有机含氮化合物：胺、酰胺、氨基酸与蛋白质

Q: 胺的碱性强弱顺序是什么？

脂肪伯胺 氨 芳香伯胺。烷基具有给电子效应，提高氮原子孤对电子的可获得性。芳基会将氮原子的孤对电子离域到苯环中，降低其可获得性。

Q: 如何区分加聚聚合物和缩聚聚合物？

加聚聚合物由烯烃单体生成，所有单体原子都保留在重复单元中。缩聚聚合物由双官能团单体生成，聚合过程中会消除小分子（例如、HCl）。

Q: 什么是两性离子？

两性离子是同时带有正电和负电官能团、整体呈电中性的偶极离子。氨基酸在其等电点时会形成带有和基团的两性离子。

Edexcel 国际A-Level 化学· Unit 5 (WCH15) 考纲 19.1–19.12· 45 分钟阅读

1. 胺的结构、命名与碱性★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

伯胺

氮原子以共价键连接1个烷基/芳基和2个氢原子的有机化合物，通式为 $R N H_{2}$

根据连接在氮原子上的烷基/芳基数量，胺可分为伯胺、仲胺和叔胺三类。IUPAC命名法将母体链后缀定为-胺，取代基从靠近胺基的位置开始编号。芳香胺的氮原子直接与苯环相连，例如苯胺（ $C_{6} H_{5} N H_{2}$ ）。

胺的碱性取决于氮原子上孤对电子接受酸提供的质子的可获得性：脂肪伯胺的烷基具有给电子效应，提高了孤对电子的可获得性，因此碱性比氨强；而芳香伯胺的氮原子孤对电子会离域到苯环中，因此碱性比氨弱。

📐 例题

将下列化合物按碱性由弱到强排序：氨、丁胺、苯胺，并解释你的结论。

1
第一步：分类各化合物：丁胺属于脂肪伯胺，苯胺属于芳香伯胺。
2
应用碱性变化趋势：芳香胺 < 氨 < 脂肪胺。
3
最终顺序：苯胺 < 氨 < 丁胺。解释：丁胺的烷基提高了氮原子孤对电子的可获得性，苯胺离域的氮孤对电子降低了其可获得性。

Exam tip:

作答时必须将碱性直接与氮原子孤对电子的可获得性关联，不能只陈述趋势不给出推理，否则无法拿到满分。

2. 胺的反应与制备★★★☆☆⏱ 12 min

与水反应：生成弱碱性溶液，例如 $C H_{3} C H_{2} C H_{2} C H_{2} N H_{2} + H_{2} O ⇌ C H_{3} C H_{2} C H_{2} C H_{2} N H_{3}^{+} + O H^{-}$
与酸反应：生成离子型铵盐，例如丁胺 + HCl → 丁基氯化铵
与卤代烷反应：通过亲核取代反应生成仲胺/叔胺
与乙酰氯反应：消除HCl生成酰胺
与 $C u^{2 +}$ 离子反应：生成深蓝色配离子，性质与氨类似

胺的关键制备方法：脂肪伯胺可通过将卤代烷与过量氨在乙醇中加热反应制得，也可使用 $L i A l H_{4}$ 在无水乙醚中还原腈制得。芳香伯胺可通过锡和浓盐酸还原硝基化合物，之后用NaOH中和释放出游离胺制得。

📐 例题

写出由硝基苯制备苯胺所需的试剂与反应条件。

1
第一步试剂：金属锡（Sn）和浓盐酸，加热回流。
2
第二步试剂：过量氢氧化钠溶液，中和中间产物苯胺盐，释放出游离苯胺。

Exam tip:

不要忘记芳香胺制备的中和步骤，这是常见的得分点。所有胺的反应都不要求写出完整的反应机理。

3. 偶氮染料、酰胺与聚合物合成★★★☆☆⏱ 10 min

📘 定义

重氮化反应

芳香伯胺与亚硝酸（由NaNO₂和稀HCl原位生成）在低于5°C的条件下反应，生成稳定的苯重氮离子盐的反应。

苯重氮离子可以在碱性条件下与酚类发生偶联反应，生成颜色鲜艳的偶氮染料，广泛用于纺织和食品着色。酰胺可由酰氯与胺反应生成，反应过程中消除HCl副产物。

加聚聚合物：由烯烃单体生成，无副产物，例如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇
缩聚聚合物：由双官能团单体生成，消除 $H_{2} O$ 或HCl等小分子，例如尼龙、蛋白质

📐 例题

画出由1,6-己二胺和己二酸生成的尼龙-6,6的重复单元。

1
每个酰胺键由胺基和羧基之间消除1分子 $H_{2} O$ 形成。
2
$-NH-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-$
3
在重复单元两端添加延伸键，并在括号外标注字母n表示多个重复单元。

Exam tip:

聚乙烯醇可溶于水，原因是其含有的羟基可以与水分子形成氢键，因此非常适合制作可溶的医用洗衣袋。

4. 氨基酸、两性离子与蛋白质★★☆☆☆⏱ 8 min

📘 定义

两性离子

同时带有正电铵基（ $- N H_{3}^{+}$ ）和负电羧酸根（ $- C O O^{-}$ ）、整体呈电中性的偶极离子，由氨基酸在其等电点时形成。

氨基酸的通式为 $H_{2} N - C H (R) - C O O H$ ，其中R为可变侧链。所有天然氨基酸（甘氨酸除外）的中心碳原子都是手性碳，因此可以使平面偏振光的偏振面发生旋转。氨基酸具有两性：羧基可以给出质子，胺基可以接受质子。

肽键（ $- C O N H -$ ）由两个氨基酸通过缩合反应形成，反应过程中消除1分子水。由肽键连接的长链氨基酸称为多肽，当多肽具备功能性生物结构时就称为蛋白质。

📐 例题

画出丙氨酸（R = $C H_{3}$ ）的两性离子结构。

1
胺基接受一个质子变为 $- N H_{3}^{+}$ 。
2
羧基给出一个质子变为 $- C O O^{-}$ 。
3
$H_3N^+-CH(CH_3)-COO^-$
4
确认离子的总电荷为零。

Exam tip:

绘制两性离子时，必须标出氮原子和氧原子上的完整电荷，遗漏电荷会导致失分。

5. 有机含氮化合物的鉴别实验★★★★☆⏱ 5 min

胺：可使湿润的红色石蕊试纸变蓝（呈碱性），与 $C u^{2 +}$ 离子形成深蓝色配合物
酰胺：与热NaOH溶液共热水解释放氨气，可使湿润的红色石蕊试纸变蓝
氨基酸：熔点高，因形成两性离子而可溶于水

✓ 快速检测

室温下可以用哪种方法区分丁胺和丁酰胺？
- 加入稀盐酸
- 用湿润的红色石蕊试纸检测
- 与NaOH共热并检测生成的气体
显示答案
1 —
丁胺呈碱性，可以立刻使湿润的红色石蕊试纸变蓝，而丁酰胺呈中性，室温下无变化。

Exam tip:

考试中可以使用给出的红外光谱数据鉴别酰胺键（~1650 cm⁻¹处强吸收）和胺基（~3300-3500 cm⁻¹处宽吸收）。

6. 常见陷阱

错误做法:

认为芳香胺的碱性比氨强

原因:

忽略了氮原子的孤对电子会离域到苯环中，降低其接受质子的能力

正确做法:

将碱性与氮原子孤对电子的可获得性关联，将芳香胺排在碱性顺序中氨的下方

错误做法:

绘制两性离子时画出不带电的 $- N H_{2}$ 和 $- C O O H$ 基团

原因:

两性离子要求胺基质子化、羧基去质子化，才能形成电中性的偶极结构

正确做法:

绘制两性离子时必须画出带有 $- N H_{3}^{+}$ 和 $- C O O^{-}$ 基团的结构，标出完整电荷

错误做法:

在缩聚聚合物的重复单元中包含 $H_{2} O$ 或HCl

原因:

小分子在缩聚过程中被消除，不属于聚合物链的一部分

正确做法:

重复单元中只保留聚合物链上剩余的原子，两端添加延伸键并标注n符号

错误做法:

忘记重氮化反应需要保持在5°C以下

原因:

苯重氮离子在5°C以上会分解生成苯酚和氮气，无法生成偶氮染料

正确做法:

必须说明重氮化反应使用冰浴控制在0-5°C条件下进行

错误做法:

混淆加聚反应和缩聚反应的生成过程

原因:

加聚反应由烯烃生成，无副产物；缩聚反应由双官能团单体生成，伴随小分子消除

正确做法:

检查单体是否含有双键判断加聚聚合物，检查单体是否含有两种不同官能团判断缩聚聚合物

7. 速查表

化合物类别	核心性质/反应	关键试剂/条件
脂肪伯胺	碱性强于氨，可生成盐/酰胺/配合物	过量氨/乙醇， $L i A l H_{4}$ 还原腈
芳香伯胺	碱性弱于氨，可生成重氮离子	Sn/浓盐酸，加热，NaOH中和
酰胺	通过酰化反应生成，水解生成胺+羧酸	酰氯+胺，热NaOH水解
氨基酸	两性，生成两性离子，形成肽键	缩聚反应生成蛋白质
聚合物	加聚（聚丙烯酰胺），缩聚（尼龙/蛋白质）	烯烃单体（加聚），二胺+二酸（缩聚）
偶氮染料	通过重氮化+酚偶联反应生成	0-5°C，碱性偶联条件

8. 常见问题

胺的碱性强弱顺序是什么？

脂肪伯胺 > 氨 > 芳香伯胺。烷基具有给电子效应，提高氮原子孤对电子的可获得性。芳基会将氮原子的孤对电子离域到苯环中，降低其可获得性。

如何区分加聚聚合物和缩聚聚合物？

加聚聚合物由烯烃单体生成，所有单体原子都保留在重复单元中。缩聚聚合物由双官能团单体生成，聚合过程中会消除小分子（例如 $H_{2} O$ 、HCl）。

什么是两性离子？

两性离子是同时带有正电和负电官能团、整体呈电中性的偶极离子。氨基酸在其等电点时会形成带有 $- N H_{3}^{+}$ 和 $- C O O^{-}$ 基团的两性离子。

深入阅读

下一步

现在你已经掌握了Edexcel IAL化学第5单元有机含氮化合物的全部知识点，可以开始复习第5单元的全部内容，包括过渡金属和实验评估技能，为WCH15考试做准备。该知识点在选择题和结构化长问答题中都高频出现，因此要熟练记忆反应条件、准确绘制结构。完成该知识点的历年真题，熟悉考试出题方式和评分标准要求，尤其是要求解释碱性趋势、绘制聚合物重复单元的题目。将该内容与之前的有机化学知识点例如官能团鉴别关联起来，为实验未知物鉴别类题目做好准备。