醯胺
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醯胺在自然界中廣泛存在,並在科學技術中有重要應用。蛋白質中的肽鍵便以醯胺結構相連接。工業上重要的化工材料,如尼龍、芳綸、克維拉、特瓦綸等都是含醯胺結構單體聚合成的合成纖維。許多藥物也都包含醯胺結構,它幫助維持剛性結構並抵抗水解,如對乙醯胺基酚、青黴素、LSD等[3]。一些低分子量的醯胺,是常用的有機溶劑,如DMF和DMAc。
命名
[編輯]醯胺可以看作羧酸被胺基或胺取代後衍生的產物,因此可以將酸字改為醯胺來命名,英文命名時將-ic acid改為-amide[4],例如:
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乙醯胺 | 異丁(基)醯胺 | 乙二醯二胺 |
當醯胺中的氮上連有多個烴基時,則需要將氮上取代基寫在某醯之前,並用N-來表示其位置(在沒有歧義時可省略),例如:
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乙醯苯胺 | N,N-二甲基甲醯胺 | 二甲基乙醯胺 |
二元羧酸被氨(或胺)基取代時,稱為「某二醯胺」,英文命名時將詞尾-dioic acid改為-diamide;當兩個羧基被同一個氨(或胺)基取代得到環狀化合物時,稱為「某二醯亞胺」,英文命名時將詞尾改為-imide;當胺上的烴基與醯胺的碳原子首尾相連形成環狀化合物時,稱為「某內醯胺」,英文命名時將詞尾改為-lactam[5],例如:
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丁二醯胺 | N-溴代丁二醯亞胺 | 4-丁內醯胺 |
醯胺根據其N上取代程度,可分為伯(一級)醯胺、仲(二級)醯胺和叔(三級)醯胺[6]。
結構
[編輯]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/24/Formamide-MO-3D-balls.png/180px-Formamide-MO-3D-balls.png)
醯胺中的C-N鍵較胺中的C-N鍵要短,一方面是因為醯胺中C-N鍵的碳是用sp2混成軌域與氮成鍵,而胺中C-N鍵的碳是用sp3混成軌域與氮成鍵,s成分較少[7];另一方面是因為氮上孤對電子在羰基上離域,在碳、氮和氧間形成共軛體系,從而使C-N鍵具有某些雙鍵性質。因此,醯胺中的N、O、C位於同一平面,限制了圍繞醯基的旋轉[8][9]。
醯胺結構有以下的共振式:
性質
[編輯]除甲醯胺外,大部分具有RCONH2結構的醯胺為白色固體,這是因為分子間形成了氫鍵[10][11]。在羧酸衍生物中,醯胺具有最強的穩定性,其水解最難發生,一般需要在強酸性或鹼性條件下回流。相較於胺類,醯胺表現出較弱的鹼性,低級的醯胺可溶於水,例如DMF和DMAc便是很好的非質子極性溶劑,且可以與水混溶[10]。能與酸反應成鹽,其質子化發生在氧原子上,醯胺的鹼性要弱於胺,但強於酯、酮和羧酸,醯亞胺上的氫原子有弱酸性[12][13]。
蛋白質和肽是含有醯胺鍵的重要生物分子。一些生物鹼中也含有醯胺結構[14]。
合成
[編輯]醯胺可以通過羧酸與胺偶聯製備,直接反應需要高溫將水趕出體系[15]:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/zh/thumb/c/ca/Amide_synthesis_by_coupling.png/400px-Amide_synthesis_by_coupling.png)
醯胺可以通過酯、酸酐(盧米埃爾-巴比耶方法)或醯氯(肖滕-鮑曼反應)與胺反應來合成。多肽合成中通過偶聯劑(如HATU、HOBt、PyBOP)來合成醯胺[16]。一些試劑,如Sheppard醯胺化試劑,被用來構建醯胺和亞胺結構[17][18]。
反應 | 底物 | 備註 |
---|---|---|
親核醯基取代反應 | 醯氯或酸酐 | 試劑:氨或胺 |
Beckmann重排 | 環酮 | 試劑:肟和酸催化 |
Schmidt反應 | 酮 | 試劑:疊氮酸 |
腈的控制水解[19] | 腈 | 試劑:水和酸催化 |
Willgerodt–Kindle反應 [20] | 芳基烷基酮 | 硫和嗎啉 |
Passerini反應 | 異腈、酮(或醛)和羧酸 | 極性溶劑(如水或甲醇) |
Ugi反應 | 異腈、羧酸、一級胺和酮(或醛) | |
Bodroux反應[21][22] | 羧酸和格氏試劑的胺類衍生物(如IMgNHR) | ![]() |
Chapman重排[23][24] | 芳基亞胺基醚 | 對N,N-二芳基亞胺,反應機理為分子內芳香族親核取代反應[25] ![]() |
Ritter反應[26] | 腈、烷基化試劑如(異丁烯、叔丁醇)和強酸。 | 在濃酸作用下,腈與碳正離子發生加成反應得到仲醯胺,Ritter反應能在三級碳處構建一根C-N鍵。 |
末端烯烴的光化學加成[27] | 末端烯烴和甲醯胺 | 甲醯胺對末端單烯烴的自由基同系化反應,得到反馬氏加成產物。 |
羧酸衍生物的氨解[28][29][30][31] | 酯、醯鹵、醯胺和酸酐 | 羧酸衍生物可以與氨反應,形成醯胺,稱為氨解。 |
其他反應
[編輯]有機釕化合物催化胺的脫氫醯化,該反應通過醇脫氫產生的醛,與胺形成半胺醛,隨後二次脫氫得到醯胺,該反應的副產物為氫氣[32] :
醯胺與胺反應生成新的醯胺的反應稱為醯胺交換反應,該反應進行地非常緩慢,需要路易斯酸 [33]和有機金屬催化劑[34]催化:
- RC(O)NR'2 + HNR"2 → RC(O)NR"2 + HNR'2
反應
[編輯]醯胺的酸性水解機理[35] 醯胺的酸性與鹼性水解
醯胺會發生與酯相似的反應,但其反應性弱於酯。醯胺在熱鹼或強酸條件下會發生水解,酸性水解會產生對應羧酸和銨離子,鹼性水解會產生對應胺和羧酸根離子。由於醯胺的水解條件相較於酯、醯鹵更強烈,因此該反應不需要催化,也不可逆。
反應 | 產物 | 反應條件 |
---|---|---|
脫水 | 腈 | P2O5; 苯磺醯氯; TFAA+py[36] |
霍夫曼重排 | 少一個碳原子的一級胺 | 溴+氫氧化鈉 |
還原[37] | 胺和醛 | i) LAH ii) H+/H2O |
Vilsmeier–Haack反應 | 醛 | POCl3,芳香族底物 |
Bischler–Napieralski反應 | 環亞胺 | POCl3,SOCl2等 |
參見
[編輯]參閱書籍
[編輯]- 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.
參考文獻
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