2014烟草化学-4含氮化合物轻工业学院

第四氮化合一.教学目的系统了解烟草中各种含氮化合物的形态及含量概况掌握烟草中氨基酸、蛋白质的结构、性质、变化和对烟质的影响。二.教学内容氨基酸的种类、性质，在烟叶中存在状况蛋白质的结构、性质、烟草蛋白质含量烟草中的氨、酰胺、胺类物质烟草中的含氮杂环化合物烟草中的其他含氮化合物各种含氮化合物对烟质的影响三.教学重点氨基酸、蛋白质的结构、性质，对烟质的影响氨基酸、蛋白质的积累和变化规律蛋白质对烟质影响的复杂性烟草中含氮化合包括蛋白质、游离氨基酸、生物碱（如、降新烟草碱和假木贼碱对烟草的感官评吸质量和吸烟者的健康都有重要影响，历来受到人们的重视有机含氮化合分子中含有碳-氮键的有机化合物。有时，分子中含有ON的化合物，如硝酸酯、亚硝酸酯等也归入此类。广氮化合物具有生物活性，如生物碱；有些是生命活动不可缺少的物质，如氨基酸等；不少药物、等也都是有机含氮化合物。无机含氮化合物：构成生命最基本的物蛋白质、核酸、糖类和脂根最重要，是机体组织的基本成分，是生命的物质基础，有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部都有蛋白质参与。如占 重量的，即一个g重的成年人其体内约有蛋白质g。 内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。蛋白质分子是以氨基酸为单位结合而成的。第一节氨基羧酸分子中烃基上的一个或几个氢分子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。根据氨基和羧基的相对位置，可分为α-氨基酸、β-氨基酸、-氨基酸等。种种不同来源的蛋白质水解后得到的氨基酸，绝大多数都是α-氨基酸。α-氨基酸可看成是羧酸分子中烃基上的α-氢原子被氨基取代而生成的化合物。其通式为：H CH

羧羧组成蛋白质的氨基酸，已知的大约有30多种，比较常见的有20多种。在植物体内除了组成蛋白质的氨基酸外，还有以游离状态存在的氨基酸，它们不参与蛋白质的组成。现在植物体内已发现的非蛋白质氨基酸已达几百种。

1、甘氨酸2、丙氨酸；3、氨酸；6、丝氨酸；7、苏氨一氨基一羧基一氨基一羧基(中性型氨基酸9、谷氨一氨基二羧基（一氨基二羧基（酸性型氨基酸芳香族氨基分类杂环族氨基

二氨基一羧基(碱性型氨基酸1718杂环氨基杂环亚氨基

10、精氨11、赖氨12、蛋氨13、半胱14、胱氨151619、组氨20、色氨21、脯氨

不仅是一经系统疾病的常用药物，对肝病精神 症、神经衰弱均有疗效丙氨酸（Ala）、缬氨（Val）、亮氨酸（Leu）、非极性氨基酸（疏水基酸）：8非极性氨基酸（疏水基酸）：8 苯丙氨酸（Phe）、色氨 （Trp）、蛋氨酸 甘氨酸（Gly）、丝氨（Ser）、苏氨酸（Thr 极性不带电荷：7的极

半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）、天冬胺（Asn）、谷氨酰性R

极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）3种赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）2种天冬氨酸（Asp）谷氨酸必需必需氨基养半必需氨基酸和学条件必需氨基酸角度

指（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量约20～37。共有8种。养半必需氨基酸和学条件必需氨基酸角度

虽能够合成精氨酸和组氨酸，但通常不能满足正常的需要，因此，又被称幼儿生长期这两种是必需氨基酸。对必需氨基酸的需要量随 的增而下降，成人比婴儿显著下降非必需氨基非必需氨基Maillard烟叶发酵过程Amadori糖与氨基酸的缩合物，是Maillard反应 二、氨基酸的性1.物理性氨基酸根据其构型的不同，可分为D-型和L-型，α-原子的构型与D-甘油醛构型相同的称为D-型，与L-甘油醛相同的称为L

L-甘油

L-

L- 构型：它们在结构上的差别虽不大，但其生理功能则可有很大的不同。在动、植物体的酶系统中只能促进-型氨基酸的代谢变化，-型氨基酸不、植物所利用。动、植物体蛋白质水解产生的氨基酸也都是-型的，只有某些微生物活动有D-型丙氨酸的存在。形态：氨基酸大都是无色结晶形固体 溶解性：除胱氨酸和酪氨酸外它们都可溶于水；除脯氨酸及半胱氨酸外一般都难溶于。旋光性：除甘氨酸外，都有旋光性。氨基酸的旋光性有左旋的，也有旋的，但以左旋的比较味道：有些氨基酸有甜味，有些有苦味，有些则无味。味精是谷氨酸钠盐，它具有鲜味2羧酸胺类分子中含有氨基，亦能与酸作用生成盐，酰化生成酰胺，与亚硝酸作用生成含羟基的化合物(醇或酚)。氨基酸分子中既含有羧基，又含有氨此，它也能进行与羧酸和胺类相似的那些反应。此外，由于氨基酸分子中氨基和羧基的相互影响，又显示其特殊性质——两性性质。性性质与等电氨基酸分子中含有羧基和氨基两种官能团，因此，氨基酸有酸和碱的两性性质，氨基酸不但能与酸或碱作用生成盐，并且同一分子内的羧基和氨基亦能作用而生成盐，这种同一分子内生成的盐叫做内盐。H

内盐的生成，其实是羧基给出的质子(+)为氨基所接受的结果。内盐的分子中，具有两个相反的电荷，它是一种带有双重电荷的离子，称为偶极离子。在此应，氨基酸在固体状态主要以内盐结构形式而存在。内盐与无机盐类相似，由于分子间静电较大，结合牢固，因此氨基酸的亦较高。由于氨基酸具有偶极离子这一结构特点，因此在酸性环境中，羧基能接受外界环境的质子+)，此时它便带正电荷;在碱性环境中,氨基酸能给出质子与外界环境中的H–离子结合生成水，此时它就带负电荷。氨基酸能做酸式的解离，又能作碱式的解离,所以氨基酸属两性电解质。偶极离子在加酸或加碱时所起的变化，可用反应式表示如下:

R

在电场中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。如调节某种氨基酸溶液的H值至不导电时，离子既不向阴极移动也不向阳极移动，这时溶液的H值即为这种氨基酸的等电点，等电点上以符号pI表示。氨基酸在等电点时主要以偶极离子状态存在。如溶液的pH值大于这种氨基酸的等电点(即溶液的H值在这种氨基酸等电点偏碱的一侧)，则氨基酸成为阴离子；如溶液的pH值小于这种氨基酸的等电点(即溶液的pH值在这种氨基酸等电点偏酸的一侧)，则氨基酸成为阳离子。等电点不是中性点。由于各种氨基酸分子结构不同，有些氨基酸分子中羧基与氨基的数目相等，也有些不相等，以及型氨基酸来说，由于羧基的电离大于氨基的电离，故溶解在水中，仍常呈微酸性。中性型氨基酸的等电点为5.0～6.3，酸性型氨基酸为～3.2，碱性型氨基酸为7.6～10.8，氨基酸水溶液一般不呈中与亚硝酸的反应：氨基酸的定量分氨基酸与亚硝酸作 +

COOH+

O+NC

NaNO2+③与水合茚三酮反应：α-氨基酸的定O +O

+R-CHO+

+ 氧化反亚氨基 H2O2或

COOH+H

R

COOH+酮 酮三、烟草中的氨基鲜烟叶中主要的游离氨基酸是天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，它们加起来占总游离氨基酸的675%。胱氨酸和色氨酸在烟叶中仅有微量存在。除谷氨酸外，所有单个氨基酸含量的最高点均在现蕾至初花期之间，游离氨基酸含量随施氮肥量增加而增加。（一）烟草发育过程中总氨基酸含量的总氨基酸含量的多少标志着植物体内氮代谢的强弱及蛋白质含量的高同一部位烟叶的总氨基酸含量随叶龄的增长而下降（表）。（二）烟草叶片发育过程中氨基酸组分烟草不同部位烟叶中氨基酸各组分分析结果看出，烟草叶片中组成蛋白质的氨基酸有18种，不论哪个部位的烟叶，均以谷氨酸和天冬氨酸的含量最高，尤其是在的叶片中。烤烟中含量较多的氨基酸还有亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸，色氨酸和胱氨酸的含量最低（表43）。（三）烤烟叶片发育过程中游离氨基酸含量的变随烟草叶片发育，游离氨基酸含量的变化与总氨基酸含量变化规律有所不同（ 表44。在调制过程中，烟草蛋白质部分水解为游离氨基酸，调制后烟叶中游离氨基酸的含量见书上表4-5。从表中可以看出：①白肋烟氨基酸含量是烤烟的3倍，②白肋烟含量最高的氨基酸是天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸；而烤烟是脯氨酸、天冬酰胺、谷酰胺。另外，在烟草中还发现许多不常见的氨基酸，至少有48种。第二节蛋白蛋白质是含氮高分子化合物，各种蛋白质的分子量有很大的差异，一般从一万左右到几百万，也有大至几千万的。所有蛋白质都含有C、H、O、N四种元素，多数蛋白质含有少量的硫，有些蛋白质含有磷，若干蛋白质还含有铁、铜、锰、锌和碘等。蛋白质的种类非常多，但不论其来源如何，元素组成变动范围却不很大。一般蛋白质元素组成为：生物体组织中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质中，蛋白质含氮量变化的幅度不大，一般以其平均值16%计算。因此生物样品中每克氮的存在，就表示样品大约含蛋白质10/16，即6.25克。这个数值称为蛋白质转换系数。蛋白质大分子是以氨基酸为单位相互结合而成的，这好象多糖是由许多单糖相互结合而成的一样。但是多糖往往只有一种或极少数的几种单糖构成，而蛋白质却常常由二十种左右不同的氨基酸构成，一个蛋白质分子所包含的氨基酸数目可达几百个，所以蛋白质的结构远比多糖复杂得多。一、蛋白质的结蛋白质分子中的氨基酸是通

肽键连接起来HOH肽键的形成可以看作是氨基酸与氨基酸之间彼此通过羧基和氨基脱水缩合 R'

-

H2N

COH+

N

C

H2N

C

O

O多肽长链仍连有游氨基的末

α-碳原子仍连有游氨基

氨基末 O（N-端

羧基末（C-端

羧基的末氨基氨基酸之间以氨基和羧基相互连接形成多肽长链后，氨基酸分子中的其他基团如丙氨酸的甲基、缬氨酸的异丙基、丝氨酸的羟甲基等，就成为多肽长链上的侧链。侧链中的基团具有不同的性质，有些具有酸性，有些具有碱性，有些是亲水基团，有些是疏水基团，有些基团性质比较活泼，有些基团则比较稳定。基团的存在，都与蛋白质表现出的某些性质有关，并对蛋白质分子的多肽长链形成一定的空间构型起着重要的作用。因为蛋白质是由多肽构成的，上常将分子量较大的而构象复杂的多肽称为蛋白质，分子量较小而构象简单的称为多肽，但实际上并没有很严格的界限。蛋白质分子的空间结蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。如球状蛋白质和酶等和纤维状蛋白质角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等，前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。

二级结构：α-螺旋、β-折叠U-转折三级结构：多肽链的-螺旋体再进一步折叠盘曲，成为一种看来是不规则的，但对每一种蛋白质来说是独特的空间构型。四级结构：由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位，称为蛋白质的亚基。由几个亚基借助于氢键、疏水交互作用和静电引力等相互结合而成一定的空间结构。（1）蛋白质的二级结蛋白质的二级结构ondayuu)是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。（白质多肽链主链的折叠和盘绕方式，在一级结构的基础上折叠或缠绕形成的构相，它只研究主链在空间的排列分布。）由于多肽链折叠限制，主链在空间的排布方式有限，主要有：α螺旋、β折叠、转角、无规卷曲。α-螺旋（α-helix）Pauling和Corey于1965年提出。α－螺旋的结构特点如下多个肽键平面通过α-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm，这X线衍射图符合相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和H桸形成许多链内氢健，即每一个氨基酸残基中的H和前面相隔三个残基的C＝O之间形成氢键，这是稳定-螺旋的主要键。肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响-螺旋的形成。酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于荷相斥，不利于-螺旋形成；较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也妨碍-螺旋形成；脯氨酸因其-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述-螺旋；甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。二、蛋白质的理化性蛋白质的胶体性质：蛋白质粒子直径较大，在100nm之间；粒 有水膜；粒子带电荷蛋白质相对分子质量很大在水溶液中所形成的颗粒具有胶体溶液的特征，如布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜等。溶液中，蛋白质胶体颗粒带有相 荷，彼此排斥；而且颗粒表面极性分子能与水分子形成一层水膜，将蛋白质颗粒相互隔开，因此蛋白质颗粒比较稳定，不易沉淀。蛋白质的两性性质：蛋白质有两性反应；每种蛋白质都有其等电点；在等电点时易于沉淀。蛋白质分子除了肽链两端有自由的α-氨基和α-羧基外，许多氨基酸残基的侧链上存有不少可解离的基团，所以蛋白质是两性电解质。在酸性溶液中蛋白质带正电，在碱性淀液中蛋白质带负电。当溶液达到某一H值时，蛋白质所带正负电荷相等，这时溶液的pH值叫做蛋白质的等电点(pI)。一般含酸性氨基酸较多的蛋白质，等电点偏酸；含碱性氨基酸较多的蛋白质，等电点偏碱。可以根据不同的蛋白质的等电点，用电泳法分离蛋白质。蛋白质的沉淀作用：调节蛋白质溶液pH，使其达到等电点而沉淀；盐析法沉淀； 法沉淀；凝胶过滤。如果在蛋白质溶液小加入适当试剂，破坏了蛋白质的水膜或中和蛋白质的电荷，则蛋白质胶体溶液就不稳定而出现沉淀现象。可引起沉淀反应的试剂有高浓度盐类(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，称为盐析)， (如 、 )，重金属盐(如硝酸银、醋酸铅、三氯化铁等)，某些生物碱试剂(如 蛋白质的水解：酸水解法；酶水解法；碱水解法。酸水解法优点：盐酸本身可用加热的方法蒸发除去，水解彻底，能全部转变为氨基酸，且不引起消旋作用，对大多数氨基酸很少破缺点：营养价值较高的色氨酸几乎全部被破坏，含羟基的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸也部分被破坏。水解过程中，氨基酸与羰基化合物作用生成黑色物质，酶水解法：常用于蛋白质的不完全水解以 水解蛋碱水解法优点：水解完缺点：会使氨基酸产生消旋作用，产物中有L-型和型两种氨基酸。还有很多氨基酸如丝氨酸、苏氨酸、精氨酸、赖氨酸、胱氨酸等被破坏，不能用来L-型氨基酸。蛋白质的颜色反应黄色反应：浓硝酸。苯丙氨酸、色氨酸等含苯环的氨基酸特有的反应二缩脲反应：该反应是肽键常用的反应，即在碱性铜溶液，肽键与铜离子形成络合物，呈紫色(在nm有最大光吸收峰)。是由蛋白质含有肽键结构引起，从三肽到一切蛋白性和定量分析，也用于测量蛋白质的水解程度。茚三酮反茚三酮反应：应生成黄色物质外，所有的α氨基酸及一切蛋白质都能和茚三酮反应生成蓝紫色物质。酚试剂法该反应是比色法测定蛋白质的常用方法，即蛋白质以碱性铜溶液处理后,加用酚试剂,呈蓝色(在650nm有最大光吸收峰。考马斯亮蓝法 考马斯亮蓝G250反应形成复合三、烟草蛋白 叶蛋白质是最重要而丰富的蛋白质。烟叶含有两类蛋白质：可溶性和不溶性蛋白，它们的存在量通常是相等的。可溶性蛋白质根据分子大小可以分为两类：组分-1蛋白质（FⅠ蛋白)和组分-2蛋白质（FⅡ蛋白)。组分-1蛋白质代表单一的蛋白质，组分-2蛋白质是其余的可溶性蛋白质合在一起形成不能分步分离的蛋白质，一般在发育初期组分-1蛋白质和组分2蛋白质的量是相等的。趋向成熟时，由于组分-1蛋白质的降解，这一比例就改变了。人们对组分-1蛋白质的认识比较全面，而对组分-2蛋白质的资料较少。可溶性叶蛋白含组分-1蛋白质与叶绿素的比例随植物种和发育阶段而变化，在所用的温室培植的幼年烟株中(移栽后6星期)，根据对烟草属4个种的分析，组分-1蛋白质与叶绿比为8～10mg：1mg(表-)。这些烟叶中约含同量的组分2蛋白质。然而组分1蛋白质和组分-2蛋白质含量之比可能也有变化。要视其生长发育的阶段而定。在这次研究中，虽然以新鲜烟叶重量为基础，所测得的组分1蛋白质的含量在烟草属各种间有所不同，当以叶绿素含量为基础表示时，产率是比较一致的。可溶性蛋白质的成分及其组分-1和组分-2蛋白质的氨基酸组成差不多相同，且含量比例相似。这些相应的氨基酸成分可以认为组分-1和组分-2蛋白质两者都有较高的营养价值。与粮组织(FAO)的参比蛋白质相比较，组分-1和组分-蛋白质有全部必所的烟草和其他21个植物种中56个组分-2蛋白质中差不烟草组分1蛋白质、鸡蛋蛋白质和牛奶蛋白质的必需氨基酸成分是相似的。在植物蛋白质营养质量的排列中，烟叶蛋白质居于首位，因此能提供富有生命力的食物作为副食品。烟叶中的蛋白质对卷烟品质的影响对烟叶品质几乎没有贡献，相反，烟叶中的蛋白质和氨基酸尤其是蛋白质)含量过高，不仅会给烟气带来似烧焦羽毛的异味，而且会降低烟叶的燃烧性，使烟气中许多有害成分（如等）含量增加如喹啉是Ⅰ蛋白的主要氧化产品；一些氨基酸如谷氨酸、色氨酸和赖氨酸在高温燃烧时，会产生一些对不利的诱变因子。根据烟叶均质化调制（HLC）理论，在烟叶调制之前提取出烟叶中的可溶蛋白，可降低烟叶中的蛋白质含量，有利于生产较安全的卷烟产品，同时也可大量获得高营养品质的Ⅰ蛋白。趋于一致,不同企业生产出来的同一牌号的同规格产品品质趋于一致。均质化加工技未是解决卷烟品牌多点加工品质一致性、质量稳定性的重要保证，也是行业组织结构调整和适应大品牌、大市场发展的技术支撑。但均质亿技术必须以品牌质量为前成一套统一的管理和控制模式，并在实际生产活动中切实应用，一、

第三节氨、酰胺、胺1、氨的结从氮原子的电子层结构(1s22s22p3)来看，其最外电子层有三个未成对的p电子。当氮原子与三个氢原子结合成氨(ＮＨ3)分子时，三个化学键彼此之间似乎应该是按照三度空间坐标轴的方向互相垂直,成90°的角度。但是，氨分子中三个键间的夹角实际上是107°，氮原子的S轨道和2P轨道发生了杂化。氨分子三个Ｎ－Ｈ键指向四面体结构的三个顶点的方向。因为未共用电子对占据更大的空间位置，使各个键之间的夹角略小于1095氨的危氨是有刺激性的无色气体，氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。氨的溶解度极高，所以主要对动物或的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入，氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。2、烟草中的烟草在生长发育过程中，植株积累的氨是比较低的，多量的氨会产生氨害。在调制过程中由于蛋白质的水解，氨基酸的氧化分解，使烟叶中氨的含量逐渐增加。调制结束烟叶中氨的含量：烤烟为0.019%，白肋烟约为0.159%，马里兰烟约为0.130%，香料烟约为0.105在以后的陈化、发酵等加工过程中烟叶内的氨将不断产生，也不断挥发散失。 二、酰（一）酰胺的结构和性羧酸分子中羧基上除去羟基后所剩余的基团

OC 称为酰基。酰胺是酰基和氨基结合而成的化合物。酰胺既可以看作是羧酸的衍生物，也可以看作是氨或胺的衍生物。O

NH2 O H

R' 从酰胺的分子结构看，氮原子上的未共用电子对与C＝O键的π电子共轭，共轭效应的结果是电子云密度平均化，使氮原子上的电子云密度降低。连接在碳原子和氮原子上的四个原子趋向于处在同一平面上，这种结构对于蛋白质分子结构(酰胺键之间氢键的形成具有重要意义。1、酸碱在酰胺分子中，氮原子上电子云密度的降低一方面使氮原子与质子的结合能力减弱，从而减弱其碱性；另一方面又加大了Ｎ－Ｈ键极性，从而增强了其酸性。因此，酰胺2、水解反 O HOH

+NH4

H

+ H 3、脱O

+P2O5

CN+24、霍夫曼反O NH2+Br2+ NH2+2 +2（二）烟草中的在烟草生长发育过程中，谷氨酰胺和天冬酰胺是主要的酰胺类化合物，它们是氨在植株体内的储藏形式。烟气中的酰胺类化合物是中性含氮化合物的一种。烟气中鉴定出的C1～C3脂肪酰胺占粒相物质的0.12%～0.37%，是在燃吸期间硝酸盐产生的氨和甘氨酸衍生的。燃吸期间烟气中的腈可能部分水解生成酰胺，或者酰胺脱水生成腈。未燃吸的烟叶中从未发现这样多的酰胺。烟叶中的马来酰胺和琥珀酰胺是烟草打顶后使用的化学抑芽剂马来酰肼的降解产物。三、胺类化合胺是氨的烃基衍生物，可视为氨分子中的一个或多个氢原子被烃基取代后的产物。按照胺分子中氮原子上烃基数目的多少，胺又可分为伯胺、仲胺和叔胺。

伯 仲 叔伯、仲、叔胺是指N（与伯、仲、叔醇的含义不同）根据R

芳香

根据含NH2数目

多元

含三个以上的季铵

季铵

1、胺的结构和性氮原子以3个S3杂化轨道分别与氢原子或碳原子形成3个σ键，键角约为108°，氮原子上未共用的弧对电子占据了第4个SP3杂化轨道，位于三棱锥的顶点。氨(或胺)基是胺类化合物的官能团，胺的化学性质大都与氮原子上未共用电子对有关。

HH

H3CHH

CH3N是SP3杂化，分子的几何形状接近正四面体3气味：低级的脂肪胺如甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺在常温下为气体，丙胺以上为液体，高级胺为固体。低级胺有氨的气味，有的胺如二甲胺和三甲胺还有腥味。二元胺如丁二胺、戊二胺等具有动物尸体腐烂后的特殊气味，因此丁二胺也称腐胺，戊二胺也称尸胺。溶解性：伯胺、仲胺和叔胺都能与水形成氢键，因此低级胺有较好的水溶性，但随着相对分子质量的增加，在水中的溶解度迅速减少。6－7个C原子的低级胺能溶于H2O。沸点：N－H键的极化程度比－小，氢键N－H……N也比O－H……O弱，∴伯胺的b.高于分子量相近的烷烃而低于醇。位阻能妨碍氢键的形成。伯胺分子间生成的氢键比仲胺强，叔胺分子间不能生成氢键∴同C原子数的胺中，b.p高低的顺序为：伯胺>仲胺>叔胺。 化学性质胺的上有一对未用电子对，化学性质由此引起，例如：接受质子显碱性；进攻缺电子中心显亲核性；与芳环的π电子共轭而活化芳环；使环上亲电取代易进行等1、碱

NHNH3+ RNH2+H+ 胺溶于水时，发生以下反应 RNH2+ 离解常 K [RNH3][OH

（PKb值越小，其碱性越大气相中碱性顺序 (C2H5)3N>(C2H5)2NH>C2H5NH2>碱性随N上烷基增多而增大水溶液中碱性顺序(C2H5)2NH>(C2H5)3N>C2H5NH2>NH3 ∵胺的碱性取决于两种因素aN上电子云密度大小；铵离子的溶剂化 N+HH

生成氢键能力使碱性上升的次序为：伯胺>仲胺>叔N上电子云密度大小 伯胺<仲胺<叔综合两种因素考虑有(CH3)2N>CH3NH2>(CH3)3N>NH3 在非质子溶剂（氯仿、乙腈、氯苯等）中，胺的碱性(n－C4H9)3N>(n－C4H9)2NH 在胺分子中引入吸电基团，由于－I效应，使胺的碱性下降例如

N

几乎无碱苯胺

PKb=

HNH 苯环所在的平面和H2三个原子所在平面之间夹角为142.5°,说明在苯胺分子中，N原子更接近平面构型，氮原子杂化状态在SP3与S2之间，N上的未用电子对与苯环的π电子共轭，N 碱性

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环上有吸电基时，碱性下*环上有供电基胺与酸生成的盐和铵盐相似(CH3)2NH+ +Br-二甲基溴化2、烟草中的胺类烟叶中的脂肪胺是在调制期间烟叶中的蛋白质、氨基酸通过氧化分解或高温裂解产生的。吸烟时，一部分脂肪胺直接转移到烟气中，烟草在燃吸时发生的热解也可产生胺类。和其它生物碱也可能是低级脂肪胺的来源。大多数芳香胺都烟叶中的蛋白质、氨基酸也可能是芳香胺的前体，燃吸热解也可能产生芳香胺。但与脂肪胺不同，热解不产生芳香胺。脂肪胺很容易与亚硝酸盐或氮的氧化物作用生成相应的亚硝胺。尤其是仲胺和叔胺对具有活性的亚硝胺的生成有一定作用。第四节含氮杂环化合烟草和烟气中存在各种含氮杂环化合物，其中有五元环和六元环化合物，也有单环和稠环化合物。含量较多的有吡咯、咪唑、吡啶、吡嗪及其衍生物，吲哚、喹啉、咔唑、吖啶及其衍生物。其结构式如下： 吡 咪唑吡 吡 吲 喹啉异喹 咔 吖一、吡咯及其衍 吡咯是无色液体，沸点131℃，不溶于水，易溶于醇、苯和醚。它在空气中因氧化而变褐色，并逐渐变为树脂状物。在吡咯分子中，由于存在着一个与苯环相似的闭合共轭体系，所以吡咯具有一定程度的芳香性，容易发生亲电取代反应。由于氮原子未共用电子对参加了杂环的共轭体系，所以吡咯 吡咯类化合物是一类香味物质，具有烟草香味。如N-甲基-2-甲酰基吡咯有甜味，5-甲基--甲酰基吡咯呈樱桃味，乙酰基吡咯呈花香味，可见吡咯类对烟草香味有一定影响。烟叶中的吡咯类很可能是在棕色化反应时通过Amadori化物产生的，并在烟气中吡咯类要比烟叶中多得多。烟气中已鉴定出吡咯类88种，包括吡咯、N-取代吡咯和C-取代吡咯，取代基有烷基、酰基、腈基、酯等。烟气中的吡咯及其衍生物是在燃吸过程中新生的。据，二、吡啶及其衍吡啶是无色具有特殊臭味的液体，沸点115℃，可与乙醇、乙醚等混溶，是许多有机化合物的良好溶剂吡啶环上的氮原子有一对未共用电子对，处于SP2杂化轨道上，它并不参与环上的共轭体系，因此能与质子结合，具吡啶具有较强的芳香性，不易氧化。它能发生取代反应， 吡啶的衍生物如烟酸、异烟酸、烟酰胺，均为B族维生一。吡哆素包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，常称为维生素B6吡啶经氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶。六氢吡啶又称哌啶，为无色具有特殊臭味的液体，沸点106℃，易溶于水，它的碱性比吡啶大，化学性质与脂肪族仲胺相似。吡啶烟叶和烟气中的吡啶类化合物含量都很丰富，已鉴定出烟叶中有63种，烟气中有324种吡啶及其衍生物。大多数为β位取代吡啶，取代基有烷基、乙烯基、酰基、羟基、腈基和羧基等。因为含有吡啶环，所以被认为是产生吡啶的前体物质，但是用标记的14C-热解试验,其回收率与人们不相符合。热解试验认为烟草色素、脯氨酸和聚脯氨酸可作为挥发性吡啶的前身，烟酰胺在1050℃产生的各种热解也形成吡啶如3-腈基吡啶等。用于烟草栽培的如顺丁烯、酰肼、N,-二甲基十二烷胺的热解也形成吡啶类化合物。吡啶及其衍生物对烟草吃味和香气的作用是增强烟草香味和烟气丰满度。烟气中常见吡啶类化合物及其对烟气的吃味特吡啶烟气吃2,4-二甲基吡增强烟草2,5-二甲基吡增强烟草2,6-二甲基吡增强白肋烟3,4-二甲基吡增强丰满度，似白肋烟3,5-二甲基吡增强烤烟3-甲基吡增强丰满度，似白肋烟4-甲基吡增强丰满度，似白肋烟2-乙基吡增强白肋烟3-乙基吡增强雪茄烟4-乙基吡增强烟草2,4,6-吡增强丰满三、吡嗪及其衍生烟草和烟气中存在多种吡嗪类化合物。已鉴定出烟叶中有21种，烟气中有5种。其中二取代和三取代吡嗪较多，还有一些一取代和四取代吡嗪。取代基一般为甲基、乙基、异丙基、乙烯基、乙酰基等，见表4-14。烟草和烟气中的吡嗪类化合物可能来自加工过程中棕色化反应产物。此外，某些含碳含氮物质可以作为燃吸时吡嗪类热解合成的来源，详见表4-15。四、含氮稠环化人们还发现烟草和烟气中存在含氮稠环化合物，其中有二环、三环和五环稠合体。大部分是在烟气中发现，被认为是一些热解产物。含量最多的是吲哚类和咔唑类及其衍生物，已证明它们是氨基酸尤其是色氨酸的热解产物。另外，在烟气中还发现喹啉及其衍生物如喹啉，异喹啉，4-甲基喹啉，,6-二甲基喹啉，8-羟基喹啉，二苯并〔a,h〕吖啶和二苯并〔a,j〕吖啶等稠环化合物。（一）吲吲哚为片状晶体 52.5℃，沸点253℃，相对密度1.22。具有烈的粪臭味，高度稀释的溶液有香味，可以作为香料使（二）喹喹啉又称苯并吡啶。为吡啶与苯并联的化合物，有两种并合方式,分别称为喹啉和异喹啉。喹啉为具有特殊气味的无色液体;－15.6℃,沸点238℃，相对密度1.0929(20/4℃)；微溶于水,易溶于。异喹啉的26.5℃，沸点242.2℃（743毫米柱），密度1.0986克／厘米(20℃);其五、半挥发性碱性成烟草中的半挥发性碱性成分主要包括胺类化合第五节其他含氮化合一、硝基化合硝基化合物在自然界几乎不存在。烟草中的硝酸盐是燃吸过程中产生硝基化合物的直接来源，烟草中天然存在的氧化物与有机基团反应产生硝基化合物。烟气中检测到的硝基化合物有硝基烷类，类和硝基酚类。在硝酸盐含量高的卷烟烟气中发现了-硝基儿茶酚，一些人认为它是由烟气捕集材料中的儿茶酚硝基化产生的，然而精细分析证明，新生的烟气中确实有少量的4-硝基儿茶酚和其他硝基酚存在。烟气中的硝基化合物与烟草中的硝酸盐含量密切相关，它与稠环芳烃的形成相互竞争。研究发现，富含硝酸烟草的烟气中硝基化合物含量高，稠环芳烃含量低。二、腈和异腈是氢酸(HCN)的烃基衍生物，通式为 为基本身含有一个碳原子，所以氢酸可以看做是腈类物质的第一个同系物，氢酸有很强的毒性，其他腈类化合物不似氢酸那样的剧毒。氢酸甲 乙烯 苯甲异腈是腈的同分异构体。异腈的结构式写作，分子中的碳原子和氮原子之间存在着两个共价键和一个配价-C→烟草中的腈类化合物很少有人研究,主要研究的是烟气中的腈类化合物,烟气中的腈类化合物主要有化氢(HCN),其次是乙腈()、丙腈()、丁腈(CH3-CH2-CH2-CN)、丙烯腈()。此外,在烟气的冷凝物已经鉴定硝酸盐是烟气中腈类的前身。烟草蛋白质也是烟气中腈类的重要来源。甘氨酸热解形成化氢要比丙氨酸、亮氨酸其他含氮化合物如吡咯烷，脯氨酸脱羧产生的吡咯烷,在热解过程中产生的化氢也较多。多氨基的酮酸类同样产三、含烟草生产中使用的含氮抑芽剂、除草剂、 如MH、二胺类、酰胺类、硫代氨基甲酸类、尿素类、喹类等，也是烟草一些研究表明，它们除以其来源形式残留在烟叶中外，还可降解(酶解或热解)生成许多新产物，如氨、胺类、酰胺类、吡啶类、吡咯类、喹啉类等。因此，这些人工使用的含氮制剂对烟草和烟气的化学成分、生物活性及香气吃味品质都有一定影响，有待深入研究。第六节含氮化合物对一、烟草对氮素的吸收和利土壤中的氮以无机物和有机物的形态存在，而烟草吸收氮素的形态主要是以无机物的H4—N和3—N两种形态。因此，有机氮必须经过氨化作用或硝化作用转化为铵态氮或硝态氮方能被烟草吸收。烟草将吸收的氮素转化为有机物的过程叫氮素的同化作用烟草体内的同化过程是在酶的作用下完成的，有机酸类与氨基结合形成氨基酸，进一步合成蛋白质。合成的第一种氨基酸是谷氨酸，而且几乎所有其他氨基酸的生物合成均以谷氨酸为氨基H2)的供体。所以在烟草生长过程中叶片及其中都是游离谷氨酸含量最高。二、含氮化合物的积1、氮素营养条件对烟草的生长发育乃至最终的产量和质量都有重要影响。氮是构成蛋白质和酶的主要成分，烟草中的生物碱是含氮杂氮素供应适当，烟草形成较大的叶片，叶色正常，其产量和质量均好。然而，氮素供应过多或少，对烟株生长发育和烟叶品质都是不利的。不易落黄，推迟成熟，烟叶 和蛋白质含量过大，碳水化合物含量如果氮素供应不足，烟草细胞中的原生质、叶绿素和其他含氮化合物的形成受到影响，植株矮小，叶片小而薄，叶绿素含量低，叶色淡绿或呈淡白色。和土壤的供氮能随着烟株的生2、苗烟草幼苗时期含氮量增长迅速，从幼苗到成苗（第一到第二苗芽期)，单位叶面积的含氮总量、蛋白质氮、尼古丁氮均增大到3倍以上，可溶性氮则增加 ，如表420。可见苗期需氮量很大，一定要施足氮肥，以保证生长需要，培育出壮苗，这叫少时富。3、大田大田前期烟草蛋白质量和总氮含量是一直增加的，仍需要充足的氮肥供应(以基肥为主，保证少时富)，至现蕾期以后,蛋白质量含量达到一定程度，平衡发展。现蕾以后营养生长不再大量进行，进入生殖生长阶段。如果不打顶，任烟草开花结果，则叶片中的蛋白质和碳水化合物的积累均消耗于花、果实和。如果采取打顶措施，碳水化合物的积累不再形成营养体，而但是，打顶后蛋白质也势必在叶片积形成粗筋暴三、含氮化合物在调制过程中的变（一）蛋白质的研究结果表明，蛋白质的水解自烟叶采收后不久开始，其水解速度的快慢取决于开始烘烤时蛋白质氮和可溶性氮的比例，而烟叶的成熟度及烘烤时间也直接影响烤后烟叶游离氨基酸的含量。烟叶烘烤过程中蛋白质的水解是与变黄期烟叶失水凋萎和变黄紧密联系的，失水凋萎的同时，叶片逐渐变黄，凋萎是变黄的条件，变黄是外观表现，变黄是叶绿素的降解，绿色消失，黄色呈现。叶绿素是与蛋白质结合为复合体而存在，叶绿素降解说明了蛋白质水解。蛋白酶和肽酶活性，在烘烤前期增强，后期减弱蛋白质水解还需要