医用化学第十六章 含氮有机化合物

一、杂环化合物的分类和命名 二、单杂环化合物的结构和芳香性 在所有的杂环母核中，凡是具有共轭双键体系的五元 环和六元环，都具有芳香性。现以单杂环化合物为例，来
分析它们的结构和芳香性的关系。
呋喃
噻吩
呋喃、噻吩、吡咯的轨道结构示意图
吡咯
这个p-π共轭体系中，五个原子分享六个π电子，电子离域 使环上各碳原子的电子云密度相对升高，因此，这类杂环进 行亲电性取代
二、胺的结构 脂肪胺具有类似氨的结构，是一个棱锥体结构。 胺的孤对电子位于棱锥体的顶端，决定了胺的某些化学性质， 例如碱性和亲核性。
氨、甲胺和三甲胺的结构
三、胺的性质 1．胺的碱性和成盐反应
R NH2 + H
RNH2 + HCl
NH2 + HCl
当铵盐与碱溶液作用时，可重新游离出原来的胺，说明胺 的碱性较弱。
O H N1 6 O
5 2 3 4
O C2H5 C2H5 O O H N N H C2H5 (CH2)4CH3 O
N
H
巴比妥
O H N O N H C2H5 C6H5 O
戊巴比妥
O H N O N H C2H5 CH3 CH2CH2CH CH3 O
苯巴比妥(鲁米那)
异戊巴比妥
四、磺胺及磺胺类药物 磺胺类药物是一类重要的抗菌药物，自上世纪三十年代 开始使用，至今仍为临床所采用。
N H2N SO 2NH N
H2N N N NH2 CH2 OCH3 OCH3 OCH3
磺胺嘧啶(SD)
三甲氧基苄氨嘧啶(TMP)
N
H2N
SO 2NH
O CH3
磺胺甲基异噁唑(SMZ)
第三节 杂环化合物
由碳原子和其它原子构成的环状结构称为杂环。 碳以外的原子称杂原子，常见的杂原子为氮、氧、 硫等。含有杂环结构的一类化合物称为杂环化合物。 环醚、内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺等化合 物都不属于杂环化合物。 杂环化合物通常是指环系较为稳定，具有一定 程度芳香性的一类化合物，即芳杂环化合物。这类 化合物在结构上与芳香环相似，是一个闭合的共轭 体系，一般都符合4n+2规则。
第十六章
含氮有机化合物
含氮有机化合物是指分子结构中含有碳氮 键(C－N)的一类化合物。广泛分布于自然界中， 与日常生活及生命过程密切相关，在生命科学 中占有及其重要的地位
第一节 胺
一、胺的分类和命名 氨分子中的氢原子被烃基所取代的衍生物 称为胺(amine)。
(一) 分类 脂肪胺和芳香胺。 伯胺、仲胺、叔胺(也称一级胺、二级胺、三级胺)，也 可分别用1º 胺、2º 胺、3º 胺来表示。 伯胺、仲胺、叔胺与伯醇、仲醇、叔醇不同。 CH3 CH CH3 CH3 CH CH3
CH3NHCH2CH3
甲乙胺 NH2 -萘胺
苯胺
当氮原子上同时连有芳香烃基和脂肪烃基时，则 以芳香胺作为母体，脂肪烃基作为取代基写在母体 名称前，并冠以“N” 字，表示脂肪烃基是连在氮原 子上，而不是连在芳环上。例如：
NHCH3 N CH3 CH3 N CH3 CH2CH3
N-甲基苯胺
N,N-二甲基苯胺
4．芳胺苯环的亲电取代反应
NH2 + 3Br2 Br Br NH2 Br + 3HBr
5. 重氮盐的偶联反应
在适当的条件下，重氮盐可与芳胺或酚类化合物作用，生 成一类有颜色的偶氮化合物。这类反应称为偶联反应。 重氮正离子中的氮原子，其正电荷因离域而分散，故重氮 正离子是较弱的亲电试剂，只能进攻活性较高的芳环，发生亲 电性取代反应，如：
(3) 叔胺与亚硝酸的反应
R3N + HNO2
R3NH NO 2
+
芳香叔胺与亚硝酸反应，发生芳环上的亲电取代反 应，生成C-亚硝基化合物。
CH3 N
NaNO2+HCl
CH3
CH3 N
CH3
NO
N,N-二甲基苯胺 N,N-二甲基对亚硝基苯胺
C-亚硝基化合物都是在强酸条件下发生的反应， 产物呈桔黄色，用碱中和后显翠绿色。
酰脲
................. C Cl H ................. N + H2C C ................. C ................. N H Cl
O H C O H2C C O N H N C O + 2HCl
......
......
......
......
3．与亚硝酸反应 (1) 伯胺与亚硝酸的反应
R NH2 + HNO2
H+
R
OH + H2O + N2
低温条件下，芳香伯胺在强酸性溶液中与亚硝酸反应，生 成芳香重氮盐，该反应称为重氮化反应
NH2 + NaNO2 + HCl
0～5℃
N2+Cl + NaCl
重氮盐在低温水溶液中较稳定，温度升高时分解，放出氮 气生成酚。
O
H
丙二酰氯
丙二酰脲
丙二酰脲又叫巴比妥酸(Barbituric acid). O H OH
C H2C C O
酮型
N C O N H HC
C C OH
烯醇型
N C OH N
丙二酰脲本身无医疗作用，但它的亚甲基上的两个氢原 子被烃基取代后的化合物在临床上具有镇定和催眠的作用， 是一类对中枢神经系统起抑制作用的镇静剂和安眠药，总称 为巴比妥类药。
NH
二、胍( H2N C NH2 ) 胍可以看成是尿素分子中的氧被亚氨基取代后的化合物， 故又称为亚氨基脲。 许多胍的衍生物都具有良好的药理作用，如链霉素、精氨酸、 吗啉呱(病毒灵)等。 三、丙二酰脲 脲与酰化剂作用生成酰脲。丙二酰脲是脲与丙二酰氯或丙二 酸酯作用生成的化合物。
O R C O O Cl + H2N C H NH2 R O C O HN C NH2
O CH3 C NHCH3 O C N(CH3)2 CH3 CH2 O C NCH2CH3 CH3
N-甲基乙酰胺
N,N-二甲基苯甲酰胺
N-甲基-N-乙基丙酰胺
二、酰胺的化学性质 1. 酸碱性 酰胺是近似中性的化合物，不能使石蕊试纸变色。
O R C NH2
:
2．水解 在通常情况下酰胺水解较慢，但在酸或碱的催化 下能加速反应进行，生成羧酸或羧酸盐。
H2O
N2+Cl
+ NaCl
OH + N2
(2) 仲胺与亚硝酸反应
C2H5 NH C2H5
NaNO2+HCl
C2H5 N C2H5 NO + H2O
N-亚硝基二乙胺 NO NH CH3
NaNO2+HCl
N
CH3
N-甲基-N-亚硝基苯胺
N-亚硝基化合物毒性很强，它可以破坏生物体内的细胞蛋 白，是引起人类癌症的主要致癌物，在近300种N-亚硝基化合 物中约90％具有致癌作用。
:
OH
[R NH3]+ + OH
RNH3+Cl
NH3+Cl NH2.HCl
氯化苯铵
苯胺盐酸盐
局部麻醉剂普鲁卡因在临床上常制成其盐酸盐， 供肌肉注射用。
H2N COOCH2CH2N(C2H5)2 + HCl 普鲁卡因 H2N COOCH2CH2N(C2H5)2 .HCl 盐酸普鲁卡因
2．酰化反应
O R R C O C Cl + R'NH2 R Cl + R' NH R R O C O C NHR' + HCl R N R'
酰胺氮上没有其他取代基的简单酰胺，命名时 在酰基名称后面加上“胺”字，称为“某酰胺”。 例如：
O CH3 C NH2 CH3 O CH3 CH C NH2 O C NH2
乙酰胺
2-甲基丙酰胺
苯甲酰胺
酰胺氮上连有取代基时，将取代基的名称写在酰胺名称之前， 并加词首“N-”或“N,N-”，以表示该取代基是直接与氮原子相 连接的。例如：
叔胺氮原子上无氢原子，所以不能发生酰化反应。
酰化反应对于药物的修饰具有重要的意义。在药物分子 中引进酰基后，常可增加药物的脂溶性，有利于体内的吸收， 提高或延长其疗效，并可降低药物毒性。
O HO NH2
乙酰化
HO
NH C
CH3
扑热息痛
对羟基苯胺
氨基易于被氧化，在有机合成及药物制备中常用酰化反 应来保护氨基。
N2+Cl + N(CH3)2
中性或弱酸性 0℃
N
N
N(CH3)2 + HCl
对二甲氨基偶氮苯(黄色)
N2+Cl +
弱碱性 0℃
OH
N
N
OH + HCl
对羟基偶氮苯(桔黄色)
第二节 酰胺 一、酰胺的结构和命名 羧酸分子中羧羟基被氨基或烃氨基取代后的化合 物称为酰胺，通式为：
O H (R') N H (R") R C
NH2 OH
伯胺 仲醇 一元胺(含一个氨基)、二元胺(含两个氨基)和多元胺(含 两个以上的氨基)。例如：
CH3CH2CH2NH2 H2N CH2CH2 NH2
一元胺 季铵碱或季铵盐。 胺的盐。
二元胺
(二) 命名 简单胺的命名是以胺为母体。
CH3NH2
甲胺
NH2
CH3CH2NHCH2CH3
二乙胺 CH2NH2 苄胺
4．缩二脲反应
O H2N C O NH2 + H NH C NH2
150～160℃
O H2N C
O NH C NH2
缩二脲
在缩二脲的稀碱溶液中滴加微量稀硫酸铜溶液 时则产生紫红色的颜色反应，这一反应叫缩二脲反 应。凡是分子中含有两个或两个以上相邻酰胺键 (－CONH－)的化合物都能显示这种颜色反应，故可 用于某些有机物(比如多肽、蛋白质等)的分析鉴定。