1、第十三章第十三章 含氮化合物含氮化合物13.1 胺的分类与结构胺的分类与结构胺是氨上的氢被烃基取代的衍生物，正如醇、醚是水的衍生物一样。胺是氨上的氢被烃基取代的衍生物，正如醇、醚是水的衍生物一样。胺可以根据所连的烃基分为脂肪胺与芳香胺；根据氮上所连胺可以根据所连的烃基分为脂肪胺与芳香胺；根据氮上所连烃基数目分别称烃基数目分别称1o胺、胺、2o胺、胺、3o胺与胺与4o铵，铵，4o铵又称季铵盐铵又称季铵盐。氨分子中的氮是接近氨分子中的氮是接近sp3杂化的杂化的，它以，它以3个个sp3轨道与氢的轨道与氢的s轨轨道形成道形成 键，键，留下一对未成键电子占据另一个留下一对未成键电子占据另一个sp3轨道，
2、轨道，HNH的夹的夹角为角为107.3o。脂肪胺具有类似的结构。未成键电子对对于胺的化脂肪胺具有类似的结构。未成键电子对对于胺的化学是非常重要的，因为胺的碱性、亲核性都与它有关。学是非常重要的，因为胺的碱性、亲核性都与它有关。芳香胺的结构有些不同，由于未成键电子对与芳环的芳香胺的结构有些不同，由于未成键电子对与芳环的 电子发生共电子发生共轭，使原来为轭，使原来为sp3轨道的未成键电子对的轨道的未成键电子对的P性质增加，性质增加，使氮由使氮由sp3杂化杂化趋向于趋向于sp2杂化杂化。如苯胺分子虽仍为棱锥体，但趋向于平面化，。如苯胺分子虽仍为棱锥体，但趋向于平面化，HNH的平面与苯环平面间夹角为的
3、平面与苯环平面间夹角为39.4o，HNH键角为键角为113.9o。由于胺分子呈棱锥形，若氮所连三个基团不同，则该胺应具由于胺分子呈棱锥形，若氮所连三个基团不同，则该胺应具有手性，但实际没有分离得到旋光异构体，这是因为这有手性，但实际没有分离得到旋光异构体，这是因为这一对对映一对对映体很易相互转化。体很易相互转化。季铵盐不能进行氮转化季铵盐不能进行氮转化，因此可以分离得到稳定的旋光异构体，因此可以分离得到稳定的旋光异构体13.2 胺的命名胺的命名胺的普通命名胺的普通命名系统命名系统命名13.3 胺的物理性质胺的物理性质 胺是中等极性的物质。胺是中等极性的物质。1o胺与胺与2o胺分子间可以形成氢键
4、，胺分子间可以形成氢键，3o胺胺因氮上无氢，自身分子间不能形成氢链。所以，相同分子量的化合因氮上无氢，自身分子间不能形成氢链。所以，相同分子量的化合物的沸点是物的沸点是lo胺胺 2o肤肤3o胺烷烃。但胺的氮氢间的氢键不如醇、胺烷烃。但胺的氮氢间的氢键不如醇、羧酸的氧氢间氢键强，所以，相同分子量胺的沸点比醇、羧酸低。羧酸的氧氢间氢键强，所以，相同分子量胺的沸点比醇、羧酸低。较低分子量的胺都易溶于水，因为它们都可与水形成氢键。较低分子量的胺都易溶于水，因为它们都可与水形成氢键。3o胺虽然不能提供氢键的氢，但可以提供形成氢键的氮，所以仍可与胺虽然不能提供氢键的氢，但可以提供形成氢键的氮，所以仍可与水
5、形成氢键。水形成氢键。胺有难闻的气味。许多脂肪胺有鱼腥臭。己二胺与戊二胺有腐烂胺有难闻的气味。许多脂肪胺有鱼腥臭。己二胺与戊二胺有腐烂肉的臭味，所以它们又分别称为腐胺与尸胺。肉的臭味，所以它们又分别称为腐胺与尸胺。许多胺有一定生理作用。气态胺对中枢神经系统有轻微抑制作用。许多胺有一定生理作用。气态胺对中枢神经系统有轻微抑制作用。苯胺是有毒的，可引起皮肤起疹、恶心、视力不清、精神不安，使苯胺是有毒的，可引起皮肤起疹、恶心、视力不清、精神不安，使用时要小心。有些芳香胺是致癌物质。用时要小心。有些芳香胺是致癌物质。13.4 胺的化学性质胺的化学性质1.胺的碱性与弱酸性(1)胺的碱性胺的碱性 如醇、醚
6、的氧上一样，胺的氮上有末成键电子对，可以与质子结如醇、醚的氧上一样，胺的氮上有末成键电子对，可以与质子结合，所以显碱性。合，所以显碱性。胺的共轭酸的胺的共轭酸的Ka大，大，pKa小，则碱性弱；否则相反。小，则碱性弱；否则相反。(2)1o胺与胺与2o胺的酸性胺的酸性 1o胺与胺与2o胺不仅是一个碱，而且也是一很弱的酸。在强碱作用胺不仅是一个碱，而且也是一很弱的酸。在强碱作用下可失去质子形成氮的负离子，或称胺的共轭碱。下可失去质子形成氮的负离子，或称胺的共轭碱。胺的酸性强弱次序与胺的碱性次序正相反，为芳香胺氨脂肪胺。胺的酸性强弱次序与胺的碱性次序正相反，为芳香胺氨脂肪胺。2胺的烷基化胺的烷基化 氨
7、，氨，1o胺，胺，2o胺与胺与3o胺可与胺可与1o及及2o卤代烷发生卤代烷发生SN2反应，得到反应，得到相应的相应的1o，2o，3o胺与胺与4o铵盐。铵盐。若用大大过量的氨与卤代烷反应，可以减少多烷基化产物，若用大大过量的氨与卤代烷反应，可以减少多烷基化产物，实质上胺的烷基化反应是胺作为亲核试剂进行的取代反应，所以亲实质上胺的烷基化反应是胺作为亲核试剂进行的取代反应，所以亲核性核性(碱性碱性)弱或空间位阻大都很难使反应正常进行。弱或空间位阻大都很难使反应正常进行。在烷基化反应中，卤代烷只能用在烷基化反应中，卤代烷只能用1o与与2o卤代烷，卤代烷，3o卤代烷几乎全部卤代烷几乎全部进行消除反应；一
8、般芳基卤化物不能反应，但邻、对位有强吸电子基的进行消除反应；一般芳基卤化物不能反应，但邻、对位有强吸电子基的芳基卤化物仍可反应，如对硝基溴苯可以与胺反应。烷基化试剂除卤代芳基卤化物仍可反应，如对硝基溴苯可以与胺反应。烷基化试剂除卤代烷外，还可用硫酸酯，如硫酸二甲酯及对甲苯磺酸酯等。烷外，还可用硫酸酯，如硫酸二甲酯及对甲苯磺酸酯等。Gabriel合成方法制备合成方法制备1o胺，为了避免卤代烷与氨反应时出现多胺，为了避免卤代烷与氨反应时出现多烷基化的麻烦，烷基化的麻烦，可用可用Gabriel方法制备方法制备1o胺胺：3.胺的磺酰化与酰化及胺与醛、酮的反应胺的磺酰化与酰化及胺与醛、酮的反应 胺与酰氯
9、、酸酐、酯、羧酸及胺与酰氯、酸酐、酯、羧酸及1o胺与醛、酮的反应己作介绍。胺与醛、酮的反应己作介绍。1o胺与胺与2o胺可与苯磺酰氯反应，得到胺可与苯磺酰氯反应，得到N-取代与取代与N,N-二取代苯磺酰胺。二取代苯磺酰胺。3o胺与苯磺酰氯形成盐，它很易与胺与苯磺酰氯形成盐，它很易与KOH水溶液反应又变回胺：水溶液反应又变回胺：上述反应常用来鉴别与分离上述反应常用来鉴别与分离1o胺，胺，2o胺与胺与3o胺胺,此反应称为此反应称为Hinsberg测试法测试法。4胺与亚硝酸的反应胺与亚硝酸的反应 (1)1o胺与亚硝酸反应形成重氮盐胺与亚硝酸反应形成重氮盐 1o胺作为亲核试剂与亚硝酸失水形成的胺作为亲核
10、试剂与亚硝酸失水形成的N2O3反应，得反应，得N-亚硝基亚硝基胺，再经互变异构及失水，形成重氮盐胺，再经互变异构及失水，形成重氮盐 脂肪族重氮盐不稳定，甚至在低温也不能稳定存在，易分解得到一复脂肪族重氮盐不稳定，甚至在低温也不能稳定存在，易分解得到一复杂的混合物，在合成上用途不大。但是可以利用正碳离子重排的性质，进杂的混合物，在合成上用途不大。但是可以利用正碳离子重排的性质，进行扩环或缩环的反应，如：行扩环或缩环的反应，如：(2)2o胺与亚硝酸反应生成胺与亚硝酸反应生成N-亚硝基胺亚硝基胺 它是一种黄色、中性、水不溶的油状物。可用还原方法将亚它是一种黄色、中性、水不溶的油状物。可用还原方法将亚
11、硝基除掉，得到原来的胺。硝基除掉，得到原来的胺。许多许多N-亚硝基胺具有强烈的致癌作用。现认为它在生物体内可以转化亚硝基胺具有强烈的致癌作用。现认为它在生物体内可以转化成活泼的烷基化试剂并可与核酸发生反应，这是它致癌作用的原因。成活泼的烷基化试剂并可与核酸发生反应，这是它致癌作用的原因。过去腌制腊肉、火腿常加少量过去腌制腊肉、火腿常加少量NaNO2，以防腐并保持色泽鲜艳，但，以防腐并保持色泽鲜艳，但它可以产生亚硝胺，所以现己禁止使用。它可以产生亚硝胺，所以现己禁止使用。(3)3o脂肪胺与亚硝酸生成脂肪胺与亚硝酸生成3o铵盐与铵盐与N-亚硝基铵盐的混合物亚硝基铵盐的混合物 在低温时，在低温时，N
12、-亚硝基铵盐是稳定的；在较高温时，于酸性水溶液中亚硝基铵盐是稳定的；在较高温时，于酸性水溶液中分解成醛与分解成醛与N-亚硝基胺亚硝基胺,这些反应没有什么合成价值。这些反应没有什么合成价值。3o芳香胺与亚硝酸反应可在芳香环上进行亚硝基化，因为胺基芳香胺与亚硝酸反应可在芳香环上进行亚硝基化，因为胺基是使芳环活化的强活化基团。是使芳环活化的强活化基团。5胺的氧化胺的氧化 胺很容易被氧化，也是合成上经常防止它产生的一个副反应。但胺很容易被氧化，也是合成上经常防止它产生的一个副反应。但是选择适当的氧化剂，它又是一个可利用的反应。是选择适当的氧化剂，它又是一个可利用的反应。1o胺的氧化反应比胺的氧化反应比
13、较复杂，一般情况下没有多少使用价值。若使用过三氟乙酸较复杂，一般情况下没有多少使用价值。若使用过三氟乙酸,可将可将1o胺氧化成硝基化合物胺氧化成硝基化合物,这是制备特殊硝基化合物的一种方法这是制备特殊硝基化合物的一种方法：2o胺与胺与H2O2反应形成羟胺，有些产率较高，可在合成中应用。如反应形成羟胺，有些产率较高，可在合成中应用。如3o胺与胺与H2O2或过乙酸反应或过乙酸反应,可以得到高产率的可以得到高产率的N-氧化物。氧化物。6.胺的消除反应胺的消除反应季铵碱与季铵碱与3o胺的胺的N-氧化物可以在氧化物可以在100oC以上温度发生消除反应。以上温度发生消除反应。季铵碱的消除反应又称为霍夫曼季
14、铵碱的消除反应又称为霍夫曼(Hofmann)消除反应消除反应,它属它属E2反应反应,但消但消除取向不同于卤代烷的除取向不同于卤代烷的E2反应反应,即所得主要产物具有最少取代的烯烃。如即所得主要产物具有最少取代的烯烃。如 还有一种看法认为季铵碱的消除取向与胺的还有一种看法认为季铵碱的消除取向与胺的-碳上氢的酸性大小有关。碳上氢的酸性大小有关。如上例中如上例中C1上的氢为甲基氢，上的氢为甲基氢，C3上氢为亚甲基氢，受上氢为亚甲基氢，受C4甲基给电子的影甲基给电子的影响，因此它的酸性比响，因此它的酸性比C1上氢小，所以上氢小，所以C1上氢较易被上氢较易被OH-夺取，得含取代基夺取，得含取代基少的烯烃
15、。少的烯烃。当当-碳上有吸电子基团时，碳上有吸电子基团时，-碳上的氢酸性增加，更利于被碳上的氢酸性增加，更利于被OH-夺取夺取，如：，如：此时霍夫曼规则不适用。此时霍夫曼规则不适用。根据霍夫曼消除反应的次数、生成产物根据霍夫曼消除反应的次数、生成产物双键的位置，可以判断原来胺的结构，常用于生物碱结构的测定。双键的位置，可以判断原来胺的结构，常用于生物碱结构的测定。3o 胺胺N-氧化物加热可以消除二烷基羟胺，形成烯，称此为氧化物加热可以消除二烷基羟胺，形成烯，称此为Cope消除消除反应：反应：该反应比霍夫曼消除反应所需温度稍低一些，不在强碱条件下进行，该反应比霍夫曼消除反应所需温度稍低一些，不在
16、强碱条件下进行，因此副反应与重排少一些。消除反应速度与因此副反应与重排少一些。消除反应速度与,碳上取代基大小有关，大碳上取代基大小有关，大有利于消除。该反应可以打开含氮的有利于消除。该反应可以打开含氮的5与与7-10员的环，但不能打开含氮的员的环，但不能打开含氮的6员环。该反应为顺式消除，现认为它通过一环状过渡状态，与酯的消除员环。该反应为顺式消除，现认为它通过一环状过渡状态，与酯的消除相似。同时，相似。同时，-H酸性强的易消除。酸性强的易消除。7芳香胺环上的亲电取代反应芳香胺环上的亲电取代反应 氨基氨基(-NH2，-NHR，-NR2)具有强的给电子共扼效应，活化芳香环，具有强的给电子共扼效应
17、，活化芳香环，使其邻、对位电子云密度大大增加使其邻、对位电子云密度大大增加,易进行亲电取代反应。易进行亲电取代反应。(1)芳香环被活化，使亲电取代反应易于发生，如卤代反应不用催芳香环被活化，使亲电取代反应易于发生，如卤代反应不用催化剂，苯胺在稀盐酸水溶液中用氯或溴卤化，即可得到三卤代苯胺。化剂，苯胺在稀盐酸水溶液中用氯或溴卤化，即可得到三卤代苯胺。（2）胺易被氧化。为减少副产物，苯胺硝化前）胺易被氧化。为减少副产物，苯胺硝化前(硝酸也是氧化剂硝酸也是氧化剂)需要需要先将氨基保护起来，硝化后再去保护基，得硝基苯胺。先将氨基保护起来，硝化后再去保护基，得硝基苯胺。(3)苯胺的苯胺的磺化磺化需经较长
18、时加热可得很好产率的对氨基苯磺酸需经较长时加热可得很好产率的对氨基苯磺酸。(4)酰化反应酰化反应。N,N-二取代苯胺与乙酰苯胺不能进行二取代苯胺与乙酰苯胺不能进行N-酰化，可用温和酰化，可用温和条件进行条件进行C-酰化。而且，酰化。而且，N,N-二烷基苯胺可用二甲基甲酰胺与二烷基苯胺可用二甲基甲酰胺与POCl3进进行酰化，在苯环上引入醛基。但此反应在一般苯环上是不进行的，因为行酰化，在苯环上引入醛基。但此反应在一般苯环上是不进行的，因为它需强活化的苯环。此反应叫它需强活化的苯环。此反应叫Vilsmeier反应反应：8烯胺的反应烯胺的反应 氨基可使苯环邻对位活化。同理，它也可使烯键的氨基可使苯环
19、邻对位活化。同理，它也可使烯键的-碳原子活化，使碳原子活化，使其具有较强亲核能力，可以与活泼的卤代烷发生烷基化，与酰氯发生酰基其具有较强亲核能力，可以与活泼的卤代烷发生烷基化，与酰氯发生酰基化，与化，与,-不饱和酸酯、酮等发生共轭加成。将其产物经酸水解可得到醛、不饱和酸酯、酮等发生共轭加成。将其产物经酸水解可得到醛、酮的烷基化、酰基化及迈克尔酮的烷基化、酰基化及迈克尔(Michael)加成产物。从烯胺的共振式，可加成产物。从烯胺的共振式，可以了解其反应的根由：以了解其反应的根由：烯胺是烯胺是2o胺胺(常用环状常用环状2o胺胺)与醛、酮反应脱水后得到。如：与醛、酮反应脱水后得到。如：Mannic
20、h反应反应：烯胺可以起亲核试剂的作用，而烯胺可以起亲核试剂的作用，而2o胺与甲醛在强酸胺与甲醛在强酸存在下形成的亚铵离子可以起亲电试剂作用，它们都可以形成碳碳键。存在下形成的亚铵离子可以起亲电试剂作用，它们都可以形成碳碳键。当将当将2o胺、甲醛及可以烯醇化的醛或酮在浓盐酸存在下，于水胺、甲醛及可以烯醇化的醛或酮在浓盐酸存在下，于水浴中加热可以得到浴中加热可以得到-胺基酮胺基酮,该反应称为该反应称为mannich反应反应。该反应历程实际是甲醛与二甲胺先形成亚铵离子，然后亚铵离该反应历程实际是甲醛与二甲胺先形成亚铵离子，然后亚铵离子加到苯乙酮烯醇式的双键上，最后得到子加到苯乙酮烯醇式的双键上，最后
21、得到-氨基酮，又称氨基酮，又称Mannich碱碱，是很有用的合成中间体，它经加热蒸馏可得乙烯基酮与，是很有用的合成中间体，它经加热蒸馏可得乙烯基酮与2o胺：胺：若将酮与若将酮与Mannich碱共热，再经酸水解可得酮与碱共热，再经酸水解可得酮与,-不饱和酮的迈不饱和酮的迈克尔加成产物。克尔加成产物。115 芳香族重氮盐、重氮甲烷与叠氮化合物的反应芳香族重氮盐、重氮甲烷与叠氮化合物的反应1.芳香族重氮盐的反应芳香族重氮盐的反应 芳香族重氮盐是由芳香族重氮盐是由1o芳香胺在强酸溶液中，与芳香胺在强酸溶液中，与NaNO2(立即产生立即产生HNO2)在在5以下低温反应制得。由于重氮基与芳环发生共轭，所以
22、以下低温反应制得。由于重氮基与芳环发生共轭，所以它比脂肪族重氮盐稳定。重氮盐溶于水，并完全电离。干的重氮盐极它比脂肪族重氮盐稳定。重氮盐溶于水，并完全电离。干的重氮盐极易爆炸，但水溶液无此危险，所以在水溶液中制得的重氮盐就不再分易爆炸，但水溶液无此危险，所以在水溶液中制得的重氮盐就不再分离，直接用于下步反应。离，直接用于下步反应。(1)芳香族重氮盐的置换反应芳香族重氮盐的置换反应芳香族重氮盐的重氮基可以为一系列基团置换，如下列反应所示。芳香族重氮盐的重氮基可以为一系列基团置换，如下列反应所示。在这些反应中，基本上是两种历程在这些反应中，基本上是两种历程：aSN1历程历程：由于：由于N2是很好的
23、离去基团，因此重氮盐很易放出是很好的离去基团，因此重氮盐很易放出N2，生，生成芳基正碳离子，然后与亲核试剂反应得置换产物，如置换成芳基正碳离子，然后与亲核试剂反应得置换产物，如置换OH，I,F,SH及及SCN等均为此类反应。等均为此类反应。b自由基反应历程自由基反应历程：重氮盐与亚铜离子发生单电子转移的氧化还原：重氮盐与亚铜离子发生单电子转移的氧化还原反应，形成芳基自由基中间体，芳基自由基再夺取卤化铜、氰化铜的反应，形成芳基自由基中间体，芳基自由基再夺取卤化铜、氰化铜的卤素、氰基而得到卤代芳烃、芳甲腈。卤素、氰基而得到卤代芳烃、芳甲腈。重氮盐与重氮盐与H3PO2反应也是自由基反应历程。在实际应
24、用芳香族重氮反应也是自由基反应历程。在实际应用芳香族重氮盐的置换反应时，特别是按盐的置换反应时，特别是按SN1历程进行的反应，重氮盐的负离子要尽历程进行的反应，重氮盐的负离子要尽可能选择亲核性弱的，这样可以减少副反应。如制备羟基或碘置换的重可能选择亲核性弱的，这样可以减少副反应。如制备羟基或碘置换的重氮盐往往用硫酸，因氮盐往往用硫酸，因HSO4-负离子亲核性极弱。负离子亲核性极弱。与氟的置换通过重氮氟硼酸盐，加热分解得到氟代芳烃。同样，与氟的置换通过重氮氟硼酸盐，加热分解得到氟代芳烃。同样，通过重氮氯通过重氮氯(溴溴)硼酸盐，也可制得氯硼酸盐，也可制得氯(溴溴)代芳烃。代芳烃。重氮盐在铜作用下
25、，还可与NaNO2，Na2SO3置换，得到硝基芳烃和芳烃磺酸盐。重氮盐与氢的置换实际上是去胺化反应，它在合成上极为重要。重氮盐与氢的置换实际上是去胺化反应，它在合成上极为重要。例如，由苯合成例如，由苯合成1,3,5-三溴苯，直接溴化是得不到的。但由苯胺进三溴苯，直接溴化是得不到的。但由苯胺进行溴化得行溴化得2,4,6-三溴苯胺，再进行去胺化，则很容易得到：三溴苯胺，再进行去胺化，则很容易得到：(2)重氮偶合反应重氮偶合反应 芳香族重氮盐是弱的亲核试剂，它们可以和高度活化的芳香族化合芳香族重氮盐是弱的亲核试剂，它们可以和高度活化的芳香族化合物发生偶合得到偶氮化合物。这种反应称为重氮偶合反应，最常
26、用于合物发生偶合得到偶氮化合物。这种反应称为重氮偶合反应，最常用于合成偶氮染料。高度活化的芳香族化合物一般为酚与成偶氮染料。高度活化的芳香族化合物一般为酚与3o芳胺。芳胺。重氮盐与酚的偶合在微碱性溶液中进行较快，因为在这种条件下，有重氮盐与酚的偶合在微碱性溶液中进行较快，因为在这种条件下，有相当数量的酚转变为相当数量的酚转变为ArO-。ArO-比酚活泼，因此反应较快。但是若溶液比酚活泼，因此反应较快。但是若溶液碱性太强碱性太强(pH10)，重氮盐将与，重氮盐将与OH-结合形成不能偶合的偶氮氢氧化物与结合形成不能偶合的偶氮氢氧化物与偶氮酸盐，使偶合速度反而降低，甚至不能进行。偶氮酸盐，使偶合速度
27、反而降低，甚至不能进行。重氮盐与胺的偶合在微酸性溶液中进行较快重氮盐与胺的偶合在微酸性溶液中进行较快(pH 5-7)，因为在，因为在这种条件下，重氮离子浓度较高、同时胺没有全部变成不活泼的这种条件下，重氮离子浓度较高、同时胺没有全部变成不活泼的铵盐，所以反应速度较快。但是若溶液的酸性增加铵盐，所以反应速度较快。但是若溶液的酸性增加(pH5)，则胺，则胺大部变成铵盐，偶合速度反而变慢，甚至不能进行。大部变成铵盐，偶合速度反而变慢，甚至不能进行。偶氮芳烃有着鲜艳的颜色偶氮芳烃有着鲜艳的颜色，所以被，所以被广泛用来作为染料广泛用来作为染料。如迎春红：。如迎春红：2重氮甲烷重氮甲烷 重氮甲烷是重氮烷系
28、列中最低的一个，它是一种黄色、有毒、易爆重氮甲烷是重氮烷系列中最低的一个，它是一种黄色、有毒、易爆炸的气体。它的乙醚溶液比较安全，但操作时仍需小心，因为玻璃间的炸的气体。它的乙醚溶液比较安全，但操作时仍需小心，因为玻璃间的摩擦即可引起爆炸。但由于它高度专一的活性，仍广泛应用于合成中。摩擦即可引起爆炸。但由于它高度专一的活性，仍广泛应用于合成中。重氮甲烷是一偶极化合物，重氮甲烷是一偶极化合物，具有强的亲核性具有强的亲核性。它可在温和条件下与。它可在温和条件下与醇、酚形成醚；与羧酸形成酯；与酰氯可以得到醇、酚形成醚；与羧酸形成酯；与酰氯可以得到-重氮酮；再水解，可重氮酮；再水解，可得比酰氯多一个碳
29、的酸；与烯键可进行环加成反应，得杂环化合物；受得比酰氯多一个碳的酸；与烯键可进行环加成反应，得杂环化合物；受热或光照，产生卡宾。热或光照，产生卡宾。醇醇、酚、酸与、酚、酸与CH2N2反应历程基本一样。即：反应历程基本一样。即：而与酰氯反应则稍有不同。而与酰氯反应则稍有不同。重氮甲烷可由重氮甲烷可由N-甲基甲基-N-亚硝基酰胺或磺酰胺与浓的亚硝基酰胺或磺酰胺与浓的KOH水水溶液在乙醚与水溶液的两相体系中反应得到，产物溶于乙醚中。溶液在乙醚与水溶液的两相体系中反应得到，产物溶于乙醚中。3叠氮化合物叠氮化合物RN3是具有4电子的1,3-偶极化合物，其共振结构为:N3-是很好的亲核试剂，与卤代烷反应经
30、还原可得1o胺,放出N2。NaN3与酰氯反应可以得到酰基叠氮化物。加热分解放出氮气并形成异氰酸酯，加水形成胺；或直接在水中加热分解得到胺。此反应称为Curtius反应。叠氮酸与羧酸反应可直接得到异氰酸酯，如有水存在可直接得到胺，此反应称为施密特反应。如：13.6 胺的制备反应提要胺的制备反应提要(1)氨、胺的烷基化反应。氨、胺的烷基化反应。(2)酰胺、腈的还原酰胺、腈的还原(3)硝基化合物的还原。常用催化氢化，强酸与硝基化合物的还原。常用催化氢化，强酸与Fe，Zn，Sn等。等。(4)还原胺化。醛酮与氨或还原胺化。醛酮与氨或1o胺反应后经催化氢化或化学还原得到胺反应后经催化氢化或化学还原得到1o
31、胺胺或或2o胺。胺。1o胺或胺或2o胺与甲醛和甲酸反应可得到胺与甲醛和甲酸反应可得到2o胺成胺成3o胺。胺。(5)酰胺的霍夫曼重排。酰胺的霍夫曼重排。(6)Gabriel合成法制合成法制1o胺。胺。13.7 氨基酸氨基酸 分子中含有氨基的羧酸叫做氨基酸分子中含有氨基的羧酸叫做氨基酸(amino acid)。自然界中的氨基酸。自然界中的氨基酸绝大多数是绝大多数是-氨基酸。氨基酸。-氨基酸是组成蛋白质的基本单位，蛋白质彻底水解生成氨基酸是组成蛋白质的基本单位，蛋白质彻底水解生成-氨基酸。氨基酸。因此因此-氨基酸是生命的基础物质，在生命活动中起决定性的作用。氨基酸是生命的基础物质，在生命活动中起决定
32、性的作用。一、一、-氨基酸的构型氨基酸的构型 与核酸中的遗传密码相应的组成蛋白质的与核酸中的遗传密码相应的组成蛋白质的20种氨基酸中，种氨基酸中，19种是种是-氨基酸，一种是亚氨基酸氨基酸，一种是亚氨基酸(脯氨酸脯氨酸)。在这些氨基酸中，除甘氨酸外都有旋。在这些氨基酸中，除甘氨酸外都有旋光性，并且都是光性，并且都是L-型的。型的。对于含有两个手性碳原子的对于含有两个手性碳原子的-氨基酸，其构型仍由氨基酸，其构型仍由-碳原子决定。例如：碳原子决定。例如：氨基酸的构型也可以用氨基酸的构型也可以用RS来表示，但习惯上用来表示，但习惯上用DL标记法。标记法。二二.-氨基酸的分类氨基酸的分类 在在-氨基
33、酸分子中，氨基和羧基的数目有时不是一个，氨基和羧基的数氨基酸分子中，氨基和羧基的数目有时不是一个，氨基和羧基的数目也不一定相等。目也不一定相等。分子中氨基和羧基数目相等的为分子中氨基和羧基数目相等的为中性氨基酸中性氨基酸；氨基的数目多于羧基的；氨基的数目多于羧基的为为碱性氨基酸碱性氨基酸；氨基的数目少于羧基的为；氨基的数目少于羧基的为酸性氨基酸酸性氨基酸。常见的。常见的20种氨基酸种氨基酸的名称、结构和分类见下表。的名称、结构和分类见下表。三三.-氨基酸的物理性质氨基酸的物理性质 -氨基酸都是无色结晶，熔点较高，并且多数在熔化时分解。例如氨基酸都是无色结晶，熔点较高，并且多数在熔化时分解。例如
34、甘氨酸的熔点为甘氨酸的熔点为262(分解分解)，而相应的乙酸的熔点仅，而相应的乙酸的熔点仅165。所有的。所有的-氨基酸均溶于强酸或强碱中而不溶于乙醚、苯等非质子性溶剂中。各种氨基酸均溶于强酸或强碱中而不溶于乙醚、苯等非质子性溶剂中。各种-氨基酸在水中的溶解度大小不一，例如氨基酸在水中的溶解度大小不一，例如25时时100克水中仅溶解克水中仅溶解0.01克胱克胱氨酸，但能溶解氨酸，但能溶解162.3克脯氨酸。克脯氨酸。四、四、-氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1两性与等电点两性与等电点 -氨基酸分子中既含有碱性的氨基，又含有酸性的羧基，氨基酸分子中既含有碱性的氨基，又含有酸性的羧基，所以是所以是
35、两性化合物两性化合物。实际上，氨基酸分子本身的羧基或氨基能互相作用生成实际上，氨基酸分子本身的羧基或氨基能互相作用生成内盐内盐：内盐具有偶极和两种离子的性质，所以称为内盐具有偶极和两种离子的性质，所以称为偶极离子或两性偶极离子或两性离子离子(zwitterion)。-氨基酸在固态时主要以两性离子的形式存氨基酸在固态时主要以两性离子的形式存在因而熔点较高。在因而熔点较高。-氨基酸在水溶液中有如下的平衡：氨基酸在水溶液中有如下的平衡：由于由于-氨基酸中羧基离解质子的能力和氨基接受质子的能力并不相氨基酸中羧基离解质子的能力和氨基接受质子的能力并不相等，因而在上述平衡体系中，负离子、正离子和两性离子的
36、浓度并不相等，因而在上述平衡体系中，负离子、正离子和两性离子的浓度并不相等。例如中性氨基酸在水溶液中，负离子的浓度比正离子的浓度要大一等。例如中性氨基酸在水溶液中，负离子的浓度比正离子的浓度要大一些。如调节些。如调节-氨基酸溶液的酸碱性达到某氨基酸溶液的酸碱性达到某pH值，使正离子和负离子的浓值，使正离子和负离子的浓度相等，此时度相等，此时-氨基酸主要以两性离子的形式存在，在电场中既不向阳氨基酸主要以两性离子的形式存在，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，这时溶液的极也不向阴极移动，这时溶液的pH值叫做该氨基酸的值叫做该氨基酸的等电点等电点(isoelectric point)，用符号，用符号p
37、 表示。中性氨基酸的表示。中性氨基酸的p 值在值在5.6-6.8之间；酸性氨基酸之间；酸性氨基酸的值在的值在2.8-3.2之间；碱性氨基酸的值在之间；碱性氨基酸的值在7.6-10.8之间。之间。将某将某-氨基酸溶液的氨基酸溶液的pH值调节到大于它的值调节到大于它的PI值时，该值时，该-氨基酸就主氨基酸就主要以负离子的形式存在，在电场中，向阳极移动；如将它的要以负离子的形式存在，在电场中，向阳极移动；如将它的pH值调节到值调节到小于它的小于它的pI值时，该值时，该-氨基酸则主要以正离子的形式存在，在电场中向氨基酸则主要以正离子的形式存在，在电场中向阴极移动。阴极移动。-氨基酸在等电点时，两性离子
38、的浓度最大，在水中的溶解度最小，氨基酸在等电点时，两性离子的浓度最大，在水中的溶解度最小，因而因而用调节等电点的方法可以分离氨基酸的混合物用调节等电点的方法可以分离氨基酸的混合物。2酯化和酰化酯化和酰化 -氨基酸具有羧酸和胺的一般反应。例如羧基可以酯化，氨基可以酰化。氨基酸具有羧酸和胺的一般反应。例如羧基可以酯化，氨基可以酰化。3与亚硝酸的反应与亚硝酸的反应-氨基酸中的氨基与亚硝酸作用时定量放出氮气。氨基酸中的氨基与亚硝酸作用时定量放出氮气。测定放出氮气的体积，可计算出氨基的含量。这个方法叫做测定放出氮气的体积，可计算出氨基的含量。这个方法叫做van sIyke 氨基测定法。氨基测定法。4与甲
39、醛的反应与甲醛的反应 -氨基酸的氨基能与甲醛迅速起反应，释出氨基酸的氨基能与甲醛迅速起反应，释出H+。以酚酞作指示剂，用以酚酞作指示剂，用NaOH滴定可间接测定氨基的含量滴定可间接测定氨基的含量 5与水合茚三酮的反应与水合茚三酮的反应 -氨基酸的水溶液用水合茚三酮处理时呈紫色。在反应中氨基酸的水溶液用水合茚三酮处理时呈紫色。在反应中 -氨基酸氨基酸被氧化成醛，同时脱去氨基。被氧化成醛，同时脱去氨基。-氨基酸与水合茚三酮的反应十分灵敏，几微克氨基酸与水合茚三酮的反应十分灵敏，几微克-氨基酸就能显色，氨基酸就能显色，所以常用水合茚三酮为显色剂，定性鉴定所以常用水合茚三酮为显色剂，定性鉴定-氨基酸。
40、同时由于生成的紫氨基酸。同时由于生成的紫色溶液在色溶液在570nm有强吸收蜂，其强度与参加反应的氨基酸的量成正比，有强吸收蜂，其强度与参加反应的氨基酸的量成正比，因而可以定量测定因而可以定量测定-氨基酸的含量。氨基酸的含量。6.失羧失羧 将将-氨基酸小心加热或在高沸点溶剂中回流，可失羧生成胺。例氨基酸小心加热或在高沸点溶剂中回流，可失羧生成胺。例如赖氨酸失羧后便得到戊二胺如赖氨酸失羧后便得到戊二胺(尸胺尸胺)：细菌或动植物体内的脱羧酶作用于氨基酸，也能发生失羧反应。细菌或动植物体内的脱羧酶作用于氨基酸，也能发生失羧反应。7形成配合物形成配合物 氨基酸中的羧基可与金属成盐，同时氨基氮原子上的未共
41、用电子氨基酸中的羧基可与金属成盐，同时氨基氮原子上的未共用电子对，可与成盐的金属离子通过配位键而形成配合物。例如对，可与成盐的金属离子通过配位键而形成配合物。例如-氨基酸能与氨基酸能与Cu2形成蓝色配合物晶体。形成蓝色配合物晶体。五、五、-氨基酸的制备方法氨基酸的制备方法1化学合成法化学合成法1)-卤代酸的氨化卤代酸的氨化-卤代酸和过量的氨作用可以得到卤代酸和过量的氨作用可以得到-氨基酸。氨基酸。由于由于-氨基酸中氨基的碱性比脂肪伯胺弱，进一步烷基化氨基酸中氨基的碱性比脂肪伯胺弱，进一步烷基化的倾向较小，所以可得到较纯的的倾向较小，所以可得到较纯的-氨基酸。氨基酸。2)斯特雷克尔斯特雷克尔(S
42、trecker)合成合成 醛在氨存在下与氢氰酸加成生成醛在氨存在下与氢氰酸加成生成-氨基腈，后者水解可生成氨基腈，后者水解可生成-氨基氨基酸。例如酸。例如3)丙二酸酯法丙二酸酯法 卤代丙二酸酯与邻苯二甲酰亚胺的盐作用生成卤代丙二酸酯与邻苯二甲酰亚胺的盐作用生成N丙二酸酯邻丙二酸酯邻苯二甲酰亚胺，后者经烷基化、水解脱羧可得到苯二甲酰亚胺，后者经烷基化、水解脱羧可得到-氨基酸。氨基酸。上述化学合成得到的上述化学合成得到的-氨基酸都是外消旋体，必须进行拆分氨基酸都是外消旋体，必须进行拆分才能得到光学纯的。才能得到光学纯的。2蛋白质水解法蛋白质水解法 蛋白质的酸性或碱性水解可得到多种蛋白质的酸性或碱性
43、水解可得到多种-氨基酸的混合物，经分离纯化氨基酸的混合物，经分离纯化可得到天然的可得到天然的L-氨基酸。例如动物的毛发经氨基酸。例如动物的毛发经30盐酸水解得到水解液，盐酸水解得到水解液，调节其调节其pH值到达值到达4.8(等电点等电点)时，即析出时，即析出L-胱氨酸的沉淀。胱氨酸的沉淀。L-胱氨酸与胱氨酸与L-半胱氨酸可通过氧化还原而相互转化：半胱氨酸可通过氧化还原而相互转化：3发酵法发酵法 用微生物发酵法生产用微生物发酵法生产-氨基酸，近年来获得了迅速的发展，目前大氨基酸，近年来获得了迅速的发展，目前大多数常见多数常见-氨基酸都可以用发酵法生产。发酵法有许多优点，原料来源氨基酸都可以用发酵
44、法生产。发酵法有许多优点，原料来源丰富，产品都是丰富，产品都是L-氨基酸，不需要拆分。例如氨基酸，不需要拆分。例如L-谷氨酸是由淀粉的微生谷氨酸是由淀粉的微生物发酵得到。物发酵得到。L-谷氨酸的单钠盐是日常的调味品味精。谷氨酸的单钠盐是日常的调味品味精。12.2 多多 肽肽 -氨基酸分子中的羧基与另一分子氨基酸分子中的羧基与另一分子-氨基酸的氨基生成的酰胺氨基酸的氨基生成的酰胺叫做肽叫做肽(Peptide)，肽分子中的酰胺键叫做肽键，肽分子中的酰胺键叫做肽键(peptide bond)。由多个由多个-氨基酸分子用肽键连接而成的化合物叫做多肽氨基酸分子用肽键连接而成的化合物叫做多肽(polype
45、ptide)。一、肽的结构和性质一、肽的结构和性质 蛋白质水解的中间产物为多肽，多肽进一步水解最后生成蛋白质水解的中间产物为多肽，多肽进一步水解最后生成-氨基氨基酸。根据组成肽分子的氨基酸的数目可分为二肽、三肽和多肽等。酸。根据组成肽分子的氨基酸的数目可分为二肽、三肽和多肽等。书写肽的化学构造式时，一般把氨基的一端写在左边，称为书写肽的化学构造式时，一般把氨基的一端写在左边，称为N-端，端，把羧基的一端写在右边，称为把羧基的一端写在右边，称为C-端。式中端。式中R基可以相同，也可以不同。基可以相同，也可以不同。肽的命名是以肽的命名是以C端的氨基酸为母体，把肽链中其它的氨基酸中的酸字端的氨基酸为
46、母体，把肽链中其它的氨基酸中的酸字改成酰字，按顺序依次写在母体名称之前改成酰字，按顺序依次写在母体名称之前。为了书写方便，也常用缩写符。为了书写方便，也常用缩写符号代替化学名称。例如甘氨酸和丙氨酸形成的两种二肽的构造式和名称为：号代替化学名称。例如甘氨酸和丙氨酸形成的两种二肽的构造式和名称为：又例如谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸顺次连接形成的三肽的构造式和名称为：又例如谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸顺次连接形成的三肽的构造式和名称为：多肽也是两性离子，也有等电点，多肽也是两性离子，也有等电点，在等电点时溶解度最小在等电点时溶解度最小。多肽的。多肽的性质与氨基酸极为相似。性质与氨基酸极为相似。生物体内除了由
47、蛋白质部分水解生成的多肽之外，还存在一些生物体内除了由蛋白质部分水解生成的多肽之外，还存在一些游离游离的多肽的多肽，它们具有重要的生理功能。例如谷半胱甘肽是广泛存在于生物，它们具有重要的生理功能。例如谷半胱甘肽是广泛存在于生物体细胞内的重要三肽，参与细胞的氧化还原过程。存在于垂体后叶腺中体细胞内的重要三肽，参与细胞的氧化还原过程。存在于垂体后叶腺中的催产素和增血压素都是由九个氨基酸组成的九肽，两者的结构十分相的催产素和增血压素都是由九个氨基酸组成的九肽，两者的结构十分相似，仅似，仅3、8位上两个氨基酸相异，但它们的生理作用完全不同。前者促位上两个氨基酸相异，但它们的生理作用完全不同。前者促进子
48、宫和乳腺平滑肌收缩，临床用于引产和减少产后出血，后者增加血进子宫和乳腺平滑肌收缩，临床用于引产和减少产后出血，后者增加血压和具抗利尿作用，临床用子治疗肺咯血和尿崩症。压和具抗利尿作用，临床用子治疗肺咯血和尿崩症。二、多肽的合成二、多肽的合成两种氨基酸可以生成四种二肽。例如：两种氨基酸可以生成四种二肽。例如：如要合成指定的二肽，如苯丙如要合成指定的二肽，如苯丙-甘，必须把苯丙氨酸的氨基和甘氨酸甘，必须把苯丙氨酸的氨基和甘氨酸的羧基保护起来，使肽键只能在指定的羧基和氨基之间生成，并且所选的羧基保护起来，使肽键只能在指定的羧基和氨基之间生成，并且所选择的保护基团在肽键生成后应易于除去。另一方面必须使
49、欲反应的羧基择的保护基团在肽键生成后应易于除去。另一方面必须使欲反应的羧基或氨基活化，以便肽键的顺利生成。或氨基活化，以便肽键的顺利生成。此外，除甘氨酸之外的此外，除甘氨酸之外的-氨基酸都是旋光的，因而必须注意任何一氨基酸都是旋光的，因而必须注意任何一个反应条件都不可发生构型的转化或外消旋化。多肽的合成过程必须满个反应条件都不可发生构型的转化或外消旋化。多肽的合成过程必须满足以上的严格要求。足以上的严格要求。1.氨基的保护氨基的保护 氨基常用氨基常用苄氧羰基苄氧羰基(简写作简写作Z)和和叔丁氧羰基叔丁氧羰基(简写作简写作BOC)保护。保护。生成肽键后，苄氧羰基可以用催化氢解的方法除去，叔丁氧羰
50、生成肽键后，苄氧羰基可以用催化氢解的方法除去，叔丁氧羰基可以用无水酸处理除去。基可以用无水酸处理除去。2.羧基的保护羧基的保护羧基常用羧基常用苄酯或叔丁酯苄酯或叔丁酯保护。例加保护。例加苄酯可以用催化氢解的方法除去。叔丁酯可用温和酸性水解除去。苄酯可以用催化氢解的方法除去。叔丁酯可用温和酸性水解除去。3.肽键的生成肽键的生成 要使已有保护基的两个氨基酸之间形成肽键，还需使欲反应要使已有保护基的两个氨基酸之间形成肽键，还需使欲反应的基团活化。常用的方法是加入羧基活化剂的基团活化。常用的方法是加入羧基活化剂N,N-二环己基碳二亚二环己基碳二亚胺胺(简写作简写作DCC)。等摩尔的羧酸和胺在等摩尔的羧
