Амид
В органической амид , химии [1] [2] [3] также известный как органический амид или карбоксамид , представляет собой соединение общей формулы 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 ) заменена аминогруппой ( −NR'R″ ); или, что то же самое, ацильная (алканоильная) группа ( R-C(=O)- ) присоединен к аминогруппе.
Распространенными из амидов 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 подразделяются на первичные , вторичные и третичные в зависимости от того, имеет ли подгруппа аминов вид −NH 2 , −NHR или −NRR' , где R и R' представляют собой группы, отличные от водорода. [5]
Номенклатура
[ редактировать ]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]
Приложения
[ редактировать ]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.
Структура и связь
[ редактировать ]
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 вносит вклад в структуру 62%, а вклад структуры B - 28% (сумма этих цифр не равна 100%, поскольку существуют дополнительные менее важные резонансные формы, которые не изображены выше) . Между атомами водорода и азота в активных группах также присутствует водородная связь. [9] Резонанс в значительной степени предотвращен в очень напряженном хинуклидоне .
В ИК-спектрах амидов наблюдается умеренно интенсивная полоса ν CO в области 1650 см-1. −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.
Основность
[ редактировать ]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 по сравнению с аминами амиды не обладают кислотно-основными свойствами, столь заметными 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 s их сопряженных кислот (p K a 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.
Водородная связь и растворимость
[ редактировать ]Из-за большей электроотрицательности кислорода, чем азота, 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.
Реакции
[ редактировать ]
Механизм кислотного гидролиза амида. [10]
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.
| Название реакции | Продукт | Комментарий |
|---|---|---|
| Обезвоживание | Нитрил | Реагент: пятиокись фосфора ; бензолсульфонилхлорид ; ТФАА / ру [11] |
| Перегруппировка Гофмана | Амин с одним атомом углерода меньше | Реагенты: бром и гидроксид натрия. |
| Восстановление амида | Амины, альдегиды | Реагент: литийалюминийгидрид с последующим гидролизом. |
| Реакция Вильсмайера-Хаака | Альдегид (через имин ) | POCl 3 , ароматический субстрат, формамид |
| Реакция Бишлера-Наперальского | Циклический арилимин | POCl3 , SOCl 2 и т.д. |
| Таутомерное хлорирование | Имидоилхлорид | Оксофильные галогенирующие агенты, например COCl 2 или SOCl 2 |
Синтез
[ редактировать ]Из карбоновых кислот и родственных соединений
[ редактировать ]Амиды обычно получают сочетанием карбоновой кислоты с амином . Прямая реакция обычно требует высоких температур для удаления воды:
- RCO 2 H + R' 2 NH → RCO − 2 + R' 2 NH + 2
- RCO − 2 + R' 2 NH 2 → RC(O)NR' 2 + H 2 O
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:
- RCO 2 R" + R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + R"OH
- RCOCl + 2R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + R' 2 NH + 2 Cl −
- (RCO) 2 O + R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + RCO 2 H
В синтезе пептидов используются связующие агенты, такие как HATU , HOBt или PyBOP . [15]
Из нитрилов
[ редактировать ]Гидролиз нитрилов проводится в промышленных масштабах с получением жирных амидов. [16] Лабораторные процедуры также доступны. [17]
Специальные маршруты
[ редактировать ]Многие специализированные методы также дают амиды. [18] различные реагенты, например трис(2,2,2-трифторэтил)борат . Для специализированных применений были разработаны [19] [20]
| Название реакции | Субстрат | Подробности |
|---|---|---|
| Перегруппировка Бекмана | Циклический кетон | Реагент: гидроксиламин и кислота. |
| реакция Шмидта | Кетоны | Реагент: азотистоводородная кислота |
| Реакция Виллгеродта-Киндлера | Арилалкилкетоны | Сера и морфолин |
| Реакция Пассерини | Карбоновая кислота, кетон или альдегид | |
| Реакция Уги | Изоцианид, карбоновая кислота, кетон, первичный амин. | |
| Реакция Бодру [21] [22] | Карбоновая кислота , реактив Гриньяра с производным анилина ArNHR' | 
|
| Перегруппировка Чепмена [23] [24] | Арилиминоэфир | Для N , N -диариламидов. Механизм реакции основан на нуклеофильном ароматическом замещении . [25] |
| Синтез амидов Лейкарта [26] | изоцианат | Реакция арена с изоцианатом, катализируемая трихлоридом алюминия , с образованием ароматического амида. |
| Реакция Риттера [27] | Алкены , спирты или другие ионов карбония. источники | Вторичные амиды образуются в результате присоединения нитрила реакции к иону карбония в присутствии концентрированных кислот. |
| Фотолитическое присоединение формамида к олефинам [28] | Терминальные алкены | Реакция свободнорадикальной гомологизации между концевым алкеном и формамидом. |
| Дегидрирующая связь [29] | спирт, амин | требуется катализатор дегидрирования рутения |
| Трансамидирование [30] [31] | амид | обычно медленный |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Определение и значение амида - Словарь английского языка Коллинза» . www.collinsdictionary.com . Проверено 15 апреля 2018 г.
- ^ «амид» . Словарь английского языка американского наследия (5-е изд.). ХарперКоллинз.
- ^ «амид — определение амида на английском языке в Оксфордском словаре» . Оксфордские словари – английский язык . Архивировано из оригинала 2 апреля 2015 года . Проверено 15 апреля 2018 г.
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Амиды ». два : 10.1351/goldbook.A00266
- ^ Перейти обратно: а б с Флетчер, Джон Х. (1974). «Глава 21: Амиды и имиды» . Номенклатура органических соединений: принципы и практика . Том. 126. Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество . стр. 166–173. дои : 10.1021/ba-1974-0126.ch021 . ISBN 9780841201910 .
- ^ ИЮПАК, Отдел химической номенклатуры и представления структуры (27 октября 2004 г.). «Проект правила Р-66.1» . Номенклатура органической химии (Предварительные рекомендации) . ИЮПАК . Полный текст (PDF) проекта Правила P-66: Амиды, имиды, гидразиды, нитрилы, альдегиды, их халькогенные аналоги и производные
- ^ Боонен, Дженте; Бронзелаер, Антон; Ниландт, Иоахим; Верисер, Лизелотта; Де Тре, Гай; Зеркало, Барт (2012). «База данных алкамидов: химия, возникновение и функциональность растительных N -алкиламидов» (PDF) . Журнал этнофармакологии . 142 (3): 563–590. дои : 10.1016/j.jep.2012.05.038 . hdl : 1854/LU-2133714 . ПМИД 22659196 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
- ^ Батс, Ян В.; Хаберехт, Моника К.; Вагнер, Матиас (2003). «Новая обработка ромбической полиморфной модификации ацетамида». Acta Crystallographica Раздел E. 59 (10): о1483–о1485. дои : 10.1107/S1600536803019494 .
- ^ Кемниц, Карл Р.; Лоуэн, Марк Дж. (2007). « Амидный резонанс» коррелирует с шириной барьеров вращения C-N». Журнал Американского химического общества . 129 (9): 2521–8. дои : 10.1021/ja0663024 . ПМИД 17295481 .
- ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ Патент США 5 935 953.
- ^ Корсон, Б.Б.; Скотт, RW; Восе, CE (1941). «Цианоацетамид». Органические синтезы . 1 : 179. дои : 10.15227/orgsyn.009.0036 .
- ^ Джейкобс, Вашингтон (1941). «Хлороацетамид». Органические синтезы . 1 : 153. дои : 10.15227/orgsyn.007.0016 .
- ^ Кляйнберг, Дж.; Одриет, LF (1955). «Лактамид». Органические синтезы . 3 : 516. дои : 10.15227/orgsyn.021.0071 .
- ^ Валер, Эрик; Брэдли, Марк (2009). «Образование амидной связи: за пределами мифа о связывающих реагентах». хим. Соц. Преподобный . 38 (2): 606–631. дои : 10.1039/B701677H . ПМИД 19169468 . S2CID 14950926 .
- ^ Эллер, Карстен; Хенкес, Эрхард; Россбахер, Роланд; Хёке, Хартмут (2000). «Амины алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_001.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Веннер, Вильгельм (1952). «Фенилацетамид». Органические синтезы . 32 : 92. дои : 10.15227/orgsyn.032.0092 .
- ^ Де Фигейредо, Рената Марсия; Суппо, Жан-Симон; Кампань, Жан-Марк (2016). «Неклассические пути образования амидной связи». Химические обзоры . 116 (19): 12029–12122. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00237 . ПМИД 27673596 .
- ^ «Трис(2,2,2-трифторэтил)борат 97% | Сигма-Олдрич» . www.sigmaaldrich.com . Проверено 22 сентября 2016 г.
- ^ Сабатини, Марко Т.; Бултон, Ли Т.; Шеппард, Том Д. (1 сентября 2017 г.). «Эфиры борной кислоты: простые катализаторы устойчивого синтеза сложных амидов» . Достижения науки . 3 (9): e1701028. Бибкод : 2017SciA....3E1028S . дои : 10.1126/sciadv.1701028 . ПМК 5609808 . ПМИД 28948222 .
- ^ Бодру Ф. (1905). Бык. Соц. Хим. Франция . 33 : 831.
{{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка ) - ^ «Реакция Бодру» . Институт химии, Скопье, Македония. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 23 мая 2007 г.
- ^ Шуленберг, JW; Арчер, С. (1965). «Перестановка Чепмена». Орг. Реагировать. 14 :1–51. дои : 10.1002/0471264180.или014.01 . ISBN 978-0471264187 .
- ^ Чепмен, Артур Уильям (1925). «CCLXIX. — Иминоариловые эфиры. Часть III. Молекулярная перегруппировка N- фенилбензиминофенилового эфира». Журнал Химического общества, Сделки . 127 : 1992–1998. дои : 10.1039/CT9252701992 .
- ^ Марч, Джерри (1966). Расширенная органическая химия, реакции, механизмы и структура (3-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-85472-2 .
- ^ Лейкарт, Р. (1885). «О некоторых реакциях ароматических цианатов» . Отчеты Немецкого химического общества . 18 :873-877. дои : 10.1002/cber.188501801182 .
- ^ Адамс, Роджер; Крымен, Л.И.; Кота, Дональд Дж. (1969). Органическая реакция Том 17 . Лондон: John Wiley & Sons, Inc., стр. 213–326. дои : 10.1002/0471264180 . ISBN 9780471196150 .
- ^ Монсон, Ричард (1971). Расширенный органический синтез: методы и техники (PDF) . Нью-Йорк: Академическая пресса. п. 141. ИСБН 978-0124336803 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
- ^ Гунанатан, К.; Бен-Дэвид, Ю.; Мильштейн, Д. (2007). «Прямой синтез амидов из спиртов и аминов с выделением H 2 ». Наука . 317 (5839): 790–2. Бибкод : 2007Sci...317..790G . дои : 10.1126/science.1145295 . ПМИД 17690291 . S2CID 43671648 .
- ^ Т. А. Динин; М. А. Заяц; А.Г. Майерс (2006). «Эффективное трансамидирование первичных карбоксамидов путем активации in situ диметилацеталями N,N-диалкилформамида». Дж. Ам. хим. Соц . 128 (50): 16406–16409. дои : 10.1021/ja066728i . ПМИД 17165798 .
- ^ Эмма Л. Бейкер; Майкл М. Ямано; Юйцзин Чжоу; Сара М. Энтони; Нил К. Гарг (2016). «Двухэтапный подход к достижению вторичного трансамидирования амидов за счет катализа никеля» . Природные коммуникации . 7 : 11554. Бибкод : 2016NatCo...711554B . дои : 10.1038/ncomms11554 . ПМЦ 4876455 . ПМИД 27199089 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
