Амид
В органической химии , амид , [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Также известный как органический амид или карбоксамид , является соединением с общей формулой R - C (= O) -NR'R ″ , где R, R 'и R ″ представляют любую группу, обычно органические группы или атомы водорода . [ 4 ] [ 5 ] Амидная группа называется пептидной связью , когда она является частью основной цепи белка , и изопептидной связи когда она происходит в боковой цепи , как у аспарагина и глутамина . Его можно рассматривать как производную карбоновой кислоты ( R - C (= O) -OH ) с гидроксильной группой ( −OH ) заменен группой амина ( −nr'r ″ ); или, эквивалентно, группа ацила (алканоил) ( R - C (= O) - ) соединяется с аминной группой.
Общим 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 ). Некоторые необычные примеры амидов -н -хлороацетамид ( H 3 C - C (= O) -NH -CL ) и хлороформамид ( Cl - C (= O) −nh 2 ).
Амиды квалифицированы как первичные , вторичные и третичные в соответствии с тем, имеет ли подгруппа амин −nh 2 , −nhr , или −nrr ' , где r и r' являются группами, отличными от водорода. [ 5 ]
Номенклатура
[ редактировать ]Ядро −c (= o) - (n) амидов называется амидной группой (в частности, картакмидской группы ).
В обычной номенклатуре человек добавляет термин «амид» к стеблу имени родительской кислоты. Например, амид, полученный из уксусной кислоты, называется ацетамид (CH 3 CONH 2 ). IUPAC рекомендует этанамид , но это и связанные с ними официальные имена редко встречаются. Когда амид получен из первичного или вторичного амина, заместители на азоте указаны первыми во имя. Таким образом, амид, образованный из диметиламина и уксусной кислоты, представляет собой N , N -диметиламид (CH 3 Conme 2 , где ME = CH 3 ). Обычно даже это имя упрощено до диметилацетамида . Циклические амиды называются лактамами ; Они обязательно являются вторичными или третичными амидами. [ 5 ] [ 6 ]
Приложения
[ редактировать ]Амиды распространяются по природе и технологиям. Белки и важные пластмассы, такие как нейлоны , арамиды , туарон и кевлар, являются полимерами , единицы которых связаны амидными группами ( полиамиды ); Эти связи легко формируются, придают структурную жесткость и сопротивляются гидролизу . Амиды включают в себя много других важных биологических соединений, а также многие препараты, такие как парацетамол , пенициллин и ЛСД . [ 7 ] Низкомолекулярные амиды, такие как диметилформамид, являются общими растворителями.
Структура и связь
[ редактировать ]
Одинокая пара электронов на атоме азота делокализуется в карбонильную группу , что образует частичную двойную связь между азотом и углеродом. Фактически, атомы O, C и N имеют молекулярные орбитали, занятые делокализованными электронами , образуя сопряженную систему . Следовательно, три связи азота в амидах не являются пирамидальным (как в аминах ), а плоскую. Это плоское ограничение предотвращает ротации в отношении связей N и, следовательно, имеет важные последствия для механических свойств объемного материала таких молекул, а также для конфигурационных свойств макромолекул, построенных такими связями. Неспособность вращения отличает амидные группы от групп сложных эфиров , которые позволяют вращать и, таким образом, создают более гибкий объемный материал.
CC (O) NR 2 Core of Amides является плоским. Расстояние C = O короче расстояния CN почти на 10%. Структура амида может быть описана также как резонанс между двумя альтернативными структурами: нейтральные (A) и Zwitterionic (B).
Подсчитано, что для ацетамида структура A вносит 62% вклада в структуру, в то время как структура B вносит 28% вклад (эти цифры не суммируются до 100%, поскольку существуют дополнительные менее важные резонансные формы, которые не изображены выше) Полем Существует также водородная связь между атомами водорода и азота в активных группах. [ 9 ] Резонанс в значительной степени предотвращается в очень напряженном хинуклидоне .
В их ИК -спектрах амиды демонстрируют умеренно интенсивную ν CO -полосу около 1650 см. −1 Полем Энергия этой полосы примерно на 60 см -1 ниже, чем для ν Co эфиров и кетонов. Это различие отражает вклад цвиттерионной резонансной структуры.
Основность
[ редактировать ]По сравнению с аминами , амиды являются очень слабыми основаниями . имеет P K В то время как конъюгатная кислота амина A около 9,5 , конъюгатная кислота амида имеет AP K A около -0,5. Следовательно, по сравнению с аминами, амиды не обладают кислыми базовыми свойствами, которые так же заметны в воде . Это относительное отсутствие основной основы объясняется выводом электронов из амина карбонилом. С другой стороны, амиды являются гораздо более сильными основаниями , чем карбоновые кислоты , эфиры , альдегиды и кетоны (их конъюгатные кислоты из P a s находятся от -6 до -10).
Протон первичного или вторичного амида не легко диссоциирует; Его P k a обычно значительно выше 15. И наоборот, в чрезвычайно кислых условиях карбонильный кислород может протонировать Ap k a примерно -1. Это не только из -за положительного заряда на азот, но и из -за негативного заряда на кислороде, полученном через резонанс.
Водородная связь и растворимость
[ редактировать ]Из -за большей электроотрицательности кислорода, чем азот, карбонил (C = O) является более сильным диполем, чем диполь N -C. Наличие диполя C = O и, в меньшей степени, диполь N-C, позволяет амидам действовать как акцепторы H-связи. В первичных и вторичных амидах присутствие диполей N-H позволяет амидам функционировать как доноры H-связки. Таким образом, амиды могут участвовать в водородных связях с водой и другими протощими растворителями; Атом кислорода может принимать водородные связи из воды, а атомы водорода N-H могут пожертвовать H-связки. В результате взаимодействия, подобных этим, растворимость амидов воды больше, чем у соответствующих углеводородов. Эти водородные связи также играют важную роль во вторичной структуре белков.
Растворимость амидов и эфиров примерно сопоставима. Обычно амиды менее растворимы, чем сопоставимые амины и карбоновые кислоты, поскольку эти соединения могут как пожертвовать, так и принимать водородные связи. Третичные амиды, за важным исключением N , N -диметилформамида , демонстрируют низкую растворимость в воде.
Реакция
[ редактировать ]Амиды не легко участвуют в реакциях нуклеофильной замещения. Амиды стабильны до воды и примерно в 100 раз стали более стабильными в направлении гидролиза, чем сложные эфиры. [ 10 ] Однако амиды могут быть гидролизованы карбоновыми кислотами в присутствии кислоты или основания. Стабильность амидных связей имеет биологические последствия, поскольку аминокислоты , которые составляют белки, связаны с амидными связями. Амидные связи достаточно устойчивы к гидролизу для поддержания структуры белка в водной среде, но подвержены катализируемому гидролизу. [ 10 ]
Первичные и вторичные амиды не реагируют полезно с помощью углеродных нуклеофилов. Вместо этого реагенты Grignard и органолиты депротонируют амидную связь. Третичные амиды не испытывают этой проблемы и не реагируют с углеродными нуклеофилами с получением кетонов ; амидный анион (NR 2 − ) является очень сильным основанием и, следовательно, очень плохой уходной группой, поэтому нуклеофильная атака происходит только один раз. При реагировании с углеродными нуклеофилами N , N -диметилформамид (DMF) можно использовать для введения формальной группы. [ 11 ]
Здесь фениллит 1 атакует карбонильную группу DMF 2 , давая тетраэдрическое промежуточное соединение 3 . Поскольку анион диметиламида является плохой уходной группой, промежуточное соединение не разрушается, а другое нуклеофильное добавление не происходит. После кислой работы алкоксид протонируют, чтобы дать 4 , а затем амин протонируется, чтобы дать 5 . Элиминация нейтральной молекулы диметиламина и потеря протона дает бензальдегид, 6 .
Механизм кислотно-опосредованного гидролиза амида. [ 12 ]
Гидролиз
[ редактировать ]Амиды гидролизируют как в горячих щелочках , так и в сильных кислых условиях. Кислотные условия дают карбоновую кислоту и ион аммония, в то время как базовый гидролиз дает карбоксилат -ион и аммиак. Протонирование первоначально генерируемого амина в кислых условиях и депротонирование первоначально генерируемой карбоновой кислоты в основных условиях делают эти процессы не каталитическими и необратимыми. Электрофилы, отличные от протонов, реагируют с карбонильным кислородом. Этот шаг часто предшествует гидролизу, который катализируется как кислотами , так и кислотами Льюиса . Ферменты пептидазы и некоторые синтетические катализаторы часто работают путем прикрепления электрофилов к карбонильному кислороду.
| Имя реакции | Продукт | Комментарий |
|---|---|---|
| Обезвоживание | Нитрил | Реагент: фосфор пентоксид ; бензолсульфонилхлорид ; TFAA / PY [ 13 ] |
| Перестановление Хофманн | Амин с одним меньшим атом углерода | Реагенты: брома и натрия гидроксид |
| Амидное сокращение | Амины, альдегиды | Реагент: гидрид лития алюминия с последующим гидролизом |
| Vilsmeier - реакция Haack | Альдегид (через Имин ) | Pocl 3 , ароматический субстрат, формамид |
| Bischler -Napieralski Реакция | Циклический арил имин | Pocl 3 , SOCL 2 и т. Д. |
| Таутомерное хлорирование | Имидоил хлорид | Оксофильные галогенирующие агенты, например , cocl 2 или socl 2 |
Синтез
[ редактировать ]Из карбоновых кислот и связанных соединений
[ редактировать ]Амиды обычно готовятся путем соединения карбоновой кислоты с амином . Прямая реакция, как правило, требует высоких температур для выезда с 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
Эфирные эфиры являются гораздо более высокими субстратами относительно карбоновых кислот. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Далее «активируя» как кислотные хлориды ( реакция Schotten-Baumann ), так и ангидриды ( метод Lumière-Barbier ) реагируют с аминами с получением 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
Пептид -синтез используют муфты, такие как Hatu , Hobt или Pybop . [ 17 ]
От нитрилов
[ редактировать ]Гидролиз нитрилов проводится в промышленном масштабе для производства жирных амидов. [ 18 ] Лабораторные процедуры также доступны. [ 19 ]
Специальные маршруты
[ редактировать ]Многие специализированные методы также дают амиды. [ 20 ] Разнообразные реагенты, например, трис (2,2,2-трифторэтил) борат были разработаны для специализированных применений. [ 21 ] [ 22 ]
| Имя реакции | Субстрат | Подробности |
|---|---|---|
| Бекманн перестройка | Циклический кетон | Реагент: гидроксиламин и кислота |
| Реакция Шмидта | Кетоны | Реагент: гидразовая кислота |
| Willgerodt - реакция Kindler | Арил алкилкетоны | Серная и морфолина |
| Реакция прохождения | Карбоновая кислота, кетон или альдегид | |
| Реакция UGI | Изоцианид, карбоновая кислота, кетон, первичный амин | |
| Реакция Бодру [ 23 ] [ 24 ] | Карбоновая кислота , реагент Grignard с производным анилина Arnhr ' | 
|
| Чепмен перестройка [ 25 ] [ 26 ] | Эфир арил -Имино | Для n , n -диарил амидов. Механизм реакции основан на нуклеофильной ароматической замещении . [ 27 ] |
| Leuckart Amide Synthesis [ 28 ] | Изоцианат | Реакция Арен с изоцианатом, катализированным алюминиевым трихлоридом , образованием ароматического амида. |
| Реакция Риттера [ 29 ] | Алкены , спирты или другие ионов карбона источники | Вторичные амиды через реакцию добавления между нитрилом и ионом карбона в присутствии концентрированных кислот. |
| Фотолитическое добавление формамида к олефинам [ 30 ] | Терминальные алкены | Реакция свободного радикала гомологации между терминальным алкеном и формамидом. |
| Дегидрогенативная связь [ 31 ] | алкоголь, амин | Требуется катализатор дегидрирования рутения |
| Трансамидация [ 32 ] [ 33 ] | амид | обычно медленно |
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Амидное определение и значение - Коллинз английский словарь» . www.collinsdictionary.com . Получено 15 апреля 2018 года .
- ^ "Амид" . Американский словарь английского языка (5 -е изд.). HarperCollins.
- ^ «Амид - определение амида на английском языке оксфордскими словари» . Оксфордские словаря - английский . Архивировано с оригинала 2 апреля 2015 года . Получено 15 апреля 2018 года .
- ^ Iupac , сборник химической терминологии , 2 -е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн -исправленная версия: (2006–) " амиды ". два : 10.1351/goldbook.a00266
- ^ Jump up to: а беременный в Флетчер, Джон Х. (1974). «Глава 21: амиды и имиды» . Номенклатура органических соединений: принципы и практика . Тол. 126. Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество . С. 166–173. doi : 10.1021/ba-1974-0126.CH021 . ISBN 9780841201910 .
- ^ IUPAC, химическая номенклатура и отделение представления структуры (27 октября 2004 г.). «Правило Praft P-66.1» . Номенклатура органической химии (предварительные рекомендации) . Iupac . Полный текст (PDF) правила проекта P-66: амиды, имиды, гидразиды, нитрилы, альдегиды, их аналоги халкогена и производные
- ^ Кости, Jenttes; Источника, Антон; Нинеланд, Йоахим; Стирай, Лизельтс; Тре, парень; Spielders, Bart (2012). «База данных алкамид: химия, коррекция и функциональность или N -алкиламиды растений» (PDF) . Журнал или этнофармакология . 142 (3): 563–590. doi : 10,1016/j . HDL : 1854/LU-213714 . PMID 22659196 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
- ^ Летучие мыши, январь W.; Haberecht, Monika C.; Вагнер, Матиас (2003). «Новое уточнение орторомбического полиморфа ацетамида». Acta Crystallographica Раздел e . 59 (10): O1483 - O1485. doi : 10.1107/s1600536803019494 .
- ^ Кемнц, Карл Р.; Loewen, Mark J. (2007). « Амидный резонанс» коррелирует с широтой барьеры вращения C - N ». Журнал Американского химического общества . 129 (9): 2521–8. doi : 10.1021/ja0663024 . PMID 17295481 .
- ^ Jump up to: а беременный Цитируйте ошибку: названная ссылка
careyбыл вызван, но никогда не определен (см. Страницу справки ). - ^ Алан Р. Катрицки ; Meth-Cohn, Otto; Чарльз Рис , ред. (1995). Комплексные трансформации органических функциональных групп . Тол. 3 (1 -е изд.). Оксфорд: Pergamon Press. п. 90 ISBN 0080423248 .
- ^ Смит, Майкл Б.; Март, Джерри (2007), Advanced Organic Chemistry: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ Патент США 5 935 953
- ^ Корсон, BB; Скотт, RW; Vose, CE (1941). «Цианоацетамид». Органические синтезы . 1 : 179. doi : 10.15227/orgsyn.009.0036 .
- ^ Джейкобс, Вашингтон (1941). «Хлороацетамид». Органические синтезы . 1 : 153. doi : 10.15227/orgsyn.007.0016 .
- ^ Kleinberg, J.; Audrieth, LF (1955). «Лактамид». Органические синтезы . 3 : 516. doi : 10.15227/orgsyn.021.0071 .
- ^ Валер, Эрик; Брэдли, Марк (2009). «Амидное образование связей: за пределами мифа о сцеплениях реагентов». Химический Соц Преподобный 38 (2): 606–631. doi : 10.1039/b701677h . PMID 19169468 . S2CID 14950926 .
- ^ Эллер, Карстен; Хенкс, Эрхард; Россбахер, Роланд; Höke, Hartmut (2000). «Амины, алифатичный». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. Doi : 10.1002/14356007.a02_001.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Веннер, Вильгельм (1952). "Фенилацетамид". Органические синтезы . 32 : 92. doi : 10.15227/orgsyn.032.0092 .
- ^ Де Фигейредо, Рената Марсия; Suppo, Жан-Симон; Campagne, Жан-Марк (2016). «Неклассические маршруты для формирования амидной связи». Химические обзоры . 116 (19): 12029–12122. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00237 . PMID 27673596 .
- ^ «Трис (2,2,2-трифторэтил) борат 97% | Сигма-Альдрич» . www.sigmaaldrich.com . Получено 22 сентября 2016 года .
- ^ Сабатини, Марко Т.; Боултон, Ли Т.; Шеппард, Том Д. (1 сентября 2017 г.). «Боратские эфиры: простые катализаторы для устойчивого синтеза сложных амидов» . Наука достижения . 3 (9): E1701028. Bibcode : 2017scia .... 3E1028S . doi : 10.1126/sciadv.1701028 . PMC 5609808 . PMID 28948222 .
- ^ Бодру Ф. (1905). Бык Соц Чим. Франция 33 : 831.
{{cite journal}}: Cs1 maint: периодический (ссылка) без названия ( ссылка ) - ^ «Реакция Бодру» . Институт химии, Скопье, Македония. Архивировано с оригинала 24 сентября 2015 года . Получено 23 мая 2007 года .
- ^ Шуленберг, JW; Арчер С. (1965). «Чепмен переставила». Орг Реагировать. 14 : 1–51. doi : 10.1002/0471264180.or014.01 . ISBN 978-0471264187 .
- ^ Чепмен, Артур Уильям (1925). «Cclxix. -Имино -арильные эфиры. Часть III. Молекулярная перестройка N -фенилбензиминофенил -эфира». Журнал химического общества, транзакции . 127 : 1992–1998. doi : 10.1039/ct9252701992 .
- ^ Март, Джерри (1966). Расширенная органическая химия, реакции, механизмы и структура (3 -е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-85472-2 .
- ^ Leuckart, R. (1885). «О некоторых реакциях ароматического цианата» . Отчеты немецкого химического общества . 18 : 873–877. Doi : 10.1002/cber.188501801182 .
- ^ Адамс, Роджер; Кримен, Ли; Кота, Дональд Дж. (1969). Органическая реакция Том 17 . Лондон: John Wiley & Sons, Inc. с. 213–326. doi : 10.1002/0471264180 . ISBN 9780471196150 .
- ^ Монсон, Ричард (1971). Расширенный органический синтез: методы и методы (PDF) . Нью -Йорк: Академическая пресса. п. 141. ISBN 978-0124336803 Полем Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
- ^ Gunanathan, C.; Бен-Давид, Y.; Милштейн Д. (2007). «Прямой синтез амидов из спиртов и аминов с освобождением H 2 ». Наука . 317 (5839): 790–2. Bibcode : 2007sci ... 317..790g . doi : 10.1126/science.1145295 . PMID 17690291 . S2CID 43671648 .
- ^ TA Dineen; Ма Заяк; Ag Myers (2006). «Эффективная трансамидация первичных карбоксамидов с помощью активации in situ с N, N-диалкалформамидом диметилацеталов». J. Am. Химический Соц 128 (50): 16406–16409. doi : 10.1021/ja066728i . PMID 17165798 .
- ^ Эмма Л. Бейкер; Майкл М. Ямано; Юджин Чжоу; Сара М. Энтони; Нил К. Гарг (2016). «Двухэтапный подход к достижению вторичной амидной трансамидации, обеспечиваемой никелевым катализом» . Природная связь . 7 : 11554. Bibcode : 2016natco ... 711554b . doi : 10.1038/ncomms11554 . PMC 4876455 . PMID 27199089 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
