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胺和生物碱Chapter12概述有机化合物中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。本章主要介绍胺和偶氮化合物的性质及生物碱的基本概念。OCHOCOOCH3NCH3可卡因CH2CHNHCH3CH3N－甲基苯异丙胺俗名“冰毒”，商品名“摇头丸。§1胺•一、胺的分类按氨上烃基数目伯胺1°仲胺2°按与氨基相连的烃基的类别分脂肪胺芳香胺分类叔胺3°季铵4°胺可看作氨分子中氢原子被烃基取代后的产物。RNH2RNHRNRRRNRRRR+CH3CH2NH2NH2与伯、仲、叔醇（或卤代烃）的不同！N上连有四个烃基的化合物。包括季铵盐和季铵碱练习：按伯、仲、叔的分类法将胺和醇分类：CH3CCH3CH3NH2CH3CCH3CH3OH1234NHCH3CH2OH•二、胺的命名CH3CH2CHCH2CH3NH2H2NCH2CH2CH2CH2NH23-戊胺以胺为母体，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。CH3NHCH3二甲胺NCH(CH3)2CH3C2H5甲乙异丙胺1.简单的胺１,４－丁二胺当氮上同时连有芳基和脂肪烃基时，以芳胺作母体，在脂肪烃基前加“N”字表示脂肪烃基连在氮原子上。2．N-取代芳香胺（氨基直接连在苯环上）N-甲基苯胺NHCH3N-甲基-N-乙基苯胺NCH3C2H53．复杂的胺（以烃基为母体，把氨基作为取代基）CH3CHCH3CHCH2CH3NH22-甲基-3-氨基戊烷CH3CHCHNHCH3CH3CH32-甲基-3-甲氨基丁烷季铵类化合物叫做“某化铵”，烷基依基团顺序写在铵字的前面。H3CNCH3CH3CH3ClH3CNC2H5CH3CH3OH氯化四甲铵(tetramethylammoniumchloride)4.季铵盐和季铵碱氢氧化三甲基乙基铵(ethyltrimethylammoniumhydroxide)ClNH3NH2HCl另外，胺的离子型化合物因表现形式不同还可以如此命名。氯化苯铵(aniliniumchloride)盐酸苯胺或苯胺盐酸盐(anilinehydrochloride)注意：“氨”用于表示取代基，如氨基酸。“胺”表示氨的烃基衍生物，如三甲胺“铵”用于季铵类化合物和胺的离子型化合物。•三、胺的结构NNNHHHHHCH3CH3CH3H3C↑↑↑↑杂化SP3↓↑↓↑↑2S2PE↑↑↑↑↑跃迁2S2Py2Px2PZ↓氮原子的电子结构为：1s22s2,,px12,py12,pz12N原子在成键时，发生了轨道的杂化，形成四个sp3杂化轨道，其中三个轨道分别与氢或碳原子形成三个σ键，未共用电子对占据另一个sp3杂化轨道，呈棱锥形结构。NC2H5CH3HNC2H5CH3H胺是棱锥形结构，因此，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。未共用电子对被看成是氮原子上连接的第四个“取代基”。手性化合物的对映体是可以被拆分的，但简单手性胺化合物却难以拆分，其原因是简单胺的构型转化只需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。NC2H5CH3HNC2H5CH3HNCH3C2H5Hsp2NC2H5CH3C6H5CH2=CHCH2NC2H5CH3C6H5CH2=CHCH2++NNCH3CH3CH2H2CCH2H2CCH3CH3NNCH2H2C如果氮原子上连有的四个不同的基团若能制约或限制这种迅速互变，那么，这对对映体就应该可以拆分，事实也是如此。如：季铵盐、氧化胺等手性化合物就可以拆分成一对较为稳定的对映体。NHH苯胺分子中由于氮原子上的未成键电子对能与苯环的π电子形成共轭,因而其占据的sp3杂化轨道虽还保留一部分s轨道的性质似呈棱锥形。但具有更多的P轨道性质，四面体结构比脂肪胺要扁平一些，H—N—H键角为1140。NHH39.4113.900•四、胺的物理性质常温下的状态甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体，其它胺为液体或固体。许多胺类有难闻的气味，如三甲胺有鱼腥味、1,4-丁二胺俗称腐肉胺、1,5-戊二胺俗称尸胺。沸点(b.p)与醇相似，伯胺、仲胺可以形成分子间氢键，其沸点高于相对分子质量相近的非极性化合物(如烷烃)，而低于相应的醇或羧酸(为什么?)。叔胺不能形成分子间氢键，其沸点低于相对分子质量相近的伯胺和仲胺，而与相对分子质量相近的烷烃差不多。芳胺有毒！•五、胺的化学性质碱性亲核性RNH2芳胺由于共轭，苯环的亲电活性较高•（一）、碱性与成盐反应NH3+H2ONH4+OHRN+HRNHN上的电子云密度↑，接受质子的能力↑，碱性↑。胺的碱性强弱：脂肪胺氨芳香胺。1.不同类型脂肪胺的碱性强弱脂肪胺能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，而芳香胺不能。在水溶液中：2°胺＞1°胺＞3°胺(CH3)2NH＞CH3NH＞(CH3)3Npkb:3.273.384.21电子效应、空间效应和溶剂化效应共同影响的结果。电子效应：3°胺＞2°胺＞1°胺空间效应：1°胺＞2°胺＞3°胺溶剂化效应：1°胺＞2°胺＞3°2.芳胺NH3:＞NH2:＞NH2:NH:N:＞pkb9.3013.80近乎中性电子效应：1°胺＞2°胺＞3°胺空间效应：1°胺＞2°胺＞3°胺溶剂化效应：1°胺＞2°胺＞3°胺1°胺＞2°胺＞3°胺（芳胺）3.季铵类化合物季铵类化合物中的N上已连有四个烃基并带正电荷，再也不能接受质子，碱性由其所结合的负离子来决定。因此季铵碱的碱性为强碱。＞NH2pkb9.30OH＞NH2CH3＞NH2＞NH2Cl＞NH2NO2NH2NO2NO28.508.9010.0213.013.82练习：解释下列化合物的碱性顺序脂肪仲胺脂肪伯胺叔胺芳香伯胺芳香仲胺芳香叔胺季铵碱4.成盐RNH2+HClRNH3Cl+NH2+HClNH3Cl+RNH3Cl++NaOHRNH2H2O+NaCl+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。1、增大药物的水溶性2、胺的分离和提纯OCH2CH2N(C2H5)2+HClHClH2NCOOCH2CH2N(C2H5)2H2NCO局部麻醉药盐酸普鲁卡因•（二）、烃基化反应胺是一种亲核试剂，可以与卤代烷或活泼芳卤发生亲核取代反应，在胺的N原子上引入烃基，故称烃基化反应。RNH2+RX：NH2XRR+NaOHNHRR以1°RX为佳SN2RXNaOHR3N最终产物为季铵盐，在医学上用做杀菌剂．RXR4N+Cl-•（三）、酰化反应脂肪族或芳香族1°胺和2°胺可与酰基化试剂酰卤、酸酐或羧酸作用，生成N-取代酰胺或N,N-二取代酰胺。NH2+NH+(CH3CO)2OCH3COOHC=OCH3H2OCH3COOH叔胺N上没有H原子，故不发生酰基化反应。该反应的用途：1.用于胺类的鉴定生成的N-取代酰胺均为结晶固体，具有固定的熔点，根据所测熔点，可推断出原来胺的结构。2.从胺的混合物中分离出叔胺由于酰胺容易水解，而叔胺又不发生酰基化，利用这一性质可将叔胺从混合胺中分离出来。RCONHR'+H2OH+orOHR'NH2+RCOOH或RCOO3.用于保护氨基NH2+HNO3H2SO4NH2NO2CH3COOH/ZnCH3CONHHNO3H2SO4NHCOCH3NO2H3O+•（四）、磺酰化反应SO2ClRNH2R2NHR3N+NaOHSO2NR2SO2NRHNaOHNaOH不反应强吸电子基有一定的酸性NaOHSO2NRNa+(水溶性盐)(不溶于NaOH)(溶于酸)该反应称为Hinsberg反应，利用这一反应可以鉴别或分离伯、仲、叔胺。•（五）、与亚硝酸反应1．伯胺芳香族伯胺在低温下与亚硝酸反应生成芳香重氮盐（diazoniumsalt）,称重氮化反应。当将重氮盐加热至室温分解则放出氮气。氯化重氮苯H2O△OH+N2NH2NNClNaNO2+HCl0~5℃脂肪族伯胺与亚硝酸反应也同样得到重氮盐。但脂肪族重氮盐极不稳定，即使低温下也很快分解，生成烯烃和醇类的混合物，同时放出氮气。CH3CH2CH2CH2NH2N2+产物混合物RNH2N2+产物混合物NaNO2+HClNaNO2+HCl2．仲胺仲胺与亚硝酸反应时，产物都是在N上进行亚硝化，生成N-亚硝基化合物：N-亚硝基胺（nitrosoamine）。R1NH+HOR2NOR1NR2NOC2H5NH+CH3HONOC2H5NCH3NONHCH3+HONONCH3NON-亚硝基胺大多是中性、不溶于水的黄色油状物或固体，与稀酸共热时则分解成为原来的胺。常利用此反应分离或精制仲胺。亚硝基化合物的毒性很强，大多数具有致癌作用，其致癌范围很广，特别是肝癌。防腐剂中的亚硝酸盐易与食品中的胺作用生成亚硝胺。亚硝胺可在人体内合成，特别是在胃、口腔和膀胱中。维生素Ｃ能还原亚硝酸盐，可以阻止亚硝胺的体内合成。多食新鲜的蔬菜和水果对预防癌症具有重大意义。3．叔胺脂肪叔胺与亚硝酸的反应实际上是一酸碱反应，生成不稳定的亚硝酸盐。亚硝酸盐溶于水，观察不到反应现象。R3N+HNO2R3NHNO2芳香叔胺与亚硝酸反应，由于氨基对芳环具有强的致活作用，极易发生芳环上的亲电取代反应，生成C-亚硝基化合物。-NO主要进入氨基的对位，若对位被占据则进入邻位。NaNO2+HClN(CH3)2ONN(CH3)2H3CNaNO2+HClN(CH3)2H3CNON(CH3)2上述C-亚硝基化合物是在强酸条件下进行的的反应，产物是桔黄色。加碱中和显翠绿色。ONHONHOHN(CH3)2N(CH3)2翠绿色桔黄色练习：用简单化学方法鉴别下列化合物1苯胺2环己胺3N,N-二甲基苯胺•（六）芳香胺的取代反应NH2Br2/H2ONH2BrBrBr+3HBr白色苯胺与溴水反应立即生成2，4，6-三溴苯胺,该反应能定量完成，可用于定性和定量。补充知识：生源胺和苯丙胺类生源胺（Biogenicamines）：人体内担负神经冲动作用的胺类物质。在中枢神经系统中，有两种生源胺，即多巴胺（dopamine）和5-羟基色胺（serotonine）。多巴胺5-羟基色胺在交感神经系统中是去甲肾上腺素（norepinephrine），它的结构与由肾上腺素髓质分泌的肾上腺素（epinephrine）相近。CHCH2NHOHCH3HOCHCH2NH2OHHOHOHO去甲肾上腺素肾上腺素在副交感神经系统中，传导神经冲动的生源胺为乙酰胆碱（acetylcholine）。CH3COCH2CH2NCH3CH3CH3OOH苯丙胺类药物包括：苯异丙胺和甲基异丙胺。CH2CHCH3NH2CH2CHCH3NHCH3苯异丙胺Benzedrineamphetamine无色透明晶体，俗名“冰毒”，商品名“摇头丸”，是一种危害较大的毒品。1887年合成，是第一个合成兴奋剂。N-甲基苯异丙胺N-methyl-1-phenyl-2-propanylamine§2重氮盐和偶氮化合物重氮化合物diazocompoundRNNRRNN+偶氮化合物azocompound•一、重氮盐的制备及结构NH2+HNO2NaNO2+HClNaNO2+H2SO40~5℃NNCl+NN+HSO4或重氮盐具有盐的典型性质，绝大多数重氮盐易溶于水而不溶于有机溶剂。芳香族重氮盐所以稳定，是因为其重氮盐正离子中的C－N－N键呈线型结构，π轨道与芳环的π轨道构成共轭体系的结果。NN：NN：+•二、重氮盐的性质（一）、放出氮的反应ArN2Cl+H3PO2+H2OC2H5OH,△ArHArHH3PO3+N2↑+HCl++CH3CHO+N2↑+H2SO4ArN2HSO4+-ArN2+XCuCl/HClCuBr/HBrCuCN/KCNCu粉，△Cu粉，△Cu粉，KCNArClArBrArCNN2+HSO4+H2OH+△OH+N2↑+H2SO4OHBrOHBrHNO3H2SO4NO2Br2,Fe140℃BrNO2Fe+HClNaNO2,H2SO40~5℃H2O，H+△应用举例CH3CH3BrBrCH3CH3混酸O2NFe+HClCH3H2NC