芳香胺的堿性

1、第十二章 胺及生物堿(amine and alkaloid),掌握：胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，脂肪胺、芳香胺與氨的結(jié)構(gòu)比較； 胺的堿性；胺的反應(yīng)(酰化、磺?；?、與亞硝酸的反應(yīng))； 重氮鹽的放氮反應(yīng)和偶聯(lián)反應(yīng)。,熟悉：胺的分類、命名和物理性質(zhì)。,了解：生物堿的概念和功能；幾種毒品的結(jié)構(gòu)和毒害。,氨的烴基取代物稱為胺。許多胺類化合物在生命過(guò)程中起著重要的作用，如：氨基酸是構(gòu)成多種蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元

2、；膽堿是調(diào)節(jié)脂肪代謝的物質(zhì)等等。另外，胺類在醫(yī)藥領(lǐng)域占有非常重要的地位，如磺胺類藥物，生物堿類藥物。,第一節(jié)  胺,一、胺的分類和命名,1、分類,根據(jù)胺分子中與氮原子直接相連的烴基的種類不同，可分為脂肪胺和芳香胺。根據(jù)與氮原子相連的烴基數(shù)目不同可分為伯、仲、叔胺和季銨類。,官能團(tuán)分類: 氨基 -NH2，亞氨基 ，次氨基 。,注意：伯、仲、叔胺與伯、仲、叔醇之間的區(qū)別。,2、命名,(1)

3、脂肪胺的命名：,普通命名法：適用于簡(jiǎn)單胺，以胺為母體，烴基作為取代基，稱為“某胺”。,系統(tǒng)命名法：復(fù)雜的胺命名則以烴為母體，氨基為取代基。,(2)芳香胺的命名：,以芳香胺為母體，脂肪烴基為取代基，并在脂肪烴基名稱前標(biāo)上“N”，表示此烴基是直接連在氮原子上的。,(3)季銨鹽和季銨堿的命名：同無(wú)機(jī)銨類化合物。,注意1：“氨”、“胺”、“銨”的用法：表示基團(tuán)用“氨”(amino)，如氨基、 甲氨基（CH3NH-）

4、等；表示氨的烴基衍生物用“胺”(amine)； 表示季銨類化合物或胺的鹽用“銨” (ammonium)。,注意2：季銨鹽與銨鹽的區(qū)分：N上連有四個(gè)烴基的鹽是季銨鹽； N上除了烴基外，還連有H的鹽是胺的鹽。,二、胺的結(jié)構(gòu),1、 NH3與CH4的結(jié)構(gòu)比較：,等性雜化,等性sp3雜化軌道,不等性雜化,不等性sp3雜化軌道,正四面體形,棱錐形,2、脂肪胺的結(jié)構(gòu),如果將孤對(duì)電子所占據(jù)的軌

5、道看作一個(gè)基團(tuán)，當(dāng)N上連有三個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)，此N原子具有手性，該胺分子可以有一對(duì)對(duì)映體（如下圖）。,然而，孤對(duì)電子的體積畢竟太小，起不到一個(gè)基團(tuán)的作用，這兩個(gè)對(duì)映體可通過(guò)一個(gè)平面形成過(guò)渡態(tài)相互轉(zhuǎn)變，而且轉(zhuǎn)變速度極快，室溫下無(wú)法分離這對(duì)對(duì)映體。,但是，雜環(huán)三級(jí)胺的N原子處在剛性環(huán)上時(shí)，翻轉(zhuǎn)受到限制，可以拆解成穩(wěn)定的對(duì)映異構(gòu)體。,另外，在季銨類化合物中氮的四個(gè)sp3雜化軌道都成鍵，翻轉(zhuǎn)受到限制，當(dāng)四個(gè)基團(tuán)互不相同時(shí)，能分離出穩(wěn)定的

6、、具有光學(xué)活性的對(duì)映體。,3、芳香胺的結(jié)構(gòu),苯胺分子的N原子雖仍然是棱錐形結(jié)構(gòu)，但由于受N原子與苯環(huán)共軛的影響，H-N-H所處平面與苯環(huán)平面之間的夾角僅有39.4°； H-N-H的鍵角為113.9°。,1、脂肪胺的堿性：,比較胺的堿性，即比較N結(jié)合質(zhì)子能力的大小。主要有三個(gè)因素：,①電子效應(yīng),脂肪胺中烴基的+I效應(yīng)，使N上的電子云密度增高，堿性增強(qiáng)，N上的烴基越多，堿性越強(qiáng)；因此從電子效應(yīng)考慮，堿性順序?yàn)椋菏?/p>

7、胺>仲胺>伯胺>NH3 。但實(shí)際情況并非如此，例如：,仲胺的堿性最強(qiáng)，伯胺和叔胺次之，為什么？因?yàn)镹結(jié)合H的能力不僅只由電子效應(yīng)決定，還決定于空間效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)。,②空間效應(yīng),胺的堿性強(qiáng)弱主要表現(xiàn)為帶孤對(duì)電子的N與質(zhì)子結(jié)合能力的大小。如果N上連接的基團(tuán)越多越大，空間位阻就越大，與質(zhì)子的結(jié)合就越不易，堿性就越弱。從空間效應(yīng)考慮，叔胺位阻最大，其堿性應(yīng)最小。,③水的溶劑化效應(yīng),堿性大小還與質(zhì)子化后形成的銨正離子的溶

8、劑化程度有關(guān)。,N上結(jié)合的H越多，銨正離子與水形成氫鍵的機(jī)會(huì)就越多，即銨正離子的溶劑化程度越大，這樣使得正電荷越分散，銨正離子越穩(wěn)定。由于銨正離子越穩(wěn)定，OH-的濃度就越高，即堿性越強(qiáng)。因此伯胺氮上的氫最多，其銨正離子最穩(wěn)定：,單從溶劑化作用考慮，堿性順序?yàn)椋翰?gt;仲胺>叔胺。,綜上所述，胺堿性的強(qiáng)弱是這三種因素綜合作用的結(jié)果，脂肪胺的堿性一般是仲胺最強(qiáng)，伯胺和叔胺次之。它們的堿性都比氨強(qiáng)。,2、芳香胺的堿性,芳胺中

9、由于N上孤對(duì)電子所占據(jù)的軌道與苯環(huán)的p軌道共軛，N上的電子云密度向苯環(huán)分散，使N結(jié)合質(zhì)子的能力降低，即堿性減弱。因此芳香胺的堿性小于氨。,芳環(huán)上有取代基時(shí)電子效應(yīng)是影響堿性的主要因素。,3、季銨堿的堿性,季銨堿是強(qiáng)堿性物質(zhì)，其堿性與氫氧化鈉相近。,R4N+與OH-之間是典型的離子鍵。季銨堿與酸作用生成季銨鹽。,R4N+Cl-是強(qiáng)堿強(qiáng)酸生成的鹽，與強(qiáng)堿作用后不會(huì)置換出游離的季銨堿，而是建立如下平衡：,因此，有以下堿性順序： 季銨堿&

10、gt;脂肪胺>NH3>芳香胺。,4、胺的成鹽反應(yīng),除季銨堿以外的胺，一般均為弱堿，可與酸成鹽，但一遇強(qiáng)堿又重新游離析出。,苯胺類化合物不穩(wěn)定，這是由于致活基團(tuán)氨基的存在，使得苯環(huán)上電子云密度增加，導(dǎo)致苯環(huán)活性增高。為便于保存，可將其制成穩(wěn)定的鹽酸鹽，使用時(shí)用強(qiáng)堿將其游離出來(lái)。胺的這一性質(zhì)在醫(yī)藥上有廣泛應(yīng)用。,(二) ?；磻?yīng),胺的酰化反應(yīng)就是羧酸衍生物的氨解反應(yīng)，產(chǎn)物是酰胺。叔胺氮上無(wú)氫原子，不能起?；磻?yīng)。,該反應(yīng)

11、在合成上主要用于保護(hù)氨基，如苯胺不穩(wěn)定，可以先?；煞€(wěn)定的酰胺，將氨基保護(hù)起來(lái)，反應(yīng)后再將酰基水解下來(lái)恢復(fù)氨基。,(三) 磺?；磻?yīng),伯胺和仲胺可與苯磺酰氯反應(yīng)，生成相應(yīng)的苯磺酰胺，這就是興斯堡（Hinsberg）反應(yīng)。,此反應(yīng)可用于伯仲叔胺的鑒別。,胺的磺?；磻?yīng)可用于制備各種磺胺藥物，例如磺胺胍的制備：,(四) 與亞硝酸的反應(yīng),胺與亞硝酸的反應(yīng)很重要的。由于亞硝酸不穩(wěn)定，反應(yīng)中一般用亞硝酸鈉和鹽酸或硫酸作用產(chǎn)生。不同胺與亞硝酸

12、反應(yīng)產(chǎn)物不同，現(xiàn)象明顯，常用以區(qū)別胺。,1、伯胺與亞硝酸的反應(yīng),芳香伯胺與亞硝酸反應(yīng)生成重氮鹽，這一反應(yīng)稱為重氮化反應(yīng)。,芳香重氮鹽只有在水溶液和低溫時(shí)才穩(wěn)定，干燥時(shí)易爆炸。在酸性條件 下稍加熱即分解，同時(shí)定量放出氮?dú)?，此反?yīng)可用作伯氨基(-NH2)的定 量測(cè)定。,脂肪伯胺的重氮鹽即使在低溫下也不穩(wěn)定，自行分解生成烯、醇等混合物，同時(shí)放出氮?dú)狻?2、仲胺與亞硝酸的反應(yīng),脂肪仲胺和芳香仲胺與亞硝酸反應(yīng)都生成亞硝胺(N-亞硝

13、基胺)，呈中性的黃色油狀物或固體，不溶于水溶于有機(jī)溶劑。亞硝胺類是強(qiáng)治癌物。,3、叔胺與亞硝酸的反應(yīng),脂肪叔胺的氮原子上沒(méi)有氫，只能和亞硝酸發(fā)生酸堿反應(yīng)生成亞硝酸鹽，它不穩(wěn)定易水解，用強(qiáng)堿處理重新游離出叔胺。,芳香叔胺與亞硝酸反應(yīng)生成C-亞硝基化合物。反應(yīng)在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行，實(shí)際產(chǎn)物是一個(gè)桔黃色的鹽，堿中和后才會(huì)顯出翠綠色。,第二節(jié) 重氮鹽的性質(zhì),芳香伯胺與亞硝酸在低溫下（0～5℃）發(fā)生重氮化反應(yīng)，生成重氮鹽。,重氮鹽是離子型化合物

14、，具有鹽的性質(zhì)，易溶于水而不溶于一般有機(jī)溶劑。干燥的重氮鹽對(duì)于熱和震動(dòng)都很敏感，制備時(shí)一般不從溶液中分去，而直接用于下步反應(yīng)。,重氮正離子具有線形結(jié)構(gòu)，如苯重氮正離子：,重氮鹽的化學(xué)性質(zhì)很活潑，其主要反應(yīng)分為兩大類。,一、取代反應(yīng)（放氮反應(yīng)）,重氮鹽分子中的重氮基 帶有正電荷，是強(qiáng)吸電子基，使C-N鍵的極性增強(qiáng)， 容易斷裂而放出氮?dú)?。在不同條件下，重氮基可以被羥基、鹵素、氫原子 等取代。,重氮鹽可被次磷酸還原為肪烴，用此可以

15、起到占位作用。,,重氮鹽與酚類的偶聯(lián)反應(yīng)在弱堿性溶液中進(jìn)行最快。因?yàn)榉釉谌鯄A性溶液中轉(zhuǎn)變成芳氧負(fù)離子 Ar-O- ，O- 使芳環(huán)電子云密度增高，有利于重氮正離子對(duì)芳環(huán)的進(jìn)攻。,在強(qiáng)堿性溶液中(pH>10)，偶聯(lián)反應(yīng)不能進(jìn)行。因重氮正離子存在如下平衡，重氮酸和重氮酸鹽都不能進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)。,第三節(jié) 生物堿,一、生物堿的概念及性質(zhì),生物堿（alkaloid）是生物體內(nèi)一類含氮的具有顯著生理活性的有機(jī)堿性物質(zhì)。,生物堿的分子結(jié)構(gòu)

16、多屬于仲胺、叔胺或季銨類，少數(shù)為伯胺類，常含有含氮雜環(huán)。,生物堿在植物中分布廣泛，故又稱植物堿。我國(guó)中草藥中含很多生物堿，中草藥的療效大多是由所含的生物堿而來(lái)。,性質(zhì)：,1、生物堿多數(shù)味苦無(wú)色。大多是無(wú)色固體，極少數(shù)是液體。,2、游離生物堿極性較小，一般不溶或難溶于水，能溶于有機(jī)溶劑。它們 的鹽類大多易溶于水及醇。,3、多數(shù)生物堿具有旋光性，大多是左旋的，具有明顯的生理效應(yīng)。,4、生物堿遇一些試劑能發(fā)生沉淀，或產(chǎn)生不同的

17、顏色，可利用這些試劑 來(lái)檢測(cè)生物堿。常用的沉淀劑有苦味酸、磷鎢酸、磷鉬酸、鞣酸、碘 化鉍鉀、I2-KI溶液等。常用的顯色試劑有濃硫酸、濃硝酸、甲醛-濃硫 酸和濃氨水等。,由于生物堿在植物中常以有機(jī)酸鹽(如蘋(píng)果酸鹽、琥珀酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽等)形式存在，因此從植物中提取生物堿時(shí)，常用稀鹽酸或稀硫酸溶液使它們從有機(jī)酸鹽游離成為鹽酸鹽或硫酸鹽轉(zhuǎn)移到提取液中，然后用NaOH或Ca(OH)2處理，水溶性

18、很小的生物堿就沉淀下來(lái)，最后用有機(jī)溶劑將游離的生物堿萃取出來(lái)。,二、重要的生物堿,1、莨菪堿和阿托品,莨菪堿分布在顛茄、莨菪、曼陀羅、洋金花等茄科植物中，屬顛茄族生物堿。莨菪堿為左旋體，在堿性條件下或受熱易消旋化，消旋化的莨菪堿就是阿托品(atropine)。,臨床上阿托品用于平滑肌痙攣、胃及十二指腸潰瘍、散瞳、盜汗等。還可用作麻醉前給藥、有機(jī)磷農(nóng)藥引起的中毒等。阿托品的毒性比莨菪堿小，但作用強(qiáng)度也只有莨菪堿的一半。,三、嗎啡