Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с карбоксамида )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья об органических амидах. Для использования в других целях, см Амид (функциональная группа) .
Не путать с имиде .

Общая структура амида (в частности, карбоксамида).
Формамид , простейший амид.
Аспарагин, аминокислота с боковой цепью (выделено), содержащей амидную группу.

В области органической химии , амид , также известный как органический амид или карбоксамид , представляет собой соединение с общей формулой RC (= O) NR'R ", где R, R» и R 'представляют собой органические группы или водородные атомы. [1] [2] Амидная группа называется пептидной связью, когда она является частью основной цепи белка, и изопептидной связью, когда она встречается в боковой цепи, например, в аминокислотах аспарагин и глутамин . Его можно рассматривать как производное карбоновой кислоты RC (= O) OH сгидроксильная группа –ОН заменена аминогруппой –NR'R ″; или, что эквивалентно, ацильная (алканоильная) группа RC (= O) -, присоединенная к аминогруппе.

Обычными примерами амидов являются ацетамид H 3 C – CONH 2 , бензамид C 6 H 5 –CONH 2 и диметилформамид HCON (–CH 3 ) 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. [ не проверено в теле ]

Ядро амидов –C (= O) N = называется амидной группой (в частности, карбоксамидной группой ).

Амиды широко распространены в природе и технологиях. Белки и важные пластмассы, такие как нейлон , арамид , тварон и кевлар, представляют собой полимеры , звенья которых связаны амидными группами ( полиамиды ); эти связи легко образуются, придают структурную жесткость и сопротивляются гидролизу . Амиды включают множество других важных биологических соединений, а также множество лекарств, таких как парацетамол , пенициллин и ЛСД . [3] Низкомолекулярные амиды, такие как диметилформамид, являются обычными растворителями.

Номенклатура [ править ]

Основная статья: номенклатура органической химии ИЮПАК § Амины и амиды

В обычной номенклатуре к основанию 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. Когда амид является производным первичного или вторичного амина, заместители азота указываются первыми в названии. Таким образом, амид, образованный из диметиламина и уксусной кислоты, представляет собой N , N- диметилацетамид (CH 3 CONMe 2 , где Me = CH 3 ). Обычно даже это название упрощают додиметилацетамид . Циклические амиды называются лактамами ; они обязательно являются вторичными или третичными амидами. [4]

Произношение [ править ]

Термин «амид» по - разному выражены / æ м aɪ д / или / æ м ɪ д / или / eɪ м aɪ д / ( слушать ) . [5] [6] [7]

Различные произношения могут быть использованы для двух основных чувств, говоря / ə м я д / для карбонила - азот соединения и / eɪ м aɪ д / для аниона . [ Править ] Другие заменить одну из них с / æ м ɪ д / .

Свойства [ править ]

Связь [ править ]

Шарообразная модель молекулы формамида, показывающая π-молекулярные орбитали (серый цвет).

Неподеленная пара электронов на атоме азота делокализована в карбонильную группу, таким образом образуя 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 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 такими связями. Невозможность вращения отличает амидные группы от сложноэфирных групп, которые допускают вращение и, таким образом, создают более гибкий объемный материал.

Структуру амида можно описать также как резонанс между двумя альтернативными структурами:

По оценкам, для ацетамида структура A дает 62% -ный вклад в структуру, а структура B дает 28% -ный вклад. (Эти цифры не составляют 100%, потому что существуют дополнительные менее важные формы резонанса, которые не показаны выше). Между атомами водорода и азота активных групп также присутствует водородная связь. [8] Резонанс в очень напряженном хинуклидоне в значительной степени предотвращен .

Основность [ править ]

По сравнению с аминами амиды являются очень слабыми основаниями . В то время как конъюгат кислоты из амина имеет р K приблизительно 9,5, то сопряженная кислота амида имеет Ap K с Around -0,5. Следовательно, амиды не обладают столь ярко выраженными кислотно-основными свойствами в воде . Это относительное отсутствие основности объясняется отрывом 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 составляет от -6 до -10).

Протон первичного или вторичного амида не диссоциирует легко при нормальных условиях; его p K a обычно значительно выше 15. Напротив, в чрезвычайно кислых условиях карбонильный кислород может стать протонированным с ap K a, равным 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 [ править ]

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 действовать как акцепторы водородной связи. В первичных и вторичных амидах присутствие диполей N – H позволяет амидам также выступать в качестве доноров водородных связей. Таким образом, 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 таких взаимодействий растворимость амидов в воде выше, чем у соответствующих углеводородов. Эти водородные связи также играют важную роль во вторичной структуре белков.

В растворимости амидов и сложных эфиров примерно сопоставимы. 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 , обладают низкой растворимостью в воде.

Характеристика [ править ]

Присутствие амидной группы –C (= O) N– обычно легко устанавливается, по крайней мере, в небольших молекулах. Его можно отличить от нитро- и цианогрупп в ИК-спектрах . Амиды демонстрируют умеренно интенсивную полосу ν CO около 1650 см -1 . По данным спектроскопии ЯМР 1 H , сигналы CON H R появляются в слабых полях. В рентгеновской кристаллографии центр C (= O) N вместе с тремя непосредственно соседними атомами характерно определяют плоскость.

Реакции [ править ]

Механизм кислотно-опосредованного гидролиза амида. [9]

Амиды подвергаются множеству химических реакций, хотя они менее активны, чем сложные эфиры. Амиды гидролизуются как в горячей щелочи, так и в сильнокислой среде. Кислые условия дают карбоновую кислоту и ион аммония, тогда как щелочной гидролиз дает ион карбоксилата 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 иКислоты Льюиса . Известно, что ферменты, например пептидазы и искусственные катализаторы, ускоряют реакции гидролиза.

Название реакцииТоварКомментарий
ОбезвоживаниеНитрилРеагент: пятиокись фосфора ; бензолсульфонилхлорид ; TFAA / py [10]
Перестановка ГофманаАмин с одним атомом углерода меньшеРеагенты: бром и гидроксид натрия.
Восстановление амидаАминРеагент: алюмогидрид лития с последующим гидролизом.
Реакция Вильсмайера – ХаакаАльдегид (через имин )POCl 3 , ароматический субстрат, формамид
Реакция Бишлера – НаперальскогоЦиклический иминPOCl 3 , SOCl 2 и т. Д.

Синтез [ править ]

Существует множество методов синтеза амидов. [11]

Амиды можно получить связыванием карбоновой кислоты с амином . Прямая реакция обычно требует высоких температур, чтобы отогнать воду:

RCO 2 H + R′R ″ NH → R′R ″ NH+
2RCO-
2
R′R ″ NH+
2RCO-
2→ RC (O) NR′R ″ + H 2 O

Многие методы включают «активацию» карбоновой кислоты путем превращения ее в более качественный электрофил ; такие как сложные эфиры , хлорангидриды ( реакция Шоттена-Баумана ) или ангидриды ( метод Люмьера-Барбье ).

В обычных методах пептидного синтеза используются связывающие агенты, такие как HATU , HOBt или PyBOP . [12]

Для специализированных применений были разработаны различные реагенты, например трис (2,2,2-трифторэтил) борат . [13] [14]

Название реакцииСубстратПодробности
Нуклеофильное ацильное замещениеацилхлорид или ангидрид кислотыРеагент: аммиак или амины.
Перестановка БекманаЦиклический кетонРеагент: гидроксиламин и кислота.
Реакция ШмидтаКетоныРеагент: азотная кислота.
Гидролиз нитрила [15]НитрилРеагент: вода; кислотный катализатор
Реакция Вилльгеродта – КиндлераАрилалкилкетоныСера и морфолин
Реакция ПассериниКарбоновая кислота, кетон или альдегид
Уги реакцияИзоцианид, карбоновая кислота, кетон, первичный амин
Реакция Бодру [16] [17]Карбоновая кислота , реактив Гриньяра с производным анилина ArNHR '
Перегруппировка Чепмена [18] [19]Арилимино эфирДля N , N -диариламидов. Механизм реакции основан на нуклеофильном ароматическом замещении . [20]
Синтез амида Лейкарта [21]ИзоцианатРеакция арена с изоцианатом, катализируемая трихлоридом алюминия , с образованием ароматического амида.
Реакция Риттера [22]Алкены , спирты или другие источники ионов карбонияВторичные амиды посредством реакции присоединения между нитрилом и ионом карбония в присутствии концентрированных кислот.
Фотолитическое присоединение формамида к олефинам [23]Терминальные алкеныСвободные радикалы реакция омологации между оконечным алкеном и формамидом.
Аминолиз сложного эфира [24] [25] [26]Сложные эфирыКатализируемая основаниями реакция сложных эфиров с различными аминами с образованием спиртов и амидов.

Другие методы [ править ]

Дегидрогенизирующее ацилирование аминов катализируется рутениевыми органическими соединениями : [27]

Реакция протекает путем однократного дегидрирования спирта до альдегида с последующим образованием полуаминаля , который подвергается второму дегидрированию до амида. Удаление воды в полуамине к имину не наблюдается.

Трансамидирование обычно происходит очень медленно, но его ускоряют кислотой Льюиса [28] и металлоорганическими катализаторами : [29]

RC (O) NR ' 2 + HNR " 2 → RC (O) NR" 2 + HNR' 2

Первичные амиды (RC (O) NH 2 ) более подвержены этой реакции.

См. Также [ править ]

  • Амидоген
  • Аминорадикал
  • Amidicity
  • Амиды металлов

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « амиды ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00266
  2. ^ «Глава 21: Амиды и Имиды» . Номенклатура органических соединений . Успехи химии . Том 126. Вашингтон, Американское химическое общество. 1974. С.  166–173 . DOI : 10.1021 / ба-1974-0126.ch021 . ISBN 9780841201910.
  3. ^ Боонен, Йенте; Бронселер, Антуан; Ниландт, Иоахим; Веризер, Лизелотта; Де Тре, Гай; Де Шпигелеер, Барт (2012). «База данных алкамидов: химия, встречаемость и функциональность растительных N- алкиламидов» (PDF) . Журнал этнофармакологии . 142 (3): 563–90. DOI : 10.1016 / j.jep.2012.05.038 . hdl : 1854 / LU-2133714 . PMID 22659196 .  
  4. ^ Органическая химия Номенклатура ИЮПАК. Правило C-821. Амидес http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_540.htm. Архивировано 21 января 2011 г. в Wayback Machine.
  5. ^ «Определение и значение амида - Словарь английского языка Коллинза» . www.collinsdictionary.com . Проверено 15 апреля 2018 года .
  6. ^ «амид» . Словарь английского языка американского наследия (5-е изд.). Бостон: Houghton Mifflin Harcourt .
  7. ^ «амид - определение амида на английском языке Оксфордскими словарями» . Оксфордские словари - английские . Проверено 15 апреля 2018 года .
  8. ^ Кемниц, Карл Р .; Лёвен, Марк Дж. (2007). « « Амидный резонанс »коррелирует с шириной барьеров вращения C − N». Журнал Американского химического общества . 129 (9): 2521–8. DOI : 10.1021 / ja0663024 . PMID 17295481 . 
  9. ^ Смит, Майкл Б .; Март, Джерри (2007), Расширенная органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  10. ^ Патент США 5,935,953
  11. ^ Монтальбетти, Christian AGN; Фальк, Вирджиния (14 ноября 2005 г.). «Образование амидной связи и пептидное связывание». Тетраэдр . 61 (46): 10827–10852. DOI : 10.1016 / j.tet.2005.08.031 .
  12. ^ Валер, Эрик; Брэдли, Марк (2009). «Образование амидной связи: за пределами мифа о связывающих реагентах». Chem. Soc. Ред . 38 (2): 606–631. DOI : 10.1039 / B701677H . PMID 19169468 . S2CID 14950926 .  
  13. ^ "Трис (2,2,2-трифторэтил) борат 97% | Sigma-Aldrich" . www.sigmaaldrich.com . Проверено 22 сентября 2016 года .
  14. ^ Сабатини, Марко Т .; Boulton, Lee T .; Шеппард, Том Д. (1 сентября 2017 г.). «Эфиры бората: простые катализаторы для устойчивого синтеза сложных амидов» . Наука продвигается . 3 (9): e1701028. Bibcode : 2017SciA .... 3E1028S . DOI : 10.1126 / sciadv.1701028 . PMC 5609808 . PMID 28948222 .  
  15. ^ Веннер, Вильгельм (1952). «Фенилацетамид». Органический синтез . 32 : 92. DOI : 10,15227 / orgsyn.032.0092 .
  16. ^ Бодру Ф. (1905). Бык. Soc. Чим. Франция . 33 : 831.CS1 maint: журнал без названия ( ссылка )
  17. ^ "Реакция Бодру" . Институт химии, Скопье, Македония.
  18. ^ Шуленберг, JW; Арчер, С. (1965). Перестановка Чепмена . Орг. Реагировать. 14 . С. 1–51. DOI : 10.1002 / 0471264180.or014.01 . ISBN  978-0471264187.
  19. ^ Чепмен, Артур Уильям (1925). «CCLXIX. - Иминоариловые эфиры. Часть III. Молекулярная перегруппировка N- фенилбензимнофенилового эфира». Журнал Химического общества, Сделки . 127 : 1992–1998. DOI : 10.1039 / CT9252701992 .
  20. ^ Март, Джерри (1966). Продвинутая органическая химия, реакции, механизмы и структура (3-е изд.). ISBN 978-0-471-85472-2.
  21. ^ Лейкарт, R. (1885). "Ueber einige Reaktionen der aromatischen Cyanate" . Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft . 18 : 873–877. DOI : 10.1002 / cber.188501801182 .
  22. ^ Адамс, Роджер; Кримен Л.И.; Кота, Дональд Дж. (1969). Объем органической реакции 17 . Лондон: John Wiley & Sons, Inc., стр. 213–326. DOI : 10.1002 / 0471264180 . ISBN 9780471196150.
  23. ^ Монсон, Ричард (1971). Расширенный органический синтез: методы и методы (PDF) . Нью-Йорк: Academic Press. п. 141. ISBN.  978-0124336803.[ постоянная мертвая ссылка ]
  24. ^ Корсон, BB; Скотт, RW; Восе, CE (1941). «Цианоацетамид». Органический синтез . 1 : 179. DOI : 10,15227 / orgsyn.009.0036 .
  25. Перейти ↑ Jacobs, WA (1941). «Хлорацетамид». Органический синтез . 1 : 153. DOI : 10,15227 / orgsyn.007.0016 .
  26. ^ Kleinberg, J .; Одриет, LF (1955). «Лактамид». Органический синтез . 3 : 516. DOI : 10,15227 / orgsyn.021.0071 .
  27. ^ Gunanathan, С .; Бен-Дэвид, Й .; Мильштейн, Д. (2007). «Прямой синтез амидов из спиртов и аминов с выделением H 2 ». Наука . 317 (5839): 790–2. Bibcode : 2007Sci ... 317..790G . DOI : 10.1126 / science.1145295 . PMID 17690291 . S2CID 43671648 .  
  28. ^ TA Dineen; М.А. Заяц; А. Г. Майерс (2006). «Эффективное трансамидирование первичных карбоксамидов путем активации in situ с помощью N, N-диалкилформамида диметилацеталей». Варенье. Chem. Soc . 128 (50): 16406–16409. DOI : 10.1021 / ja066728i . PMID 17165798 . 
  29. ↑ Эмма Л. Бейкер; Майкл М. Ямано; Юйцзин Чжоу; Сара М. Энтони; Нил К. Гарг (2016). «Двухэтапный подход к достижению вторичного переамидирования амида с помощью никелевого катализа» . Nature Communications . 7 : 11554. Bibcode : 2016NatCo ... 711554B . DOI : 10.1038 / ncomms11554 . PMC 4876455 . PMID 27199089 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Синтез амида (реакция сочетания) - Синтетические протоколы от organic-reaction.com
  • Сборник химической терминологии ИЮПАК