Азотсодержащие органические соединения

1. Азотсодержащие органические соединения

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ

2. классификация

• КЛАССИФИКАЦИЯ
в эту группу соединений объединяют несколько классов:
•Амины
•Амиды
•Имиды
•Азосоединения
•Диазосоединения.
•Аминокислоты
•Нитросоединения
•Нитрозосоединения

3. амины

АМИНЫ
Амины могут быть рассмотрены как производные
аммиака.
H
.. N
H
H
Аминами называют органические соединения,
которые получают замещением атомов водорода в
аммиаке углеводородными радикалами.

4. Классификации

o КЛАССИФИКАЦИИ
• В зависимости от количества атомов водорода в
молекуле аммиака замещенных углеводородными
радикалами амины делят на:
Первичные
H
Третичные
H
H
.. N
Вторичные
R'
.. N
R"
R'"
R'
.. N
R"
R'

5.

• По типу радикалов амины делят на:
Предельные;
Непредельные;
Ароматические.
• По количеству аминогрупп амины делят на:
Моноамины;
Диамины;
Полиамины.

6. номенклатура

o НОМЕНКЛАТУРА
• Универсальная.
Название амина строят из двух слов: названия
углеводородных радикалов по радикальной номенклатуре и
слова «амин».
• Рациональная.
Употребляется для построения названий только первичных
аминов. В основе лежит название углеводорода и приставка
«амино-» перед которой цифрой указывают положение
аминогруппы. Иногда вместо приставки используют
суффикс «амин».

7.

Первичные амины
H3C
H3C
H3C
Метиламин
Аминометан
Металомин
NH2
CH2
CH2
H3C
Этиламин
Аминоэтан
NH2
CH2
CH
Пропиламин
1-аминопропан
NH2
Изопропиламин
2-аминопропан
Пропиламин-2
Втор.пропиламин
CH3
NH2
H3C
CH2
CH2
CH2
NH2
Бутиламин
1-аминобутан

8.

H3C
CH
CH2
CH3
CH2
NH2
NH2
H3C
CH
CH3
CH3
H3C
C
Втор.бутиламин
2-аминобутан
Изобутиламин
2-метил-1-аминопропан
аминоизобутан
Трет.бутиламин
2-метил-2-аминопропан
2-метилпропиламин-2
NH2
CH3
Вторичные амины
H3C
H3C
NH
NH
Диметиламин
CH3
CH2
CH3
Метилэтиламин

9.

Третичные амины
H3C
H3C
H3C
CH3
N
Триметиламин
CH3
N
CH2
CH2
CH3
Диметилэтиламин
CH3
N
CH2
CH3
CH3
Метилдиэтиламин

10. изомерия

o ИЗОМЕРИЯ
• Положения аминогрупп
• Структурная (углеродного скелета)
• Метамерия
H3C
CH2
CH2
NH2
H3C
CH2
NH
CH3
H3C
N
CH3
CH3

11. Физические свойства

o ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Метиламин, диметиламин, триметиламин представляют
собой газы. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие
амины – твердые вещества.
Амины обладают неприятным запахом «селедочного
рассола», который у низших выражен ярче, а у высших –
слабее (или отсутствует).
Низшие амины (первые представители) довольно
хорошо растворимы в воде (подобно аммиаку), их растворы
имеют основную реакцию среды.

12. Способы получения

o СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
• В 1850 году немецкий ученый Гофман впервые получил
амин в результате химической реакции взаимодействия
галогенпроизводного углеводорода с избытком аммиака
H3CCl + 2 NH3
H3C
NH2 + NH4Cl
Избыток аммиака нужен для получения чистого амина. При недостатке
аммиака всегда образуется смесь.

13.

H3C
H3C
H3C
NH2 + H3CCl
NH + H3CCl
NH3
изб.
NH3
изб.
H3C
H3C
H3C
H3C
N
NH + NH4Cl
CH 3 + NH4Cl

14.

• Наиболее биологически активными являются первичные
амины. Их получили разложением амидов кислот
(перегруппировка Гофмана).
H3C
CH2 C
Амид пропионовой
кислоты
O
+ NaOBr
NH2
H3C CH2 NH2 + CO2 + NaBr
NaOH + Br 2
Этот способ широко используется в лабораторной практике.

15.

• В промышленности первичные амины получают
восстановлением нитросоединений и нитрилов кислот.
H3C
CH2 NO2 + 3 H2
нитроэтан
H3C
CH2 C
H3C CH2 NH2 + 2 H2O
этиламин
N + 2 H2
Нитрил пропионовой кислоты
H3C
CH2 CH2 NH2
пропиламин

16.

• Алкилирование спиртов
R OH + NH3
2R
R
R NH2 + H2O
OH + NH 3
OH + H 2 N
3R OH + NH3
R
R
NH
R
R + 2 H2O
NH
R + H2O
R
N R + H2O
R

17.

Циклические амины получают аналогично.
HO
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH + NH3
N
H
NH3 +
N
O

18.

Очень активными алкилирующими агентами являются эпоксиды
O
+ NH3
HO CH2 CH2 NH2
моноэтаноламин
R NH2 + O
R
R
NH CH2 CH2 OH + O
NH CH2 CH2 OH
CH2 CH2 OH
R N
CH2 CH2 OH

19. Химические свойства

oХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
• Взаимодействие с водой.
H3C NH2 + H2O
+
H3C NH3 OHГидроксид метиламмония

20.

• Взаимодействие с кислотами.
• С соляной
H3C NH2 + HCl
+
H3C NH3 Cl Хлорид метиламмония

21.

• С серной (разбавленной)
H3C NH2 + H2SO4
H3C
+
2
NH3 2SO4
сульфат метиламмония
-

22.

• Взаимодействие с азотистой кислотой
• При взаимодействии первичных аминов с азотистой кислотой
образуются первичные спирты.
H3C
NH2 + HO N
O
H3C
OH + N2+ H2O

23.

• Вторичные амины при взаимодействии с азотистой кислотой образуют
нитрозамины (окрашенные соединения желто-оранжевого цвета).
H3C
NH + HO N
H3C
O
H3C
H3C
N
N
O + H2O
диметилнитрозоамин

24.

• Ацилирование.
• Взаимодействие с карбоновыми кислотами.
O
H3C NH2 +
C
HO
CH 3
O
C
H3C NH
CH 3
Метиламид уксусной
кислоты
+ H2O

25.

• Взаимодействие с галогенангидридами карбоновых кислот.
O
H3C NH2 +
C
Cl
CH 3
O
C
H3C NH
CH 3
+ HCl

26.

• Взаимодействие с ангидридами карбоновых кислот.
O
H3C NH2 + O
O
C
CH 3
C CH 3
O
C
H3C NH
CH 3
+ H3C
O
C
OH

27.

• Горение.
4 H3C NH2 + 9O2
4 CO2+10 H2O + 2 N2

28.

• Окисление.
протекает трудно, а результат зависит от структуры.
• Окисление первичных аминов приводит к образованию
нитросоединений.
H3C NH2
[O]
H3C NO2

29.

• Окисление вторичных аминов приводит к образованию
диалкилгидроксиламинов.
H3C
H3C
NH
[O]
H3C
N
H3C
OH
диметилгидроксиламин

30.

• Окисление третичных аминов приводит к образованию азоокисей.
H3C
N
H3C
CH 3
[O]
H3C
N O
H3C
CH 3

31. Ароматические амины

АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫ

32.

Это соединения, в молекулах которых аминогруппа связана с
бензольным кольцом.
Простейшим представителем и родоначальником анилиновых
красителей является
NH2
анилин
фениламин
аминобензол
бензоламин

33.

Впервые это соединение было получено восстановлением
нитробензола в 1844 году Зининым И.И.
NO2
+ 3 H2
NH2
+ 2H2O

34. Физические свойства

oФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Анилин – бесцветная, быстро
буреющая на воздухе, жидкость.
Плохо растворяется в воде.

35. Химические свойства

oХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
обусловлены как аминогруппой, так и
бензольным кольцом. Аминогруппа –
заместитель электроннодонорный и свойства
анилина обусловленные бензольным
кольцом следующие:

36.

• Нитрование.
NH2
+2 HO
N
NH2
O
O
O
O
+
+ 3HO
N
п-нитроанилин
O
O
O
O
N
N
O
NH2
NH2
O
O
N
о-нитроанилин
N
NH2
N
O
O
O

37.

• Сульфирование.
NH2
NH2
+ H2SO4
H O3S
+ H2O

38.

• взаимодействие со спиртами –специфические
химические свойства аминогруппы, обусловленные
непосредственным контактом с бензольным кольцом.
NH2
+ 2 H3C OH
N
CH 3
CH 3
+ 2 H2O
диметиланилин

39. амиды

АМИДЫ

40.

Амидами называют соединения в состав
молекул которых входит следующая
функциональная группа
C
O
NH2

41.

Простейшим представителем является
амиды угольной кислоты.
HO
C
O
NH2
карбаминовая кислота
H2N
C
мочевина
O
NH2

42. мочевина

МОЧЕВИНА
является полным амидом угольной кислоты. Широко
распространена в природе. Является конечным
продуктом белкового обмена.
При обычных условиях мочевина – твердое
кристаллическое
вещество,
плавящееся
при
температуре 133 С. Хорошо растворима в полярных и
абсолютно
нерастворима
в
неполярных
растворителях.
Обладает слабыми основными свойствами, но
они выражены слабее, чем у аминов, из-за
карбонильной группы.

43.

В водном растворе мочевина существует в
виде двух таутомеров.
H2N
C
O
амидная форма
NH2
H2N C
HO
NH
имидная форма

44. ПОЛУЧЕНИЕ МОЧЕВИНЫ

В промышленности мочевину получают следующими
способами:
• Взаимодействием полного галогенангидрида
угольной кислоты с аммиаком
O
C
Cl
Cl + 2 NH3
H2N
C
O
+ 2 HCl
NH2

45.

• Взаимодействием аммиака с углекислым газом.
CO2 + 2 NH3
O
H2N C
O NH4
карбомат аммония
H2N
C
O
NH2

46. Химические свойства мочевины

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЧЕВИНЫ
• Гидролиз мочевины
H2N
C
O
+ 2 H2O
NH2
HO
C
O
+ 2NH3
OH
CO2+ H2O
В кислой и щелочной средах реакция идет быстрее

47.

• Взаимодействие мочевины с минепальными
кислотами
• азотной
H2N
C
O
+ HO
NH2
N
O
O
H2N
C
O
+
NH3
азотнокислая мочевина
или
нитрат мочевины
NO-3

48.

• щавелевой
H2N
C
O
+
O
NH2 HO
C
C
O
OH
H2N
C
O
+
NH3
C2O42
2
аксалат мочевины
щавелевокислая мочевина

49.

• Взаимодействие с гипобромитом натрия. Реакция
Бородина.
H2N
C
O
+ 3 NaOBr
NH2
N2+ CO2+H2O + NaBr

50.

• Взаимодействие с формалином
H2N
H2N
O
C
C
O
O
+
C H
NH2 H
N
CH2 + H
C
H2N
C
O
N
монометиленмочевина
O
H
H2C N
C
O
+ H2O
CH2
N
диметиленмочевина
CH2 + H2O

51.

За счет разрыва двойных связей
диметиленмочевина подвергается полимеризации с
образованием мочевино-формальдегидных смол.

52.

• Нагревание сухой мочевины
H2N
NH2 H2N
NH2
C
+
C
O
O
H2N
NH
NH2
C
C
O
O
биурет

53.

Биурет является простейшим органическим соединением с
пептидной связью.
Пептидная связь является основной связью всех природных
белковых тел.
Реакция биурета с гидроксидом меди(II) является
качественной реакцией на белки.
2
H2N
O
C
NH
C
O
H
O
HN
C O
HN
+ Cu(OH)2
NH
HN
C
NH2
Cu
H
O C
NH
O C
NH
+ 2 H2O

54.

Образование уреидов кислот
H3C
C
H3C
O H2N
+
Cl
O
C
O
NH
O
C
C
уреид уксусной кислоты
NH2
+ HCl
NH2

55. аминокислоты

АМИНОКИСЛОТЫ

56.

Аминокислотами называют
такие производные карбоновых
кислот, которые можно
получить замещением одного
или нескольких атомов
водорода в радикале кислоты
аминогруппами.

57. классификации

o КЛАССИФИКАЦИИ
• В зависимости от количества
карбоксильных групп:
• Одноосновные
• Двухосновные
• Многоосновные

58.

• В зависимости от количества
аминогрупп:
• Моно-аминокислоты
• Ди-аминокислоты
• Три-аминокислоты
• В зависимости от строения радикала:
• С открытой цепью
• Циклические

59. номенклатура

o НОМЕНКЛАТУРА
• УНИВЕРСАЛЬНАЯ: правила построения названий
такие же как для карбоновых кислот только с
указанием в префиксе наличия, количества и
положения аминогрупп.
• РАЦИОНАЛЬНАЯ: положение аминогрупп
указывается буквами греческого алфавита + слово
«амино» + название карбоновой кислоты по
рациональной номенклатуре.

60. изомерия

o ИЗОМЕРИЯ
• Изомерия положения аминогруппы относительно
карбоксильной группы. Различают α-, β-, γ-, δ-, ε- и
т.д.
• Структурная изомерия
• Оптическая изомерия

61. получение

o ПОЛУЧЕНИЕ
• Из галогенпроизводных карбоновых кислот
H3C CH
Cl
C
O
+ 2 NH3
OH
H3C CH
NH2
O
C
OH

62.

• Из альдегидов и кетонов (реакция Зелинского)
H3C C
O
+ H4N C
H
N
H3C CH
C
H3C CH NH2
C
N
+ 3 H2O
ONH4
- H2O
N
H3C CH
NH2
C
O
OH
+NH4OH

63.

• Из непредельных карбоновых кислот
H2 C
CH C
O
+ NH3
OH
H2 C CH2 C
H2N
O
OH

64. Физические свойства

o ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Аминокислоты – бесцветные кристаллические
вещества, обладающие высокими показателями
температуры плавления. Не летучи. Плавятся с
разложением. Хорошо растворяются в воде и плохо
растворяются в органических растворителях.
Обладают оптической активностью.

65. моноаминокислоты

МОНОАМИНОКИСЛОТЫ

66. Гомологический ряд

ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД
H2N
CH 2
H3C
O
OH
C
α-аланин
β-аланин
C
O
OH
3-аминопропановая
β-аминопропионовая
CH
C
O
OH
2-аминобутановая
α-аминомасляная
CH
O 3-аминоOH бутановая
β-аминомасляная
O 4-аминоOH бутановая
γ-аминомасляная
CH 2
C
H3C
H2N
α-аминопропионовая
NH2
H3C
CH 2
2-аминопропановая
CH 2
H2N
H2N
глицин
C
NH2
CH 2
α-аминоуксусная
O
OH
CH
CH 2
2-аминоэтановая
(CH 2 )2
C

67. Химические свойства

o ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
• РЕАКЦИИ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ
• Взаимодействие с гидроксидами
• щелочными
H2N
CH 2
C
O
+ KOH
OH
H2N
CH 2
C
O
+ H2O
OK

68.

• D-элементов
H2N
CH 2
C
H2 C
NH2
C
O
O
O
+ Cu(OH)2
OH
O
2+
Cu
O
H2N
C
CH 2

69.

• Декарбоксилирование
H2N
CH 2
C
O
OH
t
H2N
CH 3+ CO2

70.

• СВОЙСТВА АМИНОГРУППЫ
• Взаимодействие с азотистой кислотой
H2N
CH 2
C
+ HO
O
+ HNO2
OH
CH 2
C
N 2+ H2O
O
OH

71.

• Взаимодействие с формалином
H3C
CH
C
O
+H
OH
C
O
H
NH2
H3C
CH
N
C
CH 2
O
+ H2O
OH

72.

• СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ
• Отношение к нагреванию
• α-аминокислоты
• В отсутствии минеральных кислот
H2N
CH 2 C
H2N
O
+ H2N
OH
CH 2
C
CH 2
O
NH
C
CH 2
O
OH
C
O
+ H2O
OH

73.

• В присутствии минеральных кислот
H2 C
H2N
HO
O
+
O
OH
NH2
C
CH 2
C
H2 C
H2SO4
C
NH
HN
O
O
C
CH 2
дикетопиперазин
глицина

74.

• β-кислоты
H2N
CH 2
CH 2
H2 C
C
CH
O
OH
C
O
+ NH3
OH

75.

• γ-кислоты
H2C
CH 2
H2 C
NH2
C
O
OH
H2 C
CH 2
H2 C
C
NH
O
Лактам γ-аминомасляной кислоты

76. Двухосновные аминокислоты

ДВУХОСНОВНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ

77.

представители
O
HO
C
CH 2
Аминоянтарная
аспарагиновая
CH
C
O
OH
NH2
O
HO
C
CH 2
CH 2
α-аминоглутаровая
глутаминовая
CH
NH2
C
O
OH

78.

Двухосновные аминокислоты способны образовывать
внутренние соли. Обе встречаются среди продуктов гидролиза
белковых тел.
Аспарагиновая кислота в свободном виде встречается
в животных и растительных организмах. Играет важную роль в
азотистом обмене. Образует амид – аспаргин.
Глутаминовая кислота используется при лечении
психических расстройств. Образует амид – глутамин.

79. диаминокислоты

ДИАМИНОКИСЛОТЫ

80.

• представители
CH 2
CH 2
CH 2
CH
H2N
C
O
OH
NH2
α,δ-диаминовалериановая кислота
орнитин
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
H2N
α,ε-диаминокапронова кислота
лизин
CH
NH2
C
O
OH

81. Химические свойства

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
• Взаимодействие с водой (в водных растворах pH>7)

82.

• Декарбоксилирование
CH 2
H2N
CH 2
CH 2
орнитин
CH 2
H2N
CH
C
O
OH
NH2
CH 2
CH 2
нутрисцин
CH 2 + CO
2
NH2
CH 2
H2N
CH 2
CH 2
CH 2
H2N
C
O
OH
NH2
лизин
CH 2
CH
CH 2
CH 2
кадоверин
CH 2
CH 2 + CO
2
NH2

83.

α-аминокислоты участвуют в синтезе белка.
В состав белковых тел входят и такие аминокислоты,
которые кроме аминогрупп содержат и другие функциональные
группы.
По своей значимости для организма все аминокислоты
делятся на:
Заменимые (синтезируются в организме)
Не заменимые (запас пополняется только с пищей)

84.

Название
Формула
H2N
CH 2
H2N
CH
C
C
O
OH
O
OH
CH 3
H3C
CH
CH
C
O
OH
CH 3 NH2
H3C
CH
CH 2
CH 3
H3C
CH
C
O
OH
По номенклатуре
тривиальное
Усл. Об.
α-аминоуксусная
Глицин
гли
α-аминопропионовая
Аланин
Ала
α-аминоизовалериановая
Валин
вал
α-аминоизокапроновая
Лейцин
лей
Втор.бутил –αаминоуксусная
Изолейцин
иле
NH2
CH 2 CH
CH 3
CH
NH2
C
O
OH

85.

α-аминоянтарная
O
C
HO
CH
CH2 C
NH 2
O
HO
C
O
NH2
C
CH2 CH2 C
O
NH 2
CH 2
O
OH
CH
NH2
O
C
HO
CH
NH 2
CH 2
H2N
CH 2
CH
NH2
C
асп
аспарагин
O
OH
CH 2 CH 2
Аспарагиновая
кислота
α-аминоглутаровая
Глутаминовая
кислота
глу
глутамин
α,δдиаминовалери
ановая
орнитин
орн

86.

CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
H2N
H2 C
NH2
CH 2
HO
CH
C
O
OH
C
CH 2
CH
O
OH
α,εдиаминокап
роновая
кислота
лизин
лиз
АРГ
C
O
OH
α-амино-βокипропионо
вая
серин
сер
C
O
OH
α-аминоβоксимаслян
ая
треонин
тре
β-тио-αаминопропио
новая
цистеин
цис
NH
NH 2
CH
NH2
H3C
C
α-амино-δгуанидовале аргинин
риановая
NH 2
H2 C
HN
CH
CH
NH2
HO
O
H2 C CH C
OH
HS NH2

87.

H2 C
H2N
H2 C
S
CH
S
S
C
CH 2
CH
O
OH
O
OH
CH
CH 3
NH2
CH
C
C
O
OH
α-амино-γметионин
метилтиомас
ляная
α-амино-βфенилпропи
оновая
кислота
O
OH
NH2
HO
цистин
цин
NH2
CH 2 CH 2
CH 2
C
CH 2
CH
NH2
C
O
OH
β-поксифенил-αаминопропан
овая
мет
Фенилалани
н
тирозин
фен
тир

88.

O
C
HO
CH
CH2 C
NH2
HC
N
β-имидозолил αаланин
гистидин
гис
β-индолил-αаланин
триптофан
три
CH
NH
O
C
HO
CH
CH
CH2 C
NH 2
H2C
H2C
HC
C
CH
CH
C
NH CH
CH2
CH
O
NH C
OH
пролин
про

89. белки

БЕЛКИ
Белками, или белковыми веществами, называют
высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых построены
из остатков α-аминокислот, связанных между собой пептидными связями.
Количество последних может колебаться очень сильно и достигать иногда
нескольких тысяч.
Структура белков очень сложная. Отдельные пептидные цепи или их
участки могут быть связаны между собой дисульфидными , солевыми или
водородными связями.
Солевые связи образуются между свободными аминогруппами (например,
концевая аминогруппа, расположенная на одном конце полипептидной цепи
или ε-аминогруппа лизина) и свободными карбоксильными группами
(концевая карбоксильная группа цепи или свободные карбоксильные группы
двухосновных аминокислот);
Водородные связи могут возникать между атомом кислорода карбонильной
группы и атомом водорода аминогруппы, а также за счет гидроксогрупп
оксиаминокислот и кислорода пептидных групп.

90. белки

БЕЛКИ
Различают первичную, вторичную, третичную и
четвертичную структуры белковых молекул.
Все белки, независимо от того к какой группе они
относятся и какие функции выполняют, построены из
относительно небольшого набора (обычно 20) аминокислот,
которые расположены в различной, но всегда строго
определенной для данного вида белка последовательности.
Белки подразделяют на протеины и протеиды.
Пртеины – простые белки, состоящие только из остатков
аминокислот.
Альбумины – обладают сравнительно небольшой
молекулярной массой, хорошо растворимы в воде, при
нагревании свертываются.

91. белки

БЕЛКИ
Глобулины – не растворимы в чистой воде, но
растворимы в теплом 10%-ном растворе NaCl.
Проламины – незначительно растворимы в воде, но
растворимы в 60÷80%-ном водном этиловом спирте.
Глютелины – растворимы только в 0,2%-ной щелочи.
Протамины – совершенно не содержат серы.
Пртеиноиды – нерастворимые белки.
Фосфопротеины – содержат фосфорную кислоту
(козеин).

92. белки

БЕЛКИ
Пртеиды – сложные белки, в состав которых наряду с
аминокислотами входят углеводы, липиды, гетероциклические
соединения, нуклеиновые кислоты, фосфорная кислота.
Липопротеиды – гидролизуются на простой белок и липиды.
(зерна хлорофила, протоплазма клеток).
Гликопротеиды – гидролизуются на простые белки и
высокомолекулярные углеводы. (слизистые выделения
животных).
Хромопротеиды – гидролизуются на простые белки и
красящие вещества (гемоглобин)
Нуклеопротеиды – гидролизуются на простые белки (обычно
протамины) и нуклеиновые кислоты