含氮、硫、磷有机化合物

广东药学院1第一节胺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氨基酸;腈;亚硝酸酯:硝酸酯;等√√√√上页下页首页广东药学院2一、胺的结构、分类与命名(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广东药学院3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广东药学院6(二)命名：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：amine.表示

NH3的烃基衍生物

首先注意氨、胺、铵三个字的区别。上页下页首页广东药学院7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

上页下页首页广东药学院82.N上连有脂肪烃基的芳香仲、叔胺的命名

N,N-二甲基苯胺N,N-dimethylanilineN-乙基-N-丙基环己胺N-ethyl-N-propylcyclohexylamineN,N-二甲基-对-甲基苯胺N,N-dimethyl-p-methylaniline

以芳香胺为母体，在脂肪烃基名称前标上“N”。也可按类似方法命名脂肪仲、叔胺。上页下页首页广东药学院93.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

上页下页首页广东药学院104.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上页下页首页广东药学院11（三）胺的结构

N以不等性sp3杂化形成三棱锥型分子。上页下页首页广东药学院12

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。上页下页首页广东药学院13

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。103~105/s(室温)上页下页首页广东药学院14

如果有某种因素阻碍氮原子通过平面型过渡态相互快速转化，则可拆分出对映异构体。如某些氮原子位于环上的胺类:Troger氏碱的对映异构上页下页首页广东药学院15

对于季铵类化合物，如果四个烃基不同，则存在对映异构体。如下面的化合物可以拆分为左旋体和右旋体。上页下页首页广东药学院16二、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。上页下页首页广东药学院17问题: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。试加以解释？

答：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。上页下页首页广东药学院18三、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广东药学院19(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

上页下页首页广东药学院20

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上页下页首页广东药学院212.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>叔胺上页下页首页广东药学院223.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：上页下页首页广东药学院23

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：上页下页首页广东药学院24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。上页下页首页广东药学院25(二)酰基化反应

伯胺和仲胺仍象氨一样能与酰卤、酸酐作用生成酰胺。上页下页首页广东药学院26

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)上页下页首页广东药学院27(三)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。上页下页首页广东药学院28(四)与亚硝酸的反应

胺与亚硝酸作用,伯仲叔胺各不同,脂胺芳胺有差异。可用于鉴别。

亚硝酸不稳定，只能在反应过程中由亚硝酸盐与盐酸或硫酸作用产生。上页下页首页广东药学院291.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。上页下页首页广东药学院30

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。上页下页首页广东药学院312.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。上页下页首页广东药学院323.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。上页下页首页广东药学院33桔黄色(醌式结构)翠绿色

在强酸性条件下实际形成的是一个具有醌式结构的桔黄色的盐,只有用碱中和后才会得到翠绿色的C-亚硝基化合物。

对位已被占据的芳香叔胺与HNO2

作用时，亚硝基取代在邻位。上页下页首页广东药学院34(五)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)利用此性质可鉴别和定量分析苯胺。上页下页首页广东药学院35四、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广东药学院36（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。上页下页首页广东药学院37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广东药学院38苯重氮离子

重氮盐具有盐的特点,易溶于水,不溶于有机溶剂。

重氮盐的稳定性与它的酸根及苯环上的取代基有关。硫酸重氮盐比盐酸盐稳定,氟硼酸重氮盐(ArN2+BF4-)稳定性更高。苯环上连有吸电子基如卤素、硝基、磺酸基等会增加重氮盐的稳定性。上页下页首页广东药学院39（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上页下页首页广东药学院401.重氮基被取代（放氮反应）上页下页首页广东药学院41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。上页下页首页广东药学院42

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。上页下页首页广东药学院43

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。上页下页首页广东药学院442.偶联反应(留氮反应)

重氮盐与酚或芳胺等化合物反应，由偶氮基－N=N－将两个芳环连接起来，生成偶氮化合物的反应称为偶联反应(couplingreaction)。上页下页首页广东药学院45共振结构显示重氮基的两个N原子都带正电荷。Sudanl(苏丹1号,黄色)

上页下页首页广东药学院46

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。

偶联反应通常发生在羟基或氨基的对位，当对位被其它取代基占据时，则发生在邻位，一般不发生在间位。如上述各化合物中箭头所指的位置为偶联反应发生的位置。上页下页首页广东药学院47

反应介质的酸碱性非常重要。一般说来,重氮盐与芳胺的偶联反应最佳pH为5～7。与酚类的偶联反应则在弱碱性溶液中进行最快(pH7～10)。为什么？上页下页首页广东药学院48

重氮盐与芳胺偶联时,最佳pH5~7。pH<5时芳胺形成铵盐,带正电荷的基团使芳环上电子云密度降低，亲电取代变难。

重氮盐与酚类偶联时最佳pH7~10。因为酚在弱碱性溶液中以Ar－O-

参与反应，而－O-

是比－OH

更强的活化基。

若在强碱性溶液中(pH>10),重氮盐转变成重氮酸(pH9~10)及重氮酸盐(pH11~13),就不能起偶联反应了。重氮酸重氮酸盐上页下页首页第二节含硫有机化合物一、分类、结构、命名硫醇为醇的类似物，其官能团叫巯基：-SH.上页下页首页6主族OS1s22s22p41s22s22p63s23p4硫能形成与含氧化合物相当的一系列含硫化合物，并且具有相似的化学性质。分子中碳和硫直接相连的有机化合物称有机硫化合物。（organosulfurcompound）高价化合物方面有差别

氧没有四价或六价有机化合物硫的四价有机化合物：亚砜和亚磺酸六价有机化合物：砜和磺酸。

硫醇的命名与相应的醇相同，只是在母体名称前加一个硫字。当硫醇结构较复杂时,把-SH(巯基)

作为取代基命名。CH3SH甲硫醇(methanethiol)

3-戊硫醇3-pentanethiol1,2-乙二硫醇1,2-ethanedithiol

2-巯基乙醇2-mercaptoethanol

上页下页首页二、物理性质硫醇的物理性质与相应的醇比，犹如H2S比H2O.虽然硫醇的相对分子质量比相应的醇大，但

S

形成氢键的能力很弱，不存在分子间缔合，而以单分子形式存在，也不能与水形成氢键，因此其沸点和水溶度都比相应的醇要低得多。硫醇的另一特性是：一般≤9C的硫醇都有恶臭。工业上利用它作为臭味剂。上页下页首页三、化学性质1.弱酸性：硫醇的酸性比相应的醇强

(H2S比H2O)硫醇难溶于水，易溶于氢氧化钠溶液。这是由于硫醇与氢氧化钠发生中和反应，生成溶于水的盐（硫醇钠）。上页下页首页2.氧化反应

硫醇远比醇易氧化，在稀H2O2

或碘，甚至在空气中氧的作用下，硫醇可被氧化成二硫化物

(disulfide)。

1-丙硫醇二丙基二硫化物该反应能定量进行，因此可用于测定巯基化合物的含量。“－S－S－”称为二硫键。二硫键易被还原为硫醇。DihydrolipoicacidLipoicacid(硫辛酸)上页下页首页在更强的氧化条件下(KMnO4、HNO3

等)，硫醇可被氧化成磺酸：次磺酸亚磺酸磺酸甲硫醇

Methanethiol甲磺酸methanesulfonicacid上页下页首页

与无机硫化物类似，硫醇可与Pb、Hg、Cd、Ag、Cu

等重金属盐或氧化物作用生成不溶于水的硫醇盐。二乙硫醇汞硫醇铅3.与重金属作用所谓重金属中毒,是体内许多酶(乳酸脱氢酶等)上的巯基与铅、汞等重金属发生了上述反应,使其变性失活而丧失正常的生理功能所致。上页下页首页利用硫醇的这一性质,医药上将某些含巯基的化合物用作重金属中毒的解毒剂。二硫基丙醇(BAL)二硫基丙磺酸钠二巯基丁二酸钠上述解毒剂与金属离子的亲和力较强，它们不仅能与进入体内的重金属离子结合成不易解离的无毒配合物由尿排出体外，以保护酶系统，而且还能夺取已经与酶结合的重金属离子，使酶的活性恢复，从而达到解毒的目的。但若酶的巯基与重金属离子结合过久，酶的活性则难以恢复，故重金属中毒需尽早用药抢救。上页下页首页重点：活性酶中毒酶中毒酶活性酶解毒药重金属硫醇盐由尿排出重金属中毒及解毒机制上页下页首页四、磺胺类药物

磺胺类药物（sulfa-drugs）是一类具有对氨基苯磺酰胺基本结构的药物。对氨基苯磺酰胺（简称磺胺sulfanilamide）抑菌作用:

细菌的生长依靠对氨基苯甲酸（PABA），当病人服用磺胺药后，与PABA产生竞争性拮抗，干扰了细菌的酶系统对PABA的利用，而使细菌不能生长，因此有抑菌作用。

对-氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当N1上的H

原子被某些基团取代时，抗菌作用增强；若N4

上的H

被取代，则抗菌能力降低甚至丧失。因为具有N4游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨基苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作用。如N4

上的取代基易在体内分解而恢复成-NH2

时，则仍具有原来的抗菌作用。上页下页首页大多数磺胺类药物是不同杂环取代了磺胺的N1位上的一个H原子。磺胺嘧啶SD磺胺甲基异噁唑SMZ上页下页首页第三节含磷有机化合物5主族NP1s22s22p31s22s22p63s23p3氮只能形成3价和4价化合物，而磷可分别形成3价、4价和5价化合物。As一、结构磷可形成5价的原因:磷可采取sp3d杂化状态而形成5个共价单键，或者磷原子采取sp3杂化，d电子参与形成π键，而构成结构形式为的五价化合物。烷基磷与胺相似，磷原子为sp3杂化，分子呈棱锥形。膦C-P-C键角比C-N-C键角小主要原因是磷原子的未成键电子对受到原子核的约束小，轨道体积大，压迫另三个σ键，致使键角被压缩变小。

二、分类和命名三价磷化合物五价磷化合物有机磷化合物1、三价磷化合物

磷化氢或亚磷酸的烃基衍生物磷化氢（PH3）分子中的氢被烃基取代生成的化合物称为膦（音吝，phosplines），与胺相似，也有伯膦、仲膦、叔膦，都是三价磷化氢的烃基衍生物。伯膦仲膦叔膦亚磷酸的烃基衍生物亚磷酸烃基亚磷酸二烃基亚磷酸2、五价磷化合物磷烷是一类含有5价磷的烃基有机化合物：

五苯膦三乙基亚甲基膦磷酸分子中的羟基被烃基取代的衍生物称膦酸。

磷酸膦酸次膦酸

磷酸或膦酸分子中的氢被烃基取代的衍生物叫磷酸酯或膦酸酯。磷酸一烷基酯

膦酸一烷基酯

次膦酸酯

3.命名

膦、亚膦酸、膦酸的命名是在类名前加上烃基的名称，例如：

三乙基膦乙基亚膦酸苯基膦酸

凡是含氧的酯基，都用前缀O-烃基表示。“O-烃基”表示烃基连接在氧原子上。例如：

O，O-二乙基磷酸酯O，O-二乙基甲基膦酸酯膦酸和次膦酸可形成酰卤和酰胺，其名称按羧酸衍生物命名法命名。

甲基膦酰胺O，O-二甲基磷酰氯甲基乙基次膦酰胺三、生物体内的含磷有机化合物生物体内含有多种含磷有机化合物，它们均以磷酸、二聚磷酸或三聚磷酸的单酯或双酯形式存在。

磷酸单酯二聚磷酸单酯三聚磷酸单酯（焦磷酸单酯）

辅酶腺苷一磷酸（AMP）、腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP）等在生命过程中起着重要作用。在生理条件下（pH=7.2—7.4），它们均以阴离子的形式存在。

腺苷一磷酸腺苷二磷酸腺苷三磷酸

（AMP）（ADP）（ATP）

在机体代谢过程中，能量的储存，转移和利用主要凭借磷酸基的合成或分解来实现的。磷酸键的形成或磷酸化作用总是吸能反应；磷酸键的分解或脱磷酸化作用总是放能反应。三磷酸腺苷的磷酸酐键（P-O-P）在水解为二磷酸腺苷的过程中放出能量。四、有毒的含磷有机化合物

近代科学发明农药后，才有能力