第9章 有机含氮化合物(双语) ppt课件
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第九章含氮化合物代谢
36
6
第三节 核苷酸的生物合成
z 合成途径: 从头合成（de nove synthesis）:利用氨基酸、
磷酸戊糖等简单的化合物合成核苷酸。 补救途径（salvage pathway）：利用核酸降
解或进食等从外界补充的含氮碱基或核 苷酸合成新的核苷酸。
嘌呤的从头合成最先合成的是IMP，再由IMP生成AMP和GMP。
①再氨基化合成新的氨基酸。 ②直接进入TCA后彻底氧化成CO2和H2O。 ③ 转变成糖和脂肪。
33
根据氨基酸碳骨架的代谢途径可分为：
z 生糖氨基酸：降解为三羧酸循环中间代 谢物，进入糖异生途径生成葡萄糖。
z 生酮氨基酸：转变为酮体（乙酰乙酸、 β－羟丁酸、丙酮）后可转变为乙酰CoA。 只有亮氨酸是纯粹生酮氨基酸。
5
（二）氨甲酰磷酸的形成
1、氨甲酰激酶催化的反应：
NH3+CO2+ATP
O H2N-C-PO3H2 + ADP
2、氨甲酰磷酸合成酶催化的反应：
NH3+CO2+2ATP
O H2N-C-PO3H2 + 2ADP+Pi
6
1
二、氨基酸的生物合成
z 氨基酸生物合成中氨 基的来源：谷氨酸作 为重要的转氨基的供 体，通过转氨基的作 用传递给其他的碳 架，合成相应的氨基 酸。
z CTP合成酶催化来自谷氨酰胺 的酰胺氮转移至UTP的C-4，形 成CTP。
45
dTMP的合成
dTMP
四氢叶酸
46
嘧啶核苷酸合成的补救途径（P303）
尿嘧啶 + PRPP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 UMP + PPi
核苷直接转变成核苷酸
腺苷+ ATP 腺苷激酶 AMP + ADP 尿苷（胞苷）+ dNTP 尿苷-胞苷激酶 UMP（CMP） + （d）NDP
6
第三节 核苷酸的生物合成
z 合成途径: 从头合成（de nove synthesis）:利用氨基酸、
磷酸戊糖等简单的化合物合成核苷酸。 补救途径（salvage pathway）：利用核酸降
解或进食等从外界补充的含氮碱基或核 苷酸合成新的核苷酸。
嘌呤的从头合成最先合成的是IMP，再由IMP生成AMP和GMP。
①再氨基化合成新的氨基酸。 ②直接进入TCA后彻底氧化成CO2和H2O。 ③ 转变成糖和脂肪。
33
根据氨基酸碳骨架的代谢途径可分为：
z 生糖氨基酸：降解为三羧酸循环中间代 谢物，进入糖异生途径生成葡萄糖。
z 生酮氨基酸：转变为酮体（乙酰乙酸、 β－羟丁酸、丙酮）后可转变为乙酰CoA。 只有亮氨酸是纯粹生酮氨基酸。
5
（二）氨甲酰磷酸的形成
1、氨甲酰激酶催化的反应：
NH3+CO2+ATP
O H2N-C-PO3H2 + ADP
2、氨甲酰磷酸合成酶催化的反应：
NH3+CO2+2ATP
O H2N-C-PO3H2 + 2ADP+Pi
6
1
二、氨基酸的生物合成
z 氨基酸生物合成中氨 基的来源：谷氨酸作 为重要的转氨基的供 体，通过转氨基的作 用传递给其他的碳 架，合成相应的氨基 酸。
z CTP合成酶催化来自谷氨酰胺 的酰胺氮转移至UTP的C-4，形 成CTP。
45
dTMP的合成
dTMP
四氢叶酸
46
嘧啶核苷酸合成的补救途径（P303）
尿嘧啶 + PRPP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 UMP + PPi
核苷直接转变成核苷酸
腺苷+ ATP 腺苷激酶 AMP + ADP 尿苷（胞苷）+ dNTP 尿苷-胞苷激酶 UMP（CMP） + （d）NDP
《有机含氮化合物》课件
将硝基化合物或腈类化合物还原为 胺类。
重氮化反应
通过重氮盐与氢、醇、酚等反应， 生成相应的胺类化合物。
04
硝基化合物的合成
硝酸盐的还原
将硝酸盐通过加氢还原或电解 还原等方法得到硝基化合物。
重氮化反应
通过重氮盐与酸反应，生成相 应的硝基化合物。
氧化偶联
利用氧化剂将芳香烃或烯烃氧 化偶联成硝基化合物。
有机含氮化合物中的硝基 化合物可用作燃料添加剂 ，提高燃料的燃烧效率。
塑料和橡胶添加剂
一些有机含氮化合物可用 作塑料和橡胶的添加剂， 改善其性能。
表面活性剂
有机含氮化合物中的季铵 盐类化合物可用作表面活 性剂，如十二烷基三甲基 氯化铵等。
05
有机含氮化合物的前景 展望
新合成方法的研究
总结词
新合成方法的研究将为有机含氮化合物的制备提供更多可能性，有助于发现更高效、环保的合成路径 。
硝化反应
在浓硫酸和硝酸的混合酸中， 将有机物进行硝化反应得到硝
基化合物。
腈类化合物的合成
醛或酮的氰化
在酸性条件下，醛或酮与氰化钠或氰化钾反 应生成腈类化合物。
烯烃的氢甲酰化
在催化剂存在下，烯烃与氢氰酸反应生成相 应的腈类化合物。
重氮化反应
通过重氮盐与氰化钠或氰化钾反应，生成相 应的腈类化合物。
酯的氰解
03
颜色
有机含氮化合物的颜色多样，取决于其特定的结构。例如，含有共轭双
键的化合物可能呈现黄色或棕色，而含有苯环的化合物则可能呈现不同
的颜色。
化学性质
酸碱性
稳定性
有机含氮化合物可以表现出酸性和碱 性性质。例如，胺类化合物是碱性的 ，而许多硝基化合物和腈则是酸性的 。
重氮化反应
通过重氮盐与氢、醇、酚等反应， 生成相应的胺类化合物。
04
硝基化合物的合成
硝酸盐的还原
将硝酸盐通过加氢还原或电解 还原等方法得到硝基化合物。
重氮化反应
通过重氮盐与酸反应，生成相 应的硝基化合物。
氧化偶联
利用氧化剂将芳香烃或烯烃氧 化偶联成硝基化合物。
有机含氮化合物中的硝基 化合物可用作燃料添加剂 ，提高燃料的燃烧效率。
塑料和橡胶添加剂
一些有机含氮化合物可用 作塑料和橡胶的添加剂， 改善其性能。
表面活性剂
有机含氮化合物中的季铵 盐类化合物可用作表面活 性剂，如十二烷基三甲基 氯化铵等。
05
有机含氮化合物的前景 展望
新合成方法的研究
总结词
新合成方法的研究将为有机含氮化合物的制备提供更多可能性，有助于发现更高效、环保的合成路径 。
硝化反应
在浓硫酸和硝酸的混合酸中， 将有机物进行硝化反应得到硝
基化合物。
腈类化合物的合成
醛或酮的氰化
在酸性条件下，醛或酮与氰化钠或氰化钾反 应生成腈类化合物。
烯烃的氢甲酰化
在催化剂存在下，烯烃与氢氰酸反应生成相 应的腈类化合物。
重氮化反应
通过重氮盐与氰化钠或氰化钾反应，生成相 应的腈类化合物。
酯的氰解
03
颜色
有机含氮化合物的颜色多样，取决于其特定的结构。例如，含有共轭双
键的化合物可能呈现黄色或棕色，而含有苯环的化合物则可能呈现不同
的颜色。
化学性质
酸碱性
稳定性
有机含氮化合物可以表现出酸性和碱 性性质。例如，胺类化合物是碱性的 ，而许多硝基化合物和腈则是酸性的 。
有机含氮化合物-(2)
37
含有四个不同烃基的季铵化合物与手性碳化合物相似，这种 转化是不可能的。手性季铵正离子可被拆开成对映体，它们是比 较稳定的。例如，下列对映体就可以被拆开。
38
15.2.3 胺的物理性质
状态：室温下，除甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体外，其它 胺均为液体或固体。 气味：低级胺的气味与氨相似，较高级的胺则有明显的鱼腥味， 高级胺由于不挥发，气味要淡得多。
31
比较复杂的脂肪胺是以烃作母体，氨基作为取代基来命名。 例如：
32
(2)芳胺
芳胺的命名与脂肪胺相似。当芳环上连有其它取代基时，则需 说明取代基与氨基的相对位置，且应遵循多官能团化合物命名的规 则。当氮原子上同时连有芳基和脂肪烃基时，命名时必须在芳胺名 称的前面加字母“N”，以表示脂肪烃基是直接连在氨基的氮原子上。 例如：
33
(3)季铵盐和季铵碱
命名胺与酸作用生成的盐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ季铵类化合物时，用“铵”字代 替“胺”字，并在前面加负离子的名称(如氯化、硫酸等)。例如：
34
15.2.2胺的结构
氮原子的电子结构为1s22s22px12py12pz1，其中三个2p轨道未完 全填满，可以成键。氮原子成键时，发生了轨道杂化，形成四个 sp3杂化轨道，其中三个轨道和三个其它原子(如氢或碳原子)形成三 个σ 键，未共用电子对则占有另一个轨道，呈棱锥形结构。氨、甲 胺和三甲胺的结构如下图。
16
实验室中也可采用这种方法，如用硝基化合物的醇溶液和分 散得很细的活性镍粉或铂在氢气中振荡时，硝基即可被还原成氨 基。例如：
17
(2)芳环上的亲电取代反应
硝基是强的致钝的间位定位基，因此硝基苯的亲电取代反应不 仅发生在间位，而且比苯较难进行，以致不与较弱的亲电试剂发生 反应，如不能发生Friedel—Crafts反应等。但在较剧烈的条件下， 可发生硝化、卤化和磺化等反应。
含有四个不同烃基的季铵化合物与手性碳化合物相似，这种 转化是不可能的。手性季铵正离子可被拆开成对映体，它们是比 较稳定的。例如，下列对映体就可以被拆开。
38
15.2.3 胺的物理性质
状态：室温下，除甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺为气体外，其它 胺均为液体或固体。 气味：低级胺的气味与氨相似，较高级的胺则有明显的鱼腥味， 高级胺由于不挥发，气味要淡得多。
31
比较复杂的脂肪胺是以烃作母体，氨基作为取代基来命名。 例如：
32
(2)芳胺
芳胺的命名与脂肪胺相似。当芳环上连有其它取代基时，则需 说明取代基与氨基的相对位置，且应遵循多官能团化合物命名的规 则。当氮原子上同时连有芳基和脂肪烃基时，命名时必须在芳胺名 称的前面加字母“N”，以表示脂肪烃基是直接连在氨基的氮原子上。 例如：
33
(3)季铵盐和季铵碱
命名胺与酸作用生成的盐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ季铵类化合物时，用“铵”字代 替“胺”字，并在前面加负离子的名称(如氯化、硫酸等)。例如：
34
15.2.2胺的结构
氮原子的电子结构为1s22s22px12py12pz1，其中三个2p轨道未完 全填满，可以成键。氮原子成键时，发生了轨道杂化，形成四个 sp3杂化轨道，其中三个轨道和三个其它原子(如氢或碳原子)形成三 个σ 键，未共用电子对则占有另一个轨道，呈棱锥形结构。氨、甲 胺和三甲胺的结构如下图。
16
实验室中也可采用这种方法，如用硝基化合物的醇溶液和分 散得很细的活性镍粉或铂在氢气中振荡时，硝基即可被还原成氨 基。例如：
17
(2)芳环上的亲电取代反应
硝基是强的致钝的间位定位基，因此硝基苯的亲电取代反应不 仅发生在间位，而且比苯较难进行，以致不与较弱的亲电试剂发生 反应，如不能发生Friedel—Crafts反应等。但在较剧烈的条件下， 可发生硝化、卤化和磺化等反应。
含氮化合物ppt课件
NHCH3 CH3 CH CH3 CH CH2 CH CH3
2-甲基-4-氨基戊烷
18
也可将胺作为母体，用阿拉伯数标明氨基的位次。
CH3 CH CH CH2CH3 CH3 NH2
2-甲基-3-戊胺
CH3 CH CH2CH2CH3 NHCH3
N-甲基-2-戊胺
CH3(CH2)3OH CH3(CH2)3NH2 CH3(CH2)3CH3
分子量
74
73
72
沸点(oC)
117.7
77.8
36.1
25
1o 、2o、 3o 胺，由于H的数目不同，分子间形成氢 键能力不同，b.p.随之改变。叔胺中N原子上无活泼氢， 不能形成分子间氢键，所以其沸点最低。
CH3CH2CH2NH2 CH3CH2NHCH3 (CH3)3N
2. 据取代的烃基类型的不同，可分为：
脂肪胺
芳香胺
RCH2NH2 ArNH2
3. 根据氨基的数目还可分为：一元胺、二元胺、多元胺
14
注意：伯、仲、叔胺是按NH3中H被取代的数目来分类。而 伯、仲、叔醇以及不同级数的卤代烷是按与-OH或X
相连的碳的级数来分类的。
CH3 H3C C NH2
CH3
叔丁基胺：1o 胺
(CH3)3N+Cl- + NaOH
(CH3)3N + NaOH + NaCl
NH3+HSO4- + 2NaOH
NH2 + Na2SO4 + 2H2O
利用此性质，可从混合物中分离出并提纯胺。 也可用于胺的定性鉴别。
29
CH2NH2
OH
HCl
CH3 CH2OH
有机化学~10含氮化合物
溶剂化程度与稳定性：
R2NH + H2O R2N+H2 + OH-
从电子效应考虑：烷基越多碱性越强； 从溶剂化效应考虑：烷基越多碱性越弱。
铵盐溶于水，不溶于有机溶剂
分离、提纯 胺
比较下列化合物碱性大小
>
>
>
供电子基团
吸电子基团
2.烃基化
胺作亲核试剂与R―X R―OH Ar―OH 反应在N原子上引入烃基。 季铵盐
3、氨基对芳环的致活作用
N原子上的孤对电子:
1、碱性
+ H X
2、亲核性
+
反应部位：
1. 碱性 结论： 所有的胺呈弱碱性 H2O < RNH2 < < OH – > RCONH2 (1)
胺
pKb
NH3 CH3NH2 (CH3)2NH (CH3)3N
4.7 3.4 3.3 4.3 9.4 13 8.7
2.卤化——速度快，溴化和氯化得2,4,6-三卤苯胺：
白色沉淀
思考: 如何鉴别苯酚与苯胺?
如何制备一溴苯胺？
制备一溴苯胺
乙酰化
溴化
水解
使苯胺活性降低！
——主要产物对溴乙酰苯胺:
例1——间位取代反应 例2——对位取代反应 硝化——注意硝酸的氧化作用和氨基的保护 氨基的保护 间位取代反应,注意条件
pH < 3.1, 红色
10.2.3 偶氮染料和酸碱指示剂
霍夫曼规则——季铵盐在消除反应中，得到的主要产物为双键上烷基最少的烯烃。
取代较少的烯烃为主要产物
反应机理： E2反应
过渡态 Hofmann 消除规律： 生成取代较少的烯烃
R2NH + H2O R2N+H2 + OH-
从电子效应考虑：烷基越多碱性越强； 从溶剂化效应考虑：烷基越多碱性越弱。
铵盐溶于水，不溶于有机溶剂
分离、提纯 胺
比较下列化合物碱性大小
>
>
>
供电子基团
吸电子基团
2.烃基化
胺作亲核试剂与R―X R―OH Ar―OH 反应在N原子上引入烃基。 季铵盐
3、氨基对芳环的致活作用
N原子上的孤对电子:
1、碱性
+ H X
2、亲核性
+
反应部位：
1. 碱性 结论： 所有的胺呈弱碱性 H2O < RNH2 < < OH – > RCONH2 (1)
胺
pKb
NH3 CH3NH2 (CH3)2NH (CH3)3N
4.7 3.4 3.3 4.3 9.4 13 8.7
2.卤化——速度快，溴化和氯化得2,4,6-三卤苯胺：
白色沉淀
思考: 如何鉴别苯酚与苯胺?
如何制备一溴苯胺？
制备一溴苯胺
乙酰化
溴化
水解
使苯胺活性降低！
——主要产物对溴乙酰苯胺:
例1——间位取代反应 例2——对位取代反应 硝化——注意硝酸的氧化作用和氨基的保护 氨基的保护 间位取代反应,注意条件
pH < 3.1, 红色
10.2.3 偶氮染料和酸碱指示剂
霍夫曼规则——季铵盐在消除反应中，得到的主要产物为双键上烷基最少的烯烃。
取代较少的烯烃为主要产物
反应机理： E2反应
过渡态 Hofmann 消除规律： 生成取代较少的烯烃
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¨
2、亲核性
N
3、与HNO2反应
4、苯环反应
2021/4/4
chapter 9
11
1、胺的碱性 胺的碱性强弱：
(CH3)2NH>CH3NH2 > (CH3)3N>NH3 > -NH2
2021/4/4
chapter 9
12
影响胺碱性的因素:
①电子效应 ②位阻效应 ③水化作用
NaOH/KOH≈季铵碱> 脂肪胺 > NH3>芳香胺
第9章 有机含氮化合物(双语) ppt课件
Section1 Amines
一、Structure, Classification and Nomenclature
二、Synthesis 三、Physical Properties 四、Chemical Properties 五、Important Compounds and Derivatives
2. 如何制备三溴代苯？
2021/4/4
chapter 9
25
五、重要的胺及其衍生物
➢胆碱（Choline) HOCH2CH2+N(CH-3)3OH-
➢乙酰胆碱(Acetylcholine)
溴化三甲基十六烷基铵 氢氧化四甲铵
2021/4/4
chapter 9
9
二、Synthesis
• 硝基化合物的还原
Sn
N O2 浓 HC l
N H2
•腈的还原
RCNorH LA i2H l 4RC H2 N H2
2021/4/4
chapter 9
10
四、Chemical Properties
1、碱性
N(CH3)2 NaNO2 , HCl
芳叔胺
2021/4/4
chapter 9
N(CH3)2
NO
23
4、芳香胺苯环上的取代反应
NH2 + 3Br2
H2O
NH2
Br
Br
Br
用途：鉴定芳香胺
+ 3HBr
2021/4/4
chapter 9
24
Practice Problems
1. 如何在苯胺的苯环上只引入一个卤 原子？
CH3CH2CH2Cl
CH3CH CH2 混合产物 19
➢芳伯胺
NH2+NaNO2+HCl 0～5℃
N2+Cl +NaCl+H2O
氯化重氮苯
N2 C +l+ H O 2 △
O H+ N 2 + HC l
2021/4/4
chapter 9
20
△重氮化反应（diazotization )
芳香族伯胺在低温和强酸存在 下，与亚硝酸作用生成较稳定的 芳香族重氮盐的反应。
R N+RX
3
R N +X-
4
（RX不能是卤代芳烃）
2021/4/4
chapter 9
18
3、与亚硝酸反应 ➢脂肪伯胺
NaNO2
+
-
CH3CH2CH2NH2
CH3CH2CH2N NCl
HCl
N2
++CH3CH2CH2 +Cl
+
CH3CH2CH2
2021/4/4
H2O Cl
+
H
chapter 9
CH3CH2CH2OH
O
O R'- C - N H R ' + R C O O H
O R'- C - N R'2 + R C O O H
2021/4/4
chapter 9
16
用途：鉴别伯、仲胺；区别、分离叔胺; 保护芳胺的氨基。
N
H
2
(
C
H3
C
O
)2
O
N
H
C3
H2S O4
N H C O C H3
+
H2 O, H
• 酰化反应（叔胺无此反应）
O
O
R'-C-Cl +RNH2 O
R'-C-Cl+R2NH
R'-C-NHR+HCl N-取代酰 胺
O
R'-C-NR2+HCl N，N-二取代酰 胺
2021/4/4
chapter 9
15
O
R'- C O + R NH2
R'- C
O O
R'- C O + R2N H
R'- C
2021/4/4
chapter 9
2
•Structure
¨
N
2021/4/4
chapter 9
3
•Classification
R-NH2 伯胺 （1°胺 ）
R-NH-R' 仲胺 （2°胺）
R'
R-N-R" 叔胺 （3°胺）
官能 团：
氨基 -NH2 亚 氨基 NH 次氨基 N
2021/4/4
chapter 9
对甲苯胺
p-methylbenzenamine
2021/4/4
chapter 9
6
CH3 CH3-N-CH3
三甲胺
NH 二 苯胺
CH3 N C2H5
N(CH3)2
N-甲基-N-乙基苯胺 N，N-二甲基苯胺
2021/4/4
chapter 9
7
•Systematic Nomenclature -----“-氨基”(amino)
2021/4/4
N O2
chapter 9
N H2
N O2
17
2、烷基化反应(alkylation)
N H 3 + R X
R N H + X 3 -N H 3R N H 2
++ N H X 4
R N H 2 R + X
+R N 2 H 2X
R N HH + X
2
R N 2 HR + X R N 3 H + X- R3 N + H X
用途：区别芳香伯胺与脂肪伯胺
2021/4/4
chapter 9
21
➢脂肪仲胺
CH3 CH3
+ NaNO2 HCl CH3
NH
+ +
H
H2O
CH3
+ N N O H2O
用途：分离或提纯脂肪仲胺。
2021/4/4
chapter 9
22
➢叔胺
R 3N+H N O 2 脂肪叔胺
R 3N H +N O 2-
4
RN+X4
季铵盐
RN+OH4
季铵碱
CH3 CH3 C CH3
OH
叔 丁醇 （3°醇）
CH3 CH3 C CH3
NH2
叔 丁胺 （1°胺 ）
2021/4/4
chapter 9
5
•Common Nomenclature：“某胺”
H2N-CH2-CH2-NH2
乙二胺 ethyldiamine
CH3
NH2
2021/4/4
chapter 9
13
Practice Problems
1. 比较苯胺、二苯胺、三苯胺的碱性 强弱。
2. 季铵盐 + 强碱--→？ ×
3. 3. R4NCl + Ag2O + H2O --→
4.
R4NOH + AgCl↓
2021/4/4
chapter 9
14
2、亲核反应(Nucleophilic Reaction)
C H3C -H C -H2C -H C -H3 C H2C -H2C -H2C -H3
C H3 N H2
NC (H 25)2
2-甲基-4-氨基戊烷 1-二乙氨基丁烷
2021/4/4
chapter 9
8
•季铵盐、碱的命名
CH3(CH2)15-N CH +C 3H3BrCH3
CH3C N H +C 3H3OHCH3