Amidy i nitryle

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
A M I D Y
Aleksander Kołodziejczyk listopad 2006
Amidami
nazywane są pochodne kwasów, w których grupa hydroksylowa jest zastąpiona funkcją
-
NR
2
, przy czym
R
moŜe być atomem wodoru,
alkilem
lub
arylem
. Monoacylowe pochodne
amoniaku, a więc
amidy
, które zawierają grupę -
NH
2
nazywają się
amidami
niepodstawionymi
,
albo co nie jest zalecane
pierwszorz
ę
dowymi
, amidy z grupami -
NHR
i -
NR
2
to
amidy
monopodstawione
i
dwupodstawione
, odpowiednio „
drugorz
ę
dowe”
i „
trzeciorz
ę
dowe”
.
O
O
O
C
C
C
NRR"
H
3
C
NH
2
H
3
C
NHR
H
3
C
acetamid
N-alkilo(arylo)acetamid N,N-dialkilo(arylo)acetamid
amid niepodstawiony amid monopodstawiony amid dipodstawiony
(pierwszorzędowy) (drugorzędowy) (trzeciorzędowy)
Aminy diacylowane
nazywane są
imidami
. Powszechnie znane są
imidy cykliczne
, np.
sukcynoimid
i
ftalimid
.
O
O
NH
NH
sukcynoimid
O
ftalimid
O
Amidy cykliczne
noszę nazwę
laktamów
.
Penicyliny
i
cefalosporyny
to znane
antybiotyki
b
-
laktamowe
, czyli posiadające strukturę
propiolaktamu
.
ugrupowanie amidowe
S
NH-CO-CH
2
HOOC
N
O
penicylina G
ugrupowanie
b
-laktamowe
-
S
NH-CO-(CH
2
)
3
-CH-COO
NH
3
+
N
CH
3
COOCH
2
O
COOH
cefalosporyna C
Popularnym
laktamem
, otrzymywanym syntetycznie na duŜą skalę jest
kaprolaktam
. Znany jest
równieŜ
butyrolaktam
.
O
O
kaprolaktam
NH
butyrolaktam
NH
(
e
-laktam
)
(g
-laktam
)
Elektronowa budowa grupy amidowej
Atom węgla grupy amidowej, podobnie jak we wszystkich innych związkach zawierających
funkcję karbonylową ma hybrydyzację
sp
2
. Kąty wokół atomu azotu amidowego w
formamidzie
są zbliŜone do 120
o
.
.
.
.
O
117
o
C
..
H
formamid
H
N
119
o
121
o
H
Wolna para elektronów atomu azotu jest sprzęŜona z elektronami p funkcji karbonylowej i przez
to atom ten nie tylko traci właściwości zasadowe (powinowactwo do protonu) ale rónieŜ wiązanie
C-N
częściowo nabiera charakteru wiązania podwójnego i obrót wokół niego wymaga pokonania
większego oporu niŜ wokół większości pojedynczych wiązań.
O
..
..
-
:
:
O
:
C
..
C
+
H
3
C
NRR"
H
3
C
NRR"
Silne kwasy są wstanie utworzyć sól z
amidami
, jednak proton w nich w większym stopniu
związany jest z atomem tlenu niŜ azotu.
..
+
H
H
:
O
+
H
+
:
O
:
O
C
..
C
C
+
NH
2
..
H
3
C
H
3
C
NH
2
H
3
C
NH
2
W wyniku zahamowania swobodnego obrotu wokół wiązania
C-N
w
amidach podstawionych
obserwuje się efekt tworzenia konformerów
cis/trans
. Zjawisko to często występujące w
peptydach
i
białkach
,
szczególnie
często w miejscu, którego komponentem jest
prolina
.
O
H
O
R'
C
N
cis
C
N
trans
R
R'
R
H
konformery podstawionych amidów
Wyst
ę
powanie
Amidy
w postaci
peptydów
i
białek
są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Są to związki, w
których wiązanie amidowe, zwane wiązaniami peptydowymi utworzone są pomiędzy grupą
aminową jednego
aminokwasu
i grupą karboksylową
drugiego aminokwasu
. W skład
białek
mogą wchodzić reszty od 100 do wielu tysięcy reszt aminokwasów, w
peptydach
od 2-100.
O
O
O
NH CH
C
NH CH
C
NH CH
C
fragment peptydu lub białka
(
megapeptydu
)
R
R'
R''
Amidami
są dwa kodowane
aminokwasy
–
asparagina
i
glutamina
.
H
2
N
H
CH
2
CONH
2
H
2
N
H
CH
2
CH
2
CONH
2
asparagina
glutamina
..
COOH
C
COOH
C
 b
-laktamowych
oprócz ugrupowania laktamowego występuje równieŜ zwykłe
amidowe. Popularne
aminocukry
, do których naleŜą
glukozoamina
i
galaktozoamina
występują
w postaci
N
-acetylowanej czyli są
amidami
.
N
-Acetyloglukozoamina
jest składnikiem ścian
komórkowych bakterii, razem z
N
-acetylogalaktozoaminą
wchodzą w skład markerów grup krwi
,
ponadto
chityna
jest polimerem
N
-acetyloglukozoaminy
.
OH
HO
OH
O
O
H
H
O
H
O
AcNH
AcNH
N
-acetyloglukozoamina
N
-acetylogalaktozoamina
H,OH
H,OH
Ugrupowanie amidowe często występuje w lekach. Znajdziemy je w środkach miejscowo
znieczulających, np. w
lidokainie
, pochodne
kwasu barbiturowego
teŜ moŜna uznać za
amidy
, np.
weronal
, lek moczopędny –
acetazolamid
i znacznie więcej.
CH
3
O
CH
3
CO-HN
O
luminal
(fenobarbital)
N
NH-CCH
2
NEt
2
H
S
N
CCH
2
CH
3
O
CH
3
lidokaina
acetazolamid
SO
2
NH
2
O
H
Wiele włókien syntetycznych ma budowę poliamidową, np.
nylon
,
perlon
i inne włókna,
róŜniące się często tylko nazwą komercyjną.
Nylon
jest produktem kondensacji kwasu
adypinowego
z
1,6-heksametylenodiaminą
, a
perlon
powstaje przez otwarcie pierścienia i
polimeryzację
kaprolaktamu
.
OC(CH
2
)CO-[NH(CH
2
)
6
NH-OC(CH
2
)
4
CO-]
n
NH(CH
2
)
6
NH
nylon
NH(CH
2
)
5
CO-[NH(CH
2
)
5
CO-]
n
-NH(CH
2
)
5
CO
perlon
Nomenklatura
1.
Zwyczajowa
.
Zwyczajową
nazywę
amidów
tworzy się przez dodanie do rdzenia wywodzącego się od kwasu
końcówki -
amid
, np.
form
amid
,
acet
amid
,
benz
amid
.
O
O
O
H
C
NH
2
H
3
C
NH
2
C
NH
2
formamid acetamid benzamid
2.
Systematyczne
nazywanie polega na dodaniu do nazwy węglowodoru o takiej samej liczbie
atomów węgla co w amidzie końcówki -
amid
i łącznika „
o
”, np.
etanoamid
(etan + o + amid),
propanoamid
czy
heksanoamid
.
W
antybiotykach
C
O
O
O
C
C
C
NH
2
H
3
C
NH
2
CH
3
CH
2
NH
2
CH
3
(CH
2
)
4
etanoamid propanoamid heksanoamid
3.
Sposób karboksyamidowy
MoŜna równieŜ stosować sposób nazywania podobny jak w kwasach, polegający na tym, Ŝe do
nazwy węglowodoru połączonego z grupą
CONH
2
, dodaje się końcówkę
karboksyamid
, np.
cykloheksanokarboksyamid
.
4. Stosuje się równieŜ
sposób podstawnikowy
, wówczas reszta -
CONH
2
przyjmuje nazwę
karbamoilu
.
CONH
2
COOH
CONH
2
cykloheksanokarboksyamid kwas karbamoilobenzoesowy
(
kwas ftalamowy
)
Amidy
zawierające ugrupowanie
N
-
arylowe
nazywane są
anilidami
.
O
CCH
3
acetanilid
CO-HN
CO-HN
HN
Me
Et
cykloheksylokarboksyanilid
3'-etylo-2-metylobenzanilid
5.
Pochodne acylowe amin
Amidy
traktować teŜ moŜna jako acylowe pochodne
amin
i nazywać je zgodnie nomenklaturą
aminową. Tak nazywana jest prezentowana powyŜej
N
-acetyloglukozoamina
. Tak moŜna nazwać
pochodne
aniliny
czy bardziej skomplikowanych
amin
.
O
C
HN
N
COCH
3
1-acetylo-1,2,3,4-tetra-
hydrochinolina
N
-benzoiloanilina
Otrzymywanie
1.
Amonoliza (aminoliza) pochodnych kwasów karboksylowych
Amidy
powstają w wyniku reakcji amoniaku (
amonolizy
) lub amin (
aminolizy
) z reaktywnymi
pochodnymi
kwasów karboksylowych
, takich jak
chlorki kwasowe
,
bezwodniki
i
estry
(aktywne).
O
Y
: -
F
; -
Cl
lub
Br
-
halogenki kwasowe
-
OCOR
' -
bezwodniki
;
-
OR''
-
estry aktywne
H
3
C
C
Y
NH
3
NH
2
R
NHR
2
O
O
O
C
C
C
NR
2
H
3
C
NH
2
H
3
C
NHR
H
3
C
amidy
:
niepodstawione monopodstawione dipodstawione
Amonoliz
ę
halogenków kwasowych
i
bezwodników
przeprowadza się w obecności nadmiaru
amin
(amoniaku) lub dodaje się
NaOH
w celu wiązania wydzielającego się halogenowodoru lub
kwasu karboksylowego. Reakcja
amonolizy
w obecności
NaOH
nazywana jest
reakcj
ą
Schottena-Baumanna
.
COCl
H
2
N
NaOH
CO HN
+
- NaCl
chlorek benzoilu anilina benzanilid
(75%)
3.
Przegrupowanie Beckmanna
(E. Beckmann,
Ber. Deut. Chem. Ges.
,
20
, 1507 (1887)
Ketoksymy
w obecności kwasów (lub odczynników wydzielających kwasy, np. bezwodników,
PCl
5
czy
SOCl
2
) ulegają przegrupowaniu do
monopodstawionych amidów
.
OH
O
H
+
N
C
C
NHR
R'
ketoksym monopodstawiony amid
R
R'
Warto zwrócić uwagę, Ŝe przegrupowaniu ulega reszta organiczna znajdująca się w połoŜeniu
trans
do grupy hydroksylowej
oksymu
.
W praktyce jest to reakcja wykorzystywana zarówno do otrzymywania
laktamów
, np.
kaprolaktamu
lub syntezy odpowiednich kwasów po hydrolizie
amidów
(
laktamów
).
OH
O
N
O
NH
2
OH
.
HCl
H
+
/HOH
NH
NaOAc
cykloheksanon
oksym
cykloheksanonu
(87%)
kaprolaktam
(82%)
2.
-
OH
1.
H
+
/HOH
kwas 6-aminoheksanowy
H
2
N(CH
2
)
5
COOH
(91%)
Mechanizm reakcji
:
OH
H
+
R
O
H
R
H
+
N
:
N
:
..
.
.
N
:
N
:
..
C
H
C
- HOH
C
O
..
+
R'
R
R'
C
H
H
O
..
R
R'
R'
+
H
ketoksym
- H
+
R
H
R
N
O
N
- H
+
:
amid
C
C
H
..
C
..
R'
R'
NHR
O
R'
O
..
..
..
[ Pobierz całość w formacie PDF ]