第十三章胺和生物碱

(二) 酰化反应
胺的酰化反应就是羧酸衍生物的氨解反应，产物是酰胺。 叔胺氮上无氢原子，不能起酰化反应。
该反应在合成上主要用于保护氨基，如苯胺不稳定，可以先酰化成 稳定的酰胺，将氨基保护起来，反应后再将酰基水解下来恢复氨基。
(三) 磺酰化反应 伯胺和仲胺可与苯磺酰氯反应，生成相应的苯磺酰胺，这就是兴斯堡 （Hinsberg）反应。
因此，有以下碱性顺序： 季铵碱>脂肪胺>NH3>芳香胺。
4、胺的成盐反应
除季铵碱以外的胺，一般均为弱碱，可与酸成盐，但一遇强碱又重新 游离析出。
苯胺类化合物不稳定，这是由于致活基团氨基的存在，使得苯环上电子云 密度增加，导致苯环活性增高。为便于保存，可将其制成稳定的盐酸盐， 使用时用强碱将其游离出来。胺的这一性质在医药上有广泛应用。
注意2：季铵盐与铵盐的区分：N上连有四个烃基的盐是季铵盐； N上除了烃基外，还连有H的盐是胺的盐。
二、胺的结构
1、 NH3与CH4的结构比较：
棱锥 形
正四 面体 形
等性杂化 等性sp3杂化轨道
不等性杂化 不等性sp3杂化轨道
2、脂肪胺的结构
如果将孤对电子所占据的轨道看作一个基团，当N上连有三个不同的 基团时，此N原子具有手性，该胺分子可以有一对对映体（如下图）。
季铵盐有盐类的特性： • 固体， 熔点高 • 易溶于水
R3N X R'
季铵盐
季铵盐与普通铵盐不同：
季铵盐:
R3N R' X
普通铵盐: R3N H X
NaOH NaOH
R3N R' OH 季铵碱
+ NaX
R3N + H2O + NaX
季铵盐的应用:
• 用作阳离子型表面活性剂（带有长链烷基的季铵盐） • 合成上用作相转移催化剂（PTC, phase transfer catalyst）
单从溶剂化作用 考虑，碱性顺序 为：伯胺>仲胺>
叔胺。
综上所述，胺碱性的强弱是这三种因素综合作用的结果，脂肪胺的碱性 一般是仲胺最强，伯胺和叔胺次之。它们的碱性都比氨强。
2、芳香胺的碱性
芳胺中由于N上孤对电子所占据的轨道与苯环的p轨道共轭，N上的电子 云密度向苯环分散，使N结合质子的能力降低，即碱性减弱。因此芳香 胺的碱性小于氨。
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。
（五） 季铵盐和季铵碱 1、季铵盐
R3N + R' X
3、芳香胺为高沸点液体或低熔点固体，具有特殊的气味，具有较大的 毒性。一般芳胺较难溶于水。
四、胺的化学性质
(一) 碱性与成盐反应 由于N上的孤对电子易与质子结合，故胺和氨相似呈碱性。胺的碱性 用Kb表示：
pKb= -lgKb，pKb越小碱性越强。一般脂肪胺的pKb= 3～5，芳香胺的 pKb= 7～10，NH3的pKb= 4.76。
偶氮化合物具有各种鲜艳的颜色。常用作染料称偶氮染料，也作为酸碱 指示剂。
第三节 生物碱
一、生物碱的概念及性质
生物碱（alkaloid）是生物体内一类含氮的具有显著生理活性的有机 碱性物质。 生物碱的分子结构多属于仲胺、叔胺或季铵类，少数为伯胺类，常含有 含氮杂环。
生物碱在植物中分布广泛，故又称植物碱。我国中草药中含很多生物碱， 中草药的疗效大多是由所含的生物碱而来。
性质： 1、生物碱多数味苦无色。大多是无色固体，极少数是液体。
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。 重氮正离子具有线形结构，如苯重氮正离子：
重氮盐的化学性质很活泼，其主要反应分为两大类。 一、取代反应（放氮反应） 重氮盐分子中的重氮基 带有正电荷，是强吸电子基，使C-N键的极性增强， 容易断裂而放出氮气。在不同条件下，重氮基可以被羟基、卤素、氢原子 等取代。
N
CH2
CH3 CH3
CH3 2 CH3I
Ag2O
N
彻底甲基化
H
2 CH3I 彻底甲基化
Ag2O
CH3
N CH3 CH3
CH3
C6H5CH2CH2N+(CH3)OHC2H5
C6H5CH CH2 + C2H5N(CH3)2
O RCCH2CHN+(CH3)3 OH-
CH3
O RCCH CHCH3 + (CH3)3N
1、脂肪胺的碱性： 比较胺的碱性，即比较N结合质子能力的大小。主要有三个因素： ①电子效应 脂肪胺中烃基的+I效应，使N上的电子云密度增高，碱性增强，N上的 烃基越多，碱性越强；因此从电子效应考虑，碱性顺序为： 叔胺>仲胺>伯胺>NH3 。但实际情况并非如此，例如：
仲胺的碱性最强，伯胺和叔胺次之，为什么？因为N结合H的能力不仅 只由电子效应决定，还决定于空间效应和溶剂化效应。
2、季铵碱
季铵碱的制备：
R4N X
Ag2O 或 AgOH
R4N OH
+
AgX
季铵碱
强碱，碱性类似于 NaOH、KOH
季铵碱的反应 —— Hofmann消除反应
CH2 H3C N CH2 CH R OH
CH3
H
H3C
CH3
N
+
CH3
(-消除)
CH2 CH R
Hofmann消除的选择性 —— 主要生成取代基少的烯烃
芳环上有取代基时电子效应是影响碱性的主要因素。
3、季铵碱的碱性 季铵碱是强碱性物质，其碱性与氢氧化钠相近。 R4N+与OH-之间是典型的离子键。季铵碱与酸作用生成季铵盐。
R4N+Cl-是强碱强酸生成的盐，与强碱作用后不会置换出游离的季铵碱， 而是建立如下平衡：
R4NCl + NaOH
R4NOH + NaCl
（2） - 氢的酸性的差别 （3）位阻的差别
酸性较弱 位阻较大
H
H
R
CH CH CH2
N(CH3)3
酸性较强 位阻较小
Hofmann消除在结构分析上的应用
CH3
例： 化合物
和
N CH3 H
的区分
N
H
2 CH3I
Ag2O
N CH3
N CH3 I
彻底甲基化
H
CH3 CH3
N CH3 OH CH3 CH3
系统命名法：复杂的胺命名则以烃为母体，氨基为取代基。
(2)芳香胺的命名： 以芳香胺为母体，脂肪烃基为取代基，并在脂肪烃基名称前标上“N”， 表示此烃基是直接连在氮原子上的。
(3)季铵盐和季铵碱的命名：同无机铵类化合物。
注意1：“氨”、“胺”、“铵”的用法：表示基团用“氨”(amino)，如氨 甲氨基（CH3NH-）等；表示氨的烃基衍生物用“胺”(amine)； 表示季铵类化合物或胺的盐用“铵” (ammonium)。
CH3
CH3 OH
CH2 CH2 + H3C CH CH2 主要产物
Hofmann消除取向的解释
（1）过渡态的稳定性（双分子消除机理，与 E2 机理有别）
(H3C)3N CC H
OH
(H3C)3N C
变化小 C
变化较大
H
OH
CC
反应的过渡态接近负碳离子
• C-H 键先解离，C-N 键较晚断开。 • 过渡态的稳定性决定反应的选择性（取代基少的负碳离子较稳定）
3、芳香胺的结构
苯胺分子的N原子虽仍然是棱锥形结构，但由于受N原子与苯环共轭的 影响，H-N-H所处平面与苯环平面之间的夹角仅有39.4°； H-N-H的键角为113.9°。
三、胺的物理性质
1、沸点：由于形成氢键数目和能力不同，分子量相近时的沸点顺序为： 伯胺>仲胺>叔胺；醇>胺>烷烃。
2、溶解度：胺是极性分子，能与水产生氢键，因此低级脂肪胺(六个碳 原子以下)能溶于水，高级胺则难溶于水。
第十三章 胺及生物碱(amine and alkaloid)
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。
第一节 胺 一、胺的分类和命名
1、分类 根据胺分子中与氮原子直接相连的烃基的种类不同，可分为脂肪胺和 芳香胺。根据与氮原子相连的烃基数目不同可分为伯、仲、叔胺和季铵类。
官能团分类: 氨基 -NH2，亚氨基 NH ，次氨基 N 。
注意：伯、仲、叔胺与伯、仲、叔醇之间的区别。
2、命名 (1)脂肪胺的命名： 普通命名法：适用于简单胺，以胺为母体，烃基作为取代基，称为“某胺”。
重氮盐可被次磷酸还原为肪烃，用此可以起到占位作用。
二、偶联反应（保留氮的反应）
由于重氮盐中重氮正离子的N与苯环共轭，N上的正电荷向苯环分散，故 重氮正离子是较弱的亲电试剂，它只能进攻芳胺和酚这样的活性较高的芳 环，发生亲电取代反应，这种重氮盐与活泼芳香化合物(芳胺或酚类)作用 生成偶氮化合物。
重氮盐与肪胺的反应最佳pH为5～7，酸性强时氨基质子化使芳环上的电子 云密度降低，不利于重氮正离子的进攻。
芳香重氮盐只有在水溶液和低温时才稳定，干燥时易爆炸。在酸性条件 下稍加热即分解，同时定量放出氮气，此反应可用作伯氨基(-NH2)的定 量测定。
脂肪伯胺的重氮盐即使在低温下也不稳定，自行分解生成烯、醇等混 合物，同时放出氮气。
2、仲胺与亚硝酸的反应 脂肪仲胺和芳香仲胺与亚硝酸反应都生成亚硝胺(N-亚硝基胺)，呈中性 的黄色油状物或固体，不溶于水溶于有机溶剂。亚硝胺类是强致癌物。
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。
②空间效应
胺的碱性强弱主要表现为带孤对电子的N与质子结合能力的大小。如果 N上连接的基团越多越大，空间位阻就越大，与质子的结合就越不易， 碱性就越弱。从空间效应考虑，叔胺位阻最大，其碱性应最小, 叔胺<仲胺<伯胺<NH3 。 ③水的溶剂化效应 碱性大小还与质子化后形成的铵正离子的溶剂化程度有关。
N上结合的H越多，铵正离子与水形成氢键的机会就越多，即铵正离子 的溶剂化程度越大，这样使得正电荷越分散，铵正离子越稳定。由于 铵正离子越稳定，OH-的浓度就越高，即碱性越强。因此伯胺氮上的氢 最多，其铵正离子最稳定：
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。
偶联反应符合定位规则，发生在羟基或氨基的对位，当对位被占据时则 发生在邻位。如下列各化合物中箭头所示为偶联反应发生的位置：
然而，孤对电子过一个平面形成过渡态相互转变，而且转变速度极快，室温 下无法分离这对对映体。
但是，杂环三级胺的N原子处在刚性环上时，翻转受到限制，可以拆解 成稳定的对映异构体。
另外，在季铵类化合物中氮的四个sp3杂化轨道都成键，翻转受到限制， 当四个基团互不相同时，能分离出稳定的、具有光学活性的对映体。
'
H3C CH2 CH2 CH CH3
N(CH3)3 OH
H3C CH2 CH2 CH CH2
+
98%
Hofmann取向
H3C CH2 CH CH CH3 2%
比较：卤代烷的消除反应取向 —— Saytzeff 取向
'
CH3 CH2 CH2 CH CH3
NaOC2H5
X
CH3 CH2 CH2 CH CH2
+
CH3CH2 CH CH CH3
次要
主要
Hofmann消除取向的其它例子
CH3 N(CH3)3 OH
CH2 + 99%
CH3 1%
CH3 CH2 CH2 CH CH3 NaOC2H5,
CH3CH2 CH2 CH CH2
N(CH3)3 I
HOC2H5
96%
（NaOC2H5 作为碱）
'
CH2
H3C H2C H2C N CH2