เอไมด์

ในเคมีอินทรีย์ เอไมด์ หรือที่เรียกว่าคาร์บอกซาไมด์ เป็นสารประกอบที่มีสูตรทั่วไป  โดยที่ R, R' และ R″ เป็นตัวแทนของหมู่ใดๆ ซึ่งโดยทั่วไปคือกลุ่มอัลคิลหรืออะตอม ไฮโดรเจน หมู่เอไมด์เรียกว่าพันธะเปปไทด์เมื่อเป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่หลักในโปรตีน และเรียกว่าพันธะไอโซเปปไทด์เมื่อเกิดขึ้นในโซ่ข้าง เช่นในแอสพาราจีนและกลูตามีน เอไมด์เป็นอนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก ( ) ซึ่งหมู่ไฮดรอกซิล ( ) จะถูกแทนที่ด้วยหมู่เอมีน ( )

เอไมด์โดยทั่วไปที่รู้จักคือ ฟอร์มาไมด์ ( ), อะซีตาไมด์ ( ), เบนซาไมด์ ( ) และไดเมทิลฟอร์มาไมด์ ( ) ตัวอย่างอื่น ๆ เช่น N -คลอโรอะเซทาไมด์ ( ) และคลอโรฟอร์มาไมด์ ( )

เอไมด์มีแบ่งเป็นเป็น ปฐมภูมิ ทุติยภูมิ และตติยภูมิ ขึ้นอยู่กับที่อะตอมไนโตรเจนมีรูปแบบ , หรือ โดยที่ R และ R' คือกลุ่มอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจนFletcher, John H. (1974). "Chapter 21: Amides and Imides". Nomenclature of Organic Compounds: Principles and Practice. Vol. 126. Washington, DC: American Chemical Society. pp. 166–173. doi:10.1021/ba-1974-0126.ch021. ISBN 9780841201910.

 การอ่านชื่อสารประกอบเอไมด์ 
 จะเรียกว่า กลุ่มเอไมด์

ในระบบการตั้งชื่อตามปกติ จะมีการเติมคำว่า "amide" ที่ส่วนท้ายของชื่อกรดต้นกำเนิด ตัวอย่างเช่น เอไมด์ที่ได้มาจาก acetic acid มีชื่อว่า acetamide (CH3CONH2) IUPAC แนะนำให้ใช้ ethanamide แต่ไม่เป็นที่นิยม เมื่อเอไมด์ได้มาจากเอมีนปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ หมู่แทนที่ของไนโตรเจนจะถูกระบุเป็นอันดับแรกในชื่อ ดังนั้นเอไมด์ที่เกิดจากไดเมทิลลามีนและกรดอะซิติก คือ N,N-dimethylacetamide (CH3CONMe2 โดยที่ Me = CH3) โดยปกติแล้วแม้แต่ชื่อนี้ก็ทำให้ง่ายขึ้นเป็น dimethylacetamide ส่วน Cyclic amides เรียกว่า lactam ซึ่งต้องเป็นเอไมด์ทุติยภูมิหรือตติยภูมิFletcher, John H. (1974). "Chapter 21: Amides and Imides". Nomenclature of Organic Compounds: Principles and Practice. Vol. 126. Washington, DC: American Chemical Society. pp. 166–173. doi:10.1021/ba-1974-0126.ch021. ISBN 9780841201910. 

 การใช้งาน 
เอไมด์พบได้ในธรรมชาติและเทคโนโลยี โปรตีนและพลาสติกที่สำคัญ เช่น Nylons, Aramid, Twaron และ Kevlar เป็นพอลิเมอร์ที่มีหน่วยเชื่อมต่อกันด้วยหมู่เอไมด์ (polyamide) ซึ่งทำให้เกิดความแข็งแรงและทนทานต่อการเกิด hydrolysis เอไมด์ยังพบในสารประกอบทางชีวภาพที่สำคัญอื่นๆ อีกมากมาย เช่นเดียวกับยาหลายชนิด เช่น พาราเซตามอล เพนิซิลลิน และ แอลเอสดี เอไมด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ เป็นตัวทำละลายทั่วไป

 โครงสร้างและพันธะ 
อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมไนโตรเจนจะเกิดเรโซแนนซ์กับหมู่คาร์บอนิล ซึ่งทำให้เกิดพันธะคู่บางส่วนระหว่างไนโตรเจนและคาร์บอน ในความเป็นจริง อะตอม O, C และ N มีออร์บิทัลโมเลกุลที่ถอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้ ก่อให้เกิดระบบคอนจูเกต ดังนั้นพันธะทั้งสามของไนโตรเจนในเอไมด์จึงไม่ใช่เป็นพีระมิดฐานสามเหลี่ยนเหมือนเอมีน แต่เป็นระนาบแบนราบ ทำให้พันธะ C-N ไม่สามารถหมุนได้ สิ่งนี้ส่งผลต่อคุณสมบัติของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นโดยพันธะดังกล่าวด้วย การไม่สามารถหมุนได้จะทำให้กลุ่มเอไมด์แตกต่างจากกลุ่มเอสเทอร์ ซึ่งทำให้สามารถหมุนได้

แนวพันธะ CC(O)NR 2 ของเอไมด์เป็นแบบระนาบแบนราบ ระยะ C=O สั้นกว่าระยะ C-N เกือบ 10% โครงสร้างของเอไมด์สามารถอธิบายได้ว่าเป็นเรโซแนนซ์ระหว่างโครงสร้างสองแบบ: เป็นกลาง (A) และ ไอออนขั้วคู่ (B)

 300x300px

เป็นที่คาดกันว่าในอะซิตาไมด์ จะเกิดโครงสร้างแบบ A ประมาณ 62% ในขณะที่โครงสร้างแบบ B พบได้ 28% (ตัวเลขเหล่านี้รวมกันไม่เป็น 100% เนื่องจากมีรูปแบบการเรโซแนนซ์เพิ่มเติมที่ไม่ได้อธิบายไว้ข้างต้น) นอกจากนี้ยังมีพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอมไฮโดรเจนและไนโตรเจน 

ในสเปกตรัม IR นั้น เอไมด์มีแถบ νCO ที่มีความเข้มปานกลางใกล้ 1650 cm−1 พลังงานของแถบนี้ต่ำกว่าค่า νCO ของเอสเทอร์และคีโตนประมาณ 60 cm−1 ความแตกต่างนี้สะท้อนถึงการเกิดโครงสร้างเรโซแนนซ์

 ความเป็นเบส 
เมื่อเปรียบเทียบกับเอมีน เอไมด์เป็นเบสที่อ่อนกว่ามาก ในขณะที่คู่กรดของเอมีน มีค่า pKa ประมาณ 9.5 แต่คู่กรดของเอไมด์มีค่า pKa ประมาณ −0.5 ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับเอมีน เอไมด์จึงมีคุณสมบัติเป็นกลางในน้ำ สิ่งนี้อธิบายได้จากการดึงอิเล็กตรอนออกจากเอมีนโดยคาร์บอนิล ในทางกลับกันเอไมด์เป็นเบสที่แรงกว่า กรดคาร์บอกซิลิก เอสเทอร์ อัลดีไฮด์ และคีโตนมาก (pKa ของกรดคอนจูเกตอยู่ระหว่าง −6 ถึง −10)

โปรตอนของเอไมด์ปฐมภูมิหรือทุติยภูมิไม่สามารถแยกตัวออกได้อย่างง่าย pKa จะสูงถึง 15 ในทางกลับกัน ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดจัด ออกซิเจนที่หมู่คาร์บอนิลสามารถจับกับโปรตอนโดยมี Ka ประมาณ −1 ไม่เพียงเพราะประจุบวกของไนโตรเจนเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะประจุลบของออกซิเจนเกิดเรโซแนนซ์อีกด้วย

 พันธะไฮโดรเจนและการละลายของสาร 
เนื่องจากอิเล็กโตรเนกาติวีตีของออกซิเจนมากกว่าไนโตรเจน คาร์บอนิล (C=O) จึงเป็นมีขั้วที่แรงกว่า C-N ทำให้เอไมด์ทำหน้าที่เป็นตัวรับพันธะไฮโดรเจน ส่วนการมีอยู่ของ N–H ทำให้เอไมด์ทำหน้าที่เป็นผู้ให้พันธะไฮโดรเจนได้เช่นกัน ดังนั้นเอไมด์จึงสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำและตัวทำละลายโปรติกอื่นๆ อะตอมออกซิเจนสามารถรับพันธะไฮโดรเจนจากน้ำได้ จากผลของปฏิกิริยาเช่นนี้ ความสามารถในการละลายน้ำของเอไมด์จึงมากกว่าความสามารถในการละลายน้ำของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน พันธะไฮโดรเจนเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนด้วย

ความสามารถในการละลายของเอไมด์และเอสเทอร์ใกล้เคียงกัน โดยทั่วไปเอไมด์จะละลายได้น้อยกว่าเอมีนและกรดคาร์บอกซิลิก เนื่องจากสารประกอบเหล่านี้สามารถบริจาคและรับพันธะไฮโดรเจนได้ เอไมด์ระดับตติยภูมิ เช่น N,N -dimethylformamide มีความสามารถในการละลายน้ำต่ำ เพราะเกิดพันธะไฮโดรเจนได้น้อยกว่า

 ปฏิกิริยา 


เอไมด์เกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง แม้ว่าจะมีมีความว่องไวต่อปฏิกิริยาน้อยกว่าเอสเทอร์ก็ตาม เอไมด์จะถูกไฮโดรไลซ์ในสภาวะที่เป็นด่างเมื่อให้ความร้อนและในสภาวะกรดแก่ สภาวะที่เป็นกรดจะให้กรดคาร์บอกซิลิกและแอมโมเนียมไอออน ในขณะที่ไฮโดรไลซิสในเบสจะให้คาร์บอกซิเลทไอออนและแอมโมเนีย
Reaction nameProductCommentDehydrationNitrileReagent: phosphorus pentoxide; benzenesulfonyl chloride; TFAA/pyHofmann rearrangementAmine with one fewer carbon atomReagents: bromine and sodium hydroxideAmide reductionAmines, aldehydesReagent: lithium aluminium hydride followed by hydrolysisVilsmeier–Haack reactionAldehyde (via imine), aromatic substrate, formamideBischler–Napieralski reactionCyclic aryl imine, , etc.Tautomeric chlorinationImidoyl chlorideOxophilic halogenating agents, e.g. COCl2 or SOCl2

 การสังเคราะห์เอไมด์ 

 จากกรดคาร์บอกซิลิกและสารประกอบที่เกี่ยวข้อง 
โดยปกติเอไมด์จะถูกเตรียมโดยการรวมกรดคาร์บอกซิลิกเข้ากับเอมีน ปฏิกิริยาโดยตรงโดยทั่วไปต้องใช้อุณหภูมิสูง:




เอสเทอร์ เป็นสารตั้งต้นที่ดีกว่ามากเมื่อเทียบกับกรดคาร์บอกซิลิก

นอกจากนี้ acid chlorides (Schotten-Baumann reaction) และ anhydrides (Lumière–Barbier method) ทำปฏิกิริยากับเอมีนแล้วได้เอไมด์เช่นกัน:





การสังเคราะห์เปปไทด์ ใช้สารเชื่อมต่อ เช่น HATU HOBt หรือ PyBOP

 จากไนไตรล์ 
การไฮโดรไลซิสของไนไตรล์ ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมเพื่อผลิต fatty amides

 เส้นทางพิเศษ 
เอไมด์สามารถสังเคราะห์จากปฏิกิริยาอื่น ๆ ด้วย รีเอเจนต์หลายชนิด เช่น tris(2,2,2-trifluoroethyl) borate ได้รับการพัฒนาสำหรับการโดยเฉพาะ
+Specialty Routes to AmidesReaction nameSubstrateDetailsBeckmann rearrangementCyclic ketoneReagent: hydroxylamine and acidSchmidt reactionKetonesReagent: hydrazoic acidWillgerodt–Kindler reactionAryl alkyl ketonesSulfur and morpholinePasserini reactionCarboxylic acid, ketone or aldehydeUgi reactionIsocyanide, carboxylic acid, ketone, primary amineBodroux reactionCarboxylic acid, Grignard reagent with an aniline derivative ArNHR'link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bodroux_reaction.svg|400x400pxChapman rearrangementAryl imino etherFor N,N-diaryl amides. The reaction mechanism is based on a nucleophilic aromatic substitution.Leuckart amide synthesisIsocyanateReaction of arene with isocyanate catalysed by aluminium trichloride, formation of aromatic amide.Ritter reactionAlkenes, alcohols, or other carbonium ion sourcesSecondary amides via an addition reaction between a nitrile and a carbonium ion in the presence of concentrated acids.Photolytic addition of formamide to olefinsTerminal alkenesA free radical homologation reaction between a terminal alkene and formamide.Dehydrogenative couplingalcohol, aminerequires ruthenium dehydrogenation catalystTransamidationamidetypically slowAmine α-oxidationalkyl aminerequires gold catalysts

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:หมู่ฟังก์ชัน