.svg/1280px-Amide-(tertiary).svg.png)
В органической химии амид , [1] [2] [3] , также известный как органический амид или карбоксамид , представляет собой соединение с общей формулой R-C(=O)-NR'R″ , где R, R ' и R'' представляют собой любую группу, обычно органильные группы или атомы водорода . [4] [5] Амидная группа называется пептидной связью , когда она является частью основной цепи белка , и изопептидной связью , когда она встречается в боковой цепи , как в аспарагине и глютамине . Его можно рассматривать как производное карбоновой кислоты ( R-C(=O)-OH ) с гидроксильной группой ( -OH ), замененной аминогруппой ( -NR'R ″ ); или, что то же самое, ацильная (алканоильная) группа ( R-C(=O)- ), присоединенная к аминогруппе.
Обычными амидами являются формамид ( H-C(=O)-NH 2 ), ацетамид ( H 3 C-C(=O)-NH 2 ), бензамид ( C 6 H 5 -C(=O)-NH 2 ). и диметилформамид ( H-C(=O)-N(-CH 3 ) 2 ). Некоторыми необычными примерами амидов являются N -хлорацетамид ( H 3 C-C(=O)-NH-Cl ) и хлороформамид ( Cl-C(=O)-NH 2 ).
Амиды классифицируются как первичные , вторичные и третичные в зависимости от того, имеет ли подгруппа амина форму -NH 2 , -NHR или -NRR' , где R и R' представляют собой группы, отличные от водорода. [5]
Ядро -C(=O)-(N) амидов называется амидной группой (в частности, карбоксамидной группой ).
В обычной номенклатуре к основе названия исходной кислоты добавляют термин «амид». Например, амид, полученный из уксусной кислоты , называется ацетамидом (CH 3 CONH 2 ). ИЮПАК рекомендует этанамид , но это и связанные с ним официальные названия встречаются редко. Если амид получен из первичного или вторичного амина, в названии первыми указываются заместители по азоту. Таким образом, амид, образующийся из диметиламина и уксусной кислоты, представляет собой N , N -диметилацетамид (CH 3 CONMe 2 , где Me = CH 3 ). Обычно даже это название упрощается до диметилацетамида . Циклические амиды называются лактамами ; это обязательно вторичные или третичные амиды. [5] [6]
Амиды широко распространены в природе и технике. Белки и важные пластмассы, такие как нейлоны , арамиды , тварон и кевлар , представляют собой полимеры , звенья которых соединены амидными группами ( полиамиды ); эти связи легко формируются, придают структурную жесткость и сопротивляются гидролизу . Амиды включают в себя множество других важных биологических соединений, а также многие лекарства , такие как парацетамол , пенициллин и ЛСД . [7] Низкомолекулярные амиды, такие как диметилформамид, являются распространенными растворителями.
Неподеленная пара электронов атома азота делокализуется в карбонильную группу, образуя тем самым частичную двойную связь между азотом и углеродом. Фактически атомы O, C и N имеют молекулярные орбитали , занятые делокализованными электронами , образующими сопряженную систему . Следовательно, три связи азота в амидах не пирамидальные (как в аминах), а плоские. Это плоское ограничение предотвращает вращение вокруг N-связи и, таким образом, имеет важные последствия для механических свойств объемного материала таких молекул, а также для конфигурационных свойств макромолекул, построенных с помощью таких связей. Неспособность вращаться отличает амидные группы от сложноэфирных групп, которые допускают вращение и, таким образом, создают более гибкий объемный материал.
Ядро CC(O)NR 2 амидов плоское. Расстояние C=O короче расстояния CN почти на 10%. Структуру амида можно описать также как резонанс между двумя альтернативными структурами: нейтральной (А) и цвиттер-ионной (Б).
Подсчитано, что для ацетамида структура A составляет 62% вклада в структуру, а структура B - 28%. (Сумма этих цифр не равна 100%, поскольку существуют дополнительные, менее важные формы резонанса, которые не изображены выше). Между активными группами атомов водорода и азота также имеется водородная связь. [9] Резонанс в значительной степени предотвращен в очень напряженном хинуклидоне .
В ИК-спектрах амидов наблюдается умеренно интенсивная полоса ν CO в районе 1650 см –1 . Энергия этой полосы примерно на 60 см -1 ниже, чем у ν CO эфиров и кетонов. Это различие отражает вклад структуры цвиттер-ионного резонанса.
По сравнению с аминами амиды являются очень слабыми основаниями . В то время как кислота, сопряженная с амином , имеет p K a около 9,5, кислота, сопряженная с амидом, имеет p K a около -0,5. Поэтому амиды не обладают столь ярко выраженными кислотно-основными свойствами в воде . Эта относительная недостаточная основность объясняется отводом электронов от амина карбонилом. С другой стороны, амиды являются гораздо более сильными основаниями , чем карбоновые кислоты , сложные эфиры , альдегиды и кетоны (p K a s их сопряженных кислот находится в диапазоне от -6 до -10).
Протон первичного или вторичного амида диссоциирует с трудом; его p K a обычно значительно превышает 15. И наоборот, в чрезвычайно кислых условиях карбонильный кислород может протонироваться с ap K a примерно -1. Это происходит не только из-за положительного заряда азота, но и из-за отрицательного заряда кислорода, полученного в результате резонанса.
Из-за большей электроотрицательности кислорода карбонил (C=O) является более сильным диполем, чем диполь N–C. Наличие диполя C=O и, в меньшей степени, диполя N–C позволяет амидам выступать в качестве акцепторов Н-связи. В первичных и вторичных амидах наличие диполей N–H позволяет амидам также выступать в качестве доноров Н-связи. Так, амиды могут участвовать в образовании водородных связей с водой и другими протонными растворителями; атом кислорода может принимать водородные связи от воды, а атомы водорода N – H могут отдавать водородные связи. В результате подобных взаимодействий водорастворимость амидов выше, чем у соответствующих углеводородов. Эти водородные связи также играют важную роль во вторичной структуре белков.
Растворимость амидов и сложных эфиров примерно сопоставима . Обычно амиды менее растворимы, чем сопоставимые амины и карбоновые кислоты, поскольку эти соединения могут как отдавать, так и принимать водородные связи. Третичные амиды, за важным исключением N , N -диметилформамида , плохо растворяются в воде.
Амиды вступают во множество химических реакций, хотя они менее реакционноспособны, чем сложные эфиры . Амиды гидролизуются как в горячих щелочах , так и в сильнокислых средах . В кислых условиях образуются карбоновая кислота и ион аммония, тогда как при основном гидролизе образуются карбоксилат-ион и аммиак. Протонирование первоначально образовавшегося амина в кислых условиях и депротонирование первоначально образовавшейся карбоновой кислоты в основных условиях делают эти процессы некаталитическими и необратимыми. Амиды также являются универсальными предшественниками многих других функциональных групп . Электрофилы реагируют с карбонильным кислородом. Эта стадия часто предшествует гидролизу, который катализируется как кислотами Бренстеда , так и кислотами Льюиса . Известно , что ферменты, например пептидазы и искусственные катализаторы, ускоряют реакции гидролиза.
Амиды обычно получают сочетанием карбоновой кислоты с амином . Прямая реакция обычно требует высоких температур для удаления воды:
Эфиры являются гораздо лучшими субстратами по сравнению с карбоновыми кислотами [12] [13] [14]
В дальнейшем «активируя» как хлорангидриды ( реакция Шоттена-Баумана ), так и ангидриды ( метод Люмьера-Барбье ) реагируют с аминами с образованием амидов:
В синтезе пептидов используются связующие агенты, такие как HATU , HOBt или PyBOP . [15]
Гидролиз нитрилов проводится в промышленных масштабах с получением жирных амидов. [16] Также доступны лабораторные процедуры. [17]
Многие специализированные методы также дают амиды. [18] Для специализированных применений были разработаны различные реагенты, например трис(2,2,2-трифторэтил)борат . [19] [20]
{{cite journal}}: CS1 maint: untitled periodical (link)