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简答题简述生物碱碱性强弱与分子结构的关系。
  • 生物碱的碱性强弱和N原子上孤电子对所处的杂化轨道、N原子的电子云密度分布、分子的空间效应、氢键效应等因素有关。 (1)N原子上孤电子对所处的杂化轨道：在生物碱分子中，N原子杂化方式有SP[~3.gif]、SP[~2.gif]、SP三种杂化方式，在杂化轨道中，P电子比例大，易供给电子，碱性较强。所以，碱性大小顺序为SP[~3.gif]>SP[~2.gif]>SP。 (2)诱导效应：①在N原子附近引入供电子基团(如烷基等)，使N原子的电子云密度增强而碱性增强。②在N原子附近引入吸电子基团(如芳环、羰基、酯基、醚基、羟基、双键等)，使N原子的电子云密度降低而碱性减弱。③以氮杂缩醛形式存在的生物碱，常易于质子化，N原子上未共用电子对与C-O单键的σ电子发生转位，使叔胺变为季铵型而成强碱性。但是，由于受Bredt’s规则限制，若氮杂缩醛体系中N原子处于稠环“桥头“时，则不能发生上述质子化，相反，却因RO(如羟基，R=H)基的吸电性使碱性减弱。 (3)共轭效应：生物碱中N原子孤电子对处于p-π共轭体系，有以下3种情况：①苯胺类，苯胺N原子孤电子对与苯环π电子成p-π共轭体系，碱性(pK4.58)比相应的环己胺(pK10.14)弱。②烯胺类，其中仲烯胺碱性较弱，叔烯胺碱性较强。有些具有稠环的叔胺生物碱结构中也具有叔烯胺结构，如在立体条件许可的情况下，N原子的孤电子对与双键的π电子能发生转位时，则可生成季铵型的共轭酸而显强碱性。但此种结构的生物碱同样受到Bredt’s规则限制，双键若不发生转位，则由于双键起吸电子诱导效应，碱性则降低。③酰胺型，若N原子处于酰胺结构中，碱性很弱。 (4)立体效应：生物碱大多数是稠环化合物，因此分子的立体结构对碱性的影响不可忽视。 (5)氢键效应：生物碱分子的N原子附近有羟基、羰基且其处于有利于生物碱共轭酸的分子内氢键形成，则使共轭酸稳定，碱性增强。此影响也称分子内氢键缔合效应。

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