养不足,2. 龋齿,3. 糖尿病等,鞘糖脂,膜蛋白,糖与疾病,Saccharides,血型物质与血型决定簇,A型: Y=NHA

12、c,B型: Y= OH,AB性: Y=NHAc or Y=OH,O型,血型 ？,Saccharides,糖类药物 (Carbohydrate Drugs),糖的分类,单糖 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖等,根据其单元结构分为：,双糖 含有二个单糖结构。 如蔗糖、麦芽糖、乳糖等,寡糖 含有三个至十个单糖结构的缩合物,多糖 含有十个以上单糖结构的缩合物， 又称多聚 糖。如淀粉、纤维素、糖原等,（低聚糖）,如糊精,单糖的结构、构型及构象,其构造式如下：,（一）、单糖的构造式,“糖化学之父”的费歇尔（Fischer）及哈沃（Haworth） 等化学家在19世纪确定葡萄糖、

13、果糖等的结构,2，3，4，5，6，-五羟基己醛,1，3，4，5，6，-五羟基-2-己酮,1884年，费歇尔（EFischer）首先对糖进行研究； 经历10余年系统研究，确定了糖的复杂结构和化学性质。 其中葡萄糖的构型如下：,十六个己醛糖都经合得到，其中十二个是费歇尔一个人取得的（于1890年完成合成）。所以费歇尔被誉为“糖化学之父”。也因而获得了1902年的诺贝尔化学奖。（38岁出成果，50岁获诺贝尔化学奖）,Hermann Emil Fischer (1852 1919),二、单糖的环状结构 葡萄糖的Fischer projection formula：开链结构,The Nobel Priz

14、e in Chemistry 1902 in recognition of the extraordinary services he has rendered by his work on sugar and purine syntheses,Hermann Emil Fischer (1852 1919),（二）、单糖的构型,1糖的开链结构和相对构型,（D/L标记）,(+) 甘油醛,D ,D/L标记规则： 离羰基最远的手性碳的构型与D-甘油醛相比较， 构型相同的为D构型糖，反之为L构型糖,Q： 己醛糖有几个D- 构型 异构体？,Q: 写出L-型半乳糖的构型，两者是何种关系？,绝大多数天然存

15、在的糖都属于D-型糖,对映异构体,自然界中存在的D-酮糖，其酮羰基一般在C2位上。,D-果糖 D-山梨糖 D-核酮糖 D-木酮糖,第十五章 糖 类 第一节 单 糖 （一、构型和开链结构）,构型的表示方法 糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写成简写式。其常见的几种表示方法为：,（了解）,单糖链状结构的困惑？,（1） D-葡萄糖只能与一分子醇生成缩醛,（4）红外光谱和核磁共振谱证明葡萄糖中 不存在醛基的特征峰,（3） D-葡萄糖存在变旋光现象.,疑问： 开链结构不能解释的性质,（1） D-葡萄糖只能与一分子醇生成缩醛,（4） D-葡萄糖有两种晶体,（说明单糖是一个分子内半缩醛结构）

16、,（3） D-葡萄糖存在变旋光现象.,（2）红外光谱和核磁共振谱证明葡萄糖中 不存在醛基的特征峰,2. 单糖的环状构型与变旋光现象,（说明单糖分子含醛基分子的含量少or 不含醛基）,？,异构体和异构化,变旋现象说明，单糖并不仅以开链式存在，还有其它的存在形式。 19251930年，由X射线等现代物理方法证明，葡萄糖主要是 以含氧的六元环（环状半缩醛结构）存在的。,醛与醇可以生成半缩醛和缩醛，g 或 d-羟基醛则主要以环状半缩醛的形式存在：,糖类分子中既有C=O, 又在或位有-OH, 故可形成较稳定的4碳1氧的五员杂环(呋喃型)或5碳1氧的六员杂环(吡喃型)。,*,单糖的环状构型,A 单糖的环状

17、结构,平衡时：,D = + 52.5 .,变旋光产生的条件：活泼的半缩醛羟基,六元环,5*,sp2,(18.764% ) + (112 36%) = +52.3,变旋现象的化学本质: 一种环状结构通过开链结构转变为其它环状结构。,以葡萄糖为例说明标准链状费歇尔投影式变成哈武斯式 的过程：,B: 单糖的哈沃斯式（Haworth）透视式,右侧基团在环平面的下方,左侧基团在环平面的上方,若为L构型，羟甲基应位于？,C4-C5 键,C4-C5 键,开链式与Haworth式的关系：,1. O 在六边形右上角 2. 编号最大的伯醇基在上方: D-构型，下方：L -构型，,4. 其余基：左上右下,D-glu

18、cose,Haworth 式,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,C1C6按照顺时针编号,3.半缩醛OH与伯醇基同侧：型；反侧： 型,课堂练习: 由D-甘露糖的Fischer投影式写出其Haworth式,第十五章 糖 类 第一节 单 糖 （二、变旋光和环状结构）,O-苷, N-苷 S-苷, C-苷,糖苷具有缩醛的性质，碱中稳定，酸中水解。,苷元,苷键 (或),糖苷,无变旋光现象，无还原性(指不能还原Tollens试剂 等弱氧化剂)，,Q；糖苷是否具有变旋光现象？,糖苷中没有半缩醛羟基，不能变成开链糖，无变旋光现象，,凡是与Tollens、Benedict和Fehling试剂反应的糖称为还原糖，不反应的称