Amidy sa označujú ako primárne, sekundárne alebo terciárne podľa toho, koľko vodíkov je na viazaných na amínovej podskupine. Primárne amidy majú tvar -NH2, sekundárne -NHR a terciárne -NRR', kde R a R' sú skupiny iné ako vodík.
Medzi bežné príklady amidov patria acetamid H3C-CONH2, benzamid C6H5-CONH2 a dimetylformamid HCON(CH3)2. Amidy sú všadeprítomné v prírode i technológii. Proteíny a dôležité plasty ako nylony, aramid, twaron a kevlar sú polyméry, ktorých jednotky sú spojené amidovými skupinami (sú to teda polyamidy). Tieto väzby sa ľahko vytvárajú, dodávajú štrukturálnu tuhosť a odolávajú hydrolýze. Amidy zahŕňajú mnoho ďalších dôležitých biologických zlúčenín, ako sú mnohé lieky, napríklad paracetamol a penicilín, či omamné látky, napríklad LSD.[4] Nízkomolekulárne amidy, ako je dimetylformamid, sú bežné rozpúšťadlá.
V obvyklom názvosloví sa pridáva výraz „amid“ ku kmeňu názvu materskej kyseliny. Napríklad amid odvodený od kyseliny octovej sa nazýva acetamid (acetyl + amid, CH3CONH2). IUPAC odporúča názov etánamid, ale tento a ďalšie súvisiace formálne názvy sa vyskytujú zriedkavo. Keď je amid odvodený od primárneho alebo sekundárneho amínu, substituenty na dusíku sú uvedené v názve ako prvé. To znamená, že amid vytvorený z dimetylamínu a kyseliny octovej sa nazýva N,N-dimetylacetamid (CH3CONMe2, kde Me = CH3). „N,N“ naznačuje, že obe metylové skupiny sú viazané na dusík amidovej skupiny. Tento názov sa zvyčajne zjednodušuje na dimetylacetamid.
Ak je v zlúčenine skupina s vyššou prioritou, je možné použiť predponu karbamoyl-, ako je to v prípade karbamoylfosfátu.
Cyklické amidy sa nazývajú laktámy a vždy sú to sekundárne alebo terciárne amidy.[5]
Vlastnosti
Väzba
Voľný elektrónový pár na atóme dusíka je delokalizovaný na karbonylovú skupinu, čím sa vytvorí čiastočná dvojitá väzba medzi dusíkom a uhlíkom. V skutočnosti majú atómy O, C a N molekulové orbitály obsadené delokalizovanými elektrónmi, ktoré tvoria konjugovaný systém. V dôsledku toho nie sú väzby dusíka v amidoch tetraédrické (ako v amínoch), ale planárne. Toto obmedzenie bráni rotácii okolo C-N väzby a má teda dôležité dôsledky na mechanické vlastnosti týchto látok, ako aj na konfiguračné vlastnosti makromolekúl vytvorených takýmito väzbami. Neschopnosť rotácie odlišuje amidové skupiny od esterových skupín, ktoré umožňujú rotáciu a tým vytvárajú flexibilnejšie zlúčeniny.
Štruktúru amidu možno opísať aj ako rezonanciu medzi dvoma alternatívnymi štruktúrami:
Odhaduje sa, že v prípade acetamidu má štruktúra A podiel na celkovej štruktúre až 62 %, zatiaľ čo štruktúra B predstavuje 28 %. (Súčet týchto čísel nie je 100 %, pretože existujú aj ďalšie menej dôležité rezonančné štruktúry, ktoré nie sú znázornené na obrázku vyššie). Medzi atómami vodíka a dusíka rôznych molekúl je tiež prítomná vodíková väzba.[6] Vo veľmi stéricky napätom chinuklidóne sa rezonancii do značnej miery zabráni.
Zásaditosť
V porovnaní s amínmi sú amidy veľmi slabé zásady. Zatiaľ čo konjugovaná kyselinaamínu má pKa asi 9,5, konjugovaná kyselina amidu má pKa okolo -0,5. Amidy preto nemajú tak zreteľne viditeľné acidobázické vlastnosti vo vode. Tento relatívny nedostatok zásaditosti sa vysvetľuje odoberaním elektrónov z amínu karbonylovou skupinou. Na druhej strane, amidy sú oveľa silnejšie zásady ako karboxylové kyseliny, estery, aldehydy a ketóny (pKa ich konjugovaných kyselín sú medzi -6 a -10).
Protón primárneho alebo sekundárneho amidu sa za normálnych podmienok nedisociuje ľahko, jeho pKa je zvyčajne vysoko nad 15. Naopak, v extrémne kyslých podmienkach môže byť karbonylový kyslík protónovaný s pKa približne -1. Nie je to len kvôli kladnému náboju dusíka, ale aj zápornému náboju kyslíka získanému rezonanciou.
Vodíková väzba a rozpustnosť
Kvôli väčšej elektronegativite kyslíka je karbonyl (C=O) silnejší dipól ako N–C dipól. Prítomnosť dipólu C=O a v menšej miere dipólu N–C umožňuje amidom pôsobiť ako akceptory vodíkových väzieb. V primárnych a sekundárnych amidoch umožňuje amidom prítomnosť N-H dipólov fungovať aj ako donory vodíkovej väzby. Amidy sa teda môžu podieľať na vodíkových väzbách s vodou a inými protickými rozpúšťadlami. Atóm kyslíka môže prijímať vodíkové väzby z vody (alebo iného protického rozpúšťadla) a atómy vodíka N-H môžu poskytovať vodíkové väzby. V dôsledku týchto interakcií je rozpustnosť amidov vo vode väčšia ako rozpustnosť odpovedajúcich uhľovodíkov. Tieto vodíkové väzby majú tiež dôležitú úlohu v sekundárnej štruktúre proteínov.
Rozpustnosti amidov a esterov sú zhruba porovnateľné. Typicky sú amidy menej rozpustné ako porovnateľné amíny a karboxylové kyseliny, pretože tieto zlúčeniny môžu darovať aj prijímať vodíkové väzby. Terciárne amidy majú nízku rozpustnosť vo vode, s dôležitou výnimkou N,N-dimetylformamidu.
Charakterizácia
Prítomnosť amidovej skupiny –C(=O)N= je vo všeobecnosti ľahké stanoviť, aspoň v malých molekulách. V IČ spektrách sa dá táto skupina odlíšiť od nitro a kyanoskupín. Amidy vykazujú stredne intenzívny pás vCO blízko 1650 cm-1. Pri 1H NMR spektroskopii vznikajú CONHR signály pri slabých poliach. V röntgenovej kryštalografii definujú C(=O)N centrum a tri bezprostredne susediacie atómy rovinu.
Reaktivita
Amidy podliehajú mnohým chemickým reakciám, aj keď sú menej reaktívne ako estery. Amidy hydrolyzujú v horúcich alkalických zásadách, ako aj v silne kyslých podmienkach. Kyslé podmienky poskytujú karboxylovú kyselinu a amónny ión, zatiaľ čo zásaditá hydrolýza poskytuje karboxylátový ión a amoniak. Protonizácia vznikajúceho amínu za kyslých podmienok a deprotonácia vznikajúcej karboxylovej kyseliny za zásaditých podmienok robí tieto procesy nekatalytickými a nevratnými. Amidy sú tiež všestrannými prekurzormi mnohých ďalších funkčných skupín. Elektrofily reagujú s karbonylovým kyslíkom. Tento krok často predchádza hydrolýze, ktorá je katalyzovaná Bronstedovými aj Lewisovými kyselinami. Je známe, že enzýmy (napr. peptidázy) a umelé katalyzátory urýchľujú hydrolytické reakcie.
Amidy sa môžu pripraviť reakciou karboxylovej kyseliny s amínom. Priama reakcia vo všeobecnosti vyžaduje vysoké teploty na vytlačenie vody:
RCO2H + R′R″NH → R′R″NH2+RCO2-
R′R″NH2+RCO2- → RC(O)NR′R″ + H2O
Mnohé metódy zahŕňajú „aktiváciu“ karboxylovej kyseliny jej premenou na lepší elektrofil, napríklad ester, acylchlorid (Schotten-Baumannova reakcia) alebo anhydrid (Lumière-Barbierova metóda). Konvenčné metódy syntézy peptidov využívajú kopulačné činidlá, ako sú HATU, HOBt alebo PyBOP.[10] Pre špecializované aplikácie boli vyvinuté rôzne činidlá, napr tris(2,2,2-trifluóretyl)boritan.[11][12]
Bázicky katalyzovaná reakcia esterov s rôznymi amínmi za vzniku alkoholov a amidov.
Iné metódy
Dehydrogenatívna acylácia amínov je katalyzovaná organoruténiovými zlúčeninami:[25]
Reakcia prebieha jednou dehydrogenáciou alkoholu na aldehyd, po ktorej nasleduje tvorba hemiaminálu, ktorý podlieha druhej dehydrogenácii za vzniku amidu. Eliminácia vody v hemiamináli na imín nie je pozorovaná.
Transamidácia je zvyčajne veľmi pomalá, ale urýchľuje sa Lewisovou kyselinou[26] a organokovovými katalyzátormi:[27]
RC(O)NR'2 + HNR"2 → RC(O)NR"2 + HNR'2
Primárne amidy (RC(O)NH2) sú pre túto reakciu vhodnejšie.
Referencie
↑ abPUTALA, Martin; SALIŠOVÁ, Marta; VENCEL, Tomáš. Názvoslovie organických zlúčenín [online]. Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra organickej chémie, 2015, [cit. 2022-01-22]. Dostupné online.
↑KEMNITZ, Carl R.; LOEWEN, Mark J.. “Amide Resonance” Correlates with a Breadth of C−N Rotation Barriers. Journal of the American Chemical Society, 2007-03-01, roč. 129, čís. 9, s. 2521–2528. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN0002-7863. DOI: 10.1021/ja0663024. (po anglicky)
↑MONTALBETTI, Christian A.G.N.; FALQUE, Virginie. Amide bond formation and peptide coupling. Tetrahedron, 2005-11, roč. 61, čís. 46, s. 10827–10852. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. DOI: 10.1016/j.tet.2005.08.031. (po anglicky)
↑VALEUR, Eric; BRADLEY, Mark. Amide bond formation: beyond the myth of coupling reagents. Chemical Society Reviews, 2009-01-26, roč. 38, čís. 2, s. 606–631. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN1460-4744. DOI: 10.1039/B701677H. (po anglicky)
↑SABATINI, Marco T.; BOULTON, Lee T.; SHEPPARD, Tom D.. Borate esters: Simple catalysts for the sustainable synthesis of complex amides. Science Advances, 2017-09. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. DOI: 10.1126/sciadv.1701028. (EN)
↑CHAPMAN, Arthur William. CCLXIX.—Imino-aryl ethers. Part III. The molecular rearrangement of N-phenylbenziminophenyl ether. Journal of the Chemical Society, Transactions, 1925-01-01, roč. 127, čís. 0, s. 1992–1998. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN0368-1645. DOI: 10.1039/CT9252701992. (po anglicky)
↑MARCH, Jerry. Advanced organic chemistry : reactions, mechanisms, and structure. New York : Wiley, 1985. (3rd ed.) Dostupné online.ISBN 0-471-88841-9.
↑LEUCKART, R.. Ueber einige Reaktionen der aromatischen Cyanate. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1885, roč. 18, čís. 1, s. 873–877. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN1099-0682. DOI: 10.1002/cber.188501801182. (po anglicky)
↑GUNANATHAN, Chidambaram; BEN-DAVID, Yehoshoa; MILSTEIN, David. Direct Synthesis of Amides from Alcohols and Amines with Liberation of H2. Science, 2007-08-10. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. DOI: 10.1126/science.1145295. (EN)
↑DINEEN, Thomas A.; ZAJAC, Matthew A.; MYERS, Andrew G.. Efficient Transamidation of Primary Carboxamides by in Situ Activation with N,N-Dialkylformamide Dimethyl Acetals. Journal of the American Chemical Society, 2006-12-01, roč. 128, čís. 50, s. 16406–16409. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN0002-7863. DOI: 10.1021/ja066728i.
↑BAKER, Emma L.; YAMANO, Michael M.; ZHOU, Yujing. A two-step approach to achieve secondary amide transamidation enabled by nickel catalysis. Nature Communications, 2016-05-20, roč. 7, čís. 1, s. 11554. Dostupné online [cit. 2022-01-22]. ISSN2041-1723. DOI: 10.1038/ncomms11554. (po anglicky)