《胺和生物碱》PPT课件.ppt

有机化学（配套教材）,”,2,第十三章 胺和生物碱,第一节 胺,第二节 重氮盐和偶氮化合物,第三节 生物碱,一 分类 命名,二 胺的结构,三 物理性质,四 化学性质,3,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RNH2CH3-NH2,重氮盐ArN+2 X-,偶氮化合物 ArN=NAr,含氮杂环,生物碱,酰 胺R-CO-NH2CH3-CO-NH2,氨基酸;腈;亚硝酸酯:硝酸酯;等,上页,下页,首页,4,第一节 胺,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,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,5,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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,6,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,?,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,7,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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,8,(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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,9,简单胺的命名“烃基名”“胺”,(按“优先基团后列出”原则排列烃基),methylamine,cyclopentylamine,isopropylmethylamine,甲胺,甲基异丙基胺,环戊胺,2,4-hexanediamine,2-naphthylamine,2,4-己二胺,2-萘胺,-萘胺,三乙胺triethylamine,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,10,2.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-dimethylaniline,N-乙基-N-丙基环己胺N-ethyl-N-propylcyclohexylamine,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,N-甲基-4-乙基苯胺N-methyl-p-ethylaniline,11,3.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-methylaminooctane,2-甲基-4-氨基戊烷2-amino-4-methylpentane,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,12,4.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methylammonium iodide,溴化四乙铵tetraethylammonium bromide,氢氧化四甲铵,氢氧化羟乙基三甲基铵(胆碱，choline),tetramethylammonium hydroxide,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,13,课堂练习:将下列化合物按伯仲叔季分类并命名。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（一、分类和命名）,上页,下页,首页,14,二、胺的结构,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（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,15,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（二、胺的结构）,上页,下页,首页,16,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),动画模拟：胺对映异构体的相互转化,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（二、胺的结构）,上页,下页,首页,17,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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（二、胺的结构）,上页,下页,首页,18,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（二、胺的结构）,上页,下页,首页,19,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（三、物理性质）,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,20,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（三、物理性质）,上页,下页,首页,21,四、胺的化学性质,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、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,上页,下页,首页,22,(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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,23,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 35 4.75 9,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,24,2.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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,25,3.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。,pKb 9.40 9.60 9.62 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：,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,26,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：,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,27,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,28,(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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,29,(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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,30,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,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,Paracetamol(扑热息痛),上页,下页,首页,31,(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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,32,(五)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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,33,1.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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,34,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,35,2.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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,36,3.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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,37,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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,38,(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。,第十三章 胺和生物碱 第一节 胺（四、化学性质）,上页,下页,首页,39,第二节 重氮盐和偶氮化合物,第十三章 胺和生物碱 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,40,一、重氮盐的制备及结构,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（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05,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,41,重氮盐的结构：N 原子 sp 杂化,+,-共轭效应使芳香重氮盐稳定性增加,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的制备及结构）,上页,下页,首页,42,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。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的制备及结构）,上页,下页,首页,43,二、重氮盐的性质,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,放氮反应(亲核取代):重氮基被其它亲核基取代并放出N2,留氮反应(偶联反应):芳香重氮离子作为亲电试剂与活泼芳环发生亲电取代,产物分子中仍然保留 2 个 N,44,(一)重氮基被取代（放氮反应）,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,45,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。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,46,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。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,47,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。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,48,问题:以苯为原料合成1,3,5-三溴苯。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,49,(二)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(coupling reaction)。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,50,共振结构显示重氮基的两个N原子都带正电荷。,Sudan l(苏丹1号,黄色),第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,51,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。,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,52,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57。与酚类的偶联反应则在弱碱性溶液中进行最快(pH 710)。,为什么？,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,53,重氮盐与芳胺偶联时,最佳pH57。pH5 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pH710。因为酚在弱碱性溶液中以ArO-参与反应，而 O-是比 OH 更强的活化基。,若在强碱性溶液中(pH10),重氮盐转变成重氮酸(pH910)及重氮酸盐(pH1113),就不能起偶联反应了。,重氮酸,重氮酸盐,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,54,若4位被占,则在2位偶联,若1位被占,则不偶联,第十三章 胺和生物碱 第二节 重氮盐和偶氮化合物（重氮盐的性质）,上页,下页,首页,55,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。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（生物碱的概念）,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,56,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（二、几种常见生物碱）,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0.052.5mg。,上页,下页,首页,57,2.吗啡,可待因和海洛因,吗啡 味苦，对中枢神经有麻痹作用,有极快的镇痛效力,但易成瘾。临床上一般使用吗啡的盐酸盐及其制剂。可待因与吗啡有相同的生理作用,临床一般使用其磷酸盐,主要作为镇咳剂。其镇痛作用较小，强度为吗啡的1/4，亦不象吗啡那样易成瘾。海洛因即二乙酰吗啡,不存在于自然界,其成瘾性为吗啡的35倍,严禁作为药用,是对人类危害最大的毒品之一。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（二、几种常见生物碱）,上页,下页,首页,58,3.奎宁(quinine),含喹啉环及脂氮杂环(叔胺)。抗疟疾药，并有退热作用。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（二、几种常见生物碱）,上页,下页,首页,59,4.冰毒,摇头丸,K粉,苯丙胺为中枢神经兴奋剂,是国家严格管制的精神类药品。,甲基苯丙胺俗称“冰毒”,属于联合国规定的苯丙胺类毒品。,MDMA 属于致幻剂类毒品，是“摇头丸”的主要成分。,氯胺酮俗称K粉。临床上用作麻醉剂或麻醉诱导剂,有精神依赖性，其致幻作用是导致被滥用的主要原因。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（二、几种常见生物碱）,上页,下页,首页,60,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（三、生物碱的通性）,三、生物碱的通性,1.大多数生物碱为无色有苦味的晶形固体，有些为挥发性液体(如烟碱等)，能随水蒸汽蒸馏出来而不被破坏，多数具有旋光性。,2.绝大多数生物碱具有胺类或含氮杂环的结构，因而显碱性，分子结构类型不同，碱性强弱也不一样。,3.游离生物碱一般不溶于水，能溶于氯仿等有机溶剂，亦能溶于稀酸溶液并生成盐。生物碱盐属离子化合物，其溶解性与生物碱恰好相反。常利用溶解性从植物中提取、精制生物碱。,上页,下页,首页,61,4.生物碱的沉淀反应,常用沉淀剂有：碘化汞钾(K2HgI4)碘化铋钾(BiI3KI)碘-碘化钾(KI-I2)苦味酸(2,4,6-三硝基苯酚)磷钨酸(H3PO412WO3H2O)硅钨酸(SiO212WO34H2O),生物碱可与生物碱试剂发生沉淀反应。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（三、生物碱的通性）,上页,下页,首页,62,生物碱可与某些试剂发生特殊的显色反应。常用的颜色反应试剂有：硫酸，硝酸，盐酸、甲醛，氨水等。其反应机理可能包括氧化、脱水、缩合等反应。,5.生物碱的显色反应,利用生物碱的沉淀反应和显色反应可鉴别生物碱。,第十三章 胺和生物碱 第三节 生物碱（三、生物碱的通性）,上页,下页,首页,63,胺 分类(伯仲叔)和命名(以胺为母体；氨基做取代基)结构(N为不等性sp3杂化)化学性质：碱性、酰化、磺酰化、与HNO2作用 2.重氮盐与偶氮化合物 重氮盐的结构 氮原子 sp 杂化 性质：芳香重氮盐的取代反应和偶联反应3.生物碱的概念与通性,本,章,要,点,Byebye！,