《医学有机化学教学课件》第十章含氮有机化合物.ppt

第十章 含氮有机化合物,氨的烃基取代物称为胺。胺及其衍生物是一类重要的有机化合物。这类化合物范围广，种类繁多，与生命活动和人类日常生活关系非常密切。,胺重氮和偶氮化合物酰胺,一、胺的分类和命名,（一）分类,伯胺（1胺）,叔胺（3胺）,仲胺（2胺）,氨基,亚氨基,次氨基,官能团,1、按氨分子中的H被取代,胺可以看作是氨（NH3）分子中的氢原子被烃基取代的衍生物。,第一节 胺,注意：,叔丁醇（3醇）,伯胺（1胺）,季铵盐,NH4+X-,R4N+X-,NH4+OH-,R4N+OH-,问：（CH3）3NH+Cl-是季铵盐吗？不是，是铵盐。,季铵碱,3、按氨基数的不同：一元胺、二元胺和多元胺,2、按烃基不同：脂肪胺或芳香胺,（二）命名,1、简单的胺以胺作母体，称“某胺”。,CH3CH2NH2,CH3CH2NHCH3,H2NCH2CH2NH2,乙胺,甲乙胺,乙二胺,苯胺,苄胺,CH3NHCH3,二甲胺,2、较复杂的胺以烃作母体，氨基作取代基。,2-甲基-3-氨基丁烷,N-甲基苯胺,N,N-二甲基苯胺,N-甲基-N-乙基苯胺,对甲基-N-甲基苯胺,3、芳香族仲胺和叔胺芳香胺作母体，在烃基前加“N”,(CH3)4N+Cl,氯化四甲铵(季铵盐),4、铵盐、季铵盐和季铵碱,CH3NH3+Cl,氯化甲铵,(CH3)3NCH2CH3+OH,氢氧化三甲基乙铵（季铵碱),注意：“氨”、“胺”及“铵”的含义。表示氨气和基（如氨基、亚氨基等）时，用“氨”；表示NH3的烃基衍生物（有机胺）时，用“胺”；铵盐或季铵类化合物（含N+)则用“铵”。,二、胺的结构,NH3,NH2CH3,(CH3)3N,NH3的氮原子处于不等性sp3杂化状态，具有棱锥形结构；胺的结构和 NH3 相似，也具有四面体的结构，但不是正四面体。,胺的结构中的孤对电子决定其性质：碱性和亲核性,苯胺的氨基中，N原子所在的轨道与苯环上的p轨道虽不完全平行，但仍可与苯环形成一定的共轭。,苯胺的结构,胺分子中若氮上连接三个不同的基团，应存在对映异构现象。（p133,不作要求）,三、胺的物理性质,1、沸点,b、伯胺和仲胺叔胺（碳原子数相同的胺）,a、伯胺和仲胺的沸点比烷烃高，但比醇或羧酸低。,原因：胺是极性化合物。除叔胺外，都能形成分子 间氢键，但由于氢键N-HN比O-HO弱,原因：叔胺的氮原子上没有氢原子，叔胺分子间不能生成氢键,3、毒性,芳香胺具有一定的毒性。苯胺的空气或食入0.25mg后就会产生中毒。联苯胺和-萘胺都有致癌作用。,六个碳原子以下的低级胺易溶于水，高级胺难溶于水。原因是氨基能与水分子形成氢键。,2、水溶性,四、胺的化学性质,（一）碱性和成盐反应,胺的碱性较弱碱性：脂肪胺 氨 芳香胺,胺的碱性强弱与氮上的电子云密度有关，氮上的电子云密度越大，碱性越强。,CH3NH2,HNH2,脂肪胺,氨,芳香胺,(CH3)4N+OH,季铵碱（有游离的OH）,碱性：季铵碱 脂肪胺 氨 芳香胺,胺在水溶液中碱性的影响因素,胺在水溶液中的碱性取决于电子效应、水的溶剂化效应和空间效应。,电子效应氮上斥电子基越多，碱性增强。,脂肪胺的碱性顺序：脂肪叔胺脂肪仲胺脂肪伯胺,溶剂化作用氮上氢越多，与水形成氢键的数目越多，铵正离子的稳定性越强，碱性越强。,OH2,OH2,OH2,OH2,OH2,OH2,空间效应烷基越多、越大，位阻越大，碱性越弱。,脂肪胺的碱性顺序：脂肪伯胺脂肪仲胺脂肪叔胺,脂肪胺的碱性顺序：脂肪伯胺脂肪仲胺脂肪叔胺,脂肪胺的碱性综合电子效应、溶剂化效应和空间效应效应的结果：脂肪仲胺最强，脂肪伯胺和叔胺次之,不同类型胺的碱性顺序,不同类型甲胺的碱性顺序：二甲胺甲胺三甲胺,不同类型胺的碱性顺序（总）：,ab,ab,2、,3、,1、,练习：碱性大小,（二）酰化反应,伯、仲胺能与酰卤、酸酐等酰化试剂生成酰胺。叔胺的氮上没有氢，不反应。,应用：,1、可用于鉴别伯胺、仲胺和叔胺，生成的酰胺是中性物质，均为有固定熔点的晶体（区分伯、仲胺），叔胺无此反应。2、用于氨基的保护。既可避免苯胺被氧化，又可适当降低苯环的反应活性。,例如：,兴斯堡（Hinsberg）反应,沉淀溶解,不反应（沉淀不溶解）,不反应（可溶于酸）,常用于分离鉴别伯胺、仲胺和叔胺。,（三）与亚硝酸反应,伯、仲、叔胺与亚硝酸反应的产物不同，可鉴别三种胺。亚硝酸很不稳定，临用时配制NaNO2+HCl HNO2+NaCl,1、伯胺与亚硝酸反应,脂肪伯胺在酸性条件下与亚硝酸反应，放出氮气，并生成醇、烯烃等的混合物。,反应能定量地放出氮气，故可用测定伯胺含量。,芳香伯胺在低温和强酸存在下，与亚硝酸作用则生成芳香族重氮盐，这个反应称为重氮化反应。,芳香族重氮盐在低温较稳定，遇热分解，放出N2。芳香族重氮盐是有机合成的重要中间体。,+NaNO2,HCl,0-5,5,+N2,氯化重氮苯,2、仲胺与亚硝酸反应,脂肪仲胺和芳香仲胺与亚硝酸作用生成N-亚硝基胺。,N-亚硝基胺为难溶于水黄色油状物或固体N-亚硝基胺是较强的致癌物质。,3.叔胺与亚硝酸反应,芳香叔胺与亚硝酸的反应生成C-亚硝基胺（不作要求）,脂肪叔胺与亚硝酸作用时只能生成不稳定的亚硝酸盐，碱处理又重新得到游离的叔胺。,亚硝酸反应小结,伯胺仲胺脂肪叔胺,N2,黄色油状物或,无现象,可用于鉴别伯胺、仲胺和叔胺。,亚硝酸,（四）芳香胺的亲电取代反应,白,可用于苯胺的鉴别和定量分析,芳香胺的氨基对芳环的亲电取代有较强的致活作用。如卤代反应难以停留在一卤代物的阶段。,第二节 重氮化合物和偶氮化合物,重氮化合物和偶氮化合物都含有N2官能团。重氮化合物中N2的只有一端与烃基相连，另一端与其他原子或原子团相连。,氯化重氮苯（重氮盐酸盐）,硫酸重氮苯（重氮硫酸盐）,偶氮化合物中NN两端都和烃基相连。,偶氮苯,对羟基偶氮苯,一、重氮化合物的制备和结构,芳香族伯胺在低温（05)和强酸（盐酸或硫酸）溶液中与亚硝酸钠作用，生成重氮盐的反应称为重氮化反应。,05,重氮化合物的制备,重氮化合物的结构,芳香族重氮盐具有-共轭体系，在低温、强酸介质中能稳定存在（比脂肪族重氮盐稳定）。,芳香族重氮盐是重要的合成中间体，可以发生重氮基被取代反应和偶联反应。,二、重氮化合物的性质,芳香重氮离子中重氮基带正离子（吸电子），使C-N键的极性增强，易断裂放出N2重氮基可被羟基，卤素、氰基和氢原子等取代。芳香重氮盐可用重氮盐酸盐和重氮硫酸盐。,（一）重氮基被取代（放氮反应）,Cu2CN2,Cu2X2,HX,KCN,H2O,H3PO2 H2O,+N2,（二）偶联反应（不放氮反应）,重氮盐与酚类或芳香胺作用，生成有颜色的偶氮化合物，这类反应称为偶联反应。属于亲电取代反应。,芳基重氮正离子作为亲电试剂，由于形成共轭，使正电荷较分散，亲电性很弱，只能进攻芳香胺或酚类化合物等活泼的芳环。,1、与芳香胺的偶联反应,+,中性或弱酸性,OC,对二甲氨基偶氮苯（黄色）,在中性或弱酸性（pH=57）介质中主要以游离胺的形式参与反应，对偶联反应有利。但在强酸介质中，芳香胺生成铵盐钝化了苯环。不利于偶联反应。,2、与酚的偶联反应,+,弱碱性,OC,对羟基偶氮苯（橘黄色）,在弱碱性（pH=810）介质中，酚以氧负离子C6H5-O-形式存在活化了苯环，对偶联反应有利。,但在强碱介质中，重氮正离子会生成重氮酸和重氮酸盐，都不能进行偶联反应。,重氮酸（pH 9 11）,重氮酸盐（pH 11 13）,偶联反应发生在羟基或氨基的对位（受电子效应和空间效应的影响）如对位被占据，则偶联反应发生在邻位。如邻、对位都被占据，则不发生偶联。,+,中性或弱酸性,OC,5-甲基-2-氨基偶氮苯,应用,偶氮化合物，通常具有颜色，可用作染料（偶氮染料），偶联反应最重要用途是合成偶氮染料。有些偶氮化合物的颜色能随溶液PH值的不同而变化，可用作酸碱指示剂。例如甲基橙。,酰胺中形成p-共轭体系 为近中性化合物。,（一）酸碱性,第三节 酰胺及其衍生物,一、酰胺,近中性 酸性 碱性,酰亚胺分子中，氮原子上的孤对电子受两个羰基的影响，使NH键的极性加大，显示一定的酸性，能与碱生成盐。,+NaOH,（二）水解,属于羧酸衍生物，可发生水解。一般水解较慢，但在酸或碱性条件下并加热，加速反应的进行。,（三）与亚硝酸反应,生成羧酸并放出氮气，与伯胺的反应相似。,二、尿素,尿素是碳酸的二元酰胺，是蛋白质在哺乳动物体内最后的代谢产物，它从尿液中排出体外，尿素也由此得名。尿素在农业上用作氮肥，在临床上能降低眼内压和颅内压，可治疗青光眼等疾病。,尿素简称脲，是碳酸的二元酰胺,（一）弱碱性,尿素具有弱碱性，与硝酸作用生成硝酸脲白色沉淀。,白,H2O,H+,OH-,酶,+,+,+,（二）水解反应,尿素在酸、碱、酶的作用下，可以发生水解，生成氨或二氧化碳。,（三）与亚硝酸反应,生成碳酸，定量放出氮气，可用来测定尿素含量,（四）缩二脲的生成和缩二脲反应,将固体尿素加热到熔点以上（约160左右），则尿素分子间可脱去一分子NH3而生成缩二脲。,缩二脲与稀碱的硫酸铜溶液呈紫红色叫缩二脲反应。含有两个或两个以上酰胺键(CONH)的化合物均可发生缩二脲反应。缩二脲，多肽和蛋白质可发生缩二脲反应。尿素（脲）不可发生缩二脲反应。,三、丙二酰脲（了解）,丙二酰脲是脲与丙二酰氯或丙二酸酯类发生氨解反应生成的化合物。,可发生酮式-烯醇式互变异构：,酮式 烯醇式,巴比妥酸本身没有医疗作用，但它亚甲基上两个氢被烃基取代后所形成的衍生物，对中枢神经系统起抑制作用。这类药物称为巴比妥类药物，临床上可用作为镇静剂和安眠药，其通式为：,练习：,3、下列化合物碱性顺序正确的是（）苯胺乙酰苯胺邻苯二甲酰亚胺氢氧化四甲铵 A、B、C、D、,1、缩二脲反应是指2分子脲加热时失去1分子氨生成缩二脲的反应。（）2、有机物中，卤素、羟基或氨基直接连在叔碳原子上，它们分别为叔卤代物、叔醇或叔胺。（）,D,练习：,3、下列化合物碱性顺序正确的是（）苯胺乙酰苯胺邻苯二甲酰亚胺氢氧化四甲铵 A、B、C、D、,1、缩二脲反应是指2分子脲加热时失去1分子氨生成缩二脲的反应。（）2、有机物中，卤素、羟基或氨基直接连在叔碳原子上，它们分别为叔卤代物、叔醇或叔胺。（）,D,4、有机含氮化合物中与亚硝酸反应能够放出氮气的是()A、伯胺 B、仲胺 C、叔胺 D、季铵盐,5、能发生缩二脲反应的是()A、H2NCOCH3 B、H2NCH2CONHCH3 C、H2NCONH2 D、H2NCONHCONH2,6、重氮盐在低温下与酚类化合物的偶联反应属（）A、亲电取代反应 B、亲核加成反应 C、亲核取代反应 D、亲电加成反应,7、能与亚硝酸作用生成难溶于水的黄色油状物的化合物的是（）A、乙胺 B、甲乙胺 C、甲乙丙胺 D、丙胺,A,D,A,B,完成方程式,、,、,、,