Amida

Estrutura geral de um amido (especificamente, um carboxamide)

Formamida, o amide mais simples

Asparagine (forma zwitteriônica), um aminoácido com uma cadeia lateral (alto-luz) contendo um grupo de amido

Em química orgânica, uma amida, também conhecida como amida orgânica ou carboxamida, é um composto com a fórmula geral R−C(=O)−NR′R″, onde R, R' e R″ representam qualquer grupo, normalmente grupos organil ou átomos de hidrogênio. O grupo amida é denominado ligação peptídica quando faz parte da cadeia principal de uma proteína, e ligação isopeptídica quando ocorre em uma cadeia lateral, como nos aminoácidos asparagina e glutamina. Pode ser visto como um derivado de um ácido carboxílico (R−C(=O)−OH) com o grupo hidroxila (− OH) substituído por um grupo amina (−NR′R″); ou, de forma equivalente, um grupo acil (alcanoil) (R−C(=O)−) unido a um grupo amina.

Exemplos comuns de amidas são formamida (H−C(=O)−NH₂), acetamida (H₃C−C(=O)−NH₂), benzamida (C₆H₅−C(=O)−NH₂) e dimetilformamida (H−C(=O)−N(−CH₃)₂). Alguns exemplos incomuns de amidas são N-cloroacetamida (H₃C−C(=O)−NH−Cl) e cloroformamida (Cl−C(=O)−NH₂).

As amidas são qualificadas como primárias, secundárias e terciárias conforme o subgrupo de aminas tenha a forma −NH₂, −NHR ou −NRR', onde R e R' são grupos diferentes de hidrogênio.

O núcleo −C(=O)−(N) de amidas é chamado de grupo amida (especificamente, grupo carboxamida ).

As amidas são difundidas na natureza e na tecnologia. Proteínas e plásticos importantes como Nylons, Aramida, Twaron e Kevlar são polímeros cujas unidades estão ligadas por grupos amida (poliamidas); essas ligações são facilmente formadas, conferem rigidez estrutural e resistem à hidrólise. Amidas incluem muitos outros compostos biológicos importantes, bem como muitas drogas como paracetamol, penicilina e LSD. Amidas de baixo peso molecular, como a dimetilformamida, são solventes comuns.

Nomenclatura

Na nomenclatura usual, acrescenta-se o termo "amida" ao radical do nome do ácido pai. Por exemplo, a amida derivada do ácido acético é denominada acetamida (CH₃CONH₂). A IUPAC recomenda a etanamida, mas este e outros nomes formais relacionados raramente são encontrados. Quando a amida é derivada de uma amina primária ou secundária, os substituintes no nitrogênio são indicados primeiro no nome. Assim, a amida formada a partir de dimetilamina e ácido acético é N,N-dimetilacetamida (CH₃CONMe₂, onde Me = CH₃). Normalmente, até esse nome é simplificado para dimetilacetamida. Amidas cíclicas são chamadas de lactamas; são necessariamente amidas secundárias ou terciárias.

Aplicativos

As amidas são predominantes em todo o mundo natural e artificial. A maioria das macromoléculas biológicas consiste em peptídeos ligados por meio de ligações amida; alguns polímeros artificiais adotam a mesma estratégia.

Propriedades

Vínculo

Modelo esferográfica da molécula de formamida, mostrando os orbitais moleculares π (gray).

O par solitário de elétrons no átomo de nitrogênio é deslocalizado no grupo carbonila, formando assim uma ligação dupla parcial entre o nitrogênio e o carbono. De fato os átomos de O, C e N possuem orbitais moleculares ocupados por elétrons deslocalizados, formando um sistema conjugado. Conseqüentemente, as três ligações do nitrogênio nas amidas não são piramidais (como nas aminas), mas planas. Essa restrição planar evita rotações em torno da ligação N e, portanto, tem consequências importantes para as propriedades mecânicas do material a granel de tais moléculas e também para as propriedades de configuração de macromoléculas construídas por tais ligações. A incapacidade de rotação distingue os grupos amida dos grupos éster que permitem a rotação e, assim, criam um material a granel mais flexível.

A estrutura de uma amida pode ser descrita também como uma ressonância entre duas estruturas alternativas: neutra (A) e zwitteriônica (B).

Estima-se que para a acetamida, a estrutura A faz uma contribuição de 62% para a estrutura, enquanto a estrutura B faz uma contribuição de 28%. (Esses números não somam 100% porque existem formas de ressonância adicionais menos importantes que não estão descritas acima). Há também uma ligação de hidrogênio presente entre os grupos ativos de átomos de hidrogênio e nitrogênio. A ressonância é amplamente evitada na quinuclidona muito tensa.

Basicidade

Em comparação com as aminas, as amidas são bases muito fracas. Enquanto o ácido conjugado de uma amina tem um pKa de cerca de 9,5, o ácido conjugado de uma amida tem um pK_a em torno de -0,5. Portanto, as amidas não têm propriedades ácido-base tão perceptíveis na água. Essa relativa falta de basicidade é explicada pela retirada de elétrons da amina pela carbonila. Por outro lado, as amidas são bases muito mais fortes do que os ácidos carboxílicos, ésteres, aldeídos e cetonas (seus ácidos conjugados pK_as estão entre -6 e −10).

O próton de uma amida primária ou secundária não se dissocia facilmente em condições normais; seu pK_a geralmente está bem acima de 15. Por outro lado, sob condições extremamente ácidas, o oxigênio da carbonila pode se tornar protonado com um pK _a de aproximadamente -1. Não é apenas por causa da carga positiva do nitrogênio, mas também por causa da carga negativa do oxigênio adquirida por ressonância.

Ligação de hidrogênio e solubilidade

Devido à maior eletronegatividade do oxigênio, a carbonila (C=O) é um dipolo mais forte que o dipolo N–C. A presença de um dipolo C=O e, em menor extensão, de um dipolo N-C, permite que as amidas atuem como aceitadores de ligações de hidrogênio. Em amidas primárias e secundárias, a presença de dipolos N-H permite que as amidas também funcionem como doadores de ligações de hidrogênio. Assim, as amidas podem participar de pontes de hidrogênio com água e outros solventes próticos; o átomo de oxigênio pode aceitar ligações de hidrogênio da água e os átomos de hidrogênio N-H podem doar ligações de H. Como resultado de interações como essas, a solubilidade em água das amidas é maior que a dos hidrocarbonetos correspondentes. Essas pontes de hidrogênio também têm um papel importante na estrutura secundária das proteínas.

As solubilidades de amidas e ésteres são aproximadamente comparáveis. Normalmente, as amidas são menos solúveis do que aminas e ácidos carboxílicos comparáveis, pois esses compostos podem doar e aceitar ligações de hidrogênio. Amidas terciárias, com a importante exceção de N,N-dimetilformamida, exibem baixa solubilidade em água.

Caracterização

A presença do grupo amida −C(=O)−(N) geralmente é facilmente estabelecida, pelo menos em moléculas pequenas. Pode ser distinguido dos grupos nitro e ciano em espectros de infravermelho. As amidas exibem uma banda ν_CO moderadamente intensa perto de 1650 cm⁻¹. Por espectroscopia de ¹H NMR, os sinais CONHR ocorrem em campos baixos. Na cristalografia de raios X, o centro −C(=O)−(N) junto com os três átomos imediatamente adjacentes ligados a C e N definem caracteristicamente um plano.

Reações

Mecanismo para hidrólise mediada por ácido de um amido.

As amidas sofrem muitas reações químicas, embora sejam menos reativas que os ésteres. As amidas hidrolisam em álcali quente, bem como em condições ácidas fortes. Condições ácidas produzem o ácido carboxílico e o íon amônio, enquanto a hidrólise básica produz o íon carboxilato e amônia. A protonação da amina inicialmente gerada em condições ácidas e a desprotonação do ácido carboxílico inicialmente gerado em condições básicas tornam esses processos não catalíticos e irreversíveis. Amidas também são precursores versáteis para muitos outros grupos funcionais. Os eletrófilos reagem com o oxigênio da carbonila. Esta etapa geralmente precede a hidrólise, que é catalisada tanto pelos ácidos de Brønsted quanto pelos ácidos de Lewis. Enzimas, e. peptidases e catalisadores artificiais, são conhecidos por acelerar as reações de hidrólise.

Síntese

Existem muitos métodos na síntese de amida.

As amidas podem ser preparadas acoplando o ácido carboxílico com uma amina. A reação direta geralmente requer altas temperaturas para expulsar a água:

R¹CO₂H + R²R³NH → R²R³NH₂ + R¹CO- Sim.2

R²R³NH₂ + R¹CO- Sim.2 → R¹C(O)NR²R³ + H₂O

Muitos métodos envolvem "ativar" o ácido carboxílico convertendo-o em um eletrófilo melhor; como ésteres, cloretos de ácido (reação de Schotten-Baumann) ou anidridos (método de Lumière-Barbier).

Métodos convencionais na síntese de peptídeos usam agentes de acoplamento como HATU, HOBt ou PyBOP.

Uma variedade de reagentes, por ex. tris(2,2,2-trifluoroetil) borato foram desenvolvidos para aplicações especializadas.

Nome da reação	Substrato	Detalhes
Substituição acila nucleofílica	cloreto de acilo ou anidrido ácido	Reagente: amônia ou aminas
Reorganização Beckmann	Cetona cólica	Reagente: hidroxilamina e ácido
Reação de Schmidt	Cetonas	Reagente: ácido hidrazoico
Hidrólise de Nitrilo	Nitrilo	Reagente: água; catalisador ácido
Reação de Willgerodt–Kindler	Cetonas de alquil de Aryl	Sulfur e morfolina
Reação de Passerini	Ácido carboxílico, cetona ou aldeído
Reação de Ugi	Isocianato, ácido carboxílico, cetona, amina primária
Reação de Bodroux	Ácido carboxílico, reagente de Grignard com um derivado anilina ArNHR'
Reorganização Chapman	Aryl imino ether	Para N,N- Amidas de diário. O mecanismo de reação é baseado em uma substituição aromática nucleofílica.
síntese de amido Leuckart	Isocianato	Reação de areno com isocianato catalisado por tricloreto de alumínio, formação de amido aromático.
Reação de Ritter	Alkenes, álcool ou outras fontes de íon de carbonium	Amidas secundárias através de uma reação de adição entre um nitríle e um íon de carbonium na presença de ácidos concentrados.
Adição fotolítica de formamida para olefins	Alkens terminais	Uma reação de homologação radical livre entre um alceno terminal e formamida.
Aminolise de Ester	Esters	Base catalisada reação de ésteres com várias aminas para formar álcool e amídeos.

Outros métodos

A acilação desidrogenativa de aminas é catalisada por compostos organorutênio:

A reação procede por uma desidrogenação do álcool para o aldeído seguida pela formação de um hemiaminal, que sofre uma segunda desidrogenação para a amida. Não se observa eliminação de água no hemiaminal para a imina.

A transamidação é tipicamente muito lenta, mas é acelerada com ácido de Lewis e catalisadores organometálicos:

RC(O)NR'₂ + HNR'₂ → RC(O)NR'''₂ + HNR '₂

As amidas primárias (RC(O)NH₂) são mais receptivas a essa reação.