Амид - Amide

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 органическая химия, амид, также известный как органический амид или карбоксамид, это сложный с общей формулой RC (= O) NR′R ″, где R, R 'и R ″ представляют органический группы или же водород атомы.[1][2] Амидная группа называется пептидная связь когда он является частью основной цепи белка, и изопептидная связь когда это происходит в боковой цепи, например, в аминокислоты аспарагин и глутамин. Его можно рассматривать как производную от карбоновая кислота RC (= O) OH с гидроксил группа –OH заменена на амин группа –NR′R ″; или, что то же самое, ацильная (алканоильная) группа RC (= O) - присоединен к аминогруппе.

Общие примеры амидов: ацетамид ЧАС3C – CONH2, бензамид C6ЧАС5–CONH2 и диметилформамид HCON (–CH3)2.

Амиды квалифицируются как начальный, вторичный, и высшее в зависимости от того, имеет ли подгруппа амина вид –NH2, –NHR или –NRR ', где R и R' представляют собой группы, отличные от водорода.[не проверено в теле ]

Ядро амидов –C (= O) N = называется амидная группа (конкретно, карбоксамидная группа).

Амиды широко распространены в природе и технологиях. Белки и важно пластмассы подобно Нейлон, Арамид, Twaron, и Кевлар находятся полимеры чьи звенья связаны амидными группами (полиамиды ); эти связи легко образуются, придают конструкции жесткость и сопротивляются гидролиз. Амиды включают многие другие важные биологические соединения, а также многие другие. наркотики подобно парацетамол, пенициллин и ЛСД.[3] Амиды с низкой молекулярной массой, такие как диметилформамид, являются обычными растворителями.

Номенклатура

Основная статья: Номенклатура органической химии ИЮПАК § Амины и амиды

В обычной номенклатуре к основному названию исходной кислоты добавляют термин «амид». Например, амид, полученный из уксусная кислота назван ацетамид (CH3CONH2). ИЮПАК рекомендует этанамид, но это и связанные с ним формальные имена встречаются редко. Когда амид является производным первичного или вторичного амина, заместители азота указываются первыми в названии. Таким образом, амид образовался из диметиламин и уксусная кислота является N,N-диметилацетамид (CH3CONMe2, где Me = CH3). Обычно даже это название упрощают до диметилацетамид. Циклические амиды называются лактамы; они обязательно являются вторичными или третичными амидами.[4]

Произношение

Термин «амид» произносится по-разному. /ˈæмаɪd/ или же /ˈæмɪd/ или же /ˈeɪмаɪd/ (Об этом звукеСлушать).[5][6][7]

Два основных смысла могут использоваться по-разному: /əˈмяd/ для карбонил –азот соединение и /ˈeɪмаɪd/ для анион.[нужна цитата ] Другие заменяют один из них на /ˈæмɪd/.

Характеристики

Склеивание

Шаровидная модель молекулы формамида, показывающая π молекулярные орбитали (серый).

Одинокая пара электроны на атоме азота делокализован в карбонильную группу, образуя таким образом частичный двойная связь между азотом и углеродом. Фактически атомы O, C и N имеют молекулярные орбитали занят делокализованные электроны, образуя сопряженная система. Следовательно, три связи азота в амидах не пирамидальные (как в аминах), а плоские.

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

AmideResonance.png

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 есть дополнительные менее важные формы резонанса, которые не показаны выше). Между атомами водорода и азота активных групп также присутствует водородная связь.[8] Резонанс в очень напряженных хинуклидон.

Основность

В сравнении с амины, амиды очень слабые базы. В то время как конъюгированная кислота из амин имеет пKа около 9,5, конъюгированная кислота амида имеет pKа около -0,5. Следовательно, амиды не имеют столь заметного кислотно-щелочной свойства в воды. Это относительное отсутствие основности объясняется отрывом электронов от амина карбонилом. С другой стороны, амиды намного сильнее базы чем карбоновые кислоты, сложные эфиры, альдегиды, и кетоны (их сопряженные кислоты pKаs находятся между -6 и -10).

Протон первичного или вторичного амида не диссоциирует легко при нормальных условиях; это пKа обычно значительно выше 15. И наоборот, в чрезвычайно кислых условиях карбонильная кислород может протонироваться с pKа 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

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 водородная связь 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 в вторичная структура белков.

В растворимость 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-диметилформамид, проявляют низкую растворимость в воде.

Характеристика

Присутствие амидной группы –C (= O) N– обычно легко устанавливается, по крайней мере, в небольших молекулах. Его можно отличить от нитро- и цианогрупп в ИК спектры. Амиды обладают умеренно интенсивным νCO полоса около 1650 см−1. К 1ЧАС ЯМР-спектроскопия, ПРОТИВЧАССигналы R возникают в слабых полях. В рентгеновской кристаллографии центр C (= O) N вместе с тремя непосредственно соседними атомами характерно определяют плоскость.

Реакции

Механизм кислотно-опосредованного гидролиза амида.[9]

Амиды подвергаются множеству химических реакций, хотя они менее активны, чем сложные эфиры. Амиды гидролизуются в горячем щелочь а также в сильных кислый условия. Кислые условия дают карбоновую кислоту и ион аммония, тогда как щелочной гидролиз дает карбоксилатный ион и аммиак. Протонирование первоначально образованного 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 функциональные группы. Электрофилы реагируют с карбонил кислород. Этот этап часто предшествует гидролизу, который катализируется как Кислоты Бренстеда и Кислоты Льюиса. Ферменты, например пептидазы и искусственные катализаторы, как известно, ускоряют реакции гидролиза.

Название реакцииТоварКомментарий
ОбезвоживаниеНитрилРеагент: пятиокись фосфора; бензолсульфонилхлорид; TFAA /ру[10]
Перегруппировка ГофманаАмин с одним атомом углерода меньшеРеагенты: бром и едкий натр
Восстановление амидаАминРеагент: литийалюминийгидрид с последующим гидролизом
Реакция Вильсмайера – ХаакаАльдегид (через я добываю )POCl3, ароматический субстрат, формамид
Реакция Бишлера – НаперальскогоЦиклический я добываюPOCl3, SOCl2, так далее.

Синтез

Существует множество методов синтеза амидов.[11]

Амиды могут быть получены сочетанием карбоновая кислота с амин. Прямая реакция обычно требует высоких температур, чтобы отогнать воду:

RCO2H + R′R ″ NH → R′R ″ NH+
2RCO−
2
R′R ″ NH+
2RCO−
2 → RC (O) NR′R ″ + H2О

Многие методы включают «активацию» карбоновой кислоты путем преобразования ее в лучшую электрофил; Такие как сложные эфиры, хлорангидриды (Реакция Шоттена-Баумана ), или же ангидриды (Метод Люмьера – Барбье ).

Обычные методы в пептидный синтез используйте связующие агенты, такие как HATU, HOBt, или же PyBOP.[12]

Различные реагенты, например Трис (2,2,2-трифторэтил) борат были разработаны для специализированных приложений.[13][14]

Название реакцииСубстратПодробности
Нуклеофильное ацильное замещениеацилхлорид или же ангидрид кислотыРеагент: аммиак или же 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 анилин производная ArNHR 'Бодру response.svg
Перестановка Чепмена[18][19]Арил имино эфирЗа N,N-диариламиды. В механизм реакции основан на нуклеофильное ароматическое замещение.[20]
Перестановка Чепмена
Лейкарт амидный синтез[21]ИзоцианатРеакция арена с изоцианатом, катализируемая трихлорид алюминия, образование ароматического амида.
Реакция Риттера[22]Алкенес, спирты, или другой ион карбония источникиВторичный амиды через реакция присоединения между нитрил и ион карбония в присутствии концентрированных кислот.
Фотолитический добавление формамид к олефины[23]Терминал алкеныА свободный радикал реакция омологации между концевым алкеном и формамидом.
Сложный эфир аминолиз[24][25][26]Сложные эфирыКатализируемая основанием реакция сложных эфиров с различными амины формировать спирты и амиды.

Другие методы

Дегидрогенизирующее ацилирование аминов катализируется органорутениевые соединения:[27]

DehydrogenativeAmidation.svg

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

Трансамидирование обычно очень медленный, но он ускоряется с помощью Кислота Льюиса[28] и металлоорганический катализаторы:[29]

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

Первичные амиды (RC (O) NH2) более поддаются этой реакции.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "амиды ". Дои:10.1351 / goldbook.A00266
  2. ^ "Глава 21: Амиды и имиды". Номенклатура органических соединений. Достижения в химии. Том 126. Вашингтон, Американское химическое общество. 1974. С.166–173. Дои:10.1021 / ba-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, распространение и функциональность растений. N-алкиламиды » (PDF). Журнал этнофармакологии. 142 (3): 563–90. Дои:10.1016 / j.jep.2012.05.038. HDL:1854 / LU-2133714. PMID  22659196.
  4. ^ Органическая химия Номенклатура ИЮПАК. Правила С-821. Амиды http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_540.htm В архиве 21 января 2011 г. Wayback Machine
  5. ^ «Определение и значение амида - словарь английского языка Коллинза». www.collinsdictionary.com. Получено 15 апреля 2018.
  6. ^ "амид". Словарь английского языка American Heritage Dictionary (5-е изд.). Бостон: Houghton Mifflin Harcourt.
  7. ^ «амид - определение амида в английском языке по оксфордским словарям». Оксфордские словари - английский. Получено 15 апреля 2018.
  8. ^ Kemnitz, Carl R .; Лёвен, Марк Дж. (2007). ""Амидный резонанс «коррелирует с шириной барьеров вращения C − N». Журнал Американского химического общества. 129 (9): 2521–8. Дои:10.1021 / ja0663024. PMID  17295481.
  9. ^ Смит, Майкл Б .; Марш, Джерри (2007), Продвинутая 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, Кристиан А. Г. Н .; Фальк, Вирджиния (14 ноября 2005 г.). «Образование амидной связи и пептидное связывание». Тетраэдр. 61 (46): 10827–10852. Дои:10.1016 / j.tet.2005.08.031.
  12. ^ Валер, Эрик; Брэдли, Марк (2009). «Образование амидной связи: за пределами мифа о связывающих реагентах». Chem. Soc. Rev. 38 (2): 606–631. Дои:10.1039 / B701677H. PMID  19169468. S2CID  14950926.
  13. ^ «Трис (2,2,2-трифторэтил) борат 97% | Sigma-Aldrich». www.sigmaaldrich.com. Получено 22 сентября 2016.
  14. ^ Sabatini, Marco T .; Boulton, Lee T .; Шеппард, Том Д. (1 сентября 2017 г.). «Эфиры бората: простые катализаторы устойчивого синтеза сложных амидов». Достижения науки. 3 (9): e1701028. Bibcode:2017SciA .... 3E1028S. Дои:10.1126 / sciadv.1701028. ЧВК  5609808. PMID  28948222.
  15. ^ Веннер, Вильгельм (1952). «Фенилацетамид». Органический синтез. 32: 92. Дои:10.15227 / orgsyn.032.0092.
  16. ^ Бодру Ф. (1905). Бык. Soc. Чим. Франция. 33: 831.CS1 maint: журнал без названия (связь)
  17. ^ «Реакция Бодру». Институт химии, Скопье, Македония.
  18. ^ Schulenberg, J. W .; Арчер, С. (1965). Перестановка Чепмена. Орг. Реагировать. 14. С. 1–51. Дои:10.1002 / 0471264180.or014.01. ISBN  978-0471264187.
  19. ^ Чепмен, Артур Уильям (1925). "CCLXIX. - Иминоариловые эфиры. Часть III. Молекулярная перегруппировка N-фенилбензимнофениловый эфир ». Журнал химического общества, Сделки. 127: 1992–1998. Дои:10.1039 / CT9252701992.
  20. ^ Марш, Джерри (1966). Продвинутая органическая химия, реакции, механизмы и структура (3-е изд.). ISBN  978-0-471-85472-2.
  21. ^ Лейкарт, Р. (1885). "Ueber einige Reaktionen der aromatischen Cyanate". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 18: 873–877. Дои: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. Дои:10.1002/0471264180. ISBN  9780471196150.
  23. ^ Монсон, Ричард (1971). Передовой органический синтез: методы и методы (PDF). Нью-Йорк: Academic Press. п. 141. ISBN  978-0124336803.[постоянная мертвая ссылка ]
  24. ^ Corson, B.B .; Scott, R.W .; Восе, К. Э. (1941). «Цианоацетамид». Органический синтез. 1: 179. Дои:10.15227 / orgsyn.009.0036.
  25. ^ Джейкобс, В. А. (1941). «Хлорацетамид». Органический синтез. 1: 153. Дои:10.15227 / orgsyn.007.0016.
  26. ^ Kleinberg, J .; Одриет, Л. Ф. (1955). «Лактамид». Органический синтез. 3: 516. Дои:10.15227 / orgsyn.021.0071.
  27. ^ Gunanathan, C .; Ben-David, Y .; Мильштейн, Д. (2007). «Прямой синтез амидов из спиртов и аминов с выделением H2". Наука. 317 (5839): 790–2. Bibcode:2007Научный ... 317..790Г. Дои:10.1126 / science.1145295. PMID  17690291. S2CID  43671648.
  28. ^ Т. А. Динин; М. А. Заяц; А. Г. Майерс (2006). "Эффективное трансамидирование первичных карбоксамидов с помощью на месте Активация N, N-диалкилформамид диметилацеталями ». Варенье. Chem. Soc. 128 (50): 16406–16409. Дои: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:2016НатКо ... 711554B. Дои:10.1038 / ncomms11554. ЧВК  4876455. PMID  27199089.

внешняя ссылка