第十三章胺和生物碱

第十三章胺和生物碱含氮有机化合物的类型主要有:硝基化合物胺

R—NH2

CH3-NH2重氮盐

Ar—N+2X-

偶氮化合物

Ar—N=N—Ar含氮杂环生物碱酰胺 R-CO-NH2

CH3-CO-NH2√√√√上页下页首页第一节胺一、分类和命名(一)分类

氨分子中1个、2个或3个H原子被烃基取代,分别生成伯胺(一级胺,1°)、仲胺(二级胺,2°)和叔胺(三级胺,3°)。伯胺仲胺叔胺上页下页首页注意：只有N原子直接与芳环相连才属于芳香胺.芳香仲胺脂肪仲胺上页下页首页伯、仲、叔胺的区别与伯、仲、叔醇或卤代烃不同。叔丁醇叔丁基胺(伯胺)(叔醇)(叔卤代烃)

叔丁基氯?上页下页首页

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(quaternaryammoniumion)。季铵碱

(胆碱)

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）——伯胺的盐上页下页首页简单胺的命名“烃基名”＋“胺”(按“优先基团后列出”原则排列烃基)methylaminecyclopentylamineisopropylmethylamine甲胺甲基异丙基胺环戊胺2,4-hexanediamine2-naphthylamine2,4-己二胺2-萘胺,β-萘胺三乙胺triethylamine

上页下页首页3.结构复杂的胺的命名氨基做取代基，烃或其他官能团为母体。4-二甲氨基苯甲醛4-dimethylaminobenzaldehyde

3-氨甲基-6-甲氨基辛烷3-aminomethyl-6-methylaminooctane2-甲基-4-氨基戊烷2-amino-4-methylpentane

上页下页首页4.季铵盐(或胺的盐)和季铵碱的命名

分别与NH4+Cl-、NH4+OH-的命名相似。碘化甲铵methylammoniumiodide溴化四乙铵tetraethylammoniumbromide

氢氧化四甲铵氢氧化羟乙基三甲基铵(胆碱，choline)tetramethylammoniumhydroxide上页下页首页二、胺的结构N以不等性sp3杂化形成三棱锥型分子。上页下页首页三、胺的物理性质

脂肪胺：低级胺是气体或易挥发的液体,有特殊气味；高级胺为固体,一般无气味。6C以下的胺通常都溶于水。

芳香胺：为高沸点的液体或低熔点的固体,有特殊气味；一般难溶于水,易溶于有机溶剂;大多具有毒性，某些芳香胺具有致癌作用。上页下页首页对脂肪胺而言,相对分子质量相同的伯、仲、 叔三类胺，其沸点和水溶度顺序均为： 伯胺>仲胺>叔胺。水溶度:伯仲叔3类胺与水形成氢键的能力依次减弱。上页下页首页四、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-π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上页下页首页(一)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

上页下页首页

胺的碱性强弱是电子效应、立体效应和溶剂化效应共同综合作用的结果。1.电性效应

脂肪胺中的烷基是供电子基,它使N上的电子云密度增大，而且连接的烃基越多,电子云密度就越高,碱性增强。

芳胺N原子上的孤电子对与苯环共轭，电子离域到苯环,结果使N原子的电子云密度减少,故碱性减弱。

单一的电性效应使胺的碱性由强至弱顺序为：pKb 3~5 4.75 >9上页下页首页2.水的溶剂化效应

溶剂化程度越大,銨正离子越稳定,其碱性越强(OH-浓度越高)单一溶剂化效应使其碱性强弱顺序为：伯胺>仲胺>叔胺上页下页首页3.空间效应N原子上连接的基团越多越大,对N上孤对电子的屏蔽作用越大,N上孤对电子与H+结合就越难,碱性就越弱。pKb9.409.609.62 13.8

水溶液中胺的碱性强弱是多种因素共同影响的结果。各类胺的碱性强弱大致表现出如下顺序：上页下页首页

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，这类化合物的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。季铵碱与酸作用生成季铵盐：季铵碱季铵盐R4N+Cl-是强碱强酸盐，与强碱作用后不会游离出季铵碱，而是建立如下平衡：上页下页首页胺类一般为弱碱,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。上页下页首页(二)烃基化反应

胺和氨一样可作为亲核试剂与卤代烃发生SN2反应，产物是高一级的胺，最终生成季铵盐。

如R’为甲基,则常称此反应为“彻底甲基化反应”。

季铵盐用途广泛，可作杀菌剂、阳离子表面活性剂、相转移催化剂、防锈剂、乳化剂和柔软剂等。上页下页首页(三)酰化反应

伯胺和仲胺仍象氨一样能与酰卤、酸酐作用生成酰胺。上页下页首页

胺酰化反应的应用:(2)分离、鉴定

(3)保护氨基

(1)医药方面.

增加药物脂溶性，降低毒性Paracetamol(扑热息痛)上页下页首页(四)磺酰化反应

伯胺和仲胺可与苯磺酰氯或对-甲苯磺酰氯反应,生成相应的磺酰胺。叔胺不被磺酰化。

由伯胺生成的磺酰胺氮上的氢受磺酰基影响呈弱酸性，可与碱成盐而溶于水；仲胺形成的磺酰胺氮上无氢，不与碱成盐而呈固体析出。常利用此反应鉴别三类胺,称为Hinsberg

(兴斯堡)试验法。上页下页首页1.伯胺

脂肪伯胺与HNO2反应生成极不稳定的脂肪重氮盐。

该重氮盐即使在低温下也会立即分解放出氮气，并有醇、烯及卤代烃等混合物的形成。

因能定量地放出氮气，因此常用于氨基酸和多肽的定量分析。上页下页首页(五)与亚硝酸的反应

芳香伯胺与HNO2在低温(一般<5℃)及过量强酸水溶液中反应生成芳香重氮盐，这个反应称为重氮化反应(diazotization)。

干燥的重氮盐通常极不稳定，受热或振荡容易发生爆炸。升高温度重氮盐会逐渐分解，放出氮气。上页下页首页2.仲胺

脂肪仲胺和芳香仲胺与亚硝酸反应，都是在氮上进行亚硝化,生成

N-亚硝基化合物。

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。现已被列为化学致癌物。上页下页首页亚硝酸盐口服中毒剂量为0.3-0.5g,中毒潜伏期短,一般为数十分钟或1～3小时,症状以紫绀为主.皮肤粘膜,口唇,指甲下最明显.中毒症状：头昏,头痛,乏力,胸闷,心跳加快,嗜睡,烦躁不安,呼吸困难；恶心,呕吐,腹痛,腹泻等消化道症状.亚硝酸盐中毒很严重的,自身解毒非常慢,一旦发现就要立即催吐洗胃和服用解毒药.亚硝酸盐的中毒机制为：1,是强氧化剂,可以将红细胞中二价铁血红蛋白氧化为三价铁血红蛋白,而失去运送氧,和释放氧的能力造成组织器官的缺氧2,松弛血管平滑肌,使血管扩张血压下降3.叔胺

脂肪叔胺与HNO2

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。(一种弱酸弱碱盐)芳香叔胺与HNO2

作用生成对-亚硝基胺。上页下页首页(六)芳香胺的亲电取代反应

氨基的供电子共轭效应使苯环上的电子云密度升高，所以芳胺易进行芳环上的亲电取代反应。2,4,6-三溴苯胺(白色沉淀)

动画模拟:苯胺与溴水作用利用此性质可鉴别和定量分析苯胺。上页下页首页第二节重氮盐和偶氮化合物

重氮和偶氮化合物都含有－N2－官能团。重氮甲烷偶氮甲烷偶氮苯氯化重氮苯苯重氮酸苯重氮磺酸钠4-甲基-4’-羟基偶氮苯上页下页首页一、重氮盐的制备及结构重氮盐是通过重氮化反应来制备的。

制备时,一般是先将芳伯胺溶于过量的盐酸(或硫酸)中,在冰水浴中保持0～5℃,然后在不断搅拌中逐渐加入亚硝酸钠溶液直到溶液对淀粉碘化钾试纸呈蓝色为止,表明亚硝酸过量,反应已完成。上页下页首页重氮盐的结构：N原子sp杂化sp+π-π

共轭效应使芳香重氮盐稳定性增加上页下页首页二、重氮盐的性质放氮反应(亲电取代):重氮基被其它基取代并放出N2留氮反应(偶联反应):产物分子中仍然保留2个N上页下页首页(一)重氮基被取代（放氮反应）上页下页首页利用重氮盐的水解可使重氮基变成羟基。

这一反应通常是用硫酸重氮盐在40％～50％的硫酸溶液中加热进行。若用盐酸重氮盐,则常有副产物氯苯生成。上页下页首页

重氮盐与碘化钾水溶液共热，不需要催化剂就能生成收率良好的芳香碘化物。利用重氮基被氰基取代的反应可以合成芳香羧酸。上页下页首页

通过重氮基被氢原子取代的反应,可将芳胺变成芳烃,合成某些直接通过芳环上的取代反应不能得到的化合物。第三节生物碱

(Alkaloid)

生物碱一般是指生物体内的一类含氮有机化合物，许多生物碱具有显著生理活性。生物碱的分子结构多数属于仲胺、叔胺，少数为伯胺，常含有氮杂环，且大多具有碱性。由于生物碱主要存在于植物中,故又称植物碱。一、生物碱的概念及临床应用生物碱一般按其来源命名。如烟碱、麻黄碱等。生物碱广泛应用于医药中。

上页下页首页二、几种常见的生物碱1.烟碱(尼古丁

nicotine)

含吡啶环及四氢吡咯环(叔胺)。

存在于烟叶中,有剧毒。少量对中枢神经有兴奋作用，大量则抑制中枢神经，出现恶心、呕吐,使心脏麻痹以至死亡。1支烟含烟碱0.05~2.5mg。上页下页首页人民卫生电子音像出版社392.吗啡,可待因上页下页首页1．镇痛：短期用于其他镇痛药无效的急性剧痛，如手术、创伤、烧伤的剧烈疼痛；晚期癌症病人的三阶梯止痛。