Amide - Amide
I organisk kemi , en amid ( / æ m aɪ d / eller / æ m ɪ d / eller / eɪ m aɪ d / ( lyssna )
, även känd som en organisk amid eller en karboxamid , är en förening med den allmänna formeln RC (= O) NR'R ", där R, R', och R" representerar organiska grupper eller väteatomer. amiden gruppen kallas en peptidbindning när det är en del av huvudkedjan hos ett protein, och en isopeptide bindning när den förekommer i en sidokedja, till exempel i aminosyrorna asparagin och glutamin . Den kan ses som ett derivat av en karboxylsyra RC (= O) OH med hydroxylgruppen –OH ersatt av en amingrupp –NR ′ R or; eller, ekvivalent, en acyl (alkanoyl) grupp RC (= O) - förenad med en amingrupp.
Vanliga exempel på amider är acetamid H 3 C – CONH 2 , bensamid C 6 H 5 – CONH 2 och dimetylformamid HCON (– CH 3 ) 2 .
Amider är kvalificerade som primära , sekundära och tertiära beroende på om aminsubgruppen har formen –NH 2 , –NHR eller –NRR ”, där R och R” är andra grupper än väte.
Kärnan –C (= O) N = för amider kallas amidgruppen (specifikt karboxamidgrupp ).
Amider är genomgripande till sin natur och teknik. Proteiner och viktiga plaster som Nylons , Aramid , Twaron och Kevlar är polymerer vars enheter är förbundna med amidgrupper ( polyamider ); dessa länkar bildas lätt, ger strukturell styvhet och motstår hydrolys . Amider inkluderar många andra viktiga biologiska föreningar, liksom många läkemedel som paracetamol , penicillin och LSD . Amider med låg molekylvikt, såsom dimetylformamid, är vanliga lösningsmedel.
Nomenklatur
I den vanliga nomenklaturen lägger man till termen "amid" till stammen av modersyrans namn. Exempelvis amiden härledd från ättiksyra namnges acetamid (CH 3 CONH 2 ). IUPAC rekommenderar etanamid , men detta och relaterade formella namn förekommer sällan. När amiden härrör från en primär eller sekundär amin anges substituenterna på kväve först i namnet. Sålunda, amiden bildas från dimetylamin och ättiksyra är N , N -dimetylacetamid (CH 3 CONMe 2 , där Me = CH 3 ). Vanligtvis förenklas även detta namn till dimetylacetamid . Cykliska amider kallas laktamer ; de är nödvändigtvis sekundära eller tertiära amider.
Egenskaper
Bindning
Det enda paret elektroner på kväveatomen delokaliseras till karbonylgruppen och bildar således en partiell dubbelbindning mellan kväve och kol. Faktum är att O-, C- och N -atomerna har molekylära orbitaler upptagna av delokaliserade elektroner och bildar ett konjugerat system . Följaktligen är kväveets tre bindningar i amider inte pyramidala (som i aminerna) utan plana. Denna plana begränsning förhindrar rotationer kring N -länken och har således viktiga konsekvenser för de mekaniska egenskaperna hos bulkmaterial hos sådana molekyler, och även för konfigurationsegenskaperna hos makromolekyler som byggs av sådana bindningar. Oförmågan att rotera skiljer amidgrupper från estergrupper som tillåter rotation och därmed skapar mer flexibelt bulkmaterial.
Strukturen för en amid kan också beskrivas som en resonans mellan två alternativa strukturer:
Det uppskattas att struktur A ger 62% bidrag till strukturen för acetamid, medan struktur B ger ett bidrag på 28%. (Dessa siffror summeras inte till 100% eftersom det finns ytterligare mindre viktiga resonansformer som inte visas ovan). Det finns också en vätebindning mellan de aktiva grupperna väte och kväveatomer. Resonans förhindras till stor del i den mycket ansträngda kinuklidonen .
Grundläggande
Jämfört med aminer är amider mycket svaga baser . Medan den konjugerade syran av en amin har ett p K a av omkring 9,5, den konjugerade syran av en amid har ap K en runt -0,5. Därför har amider inte lika tydligt märkbara syra -basegenskaper i vatten . Denna relativa brist på basicitet förklaras av att elektroner avlägsnas ur aminen genom karbonylen. Å andra sidan är amider mycket starkare baser än karboxylsyror , estrar , aldehyder och ketoner (deras konjugatsyror 'p K a s ligger mellan −6 och −10).
Protonen av en primär eller sekundär amid dissocierar inte lätt under normala förhållanden; dess p K a är vanligtvis väl över 15. Omvänt, under extremt sura betingelser, karbonylgruppen syre kan bli protonerad med ett p K a på ungefär -1. Det är inte bara på grund av den positiva laddningen på kvävet, utan också på grund av den negativa laddningen på syret som fås genom resonans.
Vätebindning och löslighet
På grund av den större elektronegativiteten av syre är karbonylen (C = O) en starkare dipol än N – C -dipolen. Närvaron av en C = O-dipol och, i mindre utsträckning en N – C-dipol, tillåter amider att fungera som H-bindningsacceptorer. I primära och sekundära amider tillåter närvaron av N – H dipoler amider att fungera som H-bindningsgivare också. Således kan amider delta i vätebindning med vatten och andra protiska lösningsmedel; syreatomen kan acceptera vätebindningar från vatten och N-H-väteatomerna kan donera H-bindningar. Som ett resultat av interaktioner som dessa är vattenlösligheten hos amider större än motsvarande kolväten. Dessa vätebindningar har också en viktig roll i proteins sekundära struktur .
De lösligheter av amider och estrar är grovt jämförbara. Vanligtvis är amider mindre lösliga än jämförbara aminer och karboxylsyror eftersom dessa föreningar både kan donera och acceptera vätebindningar. Tertiära amider, med det viktiga undantaget för N , N -dimetylformamid , uppvisar låg löslighet i vatten.
Karakterisering
Närvaron av amidgruppen –C (= O) N– är i allmänhet lätt att fastställa, åtminstone i små molekyler. Det kan särskiljas från nitro- och cyanogrupper i IR -spektra . Amider uppvisar ett måttligt intensivt v CO -band nära 1650 cm −1 . Vid 1 H NMR -spektroskopi uppträder CON H R -signaler vid låga fält. Vid röntgenkristallografi definierar C (= O) N-centret tillsammans med de tre omedelbart intilliggande atomerna karakteristiskt ett plan.
Reaktioner
Amider genomgår många kemiska reaktioner, även om de är mindre reaktiva än estrar. Amider hydrolyserar såväl i het alkali som vid starka sura förhållanden. Sura förhållanden ger karboxylsyra och ammoniumjon medan basisk hydrolys ger karboxylatjon och ammoniak. Protoneringen av den initialt genererade aminen under sura förhållanden och deprotonering av den initialt genererade karboxylsyran under basiska betingelser gör dessa processer icke-katalytiska och irreversibla. Amider är också mångsidiga föregångare till många andra funktionella grupper . Elektrofiler reagerar med karbonylsyret . Detta steg föregår ofta hydrolys, som katalyseras av både Brønsted -syror och Lewis -syror . Enzymer, t.ex. peptidaser och artificiella katalysatorer, är kända för att påskynda hydrolysreaktionerna.
| Reaktionsnamn | Produkt | Kommentar |
|---|---|---|
| Uttorkning | Nitril | Reagens: fosforpentoxid ; bensensulfonylklorid ; TFAA / py |
| Omläggning av Hofmann | Amin med en färre kolatom | Reagenser: brom och natriumhydroxid |
| Amidreduktion | Amin | Reagens: litiumaluminiumhydrid följt av hydrolys |
| Vilsmeier – Haack reaktion | Aldehyd (via imin ) | POCl 3 , aromatiskt substrat, formamid |
| Bischler – Napieralski -reaktion | Cyklisk imin | POCl 3 , SOCl 2 , etc. |
Syntes
Det finns många metoder för amidsyntes.
Amider kan framställas genom att koppla karboxylsyra med en amin . Den direkta reaktionen kräver generellt höga temperaturer för att driva bort vattnet:
- RCO 2 H + R'R "NH → R'R" NH+
2RCO-
2 -
R'R, NH+
2RCO-
2→ RC (O) NR'R "+ H 2 O
Många metoder innebär att "aktivera" karboxylsyran genom att omvandla den till en bättre elektrofil ; såsom estrar , syraklorider ( Schotten-Baumann-reaktion ) eller anhydrider ( Lumière – Barbier-metoden ).
Konventionella metoder vid peptidsyntes använder kopplingsmedel såsom HATU , HOBt eller PyBOP .
En mängd olika reagenser, t.ex. Tris (2,2,2-trifluoretyl) borat har utvecklats för specialiserade applikationer.
| Reaktionsnamn | Substrat | Detaljer |
|---|---|---|
| Nukleofil acylsubstitution | acylklorid eller syraanhydrid | Reagens: ammoniak eller aminer |
| Beckmanns omläggning | Cyklisk keton | Reagens: hydroxylamin och syra |
| Schmidt -reaktion | Ketoner | Reagens: hydrazoinsyra |
| Nitrilhydrolys | Nitril | Reagens: vatten; syrakatalysator |
| Willgerodt – Kindler -reaktion | Arylalkylketoner | Svavel och morfolin |
| Passerini -reaktion | Karboxylsyra, keton eller aldehyd | |
| Ugi reaktion | Isocyanid, karboxylsyra, keton, primär amin | |
| Bodroux -reaktion | Karboxylsyra , Grignard-reagens med en anilin -derivat ArNHR' |
|
| Omläggning av Chapman | Aryl iminoeter | För N , N -diarylamider. Den reaktionsmekanism är baserad på en nukleofil aromatisk substitution . |
| Leuckart -amidsyntes | Isocyanat | Reaktion av aren med isocyanat katalyserad av aluminiumtriklorid , bildning av aromatisk amid. |
| Ritterreaktion | Alkener , alkoholer eller andra karboniumjon källor | Sekundära amider via en additionsreaktion mellan en nitril och en karboniumjon i närvaro av koncentrerade syror. |
| Fotolytisk tillsats av formamid till olefiner | Terminal alkener | En fri radikal homologeringsreaktion mellan en terminal alken och formamid. |
| ester aminolys | Estrar | Baskatalyserad reaktion av estrar med olika aminer för att bilda alkoholer och amider. |
Andra metoder
Dehydrogenerande acylering av aminer katalyseras av organoruteniumföreningar :
Reaktionen fortsätter med en dehydrogenering av alkoholen till aldehyden följt av bildning av en hemiaminal , som genomgår en andra dehydrogenering till amiden. Eliminering av vatten i hemiaminalen till iminen observeras inte.
Transamidering är vanligtvis mycket långsam, men det accelereras med Lewis -syra och organometalliska katalysatorer :
- RC (O) NR ' 2 + HNR " 2 → RC (O) NR" 2 + HNR' 2
Primära amider (RC (O) NH 2 ) är mer mottagliga för denna reaktion.
Ansökan
I industrin används amider som mjukgörare för papper och konstläder , för extraktion av radioaktiva metaller, som utgångsföreningar för syntes av polymerer , som mellanprodukter vid framställning av färgämnen och sulfa -läkemedel.
Se även
Referenser
externa länkar
- Amidsyntes (kopplingsreaktion)-Syntetiska protokoll från organic-reaction.com
- IUPAC Compendium of Chemical Terminology