Amida

En química orgánica , una amida , ^{[1] [2] [3]} también conocida como amida orgánica o carboxamida , es un compuesto con la fórmula general R−C(=O)−NR′R″ , donde R, R' y R″ representan cualquier grupo, típicamente grupos organilo o átomos de hidrógeno . ^{[4] [5]} El grupo amida se denomina enlace peptídico cuando forma parte de la cadena principal de una proteína , y enlace isopeptídico cuando se presenta en una cadena lateral , como en la asparagina y la glutamina . Puede considerarse como un derivado de un ácido carboxílico ( R−C(=O)−OH ) con el grupo hidroxilo ( −OH ) reemplazado por un grupo amina ( −NR′R″ ); o, equivalentemente, un grupo acilo (alcanoilo) ( R−C(=O)− ) unido a un grupo amina.

Las amidas más comunes son la formamida ( H−C(=O)−NH ₂ ), la acetamida ( H ₃ C−C(=O)−NH ₂ ), la benzamida ( C ₆ H ₅ −C(=O)−NH ₂ ) y la dimetilformamida ( H−C(=O)−N(−CH ₃ ) ₂ ). Algunos ejemplos poco comunes de amidas son la N -cloroacetamida ( H ₃ C−C(=O)−NH−Cl ) y la cloroformamida ( Cl−C(=O)−NH ₂ ).

Las amidas se clasifican como primarias , secundarias y terciarias según si el subgrupo amina tiene la forma −NH ₂ , −NHR o −NRR' , donde R y R' son grupos distintos del hidrógeno. ^[5]

El núcleo −C(=O)−(N) de las amidas se llama grupo amida (específicamente, grupo carboxamida ).

En la nomenclatura habitual, se añade el término "amida" a la raíz del nombre del ácido original. Por ejemplo, la amida derivada del ácido acético se denomina acetamida (CH ₃ CONH ₂ ). La IUPAC recomienda etanamida , pero este y otros nombres formales relacionados rara vez se encuentran. Cuando la amida se deriva de una amina primaria o secundaria, los sustituyentes en el nitrógeno se indican primero en el nombre. Por lo tanto, la amida formada a partir de dimetilamina y ácido acético es N , N -dimetilacetamida (CH ₃ CONMe ₂ , donde Me = CH ₃ ). Por lo general, incluso este nombre se simplifica a dimetilacetamida . Las amidas cíclicas se denominan lactamas ; son necesariamente amidas secundarias o terciarias. ^{[5] [6]}

Las amidas están muy extendidas en la naturaleza y la tecnología. Las proteínas y los plásticos importantes como el nailon , las aramidas , el Twaron y el Kevlar son polímeros cuyas unidades están conectadas por grupos amida ( poliamidas ); estos enlaces se forman fácilmente, confieren rigidez estructural y resisten la hidrólisis . Las amidas incluyen muchos otros compuestos biológicos importantes, así como muchos fármacos como el paracetamol , la penicilina y el LSD . ^[7] Las amidas de bajo peso molecular, como la dimetilformamida, son disolventes comunes.

El par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno está deslocalizado en el grupo carbonilo , formando así un doble enlace parcial entre el nitrógeno y el carbono. De hecho, los átomos de O, C y N tienen orbitales moleculares ocupados por electrones deslocalizados , formando un sistema conjugado . En consecuencia, los tres enlaces del nitrógeno en las amidas no son piramidales (como en las aminas ) sino planares. Esta restricción plana impide las rotaciones sobre el enlace N y, por lo tanto, tiene consecuencias importantes para las propiedades mecánicas del material a granel de tales moléculas, y también para las propiedades configuracionales de las macromoléculas construidas por tales enlaces. La incapacidad de rotar distingue a los grupos amida de los grupos éster que permiten la rotación y, por lo tanto, crean material a granel más flexible.

El núcleo CC(O)NR2 _de las amidas es plano. La distancia C=O es casi un 10% más corta que la distancia CN. La estructura de una amida también se puede describir como una resonancia entre dos estructuras alternativas: neutra (A) y zwitteriónica (B).

Se estima que, en el caso de la acetamida , la estructura A contribuye en un 62 % a la estructura, mientras que la estructura B contribuye en un 28 % (estas cifras no suman el 100 % porque hay formas de resonancia adicionales menos importantes que no se muestran arriba). También hay un enlace de hidrógeno presente entre los átomos de hidrógeno y nitrógeno en los grupos activos. ^{[9] La resonancia se evita en gran medida en la} quinuclidona muy tensa .

En sus espectros IR, las amidas presentan una banda de ν _CO moderadamente intensa cerca de 1650 cm ⁻¹ . La energía de esta banda es aproximadamente 60 cm _-1 menor que la de la ν _CO de los ésteres y las cetonas. Esta diferencia refleja la contribución de la estructura de resonancia zwitteriónica.

En comparación con las aminas , las amidas son bases muy débiles . Mientras que el ácido conjugado de una amina tiene un p K _a de aproximadamente 9,5, el ácido conjugado de una amida tiene un p K _{a de} alrededor de −0,5. Por lo tanto, en comparación con las aminas, las amidas no tienen propiedades ácido-base que sean tan notables en el agua . Esta relativa falta de basicidad se explica por la retirada de electrones de la amina por parte del carbonilo. Por otro lado, las amidas son bases mucho más fuertes que los ácidos carboxílicos , ésteres , aldehídos y cetonas (los p K _a de sus ácidos conjugados están entre −6 y −10).

El protón de una amida primaria o secundaria no se disocia fácilmente; su p K _a suele ser muy superior a 15. Por el contrario, en condiciones extremadamente ácidas, el oxígeno del grupo carbonilo puede protonarse con un p K _a de aproximadamente -1. Esto no se debe únicamente a la carga positiva del nitrógeno, sino también a la carga negativa del oxígeno obtenida por resonancia.

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno que del nitrógeno, el carbonilo (C=O) es un dipolo más fuerte que el dipolo N–C. La presencia de un dipolo C=O y, en menor medida, de un dipolo N–C, permite que las amidas actúen como aceptores de enlaces de hidrógeno. En las amidas primarias y secundarias, la presencia de dipolos N–H permite que las amidas funcionen también como donantes de enlaces de hidrógeno. Por tanto, las amidas pueden participar en la formación de enlaces de hidrógeno con agua y otros disolventes próticos; el átomo de oxígeno puede aceptar enlaces de hidrógeno del agua y los átomos de hidrógeno N–H pueden donar enlaces de hidrógeno. Como resultado de interacciones como estas, la solubilidad en agua de las amidas es mayor que la de los hidrocarburos correspondientes. Estos enlaces de hidrógeno también tienen un papel importante en la estructura secundaria de las proteínas.

Las solubilidades de las amidas y los ésteres son aproximadamente comparables. Por lo general, las amidas son menos solubles que las aminas y los ácidos carboxílicos comparables, ya que estos compuestos pueden tanto donar como aceptar enlaces de hidrógeno. Las amidas terciarias, con la importante excepción de la N , N -dimetilformamida , presentan una baja solubilidad en agua.

Las amidas no participan fácilmente en reacciones de sustitución nucleofílica. Las amidas son estables al agua y son aproximadamente 100 veces más estables a la hidrólisis que los ésteres. ^{[ cita requerida ]} Sin embargo, las amidas pueden hidrolizarse a ácidos carboxílicos en presencia de ácido o base. La estabilidad de los enlaces amida tiene implicaciones biológicas, ya que los aminoácidos que forman las proteínas están unidos mediante enlaces amida. Los enlaces amida son lo suficientemente resistentes a la hidrólisis para mantener la estructura de la proteína en entornos acuosos, pero son susceptibles a la hidrólisis catalizada. ^{[ cita requerida ]}

Las amidas primarias y secundarias no reaccionan de forma útil con los nucleófilos de carbono. En cambio, los reactivos de Grignard y los organolitios desprotonan un enlace NH de amida. Las amidas terciarias no experimentan este problema y reaccionan con los nucleófilos de carbono para dar cetonas ; el anión amida (NR ₂ ⁻ ) es una base muy fuerte y, por lo tanto, un grupo saliente muy pobre, por lo que el ataque nucleofílico solo ocurre una vez. Cuando reacciona con nucleófilos de carbono, se puede utilizar N , N -dimetilformamida (DMF) para introducir un grupo formilo . ^[10]

Aquí, el fenil-litio 1 ataca al grupo carbonilo del DMF 2 , dando lugar al intermedio tetraédrico 3 . Debido a que el anión dimetilamida es un grupo saliente deficiente, el intermedio no colapsa y no se produce otra adición nucleofílica. Tras el tratamiento ácido, el alcóxido se protona para dar 4 , y luego la amina se protona para dar 5 . La eliminación de una molécula neutra de dimetilamina y la pérdida de un protón dan lugar al benzaldehído, 6 .

Las amidas se hidrolizan en álcali caliente así como en condiciones ácidas fuertes . Las condiciones ácidas producen el ácido carboxílico y el ion amonio mientras que la hidrólisis básica produce el ion carboxilato y amoníaco. La protonación de la amina generada inicialmente en condiciones ácidas y la desprotonación del ácido carboxílico inicialmente generado en condiciones básicas hacen que estos procesos no sean catalíticos e irreversibles. Los electrófilos distintos de los protones reaccionan con el oxígeno del carbonilo . Este paso a menudo precede a la hidrólisis, que es catalizada tanto por ácidos de Brønsted como por ácidos de Lewis . Las enzimas peptidasas y algunos catalizadores sintéticos a menudo funcionan mediante la unión de electrófilos al oxígeno del carbonilo.

Las amidas se preparan generalmente acoplando un ácido carboxílico con una amina . La reacción directa generalmente requiere altas temperaturas para eliminar el agua:

RCO2H + _R'2NH → RCO − 2 + _R'2NH + 2_​

RCO − 2 + R' ₂ NH ₂ → RC(O)NR' ₂ + H ₂ O

Los ésteres son sustratos muy superiores a los ácidos carboxílicos. ^{[13] [14] [15]}

Además, al "activar" tanto los cloruros de ácido ( reacción de Schotten-Baumann ) como los anhídridos ( método de Lumière-Barbier ) reaccionan con aminas para dar amidas:

RCO2R "+R'2NH _→ RC(O)NR'2 ₊ R" _OH

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

(RCO) _2O +R'2NH _→ RC(O ) _NR'2 + _RCO2H

La síntesis de péptidos utiliza agentes de acoplamiento como HATU , HOBt o PyBOP . ^[16]

La hidrólisis de nitrilos se lleva a cabo a escala industrial para producir amidas grasas. ^[17] También existen procedimientos de laboratorio. ^[18]

Muchos métodos especializados también producen amidas. ^[19] Se han desarrollado diversos reactivos, por ejemplo, el borato de tris(2,2,2-trifluoroetilo) para aplicaciones especializadas. ^{[20] [21]}

Rutas especiales para amidas

Nombre de la reacción	Sustrato	Detalles
Reordenamiento de Beckmann	Cetona cíclica	Reactivo: hidroxilamina y ácido
Reacción de Schmidt	Cetonas	Reactivo: ácido hidrazoico
Reacción de Willgerodt-Kindler	Cetonas de arilo y alquilo	Azufre y morfolina
Reacción de Passerini	Ácido carboxílico, cetona o aldehído
Reacción de Ugi	Isocianuro, ácido carboxílico, cetona, amina primaria
Reacción de Bodroux [22] [23]	Ácido carboxílico , reactivo de Grignard con un derivado de anilina ArNHR'
Reordenamiento de Chapman [24] [25]	Éter arílico imino	Para las amidas N , N -diarílicas, el mecanismo de reacción se basa en una sustitución aromática nucleofílica . [26]
Síntesis de amida de Leuckart [27]	Isocianato	Reacción de areno con isocianato catalizada por tricloruro de aluminio , formación de amida aromática.
Reacción de Ritter [28]	Alquenos , alcoholes u otras fuentes de iones carbonio	Amidas secundarias mediante una reacción de adición entre un nitrilo y un ion carbonio en presencia de ácidos concentrados.
Adición fotolítica de formamida a olefinas [29]	Alquenos terminales	Una reacción de homologación de radicales libres entre un alqueno terminal y formamida.
Acoplamiento deshidrogenativo [30]	alcohol, amina	Requiere catalizador de deshidrogenación de rutenio
Transamidación [31] [32]	amida	típicamente lento

• Amidógeno
• Radical amino
• Amidicidad
• Ácido imídico
• Amidas metálicas

Wikiquote tiene citas relacionadas con Amida .

• Compendio de terminología química de la IUPAC