醫(yī)用化學(xué)-電子教材:第十八章 含氮有機(jī)化合物

第十八章  含氮有機(jī)化合物

含氮有機(jī)化合物（nitrogen organic compounds)主要是指分子中氮原子和碳原子直接相連的一類化合物，其范圍廣，種類多，與生命活動(dòng)和人類日常生活關(guān)系非常密切。常見的比較簡單的含氮有機(jī)化合物如表18－1。

表18－1  常見的含氮有機(jī)化合物

化合物類型	官 能 團(tuán)	舉 例
硝基化合物 亞硝基化合物 腈 胺 酰胺 季銨化合物 氨基酸 重氮化合物 偶氮化合物	硝 基 －NO2 亞 硝 基 －NO    氰 基    －CN    氨 基 －NH2    亞 氨 基      次 氨 基    酰 胺 基    季 銨 基    氨  基   －NH2，羧基 －COOH    重 氮 基 －N＋≡N    偶 氮 基 －N＝N－	CH3－CH2－CH2NO CH3－NH2 CH3－NH－CH3 （CH3)3  N （CH3)3  N+OH-

含氮雜環(huán)化合物、生物堿也是為數(shù)眾多的含氮有機(jī)化合物，將在第十九章中討論。本章主要討論胺、酰胺、氨基酸等。

第一節(jié)  胺 類

胺類（amines)是比較重要的含氮有機(jī)化合物。例如苯胺是合成藥物、染料的重要原料；膽堿是調(diào)節(jié)脂肪代謝的物質(zhì)，它的乙酰衍生物—— 乙酰膽堿是神經(jīng)傳導(dǎo)的遞質(zhì)；乙二胺是合成EDTA的原料等。

一、胺的構(gòu)造、分類和命名

（一)  胺的構(gòu)造和分類

胺可以看作氨（NH₃)分子中的氫原子被烴基取代所生成的化合物。因此，胺和氨一樣，分子中氮原子為sp³雜化，四個(gè)sp³雜化軌道中，有一個(gè)軌道被一對(duì)孤對(duì)電子占據(jù)，其他三個(gè)軌道則與氫或碳原子中的軌道組成σ鍵。

胺的通式為RNH₂，R₂NH或R₃N，其中R代表脂肪烴基或芳香烴基，它們分別屬于伯、仲和叔胺。­

 

伯胺（1°胺)  　 仲胺（2°胺) 　　 叔胺（3°胺)

官能團(tuán)：　氨基  －NH₂   　亞氨基　　　　　  　　次氨基 

季銨化合物可看成是銨鹽（NH₄^＋Cl^－)或氫氧化銨（NH₄^＋OH^－)分子中氮原子上的四個(gè)氫原子都被烴基取代生成的化合物，它們分別稱為季銨鹽和季銨堿。

R₄N^＋X^－  R₄N⁺OH^－

季銨鹽 　   季銨堿  

仲、叔胺或季銨化合物分子中的烴基可以是相同的，也可以是不同的。

應(yīng)該注意的是：

① 伯、仲、叔的含義與醇中的不同，它們分別是指氮原子連有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)烴基，而與連接氨基的碳是伯、仲、叔沒有關(guān)系。例如：叔丁醇是叔醇，而叔丁胺卻是伯胺。

 

　 叔丁醇（3°醇)  　  叔丁胺（1°胺)

② 氨、胺及銨字的用法不同。表示氣態(tài)氨（NH₃)或基，如氨基、亞氨基、次氨基，用“氨”；表示NH₃的烴基衍生物時(shí)，用“胺”；而銨鹽或季銨類化合物則用“銨”。

胺也可以根據(jù)NH₃分子中的氫原子被不同種類的烴基取代而分為脂肪胺和芳香胺。氨基與脂肪烴基相連的是脂肪胺，與芳香環(huán)直接相連的叫芳香胺。

R－NH₂  Ar－NH₂

   脂肪胺  　 芳香胺

胺還可以根據(jù)分子中所含氨基數(shù)目的不同而分為一元國家醫(yī)學(xué)考試網(wǎng)胺、二元胺和多元胺。

（二)命名

1．普通命名法

這種方法是按照分子中烴基的名稱及數(shù)目叫做“某胺”。

 

 

 乙胺  　　苯胺

 

對(duì)甲苯胺 　　乙二胺

當(dāng)胺分子中氮原子上所連的烴基不同時(shí)，則按次序規(guī)則列出，小者在前，“較優(yōu)”者在后。

 

甲乙胺 　　  甲乙丙胺

若氮原子上連有兩個(gè)或三個(gè)相同的烴基時(shí)，則須表示出烴基的數(shù)目。

 

   二甲胺 　　   三甲胺  　　  二苯胺

氮原子上同時(shí)連有芳香烴基和脂肪烴基的仲胺和叔胺的命名，則以芳香胺為母體，脂肪烴基作為芳胺氮原子上的取代基，將名稱和數(shù)目寫在前面，并在基前冠以“N”字（每個(gè)“N”只能指示一個(gè)取代基的位置)，以表示這個(gè)脂肪烴基是連在氮原子上，而不是連在芳香環(huán)上。

 

   　 N－甲基苯胺 　N，N－二甲基苯胺   　　　 N－甲基－N－乙基苯胺

2．系統(tǒng)命名法

烴基比較復(fù)雜的胺，以烴為母體，將氨基作為取代基命名。

 

2－甲基－4－氨基戊烷 3－二乙氨基戊烷

季銨化合物的命名與無機(jī)銨的命名相似。

 

碘化四乙銨  氧氫氧化四甲銨

二、胺的性質(zhì)

（一)物理性質(zhì)

胺與氨的性質(zhì)很相似。低級(jí)脂肪胺是氣體或易揮發(fā)的液體，具有難聞的臭味。高級(jí)胺為固體。芳香胺為高沸點(diǎn)的液體或低熔點(diǎn)的固體，具有特殊氣味，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。芳香胺具有一定的毒性，如苯胺可以通過消化道、呼吸道或皮膚吸收而引起中毒；聯(lián)苯胺等有致癌作用。因此，在處理這些化合物時(shí)應(yīng)加以注意。

同氨一樣，胺是極性化合物。除叔胺外，都能形成分子間氫鍵（  )。胺的

沸點(diǎn)比相對(duì)分子質(zhì)量相近的烴類高，但比相對(duì)分子質(zhì)量相近的醇或羧酸的沸點(diǎn)低。叔胺氮原子上無氫原子，分子間不能形成氫鍵，因此沸點(diǎn)比其異構(gòu)體的伯、仲胺低。

伯、仲、叔胺都能與水分子形成氫鍵（)，因此低級(jí)的胺易溶于水。胺的溶

解度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而迅速降低，從6個(gè)碳原子的胺開始就難溶或不溶于水。一般胺能溶于醚、醇、苯等有機(jī)溶劑。

（二)化學(xué)性質(zhì)

1．胺的堿性和成鹽反應(yīng)

胺中的氮原子有一對(duì)未共用電子對(duì)，因此胺具有堿性。

胺的堿性以堿式離解常數(shù)K_b或其負(fù)對(duì)數(shù)pK_b值表示。K_b值愈大或pK_b值愈小則堿性愈強(qiáng)；K_b值愈小或pK_b值愈大則堿性愈弱。胺的堿性也可用其共軛酸銨離子的離解常數(shù)K_a或其負(fù)對(duì)數(shù)pK_a值表示。K_a值愈小或pK_a值愈大，則胺的堿性愈強(qiáng)。例如：

二甲胺 甲胺 三甲胺 氨 苯胺

 pK_b  3.27 3.34  4.19 4.76   9.40

在水溶液中，脂肪胺一般以仲胺的堿性最強(qiáng)。但是，無論伯、仲或叔胺，其堿性都比氨強(qiáng)，芳香胺的堿性則比氨弱。胺在水溶液中的堿性與誘導(dǎo)效應(yīng)、位阻效應(yīng)和水化作用有關(guān)。

（1)脂肪胺的堿性  影響脂肪胺堿性的因素有三個(gè)。①誘導(dǎo)效應(yīng)—— 胺分子中與氮原

子相連的烷基具有斥電子誘導(dǎo)效應(yīng)（＋I，  )，使氮上的電子云密度增加，從而增強(qiáng)了

對(duì)質(zhì)子的吸引能力，而生成的銨離子也因正電荷得到分散而比較穩(wěn)定。因此，氮上烷基數(shù)增多，堿性要增強(qiáng)。②位阻效應(yīng)—— 胺分子中的烴基愈多、愈大，則占據(jù)空間的位置就愈大，使質(zhì)子不易靠近氮原子，因而胺的堿性就降低。③水化作用—— 在水溶液中，胺的堿性還決定于與質(zhì)子結(jié)合后形成的銨離子水化的難易。氮原子上所連接的氫愈多，則與水形成氫鍵的機(jī)會(huì)就愈多，水化程度亦愈大，銨離子就更穩(wěn)定，胺的堿性也就增強(qiáng)。

因此，脂肪伯、仲、叔胺堿性的強(qiáng)弱是上述三個(gè)因素共同影響的結(jié)果。脂肪胺堿性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?/p>

仲胺  ＞  伯胺  ＞  叔胺  ＞  氨

（2)芳香胺的堿性  芳香胺的堿性比脂肪胺弱得多。例如苯胺的pK_b＝9.40，這是因?yàn)楸桨分械�原子的未共用電子�?duì)與苯環(huán)的π電子相互作用，形成一個(gè)p－π共軛體系而變得穩(wěn)定，氮原子上的電子云部分地轉(zhuǎn)向苯環(huán)，因此氮原子與質(zhì)子的結(jié)合能力降低，故苯胺的堿性比氨弱得多。

芳香胺氮原子上所連的苯環(huán)愈多，共軛程度愈大，堿性也就愈弱。所以，苯胺、二苯胺、三苯胺的堿性強(qiáng)弱次序是：

 苯胺  ＞  二苯胺  ＞  三苯胺

胺能與許多酸作用生成鹽。例如：

 （或?qū)懗?nbsp;)

氯化甲銨    甲胺鹽酸鹽

   或鹽酸甲胺

（或?qū)懗?nbsp; )

  

  氯化苯銨   苯胺鹽酸鹽

 或鹽酸苯胺

銨鹽的命名與無機(jī)銨鹽相似，也可直接叫做“某胺某酸鹽”或“某酸某胺”。銨鹽多為結(jié)晶形固體，易溶于水。胺的成鹽性質(zhì)在醫(yī)學(xué)上有實(shí)用價(jià)值。有些胺類藥物在成鹽后，不但水溶性增加，而且比較穩(wěn)定。例如，gydjdsj.org.cn/shiti/局部麻醉藥普魯卡因，在水中溶解度小且不穩(wěn)定，常將其制成鹽酸鹽。

 

普魯卡因 鹽酸普魯卡因

胺類是一類弱堿，它們的鹽與強(qiáng)堿（如NaOH等)作用時(shí)，能使胺游離出來。這說明強(qiáng)堿接受質(zhì)子的能力比胺強(qiáng)。例如：

利用胺的堿性及胺與銨鹽在不同溶劑中的溶解性，可以分離和提純胺。例如，在含有雜質(zhì)的胺（液體或固體)中加入無機(jī)強(qiáng)酸溶液使其呈強(qiáng)酸性，則胺就轉(zhuǎn)變?yōu)殇@鹽溶解，這樣就有可能與不溶的雜質(zhì)分離。將銨鹽的水溶液分離出來，再加以堿化，使游離胺析出。然后過濾或用水蒸氣蒸餾，則可得純凈的胺。

季銨堿是有機(jī)化合物中的強(qiáng)堿。它們?cè)诠虘B(tài)時(shí)即是離子狀態(tài)，例如（CH₃)₄  N⁺OH^－易溶于水，其堿性與氫氧化鈉或氫氧化鉀相當(dāng)。

季銨鹽和銨鹽不同，前者是強(qiáng)堿的鹽，與氫氧化鈉等不發(fā)生反應(yīng)。鹵化季銨鹽的水溶液用氧化銀處理時(shí)則生成季銨堿。

 

2．酰化反應(yīng)

伯、仲胺都能與酰化劑（如乙酰氯、乙酸酐)作用，氨基上的氫原子被�；�取代，生成酰胺，這種反應(yīng)叫做胺的�；�。叔胺因氮上沒有氫，故不發(fā)生酰化反應(yīng)。

 

酰胺是晶形很好的固體，有一定的熔點(diǎn)，所以利用酰化反應(yīng)可以鑒定伯胺和仲胺。叔胺不起�；�反應(yīng)，故此性質(zhì)可用來區(qū)別叔胺，并可從伯、仲、叔胺的混合物中把叔胺分離出來。此外，酰胺在酸或堿的催化下，可水解游離出原來的胺。由于氨基活潑，且易被氧化，因此在有機(jī)合成中可以用酰化的方法來保護(hù)芳胺的氨基。例如：

 

3．與亞硝酸反應(yīng)

伯、仲、叔胺與亞硝酸反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物各不相同，借此可區(qū)別三種胺。

由于亞硝酸（HNO₂)是一種很不穩(wěn)定的弱酸，所以通常用亞硝酸鈉和強(qiáng)酸作用產(chǎn)生。

（1)伯胺與亞硝酸反應(yīng)  脂肪伯胺與亞硝酸反應(yīng)，放出氮?dú)�，并生成醇、烯烴等的混合物。其反應(yīng)式可簡單地用下式表示：

 

由于此反應(yīng)能定量地放出氮?dú)猓�故可用于伯胺及氨基化合物的分析�?/p>

芳香族伯胺與脂肪伯胺不同，在低溫和強(qiáng)酸存在下，與亞硝酸作用則生成芳香族重氮鹽，這個(gè)反應(yīng)稱為重氮化反應(yīng)（diazo reaction)。例如：

 

氯化重氮苯

芳香重氮鹽比脂肪重氮鹽穩(wěn)定，如在5℃以下，氯化重氮苯在水溶液中不會(huì)分解；但溫度升高，便分解放出氮?dú)�，同時(shí)生成酚類化合物。

 

芳香重氮鹽化學(xué)性質(zhì)很活潑，是有機(jī)合成的重要中間體。例如，通過重氮鹽的反應(yīng)，可以制備許多芳香族化合物。芳香重氮鹽的反應(yīng)主要分為放氮反應(yīng)和偶合反應(yīng)兩大類。

①放氮反應(yīng)  重氮基（－N^＋≡N)在不同條件下，可被羥基、鹵素、氰基、氫原子等取代，生成相應(yīng)的芳香族衍生物，放出氮?dú)�。因此，利用這些反應(yīng)可以從芳香烴開始合成一系列芳香族化合物。

 

弱堿性

②偶合反應(yīng)  重氮鹽與酚類或芳香叔胺作用，生成有顏色的偶氮化合物，這個(gè)反應(yīng)稱為偶合反應(yīng)（couplingreaction)。

	0～5℃

 

　 對(duì)羥基偶氮苯  

  　　　　�。ń埸S色)

 

 　對(duì)二甲氨基偶氮苯 

  　　　　　（黃色)

重氮鹽與酚或芳香胺偶合時(shí)，如果羥基或氨基的對(duì)位有其它原子或原子團(tuán)，則可在鄰位偶合；如果對(duì)位及鄰位都有取代基時(shí)，則不發(fā)生反應(yīng)。

偶氮化合物都有顏色。許多偶氮化合物可用作染料，稱為偶氮染料。有些偶氮化合物的顏色能隨溶液pH值的不同而變化。這些化合物可用作酸堿指示劑，例如甲基橙。

（2)仲胺與亞硝酸反應(yīng)  脂肪仲胺和芳香族仲胺與亞硝酸作用生成N－亞硝基胺。

 

N－亞硝基二甲胺  

 

   N－甲基－N－亞硝基苯胺

N－亞硝基胺為黃色的中性油狀物質(zhì)，不溶于水，可從溶液中分離出來；與稀酸共熱則分解為原來的仲胺，故可利用此性質(zhì)鑒別、分離或提純仲胺。

N－亞硝基胺是較強(qiáng)的致癌物質(zhì)。

（3)叔胺與亞硝酸反應(yīng)  脂肪叔胺因氮上沒有氫，與亞硝酸作用時(shí)只能生成不穩(wěn)定的亞硝酸鹽。

	或?qū)懽?/p>

 

 　三甲胺亞硝酸鹽

芳香族叔胺與亞硝酸作用，發(fā)生環(huán)上取代反應(yīng)，在芳香環(huán)上引入亞硝基，生成對(duì)亞硝基取代物，在酸性溶液中呈黃色；若對(duì)位上已有取代基，則亞硝基取代在鄰位。

 

    對(duì)亞硝基－N，N－二甲苯胺（黃色結(jié)晶)  

   （綠色結(jié)晶)

由于三種胺與亞硝酸的反應(yīng)不同，所以可利用與亞硝酸的反應(yīng)鑒別伯、仲、叔胺。

三、重要的胺及其衍生物

（一)苯胺

苯胺是最簡單也是最重要的芳香伯胺，是合成藥物、染料等的重要原料。苯胺為油狀液體，沸點(diǎn)184℃，微溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。新蒸餾的苯胺無色，但久置會(huì)因氧化而顏色變深。苯胺有毒，能透過皮膚或吸入蒸氣使人中毒。因此，接觸苯胺時(shí)應(yīng)加注意。

（二)膽堿和乙酰膽堿

膽堿 是一種季銨堿，廣泛存在于生物體中，在腦組織和蛋黃中含量較多，是卵磷脂（見第二十章)的組成部分。膽堿為白色結(jié)晶，吸濕性強(qiáng)，易溶于水和乙醇，而不溶于乙醚和氯仿等。它在體內(nèi)參與脂肪代謝，有抗脂肪肝的作用。

乙酰膽堿是膽堿分子中醇羥基的乙酰化產(chǎn)物，是神經(jīng)傳導(dǎo)遞質(zhì)。

（三)腎上腺素和去甲腎上腺素

 

 腎上腺素    　　去甲腎上腺素

腎上腺素是白色或類白色結(jié)晶粉末，無臭，味苦，易氧化變質(zhì)，微溶于水，不溶于乙醇、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑，在無機(jī)酸及氫氧化鈉溶液中易溶。腎上腺素有升高血壓、加速心率、舒張支氣管和加強(qiáng)代謝的作用。

去甲腎上腺素為白色或黃色結(jié)晶粉末，無臭，味苦，易氧化變質(zhì)，易溶于水。在臨床上用于神經(jīng)源性、心源性和中毒性休克的早期治療，也用于治療胃出血。

它們是腎上腺髓質(zhì)分泌的兩種激素。

第二節(jié) 酰 胺

一、酰胺的構(gòu)造和命名

酰胺（amides)是羧酸的衍生物。在構(gòu)造上，酰胺可看成是羧酸分子中羧基中的羥基被氨基或烴氨基（－NHR或－NR₂)取代而成的化合物，也可看作是氨或胺分子中氮原子上的氫

被�；�（R－ )取代而成的化合物。

 

  酰胺  　　N－烴基取代酰胺  

酰胺的命名是根據(jù)相應(yīng)的�；�名稱，并在后面加上“胺”或“某胺”，稱為“某酰胺”或“某酰某胺”。例如：

 

   乙酰胺 　　 3－甲基丁酰胺    　　乙酰苯胺

當(dāng)酰胺中氮上連有烴基時(shí)，可將烴基的名稱寫在�；�名稱的前面，并在烴基名稱前加上“N－”或“N，N－”，表示該烴基是與氮原子相連的。

 

N－甲基乙酰胺  N－甲基苯甲酰胺　　N，N－二甲基甲酰胺  （DMF)

二、酰胺的性質(zhì)

（－)物理性質(zhì)

在常溫下，除甲酰胺外，其它酰胺多為無色晶體。酰胺分子中含有羰基和氨基，它們分子間能形成氫鍵。由于酰胺分子間氫鍵締合能力較強(qiáng)，因此其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)甚至比相對(duì)分子質(zhì)量相近的羧酸還高。

當(dāng)酰胺中氮原子上的氫被烷基取代后，締合程度減小，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)則降低。脂肪族N－烷基取代酰胺一般為液體。

低級(jí)酰胺易溶于水，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，溶解度逐漸減小。液體酰胺不但可以溶解有機(jī)物，而且也可以溶解許多無機(jī)物，例如DMF就是一種良好的溶劑。

（二)化學(xué)性質(zhì)

1．酸堿性

酰胺一般是近中性的化合物，但在一定條件下可表現(xiàn)出弱酸性或弱堿性。酰胺是氨或胺的酰基衍生物，分子中有氨基或烴氨基，但其堿性比氨或胺要弱得多。酰胺堿性很弱，是由于分子中氨基氮上的未共用電子對(duì)與羰基的π電子形成p－π共軛體系，使氮上的電子云密度降低，因而接受質(zhì)子的能力減弱。

然而，氮上的電子云密度降低，卻使N－H鍵極性明顯增加，氮上的氫原子較易變?yōu)橘|(zhì)子，而呈弱酸性。如果氨分子中有兩個(gè)氫原子被一個(gè)二元酸的�；�取代，則生成環(huán)狀的亞氨基化合物（酰亞胺)。由于兩個(gè)羰基的吸電子作用，使亞氨基的N－H鍵極性明顯增加，氮上的氫原子較易變?yōu)橘|(zhì)子，而呈弱酸性。例如：

 

  丁二酰亞胺 丁二酰亞胺鈉

2．水解

酰胺在通常的情況下較難水解。在酸或堿的存在下加熱時(shí)，則可加速反應(yīng)，但比羧酸酯的水解慢得多。

N－取代酰胺同樣可以進(jìn)行水解，生成羧酸和胺。

3．與亞硝酸反應(yīng)

酰胺與亞硝酸作用生成相應(yīng)的羧酸，并放出氮?dú)狻?/p>

 

三、重要的酰胺及其衍生物

（一)尿素

尿素（urea)又稱脲，是碳酸的二酰胺。

 

   　 碳  酸  　　 尿  素

尿素是哺乳動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的最終產(chǎn)物，存在于動(dòng)物的尿中。許多偶氮化合物在代謝過程中所釋放的氨是有毒的，通過轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩貜哪蛑信懦龆�使氨的濃度降低。正常成人每天排泄的尿中約含尿素30g。

尿素為無色晶體，熔點(diǎn)133℃，易溶于水和乙醇，難溶于乙醚。

尿素是很重要的物質(zhì)，用途廣泛。它在農(nóng)業(yè)上用作高效固體氮肥，也是有機(jī)合成的重要原料，用于合成藥物、塑料等。另外，尿素本身也是藥物，對(duì)降低腦顱內(nèi)壓和眼內(nèi)壓有顯著療效。

尿素具有酰胺的結(jié)構(gòu)，有酰胺的一般化學(xué)性質(zhì)。但因兩個(gè)氨基連在一個(gè)羰基上，所以它又表現(xiàn)出某些特殊的性質(zhì)。

1．弱堿性

尿素分子中有兩個(gè)氨基，其中一個(gè)氨基可與強(qiáng)酸成鹽，故呈弱堿性。

 硝酸尿素

尿素的硝酸鹽、草酸鹽均難溶于水而易結(jié)晶。利用這種性質(zhì)，可從尿液中提取尿素。

2．水解反應(yīng)

尿素是酰胺類化合物，在酸、堿或尿素酶的作用下很易水解。例如：

 

3．縮二脲的生成及縮二脲反應(yīng)

尿素是一種特殊的酰胺，它的兩個(gè)氨基連在同一個(gè)羰基上，所以它又有與一般酰胺不同的性質(zhì)。若將尿素加熱到稍高于它的熔點(diǎn)時(shí)，則發(fā)生雙分子縮合，兩分子尿素脫去一分子氨而生成縮二脲。

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　縮二脲

縮二脲是無色針狀晶體，熔點(diǎn)190℃，難溶于水，能溶于堿液中。它在堿性溶液中與少量的硫酸銅（CuSO₄)溶液作用，即顯紫紅色，這個(gè)顏色反應(yīng)叫做縮二脲反應(yīng)（biret reaction)。

 

凡分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上酰胺鍵（  ，肽鍵)的化合物，如多肽、蛋白質(zhì)等都能發(fā)生這種顏色反應(yīng)。

（二)丙二酰脲

尿素與丙二酰氯反應(yīng)生成丙二酰脲。

   丙二酰脲

丙二酰脲是無色晶體，熔點(diǎn)245℃，微溶于水。它的分子中含有“  ”

及“ ”的結(jié)構(gòu)，可發(fā)生酮式 ―― 烯醇式互變異構(gòu)。

 酮  式 　　烯醇式

 　丙二酰脲　　   2，4，６－三羥基嘧啶

由于丙二酰脲由酮式轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际蕉�呈酸性，所以丙二酰脲又稱巴比土酸。

巴比土酸本身沒有藥理作用，但它的C－5亞甲基上的兩個(gè)氫原子都被烴基取代（5，5－二取代)后所得許多取代物，卻是一類重要的鎮(zhèn)靜催眠藥，總稱為巴比妥類藥物（barbitarates)。其通式為：

R = －C₂H₅, R＇= －C₂H₅　　　　　巴比妥

　　　　　　　　　  R = －C₂H₅ , R＇= －C₆H₅　  苯巴比妥（魯米那)

　　　　　　　　　　R = －C₂H₅ , R＇= －C₅H₁₁　戊巴比妥

巴比妥類藥物很多，主要的有巴比妥、苯巴比妥（魯米那)、戊巴比妥、異戊巴比妥等。它們是晶體或結(jié)晶性粉末，難溶于水，由于巴比妥類藥物存在酮式――烯醇式互變，其水溶液呈弱酸性，能與堿作用成鹽，它的鈉鹽易溶于水，其溶液可供注射用。

（三)磺胺類及氯胺類藥物

1．磺胺類藥物

烴分子中的氫原子被磺酸基（－SO₃H)取代而成的化合物叫磺酸，例如苯磺酸。苯磺酸分子中磺酸基上的羥基被氨基取代后的化合物，稱為苯磺酰胺，其對(duì)位氨基的取代物叫做對(duì)氨基苯磺酰胺，簡稱磺胺（sulfanilamide, SN)。

 磺胺

磺胺是無色晶體，熔點(diǎn)163℃，味微苦，微溶于水�；前纺苋苡趶�(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液中，這是由于它在苯環(huán)上連有氨基，因此能與酸作用生成鹽；同時(shí)，與磺�；�結(jié)合的氨基上的氫原子，因受磺�；�的影響而呈酸性，故又能與堿作用。

磺胺能抑制多種細(xì)菌，但口服時(shí)副作用很大，僅外用于治療化膿性創(chuàng)傷。為了減少磺胺的

副作用，一般采用磺酰氨基上的氫原子被取代的衍生物（  )，其副作用較小，稱為磺胺類藥物（sulfa drugs)。

常見的磺胺藥物有：

磺胺噻唑（ST)　　　　　　　  Ｒ＝　

磺胺嘧啶（SD)

長效磺胺（磺胺甲氧噠嗪，SMP)  

磺胺甲基異噁唑（新諾明，SMZ)  

磺胺類藥物是優(yōu)良的廣譜抗菌劑，它們能抑制鏈球菌、葡萄球菌、肺炎球菌、腦膜炎球菌、痢疾桿菌等的生長和繁殖，因此常用以治療由上述細(xì)菌所引起的疾病。

 

2．氯胺類藥物

苯磺酰胺分子中，氨基的氫原子被氯原子取代的化合物叫做氯胺類藥物。例如：

 

氯胺B 　 氯胺T　 氯胺宗  

氯胺類藥物是白色或黃色結(jié)晶性粉末，微有氯氣味。能溶于水及乙醇，難溶于乙醚等有機(jī)溶劑。

氯胺類藥物都是氧化劑，它們與水反應(yīng)生成次氯酸或次氯酸鈉，而有殺菌和對(duì)化學(xué)毒劑的消毒作用，故在軍事醫(yī)學(xué)上有重要意義。

 

    

第三節(jié) 氨基酸

氨基酸（amino acids)是一類具有特殊重要意義的化合物。因?yàn)樗鼈冎性S多是與生命活動(dòng)密切相關(guān)的蛋白質(zhì)的基本組成單位，是人體必不可少的物質(zhì)，有些則直接用作藥物。

α-氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下，能逐步水解成比較簡單的分子，最終產(chǎn)物是各種不同的α-氨基酸。水解過程可表示如下：

  蛋白質(zhì) →多肽 → 二肽 → α-氨基酸

由蛋白質(zhì)水解所得到的α-氨基酸共有20多種，各種蛋白質(zhì)中所含氨基酸的種類和數(shù)量都各不相同。有些氨基酸在人體內(nèi)不能合成，只能依靠食物供給，這種氨基酸叫做必需氨基酸（表18－２，*)。

一、氨基酸的構(gòu)造、構(gòu)型及分類、命名

（一)氨基酸的構(gòu)造和構(gòu)型

分子中含有氨基和羧基的化合物，叫做氨基酸。

    　α-氨基丙酸  　　 β-氨基丙酸

 

  β-苯基-α-氨基丙酸

由蛋白質(zhì)水解所得到的α－氨基酸，可用通式表示如下：

 

 α

除甘氨酸（R＝H)外，所有α－氨基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型與L兩種構(gòu)型。天然氨基酸均為L－氨基酸。

 

   L－氨基酸

（二)α－氨基酸的分類和命名

氨基酸分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。

在α－氨基酸分子中可以含多個(gè)氨基和多個(gè)羧基，而且氨基和羧基的數(shù)目不一定相等。因此，天然存在的α－氨基酸常根據(jù)其分子中所含氨基和羧基的數(shù)目分為酸性氨基酸、堿性氨基酸和中性氨基酸。分子中氨基的數(shù)目少于羧基時(shí)氨基酸呈酸性，稱為酸性氨基酸。反之，氨基的數(shù)目多于羧基時(shí)氨基酸呈堿性，稱為堿性氨基酸。分子中氨基的數(shù)目等于羧基的數(shù)目時(shí)，稱為中性氨基酸，但由于氨基的堿性和羧基的酸性不是完全相當(dāng)?shù)�，所以它們并不是真正中性的物質(zhì)，只能說它們近乎中性。

氨基酸的系統(tǒng)命名方法與羥基酸一樣，但天然氨基酸常根據(jù)其來源或性質(zhì)多用俗名。例如胱氨酸是因它最先來自尿結(jié)石；甘氨酸是由于它具有甜味而得名（見表18－２)。

表18－２  常見的α－氨基酸

氨  基  酸	構(gòu) 造 式	代號(hào)	常用符號(hào)	pI
甘氨酸 （α－氨基乙酸)		甘	Gly	5.97
丙氨酸 (α－氨基丙酸)		丙	Ala	6.02
纈氨酸* (β－甲基－α－氨基丁酸)		纈	Val	5.96
亮氨酸* （γ－甲基－α－氨基戊酸)		亮	Leu	5.98
異亮氨酸* （β－甲基－α－氨基戊酸)		異	Ile	6.02

續(xù)表

氨  基  酸	構(gòu) 造 式	代號(hào)	常用符號(hào)	pI
脯氨酸 （α－羧基四氫吡咯)		脯	Pro	6.30
苯丙氨酸* （β－苯基－α－氨基丙酸)		苯	Phe	5.48
色氨酸* [α－氨基－β－（3－吲哚基)丙酸]		色	Try (Trp)	5.89
蛋氨酸* （α－氨基－γ－甲硫基丁酸)		蛋	Met	5.74
絲氨酸 （α－氨基－β－羥基丙酸)		絲	Ser	5.68
蘇氨酸* （α－氨基－β－羥基丁酸)		蘇	Thr	6.18
半胱氨酸 （α－氨基－β－巰基丙酸)		半	Cys	5.07
酪氨酸 [α－氨基－β－（對(duì)羥苯基)丙酸]		酪	Tyr	5.66
天門冬酰胺 （α－氨基丁酰胺酸)		天酰	Asn	5.41
谷氨酰胺 （α－氨基戊酰胺酸)		谷酰	Gln	5.65
天門冬酰氨酸 (α－氨基丁二酸)		天	Asp	2.77
谷氨酸 (α－氨基戊二酸)		谷	Glu	3.22
賴氨酸* （α，ω－二氨基已酸)		賴	Lys	9.74

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　繼表

氨  基  酸	構(gòu) 造 式	代號(hào)	常用符號(hào)	pI
組氨酸 [α－氨基－β－（4－咪唑基)丙酸]		組	His	7.59
精氨酸 （α－氨基－δ－胍基戊酸)		精	Arg	10.76

 

二、氨基酸的性質(zhì)

（一)物理性質(zhì)

α－氨基酸都是無色晶體，熔點(diǎn)一般都較高（常在230～300℃之間)。α－氨基酸都能溶于酸性或堿性溶液中，但難溶于乙醚等有機(jī)溶劑。在純水中各種氨基酸的溶解度差異較大，加乙醇能使許多氨基酸從水中沉淀析出。

（二)化學(xué)性質(zhì)

氨基酸分子內(nèi)既含有氨基又含有羧基，因此它們具有氨基和羧基的典型性質(zhì)。但是，由于兩種官能團(tuán)在分子內(nèi)的相互影響，又具有一些特殊的性質(zhì)。

1．兩性

氨基酸分子中既有堿性基團(tuán)（－NH₂)又有酸性基團(tuán)（－COOH)，與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿都能作用生成鹽，因此氨基酸為兩性化合物。

 

同時(shí)，在同一分子內(nèi)，氨基和羧基也可作用生成鹽，這種鹽叫內(nèi)鹽。

 內(nèi)鹽（兩性離子或偶極離子)

氨基酸在純水溶液及固態(tài)時(shí)都以內(nèi)鹽的形式存在。在一般情況下，氨基酸中羧基的離解程度和氨基的離解程度并不相等，因此純凈氨基酸的水溶液并不一定是中性。在中性氨基酸溶液中，由于羧基的離解程度稍大于氨基的離解程度，故它的水溶液的pH值一般略小于7。酸性氨基酸水溶液的pH值小于7；堿性氨基酸水溶液的pH值則大于7。但須注意，無論是何種α－氨基酸，其水溶液中兩性離子都占絕對(duì)多數(shù)。

2．等電點(diǎn)

若將氨基酸的水溶液酸化，則兩性離子與H^＋結(jié)合而成陽離子；若加堿于氨基酸的水溶液中，則兩性離子中氨基上的一個(gè)氫離子與OH^－結(jié)合成水，而兩性離子變成陰離子。

 

   陰離子　兩性離子 　  陽離子

若將氨基酸水溶液的酸堿度加以適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使羧基與氨基的離解程度相等，也就是氨基酸帶有的正、負(fù)電荷數(shù)目恰好相同，此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，以pI表示。由于各種氨基酸分子中所含基團(tuán)不同，所以每一個(gè)氨基酸中氨基和羧基的離解程度各異，因此不同的氨基酸等電點(diǎn)亦不同（表18－２)。中性氨基酸的等電點(diǎn)一般在5.0～6.5之間；酸性氨基酸為2.7～3.2，堿性氨基酸為9.5～10.7。

如果在不同pH值的氨基酸溶液中通以直流電，當(dāng)pH＞pI（到一定程度)時(shí)，由于氨基酸主要以陰離子存在，它們就向陽極移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電泳；若pH＜pI（到一定程度)時(shí)，因氨基酸主要以陽離子存在，則它們就向陰極移動(dòng)；如果pH＝pI，則不發(fā)生電泳，因?yàn)檫@時(shí)的氨基酸主要以兩性離子存在，其凈電荷為零，故在電場(chǎng)中不會(huì)向任何一極移動(dòng)。所以，電泳是可以用來分離或鑒定氨基酸、蛋白質(zhì)等混合物的一種技術(shù)，也可作為醫(yī)學(xué)診斷的手段。

3．脫水生成肽

兩分子α－氨基酸（相同或不同)可由一個(gè)分子中的羧基和另一個(gè)分子中的氨基脫去一分子水，縮合成為一個(gè)簡單的肽，即二肽。

肽鍵

 

二肽

 

二肽分子中含有的酰胺鍵“ ”叫做肽鍵。二肽分子中的末端仍含有自由的氨

基和羧基，因此還可以繼續(xù)與氨基酸縮合成為三肽、四肽以至多肽。

 

多肽類物質(zhì)廣泛存在于自然界中，它們?cè)谏�物體中起著各種不同的作用。例如，存在于大部分細(xì)胞中的谷胱甘肽（三肽)，參與細(xì)胞的氧化還原過程。

4．脫羧作用

某些氨基酸在一定條件下，可脫去羧基，生成相應(yīng)的胺。

 

脫羧反應(yīng)是人體內(nèi)氨基酸代謝的形式之一，例如在腸道細(xì)菌作用下，組氨酸可脫羧生成組胺。

組氨酸　　　 組胺

脫羧反應(yīng)也可在蛋白質(zhì)腐敗時(shí)發(fā)生。例如在某些細(xì)菌作用下，蛋白質(zhì)中的賴氨酸可變成毒性很強(qiáng)的尸胺（戊二胺)。

 

 賴氨酸　尸胺

5．與亞硝酸的反應(yīng)

氨基酸中的氨基具有伯胺的性質(zhì)，與亞硝酸作用時(shí)生成羥基酸，同時(shí)定量的放出氮?dú)狻?/p>

通過計(jì)量放出氮?dú)獾捏w積，就能計(jì)算出混合氨基酸的總含量或蛋白質(zhì)分子中氨基的含量。

6．與茚三酮的顯色反應(yīng)

α－氨基酸與茚三酮的水合物在水溶液中加熱時(shí)，生成藍(lán)紫色或紫色化合物，同時(shí)產(chǎn)生醛、二氧化碳和氨。這個(gè)反應(yīng)非常靈敏，是鑒定氨基酸最迅速、最簡便的方法，常用于α－氨基酸的比色測(cè)定或紙色譜、薄層色譜時(shí)的顯色。多肽和蛋白質(zhì)也有此顯色反應(yīng)。

水合茚三酮還原茚三酮

 

   藍(lán)紫色化合物

習(xí)  題

1．命名下列各化合物，并指明哪一種屬于伯胺、仲胺、叔胺、季銨鹽、季銨堿。

（1)CH₃CH₂NH₂（2)CH₃NHC₂H₅（3)（C₂H_­5)₃  N

（4) （5) （6)（C₂H₅)₄  N^＋OH^－

（7)CH₃ N^＋（C₂H₅)₃  I^－   （8)C₆H₅NH_３^＋Br^－

2．寫出下列化合物的構(gòu)造式。

（1)鄰苯二胺 （2)二丙胺 （3)甲乙丙胺

（4)N－甲基－N－乙基丙酰胺  （5)間甲基苯胺

（6)尿素  （7)N，N－二甲基苯胺

3．將下列化合物按其堿性由強(qiáng)到弱排列成序。

乙胺，乙酰胺，苯胺，氨，二甲胺，氫氧化四甲銨

4．用化學(xué)方法鑒別下列各組化合物。

（1)

（2)

（3)

5．某化合物A，分子式為C₄H₁₁N，當(dāng)A與亞硝酸作用時(shí)，生成含四個(gè)碳原子的醇。氧化此醇則生成可發(fā)生鹵仿反應(yīng)的某酮。若將該酮用強(qiáng)氧化劑氧化時(shí)則生成乙酸。試推斷出化合物A的構(gòu)造式，并用化學(xué)反應(yīng)式表示推斷過程。

6．用化學(xué)反應(yīng)式表示出下列的轉(zhuǎn)變。

（1)鄰甲苯胺鄰甲基苯甲酸

（2)甲苯間甲苯酚

 

（3)

7．寫出尿素的構(gòu)造式，并用反應(yīng)式表示它的水解反應(yīng)及生成縮二脲的反應(yīng)。

8．組成蛋白質(zhì)的氨基酸有哪些？根據(jù)什么把這些進(jìn)行分類，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有何共同特點(diǎn)？

9．丙氨酸的pI＝6.02，試用構(gòu)造式分別寫出丙氨酸在下列水溶液中各以什么離子形式存在。

（1)在pH＝6.02的溶液中

（2)在pH＝3.0的溶液中

（3)在pH＝9.0的溶液中