Karboxamid

Bližšie informácie v hlavnom článku: Názvoslovie organických zlúčenín

V obvyklom názvosloví sa pridáva výraz „amid“ ku kmeňu názvu materskej kyseliny. Napríklad amid odvodený od kyseliny octovej sa nazýva acetamid (acetyl + amid, CH₃CONH₂). 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 (CH₃CONMe₂, kde Me = CH₃). „N,N“ naznačuje, že obe metylové skupiny sú viazané na dusík amidovej skupiny. Tento názov sa zvyčajne zjednodušuje na dimetylacetamid.

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.^[5]

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:

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.^[6] Vo veľmi stéricky napätom chinuklidóne sa rezonancii do značnej miery zabráni.

V porovnaní s amínmi sú amidy veľmi slabé zásady. Zatiaľ čo konjugovaná kyselina amínu má pK_a asi 9,5, konjugovaná kyselina amidu má pK_a 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 (pK_a ich konjugovaných kyselín sú medzi -6 a -10).

Protón primárneho alebo sekundárneho amidu sa za normálnych podmienok nedisociuje ľahko, jeho pK_a je zvyčajne vysoko nad 15. Naopak, v extrémne kyslých podmienkach môže byť karbonylový kyslík protónovaný s pK_a približne -1. Nie je to len kvôli kladnému náboju dusíka, ale aj zápornému náboju kyslíka získanému rezonanciou.

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.

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 v_CO 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.

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.

Existuje mnoho metód syntézy amidov.^[9]

Amidy sa môžu pripraviť reakciou karboxylovej kyseliny s amínom. Priama reakcia vo všeobecnosti vyžaduje vysoké teploty na vytlačenie vody:

RCO₂H + R′R″NH → R′R″NH₂⁺RCO₂^-

R′R″NH₂⁺RCO₂^- → RC(O)NR′R″ + H₂O

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.^[10] Pre špecializované aplikácie boli vyvinuté rôzne činidlá, napr tris(2,2,2-trifluóretyl)boritan.^[11][12]

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[13]	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[14][15]	Karboxylová kyselina, Grignardovo činidlo s anilínovým derivátom ArNHR'
Chapmanov prešmyk[16][17]	Aryl iminoéter	Pre N,N-diarylamidy. Reakčný mechanizmus je založený na nukleofilnej aromatickej substitúcii.[18]
Leuckartova syntéza amidov[19]	Izokyanát	Reakcia arénu s izokyanátom katalyzovaná chloridom hlinitým, tvorba aromatického amidu.
Ritterova reakcia[20]	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[21]	Koncové alkény	Reakcia homologizácie voľných radikálov medzi terminálnym alkénom a formamidom.
Aminolýza esterov[22][23][24]	Estery	Bázicky katalyzovaná reakcia esterov s rôznymi amínmi za vzniku alkoholov a amidov.

Dehydrogenatívna acylácia amínov je katalyzovaná organoruténiovými zlúčeninami:^[25]

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^[26] a organokovovými katalyzátormi:^[27]

RC(O)NR'₂ + HNR"₂ → RC(O)NR"₂ + HNR'₂

Primárne amidy (RC(O)NH₂) sú pre túto reakciu vhodnejšie.