第十二章 胺和生物碱
第十二章胺和生物碱
1．硝基苯和2-硝基-2-甲基戊烷能否溶解在氢氧化钠水溶液中，为什么？
2．请描述三硝基苯与苯甲醛反应生成缩合产物的反应机理。
3．下列化合物的红外光谱有何不同？
4．按伯、仲、叔分类法将下列化合物分类：
5．1，2，2-三甲基-1-氮杂环丙烷对映体之间的相互转化需要克服77.4kJ·mol-1的能量，当氮上的甲基换为苯基时，则相互转化的能量降至46.8 kJ·mol-1，为什么？
6．相对分子质量相同的伯、仲、叔三类脂肪胺的水溶度顺序和沸点顺序均为：伯胺＞仲胺＞叔胺，为什么？
7．季铵盐（R4N+Cl-）与强碱在醇溶液中反应或将季铵盐与湿的氧化银作用，均可制得季铵碱。
写出反应方程式并加以解释。
8．什么叫缩二脲反应？
9．一化合物分子式为C7H9N，有碱性。
将其盐酸盐与HNO2作用，加热后能放出N2，生成对甲苯酚。
试推出其结构简式。
10．用化学方法鉴别下列化合物：
（1）甲胺、二甲胺和三甲胺（2）N-甲基苯胺和对-甲基苯胺
11．比较下列各化合物的碱性，并按碱性由强到弱排列：
（1）甲胺、二苯胺、苯胺、苄胺
（2）N-甲基苯胺、苯胺、四甲基氢氧化铵
12．写出下列化合物的结构式：
（1）异丁基叔丁胺（2）2-甲基-5-二甲氨基己烷
（3）氢氧化四甲铵（4）苯甲酰苯胺
（5）对-硝基苯胺盐酸盐（6）反-1，4-环己二胺
（7）苄胺（8）N，N-二甲基-2，4-二乙基苯胺
13．将下列各组化合按其碱性由强到弱排序：
（1）苯胺、乙酰苯胺、邻-苯二甲酰亚胺、氢氧化四甲铵
（2）对-硝基苯胺、对-甲基苯胺、间-硝基苯胺、苯胺
14．命名下列化合物
15．完成下列化学反应：
16．用化学方法鉴别下列各组化合物：
（1）邻-甲基苯胺、N-甲基苯胺和N，N-二甲基苯胺
（2）苯胺、苯酚、苯甲酸、甲苯
（3）苄胺、N-乙基苯胺、苄醇和对-甲基苯酚
17．化合物A的分子式为C7H9N，有碱性，A的盐酸盐与亚硝酸作用生成C7H7N2Cl（B），B加热后能放出氮气而生成对-甲苯酚。
在弱碱性溶液中，B与苯酚作用生成具有颜色的化合物C13H12ON2（C）。
写出A、B、C的结构式。
18．三个化合物A、B、C，分子式均为C4H11N。
A与亚硝酸结合成盐，而B和C分别与亚硝酸作用时除了有气体放出外，在生成的其他产物中还含有四个碳原子的醇；氧化B 所得的醇生成异丁酸，氧化C所得的醇则生成一个酮。
试推测A、B、C的结构式，并写出各步反应式。
19．化合物A（C5H11O2N）有旋光性，用稀碱处理发生水解生成B和C。
B也有旋光性，且手性碳的构型为S，它既能与酸成盐，也能与碱成盐，并与HNO2反应放出N2。
C没有旋光性，能发生碘仿反应。
试写出A、B、C的结构式，并写出有关的反应方程式。
20．由指定原料合成下列化合物：
（1）由乙烯合成丙胺（2）由苯合成间二氯苯
（3）由对硝基苯胺合成连三溴苯（4）由苯合成对二甲基氨基偶氮苯
（5）由苯合成2,4-二氨基-4`-甲基偶氮苯（6）由丙烯合成2-甲基-1,4二氨基丁烷（7）由环己烷甲酸合成氨基环己烷
21．完成下列转化：
22．化合物A的分子式为C9H17N，不含双键，经霍夫曼彻底甲基化三个循环后得到一分子三甲胺和一分子烯烃。
已知每一个霍夫曼彻底甲基化循环只能吸收一分子碘甲烷，最后形成的烯烃经臭氧化反应后生成两分子的甲醛，一分子丙二醛和一分子丁二醛。
试推测A 的结构。
23．化合物A的分子式C4H6，A与重氮甲烷在紫外光下反应，可生成分子式相同的化合物B和C。
当与溴加成时，B能吸收两分子的溴而C只能吸收一分子溴；若进行臭氧化反应，则B的产物之一为甲醛，而C生成一分子戊二醛，试推测A、B、C的结构。
24．化合物（A）C22H27NO不溶于酸和碱，但能与浓盐酸加热得一清澈的溶液，冷却后有苯甲酸沉淀析出，过滤苯甲酸后的清液用碱处理，使呈碱性，有液体（B）分出。
如将在吡啶中与苯甲酰氯反应，又得回（A）。
（B）用NaNO2-HCl水溶液处理，无气体逸出；（B）用过量CH3I反应后，用Ag2O处理，再加热，得化合物（C）C9H19N和苯乙烯。
化合物（C）再与过量CH3I反应后用Ag2O处理，再加热，得一烯烃（D）。
如用环己酮与叶立得(ylid)-CH2-P+Ph3反应，也得（D）。
请推出（A）～（D）的结构。
第12章杂环化合物和生物碱
嘌呤(purine)
2、系统命名法
① 从杂原子开始 1，2，3，4……（或用希腊字母α、β、 γ…… ） ② 当环上含有两个或两个以上相同的杂原子时，应使杂原子 所在位次的数字最小 ③ 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
第十二章 杂环化合物和生物碱 5
4
3
H3C 5 O 2 CH3 1
4 COOH 3 5 2 6 N 1
第十二章 杂环化合物和生物碱 25
嘌呤
N H
N N
N
N
NH2 N N N H
N H
O HN H2N N N H N
N H
Purine
腺嘌呤（ A） Carbazole
鸟嘌呤（G）
嘌呤有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体：
N N N H
N
N N N
NH
（I）9H-嘌呤
（II）7H-嘌呤
第十二章 杂环化合物和生物碱 26
2． 亲核取代 由于氮的吸电子作用，使得吡啶环上电子云密度减低， 不易进行亲电取代，但却有利于亲核取代。例如它与氨基 钠作用，生成α-氨基吡啶。
+ NaNH2 N
-H2 H2O
N
NHNa
N
NH2
3．酸碱性 呋喃、噻吩为中性；吡咯具有弱碱性。吡咯属仲胺，似乎应具 有较强的碱性，但由于氮原子的孤对电子参与形成闭合的共轭体 系，氮原子上的电子密度有所降低，吸引质子的能力降低，因此 吡咯的碱性（pKb=13.6）非常微弱，不但比脂肪族仲胺弱得多， 而且比芳香胺还弱，以至它与酸不能生成稳定的盐；另一方面， 氮原子上的氢原子离解为离子的倾向增大，这就使吡咯反而有弱 酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间，可与固体KOH（或与金属 15 第十二章 杂环化合物和生物碱 K，Na）共热，形成不稳定的盐，遇水即分解。
本科五年制 基础 有机化学第12章 胺
N
N
N
N
OH
ONa
无偶联 能力
② 酚或胺：
OH
OH -
偶联慢
NH 2
H+
O-
偶联快
NH 3+
H+ OH-
能偶联
不能偶联
偶联的条件为：低温、弱酸或弱碱。
思考题
重氮盐稳定存在的条件是什么？为什么？ 为什么重氮盐被羟基取代要强酸条件，而偶 联反应要弱酸、弱碱？
生物碱 (Alkaloid) 一、生物碱的概念及临床应用
胺
脂肪胺 芳香胺 R-NH2 Ar-NH2
3、根据分子中氨基的数目分类
胺 一元胺 多元胺
CH3CH2NH2 H2NCH2CH2NH2
注：芳香胺为N原子 直接连在芳香环上 的胺，如果不是直 接连在芳香环上， 即使有芳香环也不 属于芳香胺。
4、季铵盐和季铵碱
氢氧化铵或铵盐分子中四个氢原子完全被烃基取代而 成的化合物分别称为季铵碱或季铵盐。
MDMA
2-(2-氯苯基)-2-(甲氨基)环己酮 氯胺酮(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。
R R' N H OH2 "R
R R' H OH 2 H OH 2
< <
N
<
H OH 2 R N H OH 2 H OH 2
H OH2 H2O H N H OH2 H OH2
第十二章 胺和生物碱-PPT文档资料
N
H
CH3
CH3 CH3
胺具有锥形体结构。
..
..
N
N
C2H5
CH3 H
CH3 H
C2H5
18
简单的手性胺很容易发生对映体的相互转变，不 易分离得到其中的某个对映体。
..
N
C2H 5
CH3 H
.. C2H5 N CH3
HC2H5Fra bibliotekCH3
.N.
H
手性季铵盐正离子，可以被拆开成对映体。
CH3
CH3
N+
+N
C2H5
C6H5 CH2CH
CH2
C6H5 CH2 CHCH2
C2H5
19
R'
快速翻转
R
R"
N
N
R
R"
R'
N
"R
R
R'
对映关系，无旋光性
N N
无法翻转，有旋光性
R1 手性中心
N
R4
R2
R3
无法翻转，有旋光性
20
苯胺中，N为不等性的sp3杂化：
N H
H
N H
H
氨基与苯环π 共轭
NH2
21
甲胺的结构
22
苯胺的结构
23
三、胺的物理性质
低级脂肪胺如甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺 在常温时为气体，丙胺以上是液体，含C12以 上为固体。低级胺的气味与氨相似，有的还 有鱼腥味（三甲胺），肉腐烂时能产生极臭 而且很毒的丁二胺（腐胺）及戊二胺（尸 胺）。芳香胺的气味不象脂肪胺那样大，但 芳香胺很毒而且容易渗入皮肤，无论吸入它 的蒸汽或皮肤与之接触都能引起中毒，在使 用时应当注意防护。
第十二章 胺、酰胺和生物碱(ok)
chapter 12
3
胺
脂肪胺 伯 胺 CH3NH2 甲胺
NH2
芳香胺
(CH3)2CHNH2 异丙胺
CH2NH2
苯胺
苄胺 N attached to aryl group 芳
N attached to alkyl group 脂肪
chapter 12
4
胺的分类和命名 (伯胺 RNH2: one carbon directly attached to N) 伯胺
chapter 12
25
胺的碱性
电子效应的影响（与溶剂化效应相反） 电子效应的影响（与溶剂化效应相反） N上的电子云密度 ，接受质子的能力↑，碱性↑ 上的电子云密度↑，接受质子的能力 ，碱性 上的电子云密度 脂肪叔胺 > 仲胺 > 伯胺 > NH3 > 芳香胺 NH3 4.8 NH2－NH2 6.1 NH2－OH 8.2
叔丁醇(叔醇 叔醇) 叔丁醇 叔醇
伯胺) 叔丁基胺(伯胺 叔丁基胺 伯胺
chapter 12
8
胺的分类和命名
－NHCH3 甲氨基 －N(CH3)2 二甲氨基
1 2 3 4 5 CH3－CH－CH2－CH－CH3 － － CH3 NH2
2-甲基 氨基戊烷 甲基-4-氨基戊烷 甲基
CH3－CH－CH2CH2CH2CH3 － NHCH3
2-甲氨基己烷 甲氨基己烷
chapter 12
9
胺的分类和命名
When all four atoms attached to N are carbon, the ion is called a quaternary ammonium ion（季铵离子） and salts （季铵离子） that contain it are called quaternary ammonium salts. 季铵盐 NH4Br 溴化铵 (CH3)2N(C2H5)2Br 溴化二甲二乙铵 二甲二乙 溴化二甲二乙铵 季铵碱 NH4OH 氢氧化铵 (CH3)4NOH 氢氧化四甲 四甲铵 氢氧化四甲铵
有机化学第十二章 胺与生物碱
O CH3
CH3 CH3
C O CH2 CH2 N CH3 OH
苯丙胺类药物包括：苯异丙胺和甲基异丙胺。
CH3 CH2CH NH2
苯异丙胺
Benzedrine
1887年合成，是第 一个合成兴奋剂。
amphetamine
CH3
无色透明晶体，俗 名“冰毒”，商品 名“摇头丸”，是 N-甲基苯异丙胺 一种危害较大的毒 N-methyl-1-phenyl-2-propanylamine 品。
CH3NHCH3
二甲胺
C2H5
甲乙异丙胺
CH3CH2CHCH2CH3 NH2
3-戊胺
H2NCH2CH2CH2CH2NH2
１,４－丁二胺
2．N-取代芳香胺（氨基直接连在苯环上）
当氮上同时连有芳基和脂肪烃基时，以芳胺作母体，在脂 肪烃基前加“N”字表示脂肪烃基连在氮原子上。
NH CH3
N CH3 C2H5
1 苯胺 2 环己胺 3 N,N-二甲基苯胺
• （六）芳香胺的取代反应
NH2
B r2 / H2O
NH2 Br Br
白 色
Br
+
3 HBr
苯胺与溴水反应立即生成2，4，6-三溴苯胺, 该反应能定 量完成，可用于定性和定量。
补充知识：生源胺和苯丙胺类
生源胺（Biogenic amines）：人体内担负神经冲动作用的胺 类物质。 在中枢神经系统中，有两种生源胺，即多巴胺（dopamine） 和5-羟基色胺（serotonine）。
NH4 + OH
1. 不同类型脂肪胺的碱性强弱
在水溶液中：2°胺＞1°胺＞ 3°胺
(CH 3)2NH ＞ CH 3NH ＞ (CH 3)3N pkb: 3.27 3.38 4.21
第十二章 胺和生物碱
二、胺的结构
氨气分子中，氮原子以 sp3 杂化轨道参与成 键。3 个带有成单电子的杂化轨道分别与3 个 氢原子的 1s 轨道形成 3 个 N-H 键，N-H 键的 键角为 107.3 ；1 个sp3 杂化轨道上带有一对 电子，不参加成键，称为孤对电子。分子的形 状呈三角锥形结构， 孤对电子突出在分子的外 面，可以接受外来的质子，因此表现为碱性。 脂肪胺分子具有类似于氨气的成键方式，因 此，也呈三角锥形结构，有一对孤对电子突出 在分子的外面，也表现出碱性。
（2）硝化反应 芳伯胺直接硝化易被硝酸氧化，必须先把氨基保 护起来（乙酰化或成盐），然后再进行硝化。
NHCOCH 3 HNO 3
NH2
OH / H 2O NO 2 （主要产物）N来自 2(CH3CO) 2O
NHCOCH 3
在乙酸中 NO 2 NH 2 NO 2
HNO 3
NHCOCH 3 NO 2 OH / H 2O
2．烃基化反应 胺作为亲核试剂与卤代烃发生取代反应，生成 仲胺、叔胺和季铵盐。 此反应可用于工业上生产胺类。但往往得到的 是混合物。 C6H5CH2N+(CH3)2C12H25Br新洁尔灭
C6H5OCH2CH2N+(CH3)2C12H25Br杜灭芬
3．酰基化反应和磺酰化反应 （1）酰基化反应 伯胺、仲胺易与酰氯或酸酐等 酰基化剂作用生成酰胺。 酰胺是具有一定熔点的固体，在强酸或强碱的 水溶液中加热易水解生成胺。因此，此反应在有 机合成上常用来保护氨基。（先把芳胺酰化，把 氨基保护起来，再进行其他反应，然后使酰胺水 解再变为胺）。
伯胺：RNH2, 如甲胺，苯胺、苄胺等； 仲胺：R2NH, 如 二甲胺、甲乙胺、N-甲苯胺等； 叔胺：R3N, 如 三甲胺、N,N-二甲苯胺等； 季铵：R4N+，如 氯化四甲铵、氢氧化四乙铵等。 注意与伯、仲、叔醇含义的不同
第十二章 胺和生物碱
胺的物理性质
低级胺一般易溶于水，溶解度随相对分子质量的增 加而降低
伯胺和仲胺的沸点介入相对分子质量相近的醇与烷
烃之间，这是由于伯胺和仲胺能形成分子间氢键
（但较醇分子间的氢键弱）的缘故。叔胺分子中没
有N-H键，水溶液及沸点均比伯胺、仲胺低。
25
四、胺的化学性质
碱性与成盐 酰基化反应
有酸性
RNH2 R2NH R3N
H3C
NaOH
O RNH－S O
固体 NaOH
Na+RN-SO2
（可溶于NaOH）
CH3 CH3
H2O/H+
RNH2 R2NH
SO2Cl
R2NSO2 R3N
固体
CH3
R2NSO2
H2O/H+
（不溶于NaOH，可滤出）
(油状液体，可溶于酸)
R3N (油状液体，可蒸出)
手性季铵盐正离子，可以被拆开成对映体。
CH3 N+ C2H5 C6H5 CH2CH CH2 CH3 + N C6H5 CH2 CHCH2 C2H5
19
R' 快速翻转 N R R' R" R N "R R' R" N R
对映关系，无旋光性 R1 N N 无法翻转，有旋光性 R4 R3 无法翻转，有旋光性
滤液为伯胺的磺酰胺钠盐。a 、 b的产物经过水解得到原来的胺。
44
（四）与亚硝酸的反应 1.伯胺
脂肪族伯胺与亚硝酸反应的产物常是醇、烯烃等的混合物 无制备意义。
可用于氨基的定量分析
R NH2 + HNO3 R OH+ N2
大学有机化学第十二章胺和生物碱
中枢神经兴奋剂 “冰毒” “摇M头DM丸A”
氯胺酮(K粉)
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)，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。
CH3
NH2
2—甲基—4—氨基戊烷 2—甲基—2—氨基己烷
[CH3CH2]4N+Cl -
氯化四乙基铵
1 2 34 5 67 8
CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3 CH2NH2 NHCH3
3-氨甲基-6-甲氨基辛烷
3-aminomethyl-6-methylaminooctane
CH3 CH3 N—CH2CH3 + Br -
+ HOH H3PO2
+ N2
提问：以甲苯为原料制备间溴甲苯
—CH3 ？
CH3 —Br
CH3 + HNO3 H2SO4
CH3 Fe H+
NO2
CH3 (CH3CO)2O NH2
CH3 Br2
NHCOCH3
CH3 —Br
NHCOCH3
H+ H2O
CH3 —Br
NH2
NaNO2 HCl
CH3
—Br N2+Cl-
胺的酰化反应对人类有三方面的贡献：
1、可降低毒性
如 HO—
—NH2
CH3—C=O
+
O
CH3—C=O
O
—NH—C—CH3 HO Paracetamol (扑热息痛)
2、增加药物的脂溶性，有利体内吸收，提高疗效 或延长疗效
脂肪胺的结构
掌握：胺的结构特点，脂肪胺、芳香胺与氨的结构比较； 胺的碱性；胺的反应(酰化、磺酰化、与亚硝酸的反应)； 重氮盐的放氮反应和偶联反应。 熟悉：胺的分类、命名和物理性质。 了解：生物碱的概念和功能；几种毒品的结构和毒害。
氨的烃基取代物称为胺。 许多胺类化合物在生命过程中起着重要的作用，如：氨基酸 是构成多种蛋白质的基本结构单元；胆碱是调节脂肪代谢的 物质等等。另外，胺类在医药领域占有非常重要的地位，如 磺胺类药物，生物碱类药物。
此反应可用于伯仲叔胺的鉴别。
胺的磺酰化反应可用于制备各种磺胺药物，例如磺胺胍的制备：
(四) 与亚硝酸的反应 胺与亚硝酸的反应很重要的。由于亚硝酸不稳定，反应中一般用亚硝 酸钠和盐酸或硫酸作用产生。不同胺与亚硝酸反应产物不同，现象明 显，常用以区别胺。 1、伯胺与亚硝酸的反应 芳香伯胺与亚硝酸反应生成重氮盐，这一反应称为重氮化反应。
3、叔胺与亚硝酸的反应 脂肪叔胺的氮原子上没有氢，只能和亚硝酸发生酸碱反应生成亚硝酸盐， 它不稳定易水解，用强碱处理重新游离出叔胺。 芳香叔胺与亚硝酸反应生成C-亚硝基化合物。反应在强酸条件下进行， 实际产物是一个桔黄色的盐，碱中和后才会显出翠绿色。
第二节 重氮盐的性质
芳香伯胺与亚硝酸在低温下（0～5℃）发生重氮化反应，生成重氮盐。 重氮盐是离子型化合物，具有盐的性质，易溶于水而不溶于一般有机 溶剂。干燥的重氮盐对于热和震动都很敏感，制备时一般不从溶液中 分去，而直接用于下步反应。
重氮盐与酚类的偶联反应在弱碱性溶液中进行最快。因为酚在弱碱性溶液 中转变成芳氧负离子 Ar-O- ，O- 使芳环电子云密度增高，有利于重氮正离 子对芳环的进攻。
在强碱性溶液中(pH>10)，偶联反应不能进行。因重氮正离子存在如下 平衡，重氮酸和重氮酸盐都不能进行偶联反应。
第十二章 生物碱(1)-结构
（7） α－萘菲啶类
延胡索丙素(corydalis C) 止痛作用
血根碱 (sanguinarine) 抗菌,杀虫作用
二、生物碱的结构类型
（五）喹啉类生物碱
茜草科植物金鸡纳树皮中 的抗疟有效成分。1820年 P.-J.佩尔蒂埃和J.-B.卡 芳杜首先制得纯品，1850 年开始大规模运用。
能与疟原虫的DNA结合，抑 制DNA的复制和RNA的转录， 从而抑制原虫的蛋白合成，； 能降低疟原虫氧耗量，抑制 疟原虫内的磷酸化酶而干扰 其糖代谢。
喜树碱 (camptothecin)
羟基喜树碱
(hydroxycamptothecin)
R=H R=OH
二、生物碱的结构类型
（六）吲哚生物碱
1. 长春碱和长春新碱
2. 萝芙木生物碱
长春碱 （vinblastine, VLB） R=CH3 长春新碱 （vincristine, VCR）R=CHO
抑制微管蛋白的聚合，而妨碍纺锤 体微管的形成，使核分裂停止于中 期，而具有显著地抗肿瘤作用。
OH
AcO
N
8. 甾体生物碱
H N H
H
OH
H HO
H OH
9. 有机胺类生物碱
5. 异喹啉类生物碱
二、生物碱的结构类型
（一）吡咯烷类
1.简单吡咯烷类
红古豆碱 (cuscohygrine) 中枢镇静,抑制胃液
分泌
2.双稠吡咯烷类
一叶萩碱 (securinine ) 兴奋中枢神经,用于治疗小儿麻 痹症及其后遗症、面神经麻痹
化学骨架：生物碱，糖，苷，苯丙素，蒽醌，黄酮，萜类，甾体等 黄酮：黄酮，黄酮醇，二氢黄酮等
生物合成：萜类：单萜，倍半萜，二萜，三萜 植物来源：蒽醌：大黄素型蒽醌，茜草素型蒽醌