Amida

Estructura general de una amida (específicamente, una carboxamida)

Formamide, la amide más simple

Asparagine, un aminoácido con una cadena lateral (alta iluminada) que contiene un grupo de amida

En química orgánica, una amida, también conocida como amida orgánica o carboxamida, es un compuesto con la fórmula general RC(=O)NR′R″, donde R, R' y R″ representan grupos orgánicos o átomos de hidrógeno. El grupo amida se denomina enlace peptídico cuando forma parte de la cadena principal de una proteína, y enlace isopeptídico cuando se encuentra en una cadena lateral, como en los aminoácidos asparagina y glutamina. Puede verse como un derivado de un ácido carboxílico (RC(=O)OH) con el grupo hidroxilo (−OH) reemplazado por un grupo amina (−NR′R″); o, de manera equivalente, un grupo acilo (alcanoílo) (R−C(=O)−) unido a un grupo amina.

Ejemplos comunes de amidas son la acetamida (H₃C−CONH₂), benzamida (C₆H₅−CONH₂), y dimetilformamida (HCON(− CH₃)₂).

Las amidas se clasifican como primarias, secundarias y terciarias según si el subgrupo de amina tiene la forma −NH₂, −NHR o −NRR', donde R y R' son grupos distintos al hidrógeno.

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

Las amidas son omnipresentes en naturaleza y tecnología. Las proteínas y los plásticos importantes como nailon, aramida, Twaron y 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 muchas drogas como el paracetamol, la penicilina y el LSD. Las amidas de bajo peso molecular, como la dimetilformamida, son disolventes comunes.

Nomenclatura

En la nomenclatura habitual, se añade el término "amida" a la raíz del nombre del ácido padre. Por ejemplo, la amida derivada del ácido acético se denomina acetamida (CH₃CONH₂). La IUPAC recomienda la etanamida, pero este y los nombres formales relacionados rara vez se encuentran. Cuando la amida se deriva de una amina primaria o secundaria, los sustituyentes del nitrógeno se indican primero en el nombre. Así, la amida formada a partir de dimetilamina y ácido acético es N,N-dimetilacetamida (CH₃CONMe₂, donde Me = CH₃). Por lo general, incluso este nombre se simplifica a dimetilacetamida. Las amidas cíclicas se denominan lactamas; son necesariamente amidas secundarias o terciarias.

Aplicaciones

Las amidas prevalecen en todo el mundo natural y de ingeniería. La mayoría de las macromoléculas biológicas consisten en péptidos unidos mediante enlaces amida; algunos polímeros artificiales adoptan la misma estrategia.

Propiedades

Vínculos

Modelo de bola y palillo de la molécula de formamida, mostrando los orbitales moleculares π (gray).

El par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno se deslocaliza 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 planos. Esta restricción plana evita 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 dichos enlaces. La incapacidad de rotar distingue los grupos amida de los grupos éster que permiten la rotación y, por lo tanto, crean un material a granel más flexible.

La estructura de una amida también se puede describir como una resonancia entre dos estructuras alternativas:

Se estima que para 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 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 de los grupos activos. La resonancia se evita en gran medida en la quinuclidona muy filtrada.

Básica

En comparación con las aminas, las amidas son bases muy débiles. Mientras que el ácido conjugado de una amina tiene un pKa de alrededor de 9,5, el ácido conjugado de una amida tiene un pK_a de alrededor de −0,5. Por lo tanto, las amidas no tienen propiedades ácido-base tan claramente perceptibles en el agua. Esta relativa falta de basicidad se explica por la extracción 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 (sus ácidos conjugados' pK_as están entre −6 y −10).

El protón de una amida primaria o secundaria no se disocia fácilmente en condiciones normales; su pK_a suele estar muy por encima de 15. Por el contrario, en condiciones extremadamente ácidas, el oxígeno del carbonilo puede protonarse con un pK _a de aproximadamente −1. No es solo por la carga positiva del nitrógeno, sino también por la carga negativa del oxígeno obtenido a través de la resonancia.

Enlace de hidrógeno y solubilidad

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, 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, un dipolo N-C, permite que las amidas actúen como aceptores de enlaces H. En amidas primarias y secundarias, la presencia de dipolos N-H permite que las amidas también funcionen como donantes de enlaces H. Así, las amidas pueden participar en los 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 H. 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 amidas y 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 donar y aceptar enlaces de hidrógeno. Las amidas terciarias, con la importante excepción de la N,N-dimetilformamida, muestran una baja solubilidad en agua.

Caracterización

La presencia del grupo amida –C(=O)N– generalmente se establece fácilmente, al menos en moléculas pequeñas. Se puede distinguir de los grupos nitro y ciano en los espectros IR. Las amidas exhiben una banda de ν_CO moderadamente intensa cerca de 1650 cm⁻¹. Mediante espectroscopía de RMN ¹H, las señales CONHR se producen en campos bajos. En la cristalografía de rayos X, el centro C(=O)N junto con los tres átomos inmediatamente adyacentes definen característicamente un plano.

Reacciones

Mecanismo para la hidrólisis mediada por ácido de un amide.

Las amidas experimentan muchas reacciones químicas, aunque son menos reactivas que los ésteres. 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 el amoníaco. La protonación de la amina generada inicialmente en condiciones ácidas y la desprotonación del ácido carboxílico generado inicialmente en condiciones básicas hacen que estos procesos no sean catalíticos y sean irreversibles. Las amidas también son precursores versátiles de muchos otros grupos funcionales. Los electrófilos reaccionan con el oxígeno del carbonilo. Este paso suele preceder a la hidrólisis, que es catalizada por ácidos de Brønsted y ácidos de Lewis. Enzimas, p. Se sabe que las peptidasas y los catalizadores artificiales aceleran las reacciones de hidrólisis.

Síntesis

Existen muchos métodos en la síntesis de amidas.

Las amidas se pueden preparar acoplando ácido carboxílico con una amina. La reacción directa generalmente requiere altas temperaturas para expulsar el agua:

R^2 R^3 NH2+R^1 CO2-}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">R1CO2H+R2R3NHrestablecimiento restablecimiento R2R3NH2+R1CO2− − {displaystyle {ce {R^1 CO2H + R^2 R^3 NH - titulada R^2 R^3 NH2+R^1 CO2-}} R^2 R^3 NH2+R^1 CO2-}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b370c9c53f973c6b0e9176377376f7b228e22624" style="vertical-align: -1.005ex; width:44.289ex; height:3.343ex;"/>

R^1 C(O)NR^2 R^3 + H2O}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">R2R3NH2+R1CO2− − restablecimiento restablecimiento R1C()O)NR2R3+H2O{displaystyle {ce {cH2 R^3 NH2+R^1 CO2- - titulada R^1 C(O)NR^2 R^3 + H2O}} R^1 C(O)NR^2 R^3 + H2O}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/77ebf123e0c291ce154a9678dbd5077bb0fa2001" style="vertical-align: -1.005ex; width:46.163ex; height:3.343ex;"/>

Muchos métodos implican "activar" el ácido carboxílico convirtiéndolo en un mejor electrófilo; como ésteres, cloruros de ácido (reacción de Schotten-Baumann) o anhídridos (método de Lumière-Barbier).

Los métodos convencionales de síntesis de péptidos utilizan agentes de acoplamiento como HATU, HOBt o PyBOP.

Una variedad de reactivos, p. El borato de tris(2,2,2-trifluoroetilo) se ha desarrollado para aplicaciones especializadas.

Nombre de reacción	Substrate	Detalles
Nucleophilic acyl substitution	cloruro de acil o anhídrido ácido	Reactivo: amoníaco o aminas
Reorganización de Beckmann	Ketone Cyclic	Reagent: hidroxilamina y ácido
Reacción de Schmidt	Ketones	Reagent: ácido hidratante
Hidrólisis del Nitrilo	Nitrile	Reactivo: agua; catalizador ácido
Reacción Willgerodt-Kindler	Aryl alkyl ketones	Sulfuro y morfolina
Reacción de Passerini	Ácido carboxílico, ketona o aldehído
Reacción Ugi	Isocyanida, ácido carboxílico, ketone, amina primaria
Reacción de Bodroux	Ácido carboxílico, Reactivo Grignard con derivación anilina ArNHR'
Reorganización de Chapman	Aryl imino ether	Para N,N-Diario en medio. El mecanismo de reacción se basa en una sustitución aromática nucleófila.
Leuckart amide síntesis	Isocyanate	Reacción de areno con isocyanato catalizado por tricloruro de aluminio, formación de amida aromática.
Reacción del desorden	Alkenes, alcoholes u otras fuentes de iones de carbono	En medio de una reacción adicional entre un nitrilo y un ión de carbono en presencia de ácidos concentrados.
Adiciones fotolíticas de formamida a olefinas	Alkenes terminales	Una reacción de homologación radical libre entre un alkene terminal y formamida.
Ester aminolisis	Esters	Base cataliza la reacción de los esteres con varias minas para formar alcoholes y en medio.

Otros métodos

La acilación deshidrogenativa de aminas está catalizada por compuestos de organorutenio:

La reacción procede de una deshidrogenación del alcohol a aldehído seguida de la formación de un hemiaminal, que sufre una segunda deshidrogenación a amida. No se observa eliminación de agua en el hemiaminal a la imina.

La transamidación suele ser muy lenta, pero se acelera con ácidos de Lewis y catalizadores organometálicos:

RC(O)NR''_2 + HNR'_2}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">RC()O)NR2.+HNR2.restablecimiento restablecimiento RC()O)NR2.+HNR2.{displaystyle {ce {RC(O)NR'_2 + HNR'''_2 - titulada RC(O)NR'''_2 + HNR'_2}} RC(O)NR''_2 + HNR'_2}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/539e9331dbaf4b6b9752567751643b8896c86696" style="vertical-align: -1.005ex; width:46.473ex; height:3.509ex;"/>

Las amidas primarias (RC(O)NH₂) son más susceptibles a esta reacción.