医学精品课件:第10章 胺及其他含氮化合物(Amine & Nitrogen compounds)(1).ppt
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1、第十章 胺及其他含氮化合物,第一节 胺,第二节 重氮和偶氮化合物,第三节 酰 胺,一 分类 命名,二 胺的结构,三 胺的制备,五 化学性质,四 物理性质,2,第十章 胺及其他含氮化合物,含氮有机化合物主要有那些类型?,胺 RNH2 CH3-NH2,重氮化合物 ArN+2 X-,偶氮化合物 ArN=NAr,含氮杂环,生物碱,酰 胺 R-CO-NH2 CH3-CO-NH2,硝基化合物; 氨基酸; 腈; 亚硝酸酯: 硝酸酯等.,上页,下页,首页,3,第一节 胺(Amine),第十章 胺及其他含氮化合物 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
2、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,按烃基个数分,4,注意:只有N原子直接与芳环相连才属于芳香胺. 该规则适用于所有的芳香族化合物!,芳香仲胺,脂肪仲胺,上页,下页,首页,芳香胺,脂肪胺,伯胺,仲胺,叔胺,按烃基种类分,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),5,伯、仲、叔胺的分类与伯、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,卤代烃和醇根据卤素或羟基所连的碳原子类型来确定. 伯仲叔胺根据NH3中氮上所连的烃基个数来分
3、类.,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),6,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 (CH3CH2NH2 HCl)是季铵盐吗?,氯化乙铵(或:乙胺盐酸盐)伯胺的盐,上页,下页,首页,R4N+OH-,R4N+X-,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),7,(二) 命名:,氨(ammonia):表示NH3以及由氨衍生的基团.,铵(ammonium)
4、:表示季铵盐季铵碱及氨、胺的盐.,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,特征: N 与4个原子或基团相连,N 带正电荷,相当于金属离子.,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),8,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
5、,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),9,2. 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,N-甲基-对-甲基苯胺 N-methyl-p-methylaniline,以芳香胺为母体, 在脂肪烃基名称前标上 “N” (同酰胺). 也可按类似方法命名脂肪仲、叔胺.,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),10,3. 结构复杂的胺的命名,氨基作取代基, 烃或其他官能团化合物为母体.,
6、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,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),11,4. 季铵盐(或胺的盐)和季铵碱的命名,与 NH4+Cl-、 NH4+OH- 的命名相似.,碘化甲铵,溴化四乙铵,氢氧化四甲铵,氢氧化三甲基羟乙基铵 (胆碱,choline),上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(一、分类和命名),12,二、胺的结构,第
7、十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(二、胺的结构),脂肪胺与氨相似, N 以不等性 sp3 杂化形成三棱锥型分子.,上页,下页,首页,四面体结构趋于扁平,13,芳香胺中的氮原子也是不等性 sp3 杂化. 但苯基更大, 导致四面体结构更扁平(即N含更多 p 成分), 该平面与苯环平面存在较小的夹角(39.4), H-N-H键角113.9.,四面体结构更扁平,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,芳香胺的结构,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(二、胺的结构),14,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
8、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,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(二、胺的结构),15,某些氮原子位于桥头的桥环胺类,氮原子通过平面型过渡态相互快速转化受阻,可拆分出对映异构体.,上页,下页,首页,季铵类化合物四个烃基不同, 则存在对映异构体并可拆分.,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(二、胺的结构),16,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(三、物理性质),上页,下页,首页,1),2),3),三、胺的制备方
9、法,(一) 硝基化合物的还原-制备芳香伯胺,17,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(三、物理性质),其他方法:卤代烷的氨解,酰胺的重排和还原等.,上页,下页,首页,(二) 腈的还原-制备脂肪伯胺,腈可以由卤代物制得,可制备比卤代烃多一个碳原子的脂肪伯胺。,18,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(三、物理性质),四、胺的物理性质,脂肪胺:低级胺是气体或易挥发的液体, 有氨的气味;高级胺为固体, 一般无气味.,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; 大多具有毒性如苯胺等,某些芳香胺具有致癌作用如-萘胺和联苯胺等.,上页,下页,首页,沸点:
10、比烷高(叔胺除外), 比醇低(形成氢键能力弱) 水溶性: 6C 以下的胺通常都溶于水.,19,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.,沸点:R-NH2、R2NH 分子间形成氢键的数量依次减少.,水溶度: 伯仲叔三类胺与水形成氢键的能力依次减弱.,上页,下页,首页,R3N 分子间不能形成氢键.,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(三、物理性质),20,五、胺的化学性质,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),脂肪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.,1. 碱性-接受H+,4. 芳
11、胺亲电取代活性,上页,下页,首页,2. 亲核性,3. 碱性降低,芳香胺氨基-NH2的供电子共轭效应, 碱性减弱, 但苯环上的亲电取代反应活性增强. 取代基影响芳胺的碱性。,5. 取代芳胺的碱性,21,(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.,碱性强弱顺序:脂肪胺 氨 芳香胺,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),22,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. 电子效应的影响,烷基是供电子基,
12、它使脂肪胺N 上的电子云密度增大, 连接的烃基越多, N 上电子云密度就越高, 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.,单一的电子效应 使胺的碱性由强至弱顺序为:,pKb 35 4.75 9,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),23,取代基的电子效应-取代芳胺的碱性,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),24,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),邻 位 取 代:共轭效应为主、诱导效应次之; 卤原子取代,诱导
13、效应为主!邻位效应、立体效应等). 对 位 取 代:共轭效应为主、诱导效应很弱?。 间 位 取 代:诱导效应为主、共轭效应很弱?。,总 结,(未取代) 间 对 邻,取代基为供电子基团-OH时,碱性强弱顺序为:,对 邻 (未取代) 间,取代基为吸电子基团-NO2时,碱性强弱顺序为:,(未取代) 对 间 邻,取代基为卤原子时,碱性强弱顺序为:,25,取代基的电子效应-取代芳胺的碱性,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),26,2. 水的溶剂化效应(铵离子的稳定性),溶剂化程度越大, 铵离子越稳定, 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
14、:伯胺仲胺叔胺,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),27,3. 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 9.15 8.94 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,碱 性 依次减弱,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),脂肪仲胺脂肪伯(叔)胺 芳香脂胺芳香叔胺芳香仲胺芳香伯胺二苯胺三苯胺,28,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
15、,其碱性取决于与季铵正离子结合的负离子.,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,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),29,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, 而胺的盐稳定. 医药上将难溶于水的胺类药物制成盐, 增加其水溶性和稳定性.,上页,下页,首页,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质
16、),30,(二) 酰化反应,伯胺和仲胺和氨一样能与酰卤、酸酐作用生成酰胺.,上页,下页,首页,(N上无H),-苯乙胺,N-苯甲酰-苯乙胺,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),胺的酰化就是羧酸衍生物的氨解反应.,31,胺的酰化应用如下:,(1) 分离、鉴定(酰胺有固定的熔点/晶型),(2) 保护氨基(避免被氧化破坏),(3) 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,第十章 胺及其他含氮化合物 第一节 胺(四、化学性质),32,(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N上无
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