Amid

Amid^[1][2] je organsko jedinjenje koje sadrži funkcionalnu grupu ( i ′ se odnose na ili organske grupe). Najčešći su karboksamidi (organski amidi) (), mada su poznati mnogi drugi značajni tipovi amida, uključujući fosforamide ( i mnoge srodne formule) i sulfonamidi ().^[3] Termin amid se odnosi na klase jedinjenja i na funkcionalne grupe () unutar tih jedinjenja.^[4]

Strukture tri oblika amida: organski amid, sulfonamid i fosforamid.

Amidi poseduju konjugovani sistem koji obuhvata i atome, i koji se sastoji od molekulskih orbitala koje okupiraju delokalizovani elektroni. Jedna od π molekulskih orbitala formamida je prikazana.

Termin amid takođe može da označava deprotonisanu formu amonijaka (₃) ili amina, često predstavljenih kao anjoni . Ostatak ovog članka razmatra amid u karbonilno-azotnom smislu.

Zbog dvostruke upotrebe reči amid, raspravlja se o tome kako da se pravilno i nedvosmisleno imenuju izvedene anjoni amida (tj. deprotonisani acilovani amini), od kojih se neki uobičajeno koriste kao nereaktivni konjugovani joni.^[5]

Ostatak ovog članka govori amidima u karbonil-azotnom smislu.

Struktura i vezivanje

Najjednostavniji amidi su derivati amonijaka u kojima je atom vodonika zamenjen acil grupom (). Blisko srodni, i znatno brojniji, su amidi izvedeni iz primarnih amina (₂) sa formulom . Amidi su takođe često izvedeni iz sekundarnih amina () te je njihova formula . Amidi se obično smatraju derivatima karboksilnih kiselina u kojima je hidroksilna grupa zamenjena aminom ili amonijakom.

Slobodni elektronski par azota je delokalizovan na karbonilnu grupu, čime se formira parcijalna dvostruka veza između i karbonilnog ugljenika. Konsekventno azot u amidima nije piramidan. Procenjuje se da je acetamid opisan rezonantnom strukturom A sa 62% i sa 28%, (što ne iznosi 100% jer postoje dodatni rezonantni oblici koji nisu prikazani na gornjoj slici). Isto tako treba imati na umu pri posmatranju amidnih veza da postoji i vodonička veza između vodoničnih i azotnih atoma aktivnih grupa.^[6]

Nomenklatura

U uobičajenoj nomenklaturi, termin „amid」 se dodaje na koren imena kiseline. Tako se, najjednostavniji amid sirćetne kiseline naziva acetamid (). preporuka je etanamid, mada se ovo i srodna formalna imena retko koriste. Kad je amid izveden iz primarnog ili sekundarnog amina, supstituenti na azotu se stavljaju na početak imena. Amid formiran od dimetilamina i sirćetne kiseline je -dimetilacetamid (, gde je ). Uobičajeno je da se ovo ime dalje pojednostavi kao dimetilacetamid. Ciklični amidi se nazivaju laktamima; oni su sekundarni ili tercijarni amidi. Funkcionalne grupe koje sadrže ₂ i su fosfonamidi i sulfonamidi, respektivno.^[7]

Osobine

Bazičnost

U poređenju sa aminima, amidi su veoma slabe baze. Dok konjugovana kiselina amina ima od oko 9,5, konjugovana kiselina amida ima oko -0,5. Zbog toga amidi nemaju jasno uočljiva kiselo-bazna svojstva u vodi. Ovaj relativni nedostatak baznosti objašnjava se karbonilnom grupom koja povlači elektrone, dok je slobodni par elektrona na azotu delokalizovan rezonancijom. S druge strane, amidi su mnogo jače baze od karboksilnih kiselina, estera, aldehida i ketona ( vrednosti njihovih konjugovanih kiselina su između -6 i -10). Procenjuje se da je acetamid predstavljen rezonantnom strukturom A tokom 62% vremena, a B tokom 28%.^[6] Rezonanca se u velikoj meri sprečava u vrlo napregnutom kvinuklidonu.

Zbog veće elektronegativnosti kiseonika, karbonil () je jači dipol od dipola. Prisustvo dipola i u manjoj meri dipola omogućava amidima da deluju kao akceptori -veze. U primarnim i sekundarnim amidima prisustvo dipola omogućava amidima da funkcionišu i kao donori -veze. Tako amidi mogu učestvovati u vodoničnom vezivanju sa vodom i drugim protočnim rastvaračima; atom kiseonika može da prihvati vodonične veze iz vode, a atomi vodonika mogu da doniraju -veze. Kao rezultat interakcija poput ovih, rastvorljivost u amida u vodi je veća nego u odgovarajućim ugljovodonicima.

Proton primarnog ili sekundarnog amida se ne disocira lako pod normalnim uslovima; njegov je obično znatno iznad 15. Nasuprot tome, pod ekstremno kiselim uslovima, karbonilni kiseonik može da bude protonisan sa od oko -1. To nije samo zbog pozitivnog naboja na azotu, već i zbog negativnog naboja kiseonika nastalog rezonancom.

Rastvorljivost

Rastvorljivost amida i estera je slična. Tipično su amidi manje rastvorljivi od uporedivih amina i karboksilnih kiselina, jer ta jedinjenja mogu davati i prihvatiti vodonične veze. Tercijarni amidi, sa važnim izuzetkom -dimetilformamida, pokazuju nisku rastvorljivost u vodi.

Karakterizacija

Prisustvo funkcionalne grupe se generalno lako utvrđuje, barem u malim molekulama. Oni su najčešća neobazna funkcionalna grupa. Oni se mogu razlikovati od nitro i cijano grupa po njihovom IR spektru. Amidi pokazuju umereno intenzivan opseg u blizini 1650 ⁻¹. Pomoću ¹ NMR spektroskopije, CONHR signali se javljaju na niskim poljima. U rendgenskoj kristalografiji centar zajedno sa tri neposredno susedna atoma karakteristično definiše ravan.

Primena i zastupljenost

Amidi su rasprostranjeni u prirodi i tehnologiji kao građevinski materijali. Amidna veza se lako formira, daje strukturnu čvrstinu i odoljeva hidrolizi. Najloni su poliamidi, kao i vrlo otporni materijali aramid, tvaron i kevlar. Amidne veze predstavljaju definišuće molekularno svojstvo proteina, čija je sekundarna struktura delom zaslužna za sposobnost vodoničnog vezanja amida. Amidne veze u biohemijskom kontekstu nazivaju se peptidnim vezama kada se javljaju u glavnom lancu proteina i izopeptidnim vezama kada su prisutne u bočnom lancu proteina. Proteini mogu imati strukturnu ulogu, poput kose ili paukove svile, ali gotovo svi enzimi su proteini. Amidi niske molekularne težine, kao što su dimetilformamid (), su uobičajeni rastvarači. Mnogi lekovi su amidi, uključujući paracetamol, penicilin i LSD. Štaviše, biljni -alkilamidi imaju širok spektar bioloških funkcionalnosti.^[8]

Sinteza amida

Postoji mnogo metoda za sintezu amida.^[9] Najjednostavniji metod za pravljenje amida je spajanjem karboksilne kiseline sa aminom. Generalno je ova reakcija termodinamički povoljna, ali često ima veliku energiju aktivacije, najvećim delom zahvaljujući tome što amin prvo deprotonuje karboksilnu kiselinu, čime se smanjuje njena reaktivnost. Kao takva, direktna reakcija često zahteva visoke temperature.

Poznate su mnoge metode za navođenje ravnoteže udesno. Najvećim delom ove reakcije uključuju „aktiviranje」 karboksilne kiseline prvo njenim pretvaranjem u bolji elektrofil; kao što su estri, kiselinski hloridi (Šoten-Baumanova reakcija) ili anhidride (Lumijer-Barbijerov metod). Konvencionalne metode u sintezi peptida koriste sredstva za spajanje kao što su HATU, HOBt ili PiBOP.^[10] Poslednjih godina je takođe došlo do porasta primene borovih reagensa za stvaranje amidnih veza, uključujući katalitičku upotrebu 2-jodofenilboronske kiseline^[11] ili MIBA,^[12] i tris(2,2,2-trifluoroetil) borata.^[13][14]

Reakcije za sintezu amida

Ime reakcije	Supstrat	Detalji
Nukleofilna reakcija	Acil hlorid ili anhidrid kiseline	Reaktanti: amonijak ili amin
Bekmanovo preuređivanje	Ciklični keton	Reaktanti: hidroksilamin i kiselina
Šmitova reakcija	Ketoni, azotna kiselina
Hidroliza nitrila	Nitril, voda	Kisela kataliza
Vilgertovo preuređenje	Arilalkilcetini, sumpor i amin (morfolin)
Paserinijeva reakcija	Karboksilna kiselina, ketoni i aldehidi
Ugijeva reakcija	Izocijanat, karboksilna kiselina, keton, glavni amin
Reakcija Bodroa[15][16]	Karboksilna kiselina, organomagnezijum sa derivatom anilina (')
Čapmanovo preuređivanje[17][18]	Arilni imino eter	Za -diaril amid. Mehanizam reakcija zasniva se na nukleofilnoj aromatičnoj supstituciji[19]
Leukartova sinteza amida[20]	Izocijanat	Reakcija sa izocijanatom katalizovana aluminijum hloridom, uz formiranje aromatičnog amida.
Riterova reakcija[21]	Alkeni, alkoholi, ili drugi izvori karbonijum jona	Sekundarni amidi putem reakcije adicije između nitrila i karbonijum jona u prisustvu koncentrovanih kiselina.
Fotolitička adicija formamida olefinima[22]	Terminalni alkeni	Reakcija homologacije slobodnih radikala između terminalnog alkena i formamida.
Estarska aminoliza[23][24][25]	Estri	Bazom katalizovana reakcija estara sa raznim aminima čime se formiraju alkoholi i amidi.

Ostale metode

Jednostavna reakcija između alkohola i amina nije korištena pre 2007. godine, kada je prijavljen katalizator na bazi jezgre rutenijuma, koji ima sposobnost posredovanja „dehidrogenizacijske acilacije」^[26]

Generisanje divodoničnog gasa kompenzuje za nepovoljnu termodinamiku. Smatra se da se ova reakcija odvija putewm alkoholne dehidratacije aldehida, a zatim sledi nastanak Hemiaminala, pa druga dehidratacija kojom nastaje amid. Nije uočeno da prilikom obezvodnjavanja hemiamina nastaje imin.

Transamidacija je tipično veoma spora, ali se može ubrzati pomoću Luisovih kiselina^[27] i organometalnih katalizatora:^[28]

Primarni amide () su podesniji za ovu reakciju.