Amid karboxylovej kyseliny

náhľad|Formamid, najjednoduchší amid
náhľad|Asparagín, aminokyselina s bočným reťazcom (zvýrazneným) obsahujúcim amidovú skupinu
Amid karboxylovej kyseliny, amid alebo karboxamid je zlúčenina so všeobecným vzorcom RC(=O)NR'R", kde R, R' a R" predstavujú organické skupiny alebo atómy vodíka. Amidová skupina sa nazýva peptidovou väzbou, ak je súčasťou hlavného reťazca bielkoviny, a izopeptidovou väzbou, keď je tvorená väzbou v bočnom reťazci, ako napríklad v aminokyselinách asparagíne a glutamíne. Amidy možno považovať za funkčné deriváty karboxylových kyselín, RC(=O)OH, u ktorých je hydroxylová skupina –OH nahradená amínovou skupinou −NR′R″. Ekvivalentne sa dá opísať ako acylová (alkánoylová) skupina RC(=O)- pripojená k amínovej skupine. Jadro −C(=O)N= amidov sa nazýva amidová skupina (konkrétne karboxamidová skupina). Deriváty, kde jedna zo skupín naviazaných na atóm dusíka, je acylová skupina, sa označujú ako imidy.

Amidy sa označujú ako primárne, sekundárne alebo terciárne podľa toho, koľko vodíkov je na viazaných na amínovej podskupine. Primárne amidy majú tvar , sekundárne -NHR a terciárne -NRR', kde R a R' sú skupiny iné ako vodík.

Medzi bežné príklady amidov patria acetamid, , benzamid,  a dimetylformamid, . 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. Nízkomolekulárne amidy, ako je dimetylformamid, sú bežné rozpúšťadlá.

 Názvoslovie 

Názvy amidov možno podľa systematického názvoslovia tvoriť dvoma spôsobmi. Prvý z nich je opisný, napríklad amid odvodený od kyseliny actovej sa nazýva „amid kyseliny octovej“. V obvyklom názvosloví sa pridáva koncovka „-amid“ ku kmeňu názvu materskej kyseliny. Napríklad amid odvodený od kyseliny octovej sa nazýva acetamid (acetyl + amid, . 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 (, kde Me = ). „N,N“ naznačuje, že obe metylové skupiny sú viazané na dusík amidovej skupiny. Tento názov sa zvyčajne zjednodušuje na dimetylacetamid.

Koncovka „-amid“ sa používa v prípade, že je uhlíkový atóm amidovej skupiny súčasťou hlavného reťazca (napríklad u vyššie uvedeného acetamidu). Ak tento uhlík netvorí súčasť hlavného reťazca, používa sa koncovka „-karboxamid“. Amid odvodený napríklad od kyseliny benzoovej sa teda označuje ako benzénkarboxamid.

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.Organic Chemistry IUPAC Nomenclature. Rules C-821. Amides http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_540.htm 

 Vlastnosti 
 Väzba 
náhľad|3D model molekuly formamidu zobrazujúci π molekulové orbitály (sivá).
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:

300x300bod

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. Vo veľmi stéricky napätom chinuklidóne sa rezonancii do značnej miery zabráni.

 Zásaditosť 
V porovnaní s amínmi sú amidy veľmi slabé zásady. Zatiaľ čo konjugovaná kyselina amínu 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 
náhľad|Mechanizmus kyslej hydrolýzy amidu.
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.
Názov reakcie Produkt Poznámka Dehydratácia Nitril Činidlo: oxid fosforečný; benzénsulfonylchlorid; TFAA/py Hofmannov prešmyk Amín s jedným atómom uhlíka menej Činidlá: bróm a hydroxid sodný Redukcia amidovAmín Činidlo: lítiumalumíniumhydrid s následnou hydrolýzou Vilsmeier-Haackova reakcia Aldehyd (cez imín) POCl3, aromatický substrát, formamid Bischler-Napieralského reakcia Cyklický imín POCl3, SOCl2, atď.

 Syntéza 
Existuje mnoho metód syntézy amidov.

Amidy sa môžu pripraviť reakciou karboxylovej kyseliny s amínom. Priama reakcia vo všeobecnosti vyžaduje vysoké teploty na vytlačenie vody:
  + R′R″NH → +-
 +- → RC(O)NR′R″ + 

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. Pre špecializované aplikácie boli vyvinuté rôzne činidlá, napr tris(2,2,2-trifluóretyl)boritan.
Názov reakcie Substrát Podrobnosti Nukleofilná acylová substitúcia Acylchlorid alebo anhydrid kyseliny Činidlo: amoniak alebo amíny Beckmannov prešmyk Cyklický ketón Činidlo: hydroxylamín a kyselina Schmidtova reakcia Ketóny Činidlo: kyselina azidovodíková Hydrolýza nitrilu Nitril Činidlo: voda; kyslý katalyzátor Willgerodt-Kindlerova reakcia Arylalkylketóny Síra a morfolín Passeriniho reakcia Karboxylová kyselina, ketón alebo aldehyd Ugiho reakcia Izokyanid, karboxylová kyselina, ketón, primárny amín Bodrouxova reakcia Karboxylová kyselina, Grignardovo činidlo s anilínovým derivátom ArNHR' Chapmanov prešmyk Aryl iminoéter Pre N,N-diarylamidy. Reakčný mechanizmus je založený na nukleofilnej aromatickej substitúcii.vľavo|300x300bod Leuckartova syntéza amidov Izokyanát Reakcia arénu s izokyanátom katalyzovaná chloridom hlinitým, tvorba aromatického amidu. Ritterova reakcia Alkény, alkoholy alebo iné zdroje karbóniových iónov Vznik sekundárnych amidov prostredníctvom adičnej reakcie medzi nitrilom a karbóniovým iónom v prítomnosti koncentrovaných kyselín. Fotolytická adícia formamidu na olefíny  Koncové alkény Reakcia homologizácie voľných radikálov medzi terminálnym alkénom a formamidom. Aminolýza esterov Estery Bázicky katalyzovaná reakcia esterov s rôznymi amínmi za vzniku alkoholov a amidov.

 Iné metódy 
Dehydrogenatívna acylácia amínov je katalyzovaná organoruténiovými zlúčeninami:
500x500bod

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 a organokovovými katalyzátormi:
  +  →  + 
Primárne amidy (RC(O)NH2) sú pre túto reakciu vhodnejšie.

 Referencie 

 Zdroj 

Kategória:Amidy
Kategória:Funkčné deriváty karboxylových kyselín