第九章 含氮有机化合物

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高职高专“十一五”规划教材 医用化学
二、生物碱的性质
生物碱多数为无色固体，味苦，具有旋光性。游离的生物碱 多难溶于水，能溶于乙醇等有机溶剂。
（一）碱性
生物碱分子中的氮原子上有一孤对电子，能接受质子而显碱 性，能与酸成盐。 （二）沉淀反应 大多数生物碱或其盐类能与一些试剂反应，生成不溶性的盐 而沉淀，借此反应可鉴定或分离生物碱。 （三）显色反应 能与生物碱产生颜色反应的试剂称为生物碱显色剂，常用的 有钼酸铵的浓硫酸溶液、甲醛浓硫酸、浓硫酸和浓硝酸等。
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第三节 氨基酸
一、氨基酸的结构
氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（—NH2）取 代后的化合物，若氨基（—NH2）连在α-碳上，则称为α氨基酸。天然氨基酸均为α-氨基酸，其结构通式可表示如 下：
R
CH
COOH
NH2
目前发现的天然氨基酸约300多种，但在生物体内合成蛋 白质的天然氨基酸只有20余种
O H2N CH C OH R1 R2 O O H2N CH C R1 R2 O N CH C OH H
+ H N CH C OH
H
-H2O
5.与水合茚三酮的反应
α-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮能发生显色反应。大多数α氨基酸能生成蓝紫色的物质，这是鉴别α-氨基酸的方法之一。
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溴化二甲二乙铵
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二、胺的化学性质 （一）碱性
与氨相似，胺分子中氮原子易接受氢离子，使溶液呈弱碱性。
R NH2 + HOH R NH3+ + OH
胺的碱性强弱与氮原子上所连接的基团结构和数目有关。季 铵碱是离子型化合物，是强碱，其碱性与氢氧化钠相当。各 类胺的碱性强弱顺序大致如下： 季铵碱 > 脂肪胺 > 氨 > 芳香胺
O O O CH3 C N(CH3)2 C NHCH3 NH C CH3
N,N-二甲基乙酰胺 胺 化学工业出版社
N-甲基苯甲酰胺
N-苯基乙酰
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二、酰胺的化学性质 （一）酸碱性
酰胺近于中性。
O Ar R C N
H R1,Ar 1 H R2,Ar2
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O Ar R C N
H R1,Ar 1 H R2,Ar2
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一、酰胺的命名
简单酰胺的命名是在酰基的名称后面加“胺”字，称为“某 酰胺”。
O CH3 C NH2 CH3 O C NH O C CH3 O O C NH2 CH3 C NH2
乙酰胺 二乙酰胺 苯甲酰胺 对甲基苯甲酰胺 酰胺分子中氮原子上连有取代基时，则将取代基放在酰胺名 称前面，并冠以“N-”或“N,N-”，以表示取代基与氮原子 直接相连。
N Fe N
N N
CH CH2
卟吩
血红素
CH3 CH2CH2COOH
N
CH3 HOOCCH2CH2
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血红素与蛋白质结合成为血红蛋白，存在于 红细胞中，是运输氧气的物质。
在卟吩环的中间空穴处，可以配合不同的金 属离子则成为不同的物质。例如，配合镁离子的 是叶绿素，配合钴离子的是维生素B12。
CH3 CH3CH2CH2 N CH3
CH3NHCH3 二甲胺 CH3NHCH2CH3 叔丁胺
NH2 CH2NH2 NH
二甲基丙基胺
苯胺
苄胺
二苯胺
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芳香胺的氮原子上连有脂肪烃基时，以芳香胺 为母体，其它基团作为取代基，并冠以“N-” 或“N,N-”表示取代基与氮原子直接相连。
第四节 杂环化合物
杂环化合物是指具有环状结构，且构成环 的原子除碳原子外还含有其他元素原子的化 合物。环中的非碳原子称为杂原子，常见的 杂原子有氧、硫、氮。多数杂环化合物环系 比较稳定，且具有不同程度芳香性，因此， 杂环化合物通常系指芳香杂环化合物。
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第五节 一、生物碱的概念
生物碱
生物碱是指存在于生物体内的一类具有明显生 理活性的含氮碱性有机化合物。由于生物碱主要存 在于植物体内，故又称为植物碱。 多属于仲胺、叔胺或季铵类，少数为伯胺类，常 含有氮杂环。 已分离提纯出几千种生物碱，并有近百种用作临 床药物，如麻黄碱、吗啡碱等。 生物碱的毒性较大，量小可治疗疾病，量大可 能引起中毒，甚至引起死亡，因此，使用时一定要 注意剂量。
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简单胺命名以胺为母体，在烃基的名称后加一个 “胺”字。当氮原子上所连的烃基相同时，用 “二”、“三”来表示烃基的数目。若与氮原子相 连的烃基不同，则按照次序规则，根据“优先基团 后列出”的原则排列烃基。
CH3CH2NH2 乙胺 (CH3)3CNH2 甲乙胺
第九章 含氮有机化合物
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第一节
胺
胺可看作是氨分子中的氢原子被一个或几个烃 基取代后所形成的化合物。
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(Ar) R
NH2
(Ar) R
R''
N H
R'
(Ar) R
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N
R'
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一、胺的分类与命名 1.根据胺分子中氮原子上所连烃基的种类 不同，胺可分为脂肪胺和芳香胺。 2.根据胺分子中氮原子上所连的烃基数目 不同，胺可分为伯胺（1°胺）、仲胺 （2°胺）和叔胺（3°胺）。 3.根据分子中所含氨基的数目不同，胺可 分为一元胺、二元胺和多元胺。
3-甲基-2-氨基戊烷
3-二乙氨基戊烷
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季铵类化合物命名，与无机铵盐及氢氧 化物的命名相似。
CH3 H3C N CH3 CH3
+ Cl H3C
CH3 N CH3 CH2CH3
+ OH CH3CH2
CH3 N CH3 CH2CH3
+ Br
氯化四甲铵
氢氧化三甲乙铵
N O
吡喃 Pyran
N
吡啶
N
嘧啶
N
N
喹啉 Quinoline
N N N H
嘌呤 Purine
Pyridine Pyrimidine
N N
吡嗪 Pyrazine
N
N
N H
哒嗪 Pyridazine
吲哚 Indole
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当杂环上有取代基时，以杂环为母核命名，， 将取代基的位次、数目和名称写在杂环母核名前。 编号一般从杂原子开始（个别例外）顺环编号，或 从杂原子旁的碳原子用希腊字母α、β、γ……编号。
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（二）扑热息痛 扑热息痛即对乙酰氨基酚是医药 上常用的一种药物。对乙酰氨基酚为 白色结晶或结晶性粉末，在空气中较 为稳定，微溶于冷水，易溶于热水， 毒性和副作用小，是一种较优良的解 热镇痛药。其结构为： O
HO
NH C CH3
对乙酰氨基酚
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二、必需氨基酸
构成生物体内蛋白质的20余种天然氨基酸可分为必需氨基 酸和非必需氨基酸。 8种必需氨基酸人体自身不能合成，必须从食物中获取，缺 乏时会引起疾病。
比如赖氨酸，是肝及胆的组成成分，可促进大脑发育和脂肪 代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；缺 乏赖氨酸会导致疲劳，虚弱，恶心，呕吐，头晕，没有食欲， 发育迟缓，贫血等。
一、杂环化合物的分类和命名
O
S
N H
杂环化合物的分类是以杂环 骨架为基础，按环的大小和数 目分为单杂环和稠杂环。
呋喃 Furan
噻吩
吡咯
Thiophene Pyrrole
N S N H
噻唑 Thiazole
N N H
吡唑 Pyrazole
N
咪唑 Imidazole
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（二）水解
酰胺在强酸、强碱或酶的催化下，水解生成羧酸（或羧酸盐） 和氨、胺（或铵盐）。酰胺的水解比酯的水解难，需加热回 流。
H+
O R C NH2 + H2O OH 酶
RCOOH + RCOO +
NH4+ NH3 NH3
RCOOH +
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三、医学上常见的酰胺 （一）尿素 尿素简称脲，在结构上可以看作碳酸分子中 的两个羟基被氨基取代而形成的化合物，也 称为碳酰二胺。
视频——苯胺的碱性
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胺属于弱碱，能与强酸成盐。
CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl
+
CH3NH2 HCl
胺盐一般是固体，易溶于水，性质较胺稳定，无胺的难闻气 味。因此，在医药上常将难溶于水的含有氨基、亚氨基或次 氨基的药物制成盐，以增加其水溶性。如局部麻醉药普鲁卡 因，在水中溶解度较小，常将其制成其盐酸盐，成盐后易溶 于水，便于制成注射液。 CH
O O HO NH2 + CH3COCCH3 HO O NHCCH3 + CH3COOH
对-羟基苯胺
乙酸酐
对乙酰氨基苯酚（扑热息痛）
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第二节
酰
胺
酰胺是氨或胺分子中氮原子上的氢原子被酰基 取代所形成的化合物。酰胺可看作是氨或胺的衍生 物，也可看作是羧酸的衍生物。 酰胺的通式可表示为：
O O OH H2N C
尿素
HO
C
NH2
碳酸
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尿素最初从尿中取得， 是哺乳动物体内蛋白质代谢的 最终产物。尿素为白色结晶， 无臭、味咸，熔点l33℃，易溶 于水和乙醇。 在农业上尿素用作高效 氮肥，在工业上是合成塑料、 药物的重要化工原料。 在医药上尿素可以软化角 质，还可用作利尿脱水药。
H2N COOCH2CH2N(C2H5)2 + HCl H2N
COOCH2CH2NHCl
2 5 +
普鲁卡因
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盐酸普鲁卡因
C2H5
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（二）酰化反应 在有机分子中引入酰基的反应称为酰化反应。 伯胺和仲胺能与酰卤或酸酐发生反应，氮原子上的 氢原子被酰基取代而生成酰胺。
二、医学上常见的杂环化合物
（一）吡咯与血红素 血红素分子结构中有一个基本骨架卟吩。卟吩环是 由四个吡咯环的α碳原子通过四个次甲基相连而成的共 轭体系。二价铁离子在卟吩环中间空穴处通过共价键及 配位键与卟吩环形成配合物，四个吡咯环的β-位还各有 不同的取代基。 CH CH2 CH3
CH3
N H N H N
O CH3CH2NH2 + H3CCCl O CH3CH2NHCCH3 + HCl
叔胺的氮原子上没有氢原子，不能发生酰化反应。
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引入酰基
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酰化反应在医药上具有重要意义。在胺类药物 分子中引入酰基后常可增加药物的脂溶性，利于机 体的吸收，以提高或延长疗效，并可降低毒性。如 对羟基苯胺具有解热镇痛作用，因毒副作用强，不 宜内服。若乙酰化后，毒副作用降低，疗效增加。
H3C
4 5
N3 N1 H
2
4 5 6
N3 N
1 2
4 5
N3 S
1 2
OH
CH3CH2
4-甲基咪唑
2-羟基嘧啶
5-乙基噻唑
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稠杂环有特定的编号顺序
5 6 7 8 4 3 1N 2 6 2 5 4
N7 N9 H
8
N
1
N
3
喹啉
嘌呤
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NHCH3 NH(CH3)2 N CH3 CH2CH3
N-甲基苯胺
N,N-二甲基苯胺
N-甲基-N-乙基苯胺
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比较复杂胺命名，把氨基作为取代基， 烃基部分作为母体进行命名。
H3C NH2 CH3CH2CHCHCH3 N(CH2CH3)2 CH3CH2CHCH2CH3
4 5 3 4 5
OH
3 5 6 2
4 3
CH2CH3
2
N1
2
CH3
6
N
1
O
1
H 2-甲基吡咯 （α-甲基吡咯）
3-羟基吡啶 （β-羟基吡啶）
3-乙基吡喃 （γ-乙基吡喃）
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当环上有两个或两个以上相同的杂原子时，应 从连有氢原子或取代基的那个杂原子开始编号，并 使这些杂原子具有较小的位次和；如果环上有不同 的杂原子时，则按氧、硫、氮的顺序编号。
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三、氨基酸的性质
1. 两性电离和等电点 氨基酸分子同时含有酸性羧基和碱性氨基，是两性 化合物，不仅能与强碱或强酸反应，而且还能在分 子内形成内盐。
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4.成肽反应
一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合 而形成的以酰胺键相连的化合物称为肽。