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酰胺

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此條目介紹的是羧酸的氨基衍生物。关于其他含氧酸的氨基衍生物，请见「酰胺_(官能团)」。
酰胺的通式
甲酰胺，最简单的酰胺
天冬酰胺是一种含有酰胺结构（标记区）的氨基酸
实验室中合成尼龙66

酰（xiān）胺（àn）（英語：Amide）是指酰基碳与胺类相连的一类化合物，官能团可记为R1C(=O)NR2R3，其中R1、R2和R3可以是氢原子或有机基团[1][2]。酰胺也可以看作是羧酸与氨或胺缩合形成的有机化合物，是羧酸衍生物的一类，简单的酰胺有：甲酰胺、乙酰胺、苯甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺。

酰胺在自然界中广泛存在，并在科学技术中有重要应用。蛋白质中的肽键便以酰胺结构相连接。工业上重要的化工材料，如尼龙、芳纶、克维拉、特瓦纶（英语：Twaron）等都是含酰胺结构单体聚合成的合成纤维。许多药物也都包含酰胺结构，它帮助维持刚性结构并抵抗水解，如对乙酰氨基酚、青霉素、LSD等[3]。一些低分子量的酰胺，是常用的有机溶剂，如DMF和DMAc。

命名

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主条目：IUPAC有机物命名法

酰胺可以看作羧酸被氨基或胺取代后衍生的产物，因此可以将酸字改为酰胺来命名，英文命名时将-ic acid改为-amide[4]，例如：

乙酰胺 异丁（基）酰胺 乙二酰二胺

当酰胺中的氮上连有多个烃基时，则需要将氮上取代基写在某酰之前，并用N-来表示其位置（在没有歧义时可省略），例如：

乙酰苯胺 N,N-二甲基甲酰胺 二甲基乙酰胺

二元羧酸被氨（或胺）基取代时，称为“某二酰胺”，英文命名时将词尾-dioic acid改为-diamide；当两个羧基被同一个氨（或胺）基取代得到环状化合物时，称为“某二酰亚胺”，英文命名时将词尾改为-imide；当胺上的烃基与酰胺的碳原子首尾相连形成环状化合物时，称为“某内酰胺”，英文命名时将词尾改为-lactam[5]，例如：

size=80%
丁二酰胺 N-溴代丁二酰亚胺 4-丁内酰胺

酰胺根据其N上取代程度，可分为伯（一级）酰胺、仲（二级）酰胺和叔（三级）酰胺[6]。

结构

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甲酰胺分子球棍模型，显示了π电子的离域情况

酰胺中的C-N键较胺中的C-N键要短，一方面是因为酰胺中C-N键的碳是用sp2杂化轨道与氮成键，而胺中C-N键的碳是用sp3杂化轨道与氮成键，s成分较少[7]；另一方面是因为氮上孤对电子在羰基上离域，在碳、氮和氧间形成共轭体系，从而使C-N键具有某些双键性质。因此，酰胺中的N、O、C位于同一平面，限制了围绕酰基的旋转[8][9]。

酰胺结构有以下的共振式：

羰基与氨基的氮共轭

性质

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除甲酰胺外，大部分具有RCONH2结构的酰胺为白色固体，这是因为分子间形成了氢键[10][11]。在羧酸衍生物中，酰胺具有最强的稳定性，其水解最难发生，一般需要在强酸性或碱性条件下回流。相较于胺类，酰胺表现出较弱的碱性，低级的酰胺可溶于水，例如DMF和DMAc便是很好的非质子极性溶剂，且可以与水混溶[10]。能与酸反应成盐，其质子化发生在氧原子上，酰胺的碱性要弱于胺，但强于酯、酮和羧酸，酰亚胺上的氢原子有弱酸性[12][13]。

蛋白质和肽是含有酰胺键的重要生物分子。一些生物碱中也含有酰胺结构[14]。

合成

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酰胺可以通过羧酸与胺偶联制备，直接反应需要高温将水赶出体系[15]：

羧酸与胺偶联直接合成酰胺。

酰胺可以通过酯、酸酐（卢米埃尔-巴比耶方法（英语：Lumière–Barbier method））或酰氯（肖滕-鲍曼反应）与胺反应来合成。多肽合成中通过偶联剂（如HATU（英语：HATU）、HOBt、PyBOP（英语：PyBOP））来合成酰胺[16]。一些试剂，如Sheppard酰胺化试剂，被用来构建酰胺和亚胺结构[17][18]。

反应 底物 备注
亲核酰基取代反应 酰氯或酸酐 试剂：氨或胺
Beckmann重排 环酮 试剂：肟和酸催化
Schmidt反应 酮 试剂：叠氮酸
腈的控制水解[19] 腈 试剂：水和酸催化
Willgerodt–Kindle反应 [20] 芳基烷基酮 硫和吗啉
Passerini反应 异腈、酮（或醛）和羧酸 极性溶剂（如水或甲醇）
Ugi反应 异腈、羧酸、伯胺和酮（或醛）
Bodroux反应[21][22] 羧酸和格氏试剂的胺类衍生物（如IMgNHR）
Chapman重排[23][24] 芳基亚胺基醚 对N,N-二芳基亚胺，反应机理为分子内芳香族亲核取代反应[25]
Chapman Rearrangement
Chapman Rearrangement
Ritter反应[26] 腈、烷基化试剂如（异丁烯、叔丁醇）和强酸。 在浓酸作用下，腈与碳正离子发生加成反应得到仲酰胺，Ritter反应能在叔碳处构建一根C-N键。
末端烯烃的光化学加成[27] 末端烯烃和甲酰胺 甲酰胺对末端单烯烃的自由基同系化反应（英语：Homologation reaction），得到反马氏加成产物。
羧酸衍生物的氨解[28][29][30][31] 酯、酰卤、酰胺和酸酐 羧酸衍生物可以与氨反应，形成酰胺，称为氨解。

其他反应

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有机钌化合物催化胺的脱氢酰化，该反应通过醇脱氢产生的醛，与胺形成半胺醛（英语：hemiaminal），随后二次脱氢得到酰胺，该反应的副产物为氢气[32] ：

酰胺与胺反应生成新的酰胺的反应称为酰胺交换反应（英语：Transamidation），该反应进行地非常缓慢，需要路易斯酸 [33]和有机金属催化剂[34]催化：

RC(O)NR'2 + HNR"2 → RC(O)NR"2 + HNR'2

反应

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酰胺的酸性水解机理[35]
酰胺的酸性与碱性水解

酰胺会发生与酯相似的反应，但其反应性弱于酯。酰胺在热碱或强酸条件下会发生水解，酸性水解会产生对应羧酸和铵离子，碱性水解会产生对应胺和羧酸根离子。由于酰胺的水解条件相较于酯、酰卤更强烈，因此该反应不需要催化，也不可逆。

反应 产物 反应条件
脱水 腈 P2O5; 苯磺酰氯; TFAA+py[36]
霍夫曼重排 少一个碳原子的伯胺 溴+氢氧化钠
还原[37] 胺和醛 i) LAH ii) H+/H2O
Vilsmeier–Haack反应 醛 POCl3，芳香族底物
Bischler–Napieralski反应 环亚胺 POCl3，SOCl2等

参见

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参阅书籍

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  • 邢其毅等. 《基础有机化学》第三版 上册. 高等教育出版社. 2005a. 
  • 邢其毅等. 《基础有机化学》第三版 下册. 高等教育出版社. 2005b. 

参考文献

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  1. ^ 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "amides"。doi:10.1351/goldbook.A00266
  2. ^ Chapter 21: Amides and Imides. Nomenclature of Organic Compounds. Advances in Chemistry 126 (Washington, American Chemical Society). 1974: 166–173. ISBN 9780841201910. doi:10.1021/ba-1974-0126.ch021. 
  3. ^ Boonen, Jente; Bronselaer, Antoon; Nielandt, Joachim; Veryser, Lieselotte; De Tré, Guy; De Spiegeleer, Bart. Alkamid database: Chemistry, occurrence and functionality of plant N-alkylamides (PDF). Journal of Ethnopharmacology. 2012, 142 (3): 563–590 [2022-07-12]. PMID 22659196. doi:10.1016/j.jep.2012.05.038. hdl:1854/LU-2133714 可免费查阅. （原始内容 (PDF)存档于2022-07-14）. 
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  5. ^ 邢其毅等 2005a，第70頁.
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  7. ^ 邢其毅等 2005b，第599頁.
  8. ^ Ivana Antol; Mirjana Eckert-Maksic; Hans Lischka. Ab Initio MR-CISD Study of Gas-Phase Basicity of Formamide in the First Excited Singlet State. The Journal of Physical Chemistry A. 2004, 108 (46): 10317–10325. doi:10.1021/jp048087o. 
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