เอไมด์

ในเคมีอินทรีย์ เอไมด์ หรือที่เรียกว่าคาร์บอกซาไมด์ เป็นสารประกอบที่มีสูตรทั่วไป R−C(=O)−NR′R″ โดยที่ R, R' และ R″ เป็นตัวแทนของหมู่ใดๆ ซึ่งโดยทั่วไปคือกลุ่มอัลคิลหรืออะตอม ไฮโดรเจน หมู่เอไมด์เรียกว่าพันธะเปปไทด์เมื่อเป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่หลักในโปรตีน และเรียกว่าพันธะไอโซเปปไทด์เมื่อเกิดขึ้นในโซ่ข้าง เช่นในแอสพาราจีนและกลูตามีน เอไมด์เป็นอนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก (R−C(=O)−OH ) ซึ่งหมู่ไฮดรอกซิล (−OH ) จะถูกแทนที่ด้วยหมู่เอมีน (−NR′R″ )

โครงสร้างทั่วไปของเอไมด์

ฟอร์มาไมด์ เอไมด์ที่เล็กที่สุด

แอสพาราจีน (รูปแบบไอออนขั้วคู่) กรดอะมิโนที่มีสายโซ่ด้านข้าง (ไฮไลต์) ที่มีกลุ่มเอไมด์

เอไมด์โดยทั่วไปที่รู้จักคือ ฟอร์มาไมด์ (H−C(=O)−NH₂ ), อะซีตาไมด์ (H₃C−C(=O)−NH₂ ), เบนซาไมด์ (C₆H₅−C(=O)−NH₂ ) และไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (H−C(=O)−N(−CH₃)₂ ) ตัวอย่างอื่น ๆ เช่น N -คลอโรอะเซทาไมด์ (H₃C−C(=O)−NH−Cl ) และคลอโรฟอร์มาไมด์ (Cl−C(=O)−NH₂ )

เอไมด์มีแบ่งเป็นเป็น ปฐมภูมิ ทุติยภูมิ และตติยภูมิ ขึ้นอยู่กับที่อะตอมไนโตรเจนมีรูปแบบ−NH₂ ,−NHR หรือ−NRR' โดยที่ R และ R' คือกลุ่มอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน

การอ่านชื่อสารประกอบเอไมด์

−C(=O)−(N) 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 ซึ่งต้องเป็นเอไมด์ทุติยภูมิหรือตติยภูมิ

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

โครงสร้างของไดเมอร์ที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนของอะซิตาไมด์จาก X-ray crystallography.ระยะห่าง: C-O: 1.243, C-N, 1.325, N---O, 2.925 Å. สีอะตอม: แดง = O, น้ำเงิน = N, เทา = C, ขาว = H

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)

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

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

ความเป็นเบส

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

โปรตอนของเอไมด์ปฐมภูมิหรือทุติยภูมิไม่สามารถแยกตัวออกได้อย่างง่าย pK_a จะสูงถึง 15 ในทางกลับกัน ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดจัด ออกซิเจนที่หมู่คาร์บอนิลสามารถจับกับโปรตอนโดยมี K_a 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

กลไกของการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในสภาวะกรดของเอไมด์

เอไมด์เกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง แม้ว่าจะมีมีความว่องไวต่อปฏิกิริยาน้อยกว่าเอสเทอร์ก็ตาม เอไมด์จะถูกไฮโดรไลซ์ในสภาวะที่เป็นด่างเมื่อให้ความร้อนและในสภาวะกรดแก่ สภาวะที่เป็นกรดจะให้กรดคาร์บอกซิลิกและแอมโมเนียมไอออน ในขณะที่ไฮโดรไลซิสในเบสจะให้คาร์บอกซิเลทไอออนและแอมโมเนีย

Reaction name	Product	Comment
Dehydration	Nitrile	Reagent: phosphorus pentoxide; benzenesulfonyl chloride; TFAA/py
Hofmann rearrangement	Amine with one fewer carbon atom	Reagents: bromine and sodium hydroxide
Amide reduction	Amines, aldehydes	Reagent: lithium aluminium hydride followed by hydrolysis
Vilsmeier–Haack reaction	Aldehyde (via imine)	POCl3, aromatic substrate, formamide
Bischler–Napieralski reaction	Cyclic aryl imine	POCl3, SOCl2, etc.
Tautomeric chlorination	Imidoyl chloride	Oxophilic halogenating agents, e.g. COCl2 or SOCl2

การสังเคราะห์เอไมด์

จากกรดคาร์บอกซิลิกและสารประกอบที่เกี่ยวข้อง

โดยปกติเอไมด์จะถูกเตรียมโดยการรวมกรดคาร์บอกซิลิกเข้ากับเอมีน ปฏิกิริยาโดยตรงโดยทั่วไปต้องใช้อุณหภูมิสูง:

RCO₂H + R'₂NH → RCO−2 + R'₂NH+2

RCO−2 + R'₂NH₂ → RC(O)NR'₂ + H₂O

เอสเทอร์ เป็นสารตั้งต้นที่ดีกว่ามากเมื่อเทียบกับกรดคาร์บอกซิลิก

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

RCO₂R" + R'₂NH → RC(O)NR'₂ + R"OH

RCOCl + 2R'₂NH → RC(O)NR'₂ + R'₂NH+2Cl⁻

(RCO)₂O + R'₂NH → RC(O)NR'₂ + RCO₂H

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 Amides

Reaction name	Substrate	Details
Beckmann rearrangement	Cyclic ketone	Reagent: hydroxylamine and acid
Schmidt reaction	Ketones	Reagent: hydrazoic acid
Willgerodt–Kindler reaction	Aryl alkyl ketones	Sulfur and morpholine
Passerini reaction	Carboxylic acid, ketone or aldehyde
Ugi reaction	Isocyanide, carboxylic acid, ketone, primary amine
Bodroux reaction	Carboxylic acid, Grignard reagent with an aniline derivative ArNHR'
Chapman rearrangement	Aryl imino ether	For N,N-diaryl amides. The reaction mechanism is based on a nucleophilic aromatic substitution.
Leuckart amide synthesis	Isocyanate	Reaction of arene with isocyanate catalysed by aluminium trichloride, formation of aromatic amide.
Ritter reaction	Alkenes, alcohols, or other carbonium ion sources	Secondary amides via an addition reaction between a nitrile and a carbonium ion in the presence of concentrated acids.
Photolytic addition of formamide to olefins	Terminal alkenes	A free radical homologation reaction between a terminal alkene and formamide.
Dehydrogenative coupling	alcohol, amine	requires ruthenium dehydrogenation catalyst
Transamidation	amide	typically slow
Amine α-oxidation	alkyl amine	requires gold catalysts

อ้างอิง

1. "Amide definition and meaning - Collins English Dictionary". www.collinsdictionary.com. สืบค้นเมื่อ 15 April 2018.
2. "amide". (5th ed.). HarperCollins.
3. . Oxford Dictionaries – English. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2 April 2015. สืบค้นเมื่อ 15 April 2018.
4. Fletcher, John H. (1974). "Chapter 21: Amides and Imides". Nomenclature of Organic Compounds: Principles and Practice. Vol. 126. Washington, DC: . pp. 166–173. doi:10.1021/ba-1974-0126.ch021. ISBN . อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่สมเหตุสมผล มีนิยามชื่อ "Fletcher" หลายครั้งด้วยเนื้อหาต่างกัน
5. Boonen, Jente; Bronselaer, Antoon; Nielandt, Joachim; Veryser, Lieselotte; De Tré, Guy; De Spiegeleer, Bart (2012). "Alkamid database: Chemistry, occurrence and functionality of plant N-alkylamides" (PDF). Journal of Ethnopharmacology. 142 (3): 563–590. doi:10.1016/j.jep.2012.05.038. PMID 22659196. เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 2022-10-09. {{}}: |hdl-access= ต้องการ |hdl= ((help))
6. Bats, Jan W.; Haberecht, Monika C.; Wagner, Matthias (2003). "A new refinement of the orthorhombic polymorph of acetamide". Acta Crystallographica Section E. 59 (10): o1483–o1485. doi:10.1107/S1600536803019494.
7. Kemnitz, Carl R.; Loewen, Mark J. (2007). ""Amide Resonance" Correlates with a Breadth of C−N Rotation Barriers". Journal of the American Chemical Society. 129 (9): 2521–8. doi:10.1021/ja0663024. PMID 17295481.
8. U.S. Patent 5,935,953
9. Corson, B. B.; Scott, R. W.; Vose, C. E. (1941). "Cyanoacetamide". Organic Syntheses. 1: 179. doi:10.15227/orgsyn.009.0036.
10. Jacobs, W. A. (1941). "Chloroacetamide". Organic Syntheses. 1: 153. doi:10.15227/orgsyn.007.0016.
11. Kleinberg, J.; Audrieth, L. F. (1955). "Lactamide". Organic Syntheses. 3: 516. doi:10.15227/orgsyn.021.0071.
12. Valeur, Eric; Bradley, Mark (2009). "Amide bond formation: beyond the myth of coupling reagents". Chem. Soc. Rev. 38 (2): 606–631. doi:10.1039/B701677H. PMID 19169468.
13. Eller, Karsten; Henkes, Erhard; Rossbacher, Roland, "Amines, Aliphatic", , Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a02_001.pub2
14. De Figueiredo, Renata Marcia; Suppo, Jean-Simon; Campagne, Jean-Marc (2016). "Nonclassical Routes for Amide Bond Formation". Chemical Reviews. 116 (19): 12029–12122. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00237. PMID 27673596.
15. "Tris(2,2,2-trifluoroethyl) borate 97% | Sigma-Aldrich". www.sigmaaldrich.com. สืบค้นเมื่อ 2016-09-22.
16. Sabatini, Marco T.; Boulton, Lee T.; Sheppard, Tom D. (2017-09-01). "Borate esters: Simple catalysts for the sustainable synthesis of complex amides". Science Advances. 3 (9): e1701028. Bibcode:2017SciA....3E1028S. doi:10.1126/sciadv.1701028. PMC 5609808. PMID 28948222.
17. Bodroux F. (1905). Bull. Soc. Chim. France. 33: 831.{{}}: CS1 maint: untitled periodical ()
18. . Institute of Chemistry, Skopje, Macedonia. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 24 September 2015. สืบค้นเมื่อ 23 May 2007.
19. Schulenberg, J. W.; Archer, S. (1965). "The Chapman Rearrangement". 14: 1–51. doi:10.1002/0471264180.or014.01. ISBN .
20. Chapman, Arthur William (1925). "CCLXIX.—Imino-aryl ethers. Part III. The molecular rearrangement of N-phenylbenziminophenyl ether". Journal of the Chemical Society, Transactions. 127: 1992–1998. doi:10.1039/CT9252701992.
21. March, Jerry (1966). Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure (3rd ed.). Wiley. ISBN .
22. (1885). "Ueber einige Reaktionen der aromatischen Cyanate". . 18: 873–877. doi:10.1002/cber.188501801182.
23. Adams, Rodger; Krimen, L.I.; Cota, Donald J. (1969). Organic Reaction Volume 17. London: John Wiley & Sons, Inc. pp. 213–326. doi:10.1002/0471264180. ISBN .
24. Monson, Richard (1971). Advanced Organic Synthesis: Methods and Techniques (PDF). New York: Academic Press. p. 141. ISBN . เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 2022-10-09.
25. Gunanathan, C.; Ben-David, Y.; Milstein, D. (2007). "Direct Synthesis of Amides from Alcohols and Amines with Liberation of H₂". Science. 317 (5839): 790–2. Bibcode:2007Sci...317..790G. doi:10.1126/science.1145295. PMID 17690291. S2CID 43671648.
26. T. A. Dineen; M. A. Zajac; A. G. Myers (2006). "Efficient Transamidation of Primary Carboxamides by in situ Activation with N,N-Dialkylformamide Dimethyl Acetals". J. Am. Chem. Soc. 128 (50): 16406–16409. doi:10.1021/ja066728i. PMID 17165798.
27. Emma L. Baker; Michael M. Yamano; Yujing Zhou; Sarah M. Anthony; Neil K. Garg (2016). "A two-step approach to achieve secondary amide transamidation enabled by nickel catalysis". Nature Communications. 7: 11554. Bibcode:2016NatCo...711554B. doi:10.1038/ncomms11554. PMC 4876455. PMID 27199089.
28. P. Chatterjee; H. Wang; J. S. Manzano; U. Kanbur; A. D. Sadow; I. I. Slowing (2022). "Surface ligands enhance the catalytic activity of supported Au nanoparticles for the aerobic α-oxidation of amines to amides". Catal. Sci. Technol. 12 (6): 1922–1933. doi:10.1039/D1CY02121D. S2CID 246575960.