Amida - Amide

Estructura general de una amida (específicamente, una carboxamida).
Formamida , la amida más simple.
Asparagina, un aminoácido con una cadena lateral (resaltada) que contiene un grupo amida.

En química orgánica , una amida ( / æ m d / o / æ m ɪ d / o / m d / ( escuchar )Sobre este sonido , también conocida como una amida orgánica o una carboxamida , es un compuesto con el general fórmula RC (= O) NR′R ″, donde R, R 'y R ″ representan grupos orgánicos o átomos de hidrógeno . El grupo amida se denomina enlace peptídico cuando forma parte de la cadena principal de una proteína, y un isopéptido enlace cuando ocurre en una cadena lateral, como en los aminoácidos asparagina y glutamina . Puede verse como un derivado de un ácido carboxílico RC (= O) OH con el grupo hidroxilo –OH reemplazado por un grupo amina –NR ′ R ”; o, de manera equivalente, un grupo acilo (alcanoílo) RC (= O) - unido a un grupo amina.

Ejemplos comunes de amidas son acetamida H 3 C – CONH 2 , benzamida C 6 H 5 –CONH 2 y dimetilformamida HCON (–CH 3 ) 2 .

Las amidas se califican como primarias , secundarias y terciarias según si el subgrupo de amina tiene la forma –NH 2 , –NHR o –NRR ', donde R y R' son grupos distintos del hidrógeno.

El núcleo –C (= O) N = de las amidas se denomina grupo amida (específicamente, grupo carboxamida ).

Las amidas son de naturaleza y tecnología generalizadas. Las proteínas y plásticos importantes como Nylons , Aramid , Twaron y Kevlar son polímeros cuyas unidades están conectadas por grupos amida ( poliamidas ); estos enlaces se forman fácilmente, confieren rigidez estructural y resisten la hidrólisis . Las amidas incluyen muchos otros compuestos biológicos importantes, así como muchos fármacos como el paracetamol , la penicilina y el LSD . Las amidas de bajo peso molecular, como la dimetilformamida, son disolventes habituales.

Nomenclatura

En la nomenclatura habitual, se agrega el término "amida" a la raíz del nombre del ácido original. Por ejemplo, la amida derivada del ácido acético se denomina acetamida (CH 3 CONH 2 ). La IUPAC recomienda etanamida , pero este y otros nombres formales relacionados rara vez se encuentran. Cuando la amida se deriva de una amina primaria o secundaria, los sustituyentes del nitrógeno se indican primero en el nombre. Por tanto, la amida formada a partir de dimetilamina y ácido acético es N , N -dimetilacetamida (CH 3 CONMe 2 , donde Me = CH 3 ). Por lo general, incluso este nombre se simplifica a dimetilacetamida . Las amidas cíclicas se denominan lactamas ; son necesariamente amidas secundarias o terciarias.

Propiedades

Vinculación

Modelo de bola y palo de la molécula de formamida, que muestra los orbitales moleculares π (gris).

El único par de electrones del átomo de nitrógeno se deslocaliza en el grupo carbonilo, formando así un doble enlace parcial entre el nitrógeno y el carbono. De hecho, los átomos de O, C y N tienen orbitales moleculares ocupados por electrones deslocalizados , formando un sistema conjugado . En consecuencia, los tres enlaces del nitrógeno en las amidas no son piramidales (como en las aminas) sino planos. Esta restricción plana evita las rotaciones alrededor del enlace N y, por tanto, tiene consecuencias importantes para las propiedades mecánicas del material a granel de tales moléculas, y también para las propiedades de configuración de las macromoléculas formadas por dichos enlaces. La incapacidad para rotar distingue los grupos amida de los grupos éster que permiten la rotación y, por tanto, crean un material a granel más flexible.

La estructura de una amida también se puede describir como una resonancia entre dos estructuras alternativas:

AmideResonance.png

Se estima que para la acetamida, la estructura A hace una contribución del 62% a la estructura, mientras que la estructura B hace una contribución del 28%. (Estas cifras no suman el 100% porque hay formas de resonancia adicionales menos importantes que no se muestran arriba). También hay un enlace de hidrógeno presente entre los átomos de hidrógeno y nitrógeno de los grupos activos. La resonancia se evita en gran medida en la quinuclidona muy tensada .

Basicidad

En comparación con las aminas , las amidas son bases muy débiles . Mientras que el ácido conjugado de una amina tiene una p K a de aproximadamente 9,5, el ácido conjugado de una amida tiene una p K a de aproximadamente −0,5. Por lo tanto, las amidas no tienen propiedades ácido-base tan claramente perceptibles en el agua . Esta relativa falta de basicidad se explica por la extracción de electrones de la amina por el carbonilo. Por otro lado, amidas son mucho más fuertes bases que ácidos carboxílicos , ésteres , aldehídos , y cetonas (sus ácidos conjugados p K a s son entre -6 y -10).

El protón de una amida primaria o secundaria no se disocia fácilmente en condiciones normales; su p K a suele estar muy por encima de 15. A la inversa, en condiciones extremadamente ácidas, el oxígeno del carbonilo puede protonarse con un p K a de aproximadamente -1. No solo se debe a la carga positiva del nitrógeno, sino también a la carga negativa del oxígeno que se obtiene a través de la resonancia.

Enlace de hidrógeno y solubilidad

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, el carbonilo (C = O) es un dipolo más fuerte que el dipolo N – C. La presencia de un dipolo C = O y, en menor grado, un dipolo N – C, permite que las amidas actúen como aceptores de enlaces H. En amidas primarias y secundarias, la presencia de dipolos N – H permite que las amidas funcionen también como donantes de enlaces H. Por tanto, las amidas pueden participar en la formación de puentes de hidrógeno con agua y otros disolventes próticos; el átomo de oxígeno puede aceptar enlaces de hidrógeno del agua y los átomos de hidrógeno N – H pueden donar enlaces H. Como resultado de interacciones como estas, la solubilidad en agua de las amidas es mayor que la de los hidrocarburos correspondientes. Estos enlaces de hidrógeno también tienen un papel importante en la estructura secundaria de las proteínas.

Las solubilidades de amidas y ésteres son aproximadamente comparables. Normalmente, las amidas son menos solubles que las aminas y los ácidos carboxílicos comparables, ya que estos compuestos pueden donar y aceptar enlaces de hidrógeno. Las amidas terciarias, con la importante excepción de N , N -dimetilformamida , exhiben baja solubilidad en agua.

Caracterización

La presencia del grupo amida –C (= O) N– generalmente se establece fácilmente, al menos en moléculas pequeñas. Se puede distinguir de los grupos nitro y ciano en los espectros de IR . Las amidas exhiben una banda de ν CO moderadamente intensa cerca de 1650 cm −1 . Por espectroscopia de 1 H RMN , las señales CON H R ocurren en campos bajos. En la cristalografía de rayos X, el centro C (= O) N junto con los tres átomos inmediatamente adyacentes definen característicamente un plano.

Reacciones

Mecanismo para la hidrólisis mediada por ácido de una amida.

Las amidas sufren muchas reacciones químicas, aunque son menos reactivas que los ésteres. Las amidas se hidrolizan en álcalis calientes así como en condiciones ácidas fuertes . Las condiciones ácidas producen el ácido carboxílico y el ión amonio mientras que la hidrólisis básica produce el ión carboxilato y amoniaco. La protonación de la amina generada inicialmente en condiciones ácidas y la desprotonación del ácido carboxílico generado inicialmente en condiciones básicas hacen que estos procesos no sean catalíticos e irreversibles. Las amidas también son precursores versátiles de muchos otros grupos funcionales . Los electrófilos reaccionan con el oxígeno del carbonilo . Este paso a menudo precede a la hidrólisis, que es catalizada por ambos ácidos de Bronsted y ácidos de Lewis . Se sabe que las enzimas, por ejemplo, peptidasas y catalizadores artificiales, aceleran las reacciones de hidrólisis.

Nombre de la reacción Producto Comentario
Deshidración Nitrilo Reactivo: pentóxido de fósforo ; cloruro de bencenosulfonilo ; TFAA / py
Reordenamiento de Hofmann Amina con un átomo de carbono menos Reactivos: bromo e hidróxido de sodio
Reducción de amidas Amina Reactivo: hidruro de litio y aluminio seguido de hidrólisis
Reacción de Vilsmeier-Haack Aldehído (vía imina ) POCl 3 , sustrato aromático, formamida
Reacción de Bischler-Napieralski Imina cíclica POCl 3 , SOCl 2 , etc.

Síntesis

Existen muchos métodos en la síntesis de amidas.

Las amidas se pueden preparar acoplando ácido carboxílico con una amina . La reacción directa generalmente requiere altas temperaturas para expulsar el agua:

RCO 2 H + R′R ″ NH → R′R ″ NH+
2
RCO-
2
R′R ″ NH+
2
RCO-
2
→ RC (O) NR′R ″ + H 2 O

Muchos métodos implican "activar" el ácido carboxílico convirtiéndolo en un mejor electrófilo ; como ésteres , cloruros de ácido ( reacción de Schotten-Baumann ) o anhídridos ( método Lumière-Barbier ).

Los métodos convencionales en la síntesis de péptidos utilizan agentes de acoplamiento como HATU , HOBt o PyBOP .

Se han desarrollado una variedad de reactivos, por ejemplo, tris (2,2,2-trifluoroetil) borato para aplicaciones especializadas.

Nombre de la reacción Sustrato Detalles
Sustitución de acilo nucleofílico cloruro de acilo o anhídrido de ácido Reactivo: amoniaco o aminas
Reordenamiento de Beckmann Cetona cíclica Reactivo: hidroxilamina y ácido
Reacción de Schmidt Cetonas Reactivo: ácido hidrazoico
Hidrólisis de nitrilo Nitrilo Reactivo: agua; catalizador ácido
Reacción de Willgerodt-Kindler Aril alquil cetonas Azufre y morfolina
Reacción de Passerini Ácido carboxílico, cetona o aldehído
Reacción de Ugi Isocianuro, ácido carboxílico, cetona, amina primaria
Reacción de Bodroux Ácido carboxílico , reactivo de Grignard con un derivado de anilina ArNHR ' Reacción de Bodroux.svg
Reordenamiento de Chapman Éter de aril imino Para N , N- diaril amidas. El mecanismo de reacción se basa en una sustitución aromática nucleofílica .
Reordenamiento de Chapman
Síntesis de amidas de Leuckart Isocianato Reacción de areno con isocianato catalizada por tricloruro de aluminio , formación de amida aromática.
Reacción de Ritter Alquenos , alcoholes u otras fuentes de iones de carbonio Amidas secundarias mediante una reacción de adición entre un nitrilo y un ion carbonio en presencia de ácidos concentrados.
Adición fotolítica de formamida a olefinas Alquenos terminales Una reacción de homologación de radicales libres entre un alqueno terminal y formamida.
Éster aminólisis Ésteres Reacción catalizada por una base de ésteres con varias aminas para formar alcoholes y amidas.

Otros metodos

La acilación deshidrogenante de aminas es catalizada por compuestos de organorutenio :

DehydrogenativeAmidation.svg

La reacción procede por una deshidrogenación del alcohol al aldehído seguida de la formación de un hemiaminal , que sufre una segunda deshidrogenación a la amida. No se observa eliminación de agua en el hemiaminal a la imina.

La transamidación suele ser muy lenta, pero se acelera con el ácido de Lewis y los catalizadores organometálicos :

RC (O) NR ' 2 + HNR " 2 → RC (O) NR" 2 + HNR' 2

Las amidas primarias (RC (O) NH 2 ) son más susceptibles a esta reacción.

Solicitud

En la industria, las amidas se utilizan como plastificantes para papel y cuero artificial , para la extracción de metales radiactivos , como compuestos de partida para la síntesis de polímeros , como intermediarios en la producción de tintes y sulfamidas.

Ver también

Referencias

enlaces externos