Αμίδια

Ένα αμίδιο, (amide, acid amide), είναι μια ένωση με τη χαρακτηριστική ομάδα RₙE(O)ₓNR'₂ (R και R' αναφέρονται σε H ή οργανικές ομάδες). Τα πιο συνηθισμένα είναι τα οργανικά αμίδια (n = 1, E = C, x = 1), αλλά πολλοί άλλοι σημαντικοί τύποι αμιδίων είναι γνωστοί συμπεριλαμβανομένων των φωσφοραμιδίων (n = 2, E = P, x = 1 και πολλών σχετικών τύπων) και των σουλφοναμιδίων (E = S, x= 2). Ο όρος αμίδιο αναφέρεται και για την τάξη των ενώσεων και για την χαρακτηριστική ομάδα (RₙE(O)ₓNR'₂) μέσα σε αυτές τις ενώσεις.
Ο όρος αμίδιο μπορεί επίσης να αναφέρεται στη συζυγή βάση της αμμωνίας (το ανιόν H₂N⁻) ή σε μια οργανική αμίνη (ένα ανιόν R₂N⁻).
Το υπόλοιπο αυτού του άρθρου είναι σχετικά με την έννοια του αμιδίου καρβονυλίου-αζώτου.

Ονοματολογία

Στη συνηθισμένη ονοματολογία, προστίθεται ο όρος «αμίδιο» στο θέμα του ονόματος του γονικού οξέος. Παραδείγματος χάρη, το αμίδιο που παράγεται από το αιθανικό οξύ (ή οξικό οξύ) ονομάζεται αιθαναμίδιο (ή ακεταμίδιο) (CH₃CONH₂). Η IUPAC συνιστά την ονομασία αιθαναμίδιο. Όταν το αμίδιο παράγεται από μια πρωτοταγή ή δευτεροταγή αμίνη, οι υποκαταστάτες του αζώτου εμφανίζονται πρώτα στο όνομα. Συνεπώς, το αμίδιο που σχηματίζεται από Ν-μεθυλομεθαναμίνη (διμεθυλαμίνη) και αιθανικό οξύ είναι N,N-διμεθυλακεταμίδιο (CH₃CONMe₂, όπου Me = CH₃). Συνήθως και αυτό το όνομα απλοποιείται σε διμεθυλακεταμίδιο. Τα κυκλικά αμίδια λέγονται λακτάμες· είναι κατ' ανάγκη δευτεροταγή ή τριτοταγή αμίδια. Οι χαρακτηριστικές ομάδες που αποτελούνται από -P(O)NR₂ και -SO₂NR₂ είναι φωσφαναμίδια και σουλφαναμίδια, αντίστοιχα.

Βασικότητα

Συγκρινόμενα με τις αμίνες, τα αμίδια είναι πολύ ασθενείς βάσεις. Ενώ το συζυγές οξύ μιας αμίνης έχει pKa περίπου 9,5, το συζυγές οξύ ενός αμιδίου έχει μια pKa περίπου −0,5. Συνεπώς τα αμίδια δεν έχουν τόσο σαφώς παρατηρήσιμες ιδιότητες αντίδρασης οξέος-βάσης στο νερό. Αυτή η σχετική έλλειψη βασικότητας εξηγείται από τη φύση της απομάκρυνσης των ηλεκτρονίων του καρβονυλίου, όπου το μονήρες ζεύγος των ηλεκτρονίων στο άζωτο είναι απεντοπισμένο από τη μεσομέρεια. Αφ' ετέρου, τα αμίδια είναι πολύ πιο ισχυρές βάσεις από τα καρβοξυλικά οξέα, τους εστέρες, τις αλδεΰδες και τις κετόνες (συζυγή οξέα με pKa μεταξύ −6 και −10). Εκτιμάται σε προσομοίωση ότι το αιθαναμίδιο αναπαριστάνεται από δομή μεσομέρειας A κατά 62% και από B κατά 28%. Η μεσομέρεια αποτρέπεται κατά πολύ στην πολύ τεταμένη κινουκλιδόνη (quinuclidone).
Λόγω της μεγαλύτερης ηλεκτραρνητικότητας του οξυγόνου, το καρβονύλιο (C=O) είναι πιο ισχυρό δίπολο από το δίπολο N–C. Η παρουσία ενός διπόλου C=O και σε μικρότερο βαθμό ενός διπόλου N–C, επιτρέπουν στα αμίδια να δρουν ως δέκτες δεσμού H. Στα πρωτοταγή και δευτεροταγή αμίδια, η παρουσία διπόλων N–H επιτρέπει στα αμίδια να λειτουργούν ως δότης δεσμού H, επίσης. Συνεπώς τα αμίδια μπορούν να συμμετέχουν σε δεσμούς υδρογόνου με νερό και άλλους πρωτικούς διαλύτες· το άτομο οξυγόνου μπορεί να δεχθεί δεσμούς υδρογόνου από το νερό και τα άτομα υδρογόνου του N–H μπορούν να δώσουν δεσμούς H. Ως αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων όπως αυτές, η διαλυτότητα στο νερό των αμιδίων είναι μεγαλύτερη από αυτή των αντίστοιχων υδρογονανθράκων.
Το πρωτόνιο ενός πρωτοταγούς ή δευτεροταγούς αμιδίου δεν διίσταται εύκολα κάτω από κανονικές συνθήκες· το pKₐ είναι συνήθως αρκετά πάνω από 15. Αντίθετα, κάτω από εξαιρετικά όξινες συνθήκες, το καρβονυλικό οξυγόνο μπορεί να πρωτονιωθεί με ένα pKₐ χοντρικά −1.

Διαλυτότητα

Οι διαλυτότητες των αμιδίων και των εστέρων είναι χοντρικά συγκρίσιμες. Συνήθως, τα αμίδια είναι λιγότερο διαλυτά από τις παρόμοιες αμίνες και τα καρβοξυλικά οξέα, αφού αυτές οι ενώσεις μπορούν και να δώσουν και να δεχθούν δεσμούς υδρογόνου. Τα τριτοταγή αμίδια, με τη σημαντική εξαίρεση του N,N-διμεθυλοφορμαμίδιου, εμφανίζουν χαμηλή διαλυτότητα στο νερό.

Χαρακτηρισμός

Η παρουσία μιας χαρακτηριστικής ομάδας επιτυγχάνεται γενικά εύκολα, τουλάχιστον στα μικρά μόρια. Είναι οι πιο συνηθισμένες μη βασικές χαρακτηριστικές ομάδες. Μπορούν να διακριθούν από τη νιτρομάδα και την κυανομάδα από τα υπέρυθρα φάσματα τους. Τα αμίδια εμφανίζουν μιας μέτριας έντασης νCO ζώνη κοντά στα 1650 cm⁻¹. Με φασματοσκοπία NMR ¹H, σήματα CONHR  εμφανίζονται στα χαμηλά πεδία. Στην κρυσταλλογραφία με ακτίνες X, το C(O)N κεντράρει μαζί με τα τρία αμέσως γειτονικά άτομα ορίζοντας χαρακτηριστικά ένα επίπεδο.

Εφαρμογές και εμφάνιση

Τα αμίδια είναι διάχυτα στη φύση και την τεχνολογία ως δομικά υλικά. Ο δεσμός του αμιδίου σχηματίζεται εύκολα, παρέχει δομική ακαμψία και αντιστέκεται στην υδρόλυση. Τα νάιλον είναι πολυαμίδια, όπως είναι τα πολύ ελαστικά υλικά αραμίδιο (aramid), τουαρόν (Twaron), and κέβλαρ (Kevlar). Οι δεσμοί αμιδίου συνιστούν ένα καθορισμένο μοριακό γνώρισμα των πρωτεϊνών, η δευτεροταγής δομή των οποίων οφείλεται μερικώς στις δυνατότητες του δεσμού υδρογόνου των αμιδίων. Οι αμιδικοί δεσμοί σε βιοχημικό περιεχόμενο ονομάζονται πεπτιδικοί δεσμοί όταν εμφανίζονται στην κύρια αλυσίδα μιας πρωτεΐνης και ισοπεπτιδικοί δεσμοί όταν εμφανίζονται σε μια πλευρική αλυσίδα της πρωτεΐνης. Οι πρωτεΐνες μπορεί να έχουν δομικούς ρόλους, όπως στην τρίχα ή στο μετάξι της αράχνης, αλλά επίσης σχεδόν όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Αμίδια χαμηλής μοριακής μάζας, όπως το διμεθυλομεθαναμίδιο (HC(O)N(CH₃)₂), είναι συνηθισμένοι διαλύτες. Πολλά φάρμακα είναι αμίδια, συμπεριλαμβανομένων της πενικιλίνης και του LSD. Επιπλέον, φυτά N-αλκυλαμιδίων έχουν μια πλατιά περιοχή βιολογικών λειτουργιών.