Amida

Grupo funcional amida.

As amidas posúen un sistema conxugado que se estende polos átomos de O, C e N, consistente en orbitais moleculares ocupados por electróns deslocalizados. Móstrase na figura un dos orbitais moleculares π da formamida.

Unha amida é un composto orgánico que contén o grupo funcional amida, o cal está formado por un grupo carbonilo (R-C=O) unido a un átomo de nitróxeno. O termo pode facer referencia tanto a un tipo de composto coma ao grupo funcional presente en ditos compostos.

O termo amida tamén se utiliza para referirse á forma desprotonada do amoníaco (NH₃) ou dunha amina, con frecuencia representados como anións R₂N^–. Neste artigo non se tratará destas amidas aniónicas, senón que se centrará nas amidas normais formadas por carbonilo-nitróxeno.

Estrutura e enlaces

As amidas máis simples son derivados do amoníaco nas que un átomo de hidróxeno foi substituído por un grupo acilo. O conxunto represéntase xeralmente como RC(O)NH₂. Moi relacionadas coas anteriores e moito máis numerosas son as amidas derivadas de aminas primarias (R'NH₂) cuxa fórmula xeral é RC(O)NHR'. As amidas poden orixinarse tamén a partir de aminas secundarias (R'RNH) cuxa fórmula é RC(O)NR'R. As amidas son xeralmente consideradas derivados de ácidos carboxílicos nos que o grupo hidroxilo do COOH foi cambiado por unha amina ou amoníaco.

O par de electróns solitarios que ten o nitróxeno está deslocalizado nos carbonilos, formando un dobre enlace parcial entre o nitróxeno e o carbono do carbonilo. Como consecuencia o nitróxeno das amidas non ten unha estrutura de enlaces piramidal. Estímase que a estrutura resoante da acetamida está na forma A nun 62% e na B nun 28% (porque o O é máis electronegativo có N).

Nomenclatura

A nomenclatura usual é engadir o termo amida á raíz do nome do ácido orixinal. Por exemplo, a amida derivada do ácido acético denomínase acetamida (CH₃CONH₂). A IUPAC recomenda o nome etanamida para este composto, pero este e outros nomes formais relacionados atópanse pouco nas publicacións. Cando a amida deriva dunha amina primaria ou secundaria, os substituíntes no nitróxeno indícanse primeiro no nome. Así, a amida formada a partir da dimetilamina e o ácido acético é a N,N-dimetilacetamida (CH₃CONMe₂, onde Me = CH₃ ou metilo). Xeralmente tamén este nome é simplificado a dimetilacetamida.

As amidas cíclicas denmomínanse lactamas; e son necesariamente amidas secundarias ou terciarias.

Os grupos funcionais formados por -P(O)NR₂ e -SO₂NR₂ denomínanse fosfonamidas e sulfonamidas, respectivamente.

Propiedades

Basicidade

Se as comparamos coas aminas, as amidas teñen unha basicidade moi feble. O ácido conxugado dunha amina ten un pKa de arredor de 9,5, o ácido conxugado dunha amida ten un pKa de arredor de -0,5. Por tanto, as amidas non teñen unhas propiedades ácido-base moi significativas en medio acuoso. Esta falta de basicidade explícase pola natureza captadora de electróns do grupo carbonilo, que fai que o par de electróns solitarios do nitróxeno estea deslocalizado por resonancia. Por outra parte, as amidas son bases moito máis fortes cós ácidos carboxílicos, ésteres, aldehidos, e cetonas (con ácidos conxugados con pKa entre -6 e -10). A resonancia está impedida en gran medida na quinuclidona, unha molécula moi tensionada.

A causa da gran electronegatividade do osíxeno, o carbonilo (C=O) é un dipolo máis forte có dipolo N-C. A presenza dun dipolo C=O e, en menor media un dipolo N-C, permite ás amidas actuar como aceptores no enlace de hidróxeno. Nas amidas primarias e secundarias, a presenza de dipolos N-H permite que as amidas funcionen tamén como doantes no enlace de H. Deste xeito, as amidas poden participar na formación de enlaces de hidróxeno coa auga e outros solventes próticos; o átomo de osíxeno pode aceptar enlaces de hidróxeno da auga e os hidróxenos do N-H poden doar enlaces de H. Como resultado de interaccións coma estas, a solubilidade en auga das amidas é meirande cá dos hidrocarbonos equivalentes.

O protón dunha amida primaria ou secundaria non se disocia facilmente en condicións normais; o seu pK_a está normalmente bastante por riba de 15. Inversamente, en condicións extremadamente ácidas, o osíxeno do carbonilo pode protonarse cun pK_a de aproximadamente –1.

Solubilidade

A solubilidade das amidas e ésteres é comparable. Tipicamente as amidas son menos solubles cás aminas e ácidos carboxílicos similares, xa que estes compostos poden tanto doar coma aceptar enlaces de hidróxeno. As amidas terciarias, coa importante excepción da N,N-dimetilformamida, son pouco soluble en auga.

Caracterización

A presenza do grupo funcional amida é xeralmente fácil de establecer, polo menos en moléculas pequenas. Son os grupos funcionais non básicos máis comúns. Poden distinguirse dos grupos nitro e ciano polo seu espectro infravermello. As amidas mostran unha banda ν_CO moderadamente intensa preto dos 1650 cm⁻¹. Con espectroscopía de resonancia magnética nuclear ¹H, aparecen sinais de CONHR a campos baixos. Na cristalografía de raios X, o centro C(O)N xunto cos tres átomos inmediatamente adxacentes definen un plano característico.

Aplicacións e distribución

As amidas son moi comúns na natureza e en tecnoloxía como materiais estruturais. O enlace amida fórmase doadamente, confire rixidez estrutural, e resiste ben a hidrólise. Os nailons son poliamidas como tamén o son materiais tan resistentes como a Aramid, Twaron, e Kevlar. Os enlaces amida en contextos bioquímicos denomínanse enlaces peptídicos. Os enlaces amida constitúen unha característica molecular definitoria das proteínas, cuxa estrutura secundaria está estabilizada en grande medida pola capacidade das amidas de formaren enlaces de hidróxeno. As amidas de baixo peso molecular, como a dimetilformamida (HC(O)N(CH₃)₂), son disolventes comúns. Moitos fármacos son amidas, como a penicilina e o LSD.

Síntese de amidas

As amidas fórmanse xeralmente por medio de reaccións entre ácidos carboxílicos e aminas. Coñécense moitos métodos para desprazar o equilibrio desfavorable da reacción cara á dereita:

RCO₂H + R'R"NH ${\overrightarrow {\leftarrow }}$ RC(O)NR'R" + H₂O

A maior parte destas reaccións implican "activar" o ácido carboxílico e o mellor método coñecido, a reacción de Schotten-Baumann, que implica a conversión do ácido a cloruro de ácido:

Nome da reacción	Substrato	Detalles
rearranxo de Beckmann	cetona cíclica	reactivo: hidroxilamina e ácido
reacción de Schmidt	cetonas	reactivo: ácido hidrazoico
hidrólise de nitrilo	nitrilo	reactivo: auga; catalizador ácido
reacción de Willgerodt-Kindler	aril alquil cetonas	sulfuro e morfolino
reacción de Passerini	ácido carboxílico, cetona ou aldehido
reacción de Ugi	isocianida, ácido carboxílico, cetona, amina primaria
reacción de Bodroux	ácido carboxílico, reactivo de Grignard cun derivado de anilina ArNHR'
rearranxo de Chapman	aril imino éter	para N,N-diaril amidas. O mecanismo de reacción está baseado nunha substitución aromática nucleofílica.
síntese de amidas de Leuckart	isocianato	Reacción de areno con isocianato catalizado por aluminio tricloruro, formación de amidas aromáticas.

Outros métodos

A reacción aparentemente simple directa entre un alcohol e unha amina para dar unha amida non se intentou ata 2007, utilizando un catalizador especial con rutenio efectivo na chamada acilación deshidroxenativa:

A xeración de gas hidróxeno compensa a termodinámica desfavorable da reacción. Pénsase que a reacción procede por medio dunha deshidroxenación do alcohol a aldehido seguida da formación dun hemiaminal e despois hai unha segunda deshidroxenación para dar a amida. A eliminación de auga no hemiaminal para formar unha imina non se observou.

Reaccións das amidas

As amidas poden sufrir moitas reaccións químicas, xeralmente ao ser atacado o carbonilo e romper o dobre enlace do carbonilo e formar un intermediato tetraédrico. Poden servir de nucleófilos os tioles, hidroxilos e aminas. Debido á súa estabilización por resonancia, as amidas son menos reactivas en condicións fisiolóxicas cós ésteres. Os encimas, como por exemplo as peptidases ou catalizadores artificiais, aceleran as reaccións de hidrólise. Poden hidrolizarse en álcali quente, e tamén en condicións ácidas fortes. En condicións ácidas renden o ácido carboxílico e o ión amonio, e en condicións de hidrólise básica renden o ión carboxilato e amoníaco. As amidas son tamén precursores versátiles de moitos outros grupos funcionais.

Nome da reacción	Produto	Comentario
deshidratación	nitrilo	reactivo: fósforo pentóxido
rearranxo de Hofmann	amina con menos átomos de carbono	reactivo: hidróxido de sodio e bromo
redución da amida	amina	reactivo: litio aluminio hidrido
reacción de Vilsmeier-Haack	imina	POCl3, substrato aromático, formamida

Véxase tamén

Outros artigos

• Amina
• Imida

Ligazóns externas

• Amide synthesis (coupling reaction) - Synthetic protocols from organic-reaction.com
• IUPAC Compendium of Chemical Terminology