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Amida

Estructura general de una amida (específicamente, una carboxamida) Formamida , la amida más simple Asparagina ( forma zwitteriónica ), un aminoácido con una cadena lateral (resa...

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Estructura general de una amida (específicamente, una carboxamida)
Formamida , la amida más simple
Asparagina ( forma zwitteriónica ), un aminoácido con una cadena lateral (resaltada) que contiene un grupo 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 orgánicos o átomos de hidrógeno . [ 4 ] [ 5 ] El grupo funcional amida juega un papel importante en la química de la vida donde, como enlaces peptídicos , unen aminoácidos para formar proteínas .

Las amidas pueden considerarse como un derivado de un ácido carboxílico ( R−C(=O)−OH ) con el grupo hidroxilo ( −OH ) reemplazado por un grupo amino ( −NR′R″ ); o, equivalentemente, un grupo acilo (alcanoilo) ( R−C(=O)− ) unido a un grupo amino.

Las amidas 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 ).

Las amidas se clasifican como primarias , secundarias y terciarias según el número de grupos acilo unidos al átomo de nitrógeno. [ 5 ] [ 6 ]

Nomenclatura

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

En la nomenclatura habitual, se añade el término "amida" a la raíz del nombre del ácido de origen. Por ejemplo, la amida derivada del ácido acético se denomina acetamida ( CH₃CONH₂ ). La IUPAC recomienda etanamida , pero este nombre y otros similares se encuentran con poca frecuencia. Cuando la amida se deriva de una amina primaria o secundaria, los sustituyentes en el 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 ) . Generalmente , incluso este nombre se simplifica a dimetilacetamida . Las amidas cíclicas se denominan lactamas ; son necesariamente amidas secundarias o terciarias . [ 5 ] [ 7 ]

Aplicaciones

Las amidas son omnipresentes en la naturaleza y la tecnología. Las proteínas y plásticos importantes como el nylon , 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 . [ 8 ] Las amidas de bajo peso molecular, como la dimetilformamida, son disolventes comunes.

Estructura y enlaces

Estructura del dímero de acetamida con enlaces de hidrógeno obtenida por cristalografía de rayos X. Distancias seleccionadas: CO: 1,243, CN: 1,325, N---O: 2,925 Å. Código de colores: rojo = O, azul = N, gris = C, blanco = H. [ 9 ]

El par de electrones no enlazantes del 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 poseen 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 planar impide la rotación alrededor del enlace N y, por lo tanto, tiene importantes consecuencias para las propiedades mecánicas del material a granel de dichas moléculas, así como para las propiedades configuracionales de las macromoléculas formadas por estos enlaces. La incapacidad de rotación distingue a los grupos amida de los grupos éster , que permiten la rotación, y da como resultado un material a granel más flexible.

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

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). [ 10 ] La resonancia se impide en gran medida en la quinuclidona muy tensa .

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

Basicidad

En comparación con las aminas , las amidas son bases muy débiles . Mientras que el ácido conjugado de una amina tiene un pKa de aproximadamente 9,5, el ácido conjugado de una amida tiene un pKa de alrededor de -0,5. Por lo tanto, en comparación con las aminas, las amidas no presentan propiedades ácido-base tan notables en agua . Esta relativa falta de basicidad se explica por la atracción de electrones de la amina por el grupo carbonilo. Por otro lado, las amidas son bases mucho más fuertes que los ácidos carboxílicos , ésteres , aldehídos y cetonas ( los pKa de sus ácidos conjugados se encuentran entre -6 y -10).

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

Enlaces de hidrógeno y solubilidad

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno en comparación con el nitrógeno, el grupo 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 aceptoras de enlaces de hidrógeno. En las amidas primarias y secundarias, la presencia de dipolos N–H también les permite funcionar como donadoras de enlaces de hidrógeno. De este modo, las amidas pueden participar en la formación de enlaces de hidrógeno con el agua y otros disolventes próticos; el átomo de oxígeno puede aceptar enlaces de hidrógeno del agua y los átomos de hidrógeno N–H pueden donarlos. Como resultado de estas interacciones, la solubilidad en agua de las amidas es mayor que la de los hidrocarburos correspondientes. Estos enlaces de hidrógeno también desempeñan un papel importante en la estructura secundaria de las proteínas.

La solubilidad de las amidas y los ésteres es aproximadamente comparable. Generalmente, las amidas son menos solubles que las aminas y los ácidos carboxílicos similares, 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 baja solubilidad en agua.

Reacciones

Las amidas no participan fácilmente en reacciones de sustitución nucleofílica. Son estables en agua y aproximadamente 100 veces más estables frente a la hidrólisis que los ésteres. Sin embargo, pueden hidrolizarse a ácidos carboxílicos en presencia de ácidos o bases. La estabilidad de los enlaces amida tiene implicaciones biológicas, ya que los aminoácidos que componen las proteínas están unidos mediante estos enlaces. Los enlaces amida son lo suficientemente resistentes a la hidrólisis como para mantener la estructura proteica en medios acuosos , pero son susceptibles a la hidrólisis catalizada.

Las amidas primarias y secundarias no reaccionan eficazmente con nucleófilos de carbono. En cambio, los reactivos de Grignard y los organolitios desprotonan el enlace NH de la amida. Las amidas terciarias no presentan este problema y reaccionan con nucleófilos de carbono para dar cetonas ; el anión amida (NR₂⁻ ) es una base muy fuerte y, por lo tanto, un grupo saliente muy débil, de modo que el ataque nucleofílico solo ocurre una vez. Al reaccionar con nucleófilos de carbono, se puede utilizar N , N -dimetilformamida (DMF) para introducir un grupo formilo . [ 11 ]

Debido a que las amidas terciarias reaccionan solo una vez con los organolitios, pueden utilizarse para introducir grupos funcionales aldehído y cetona. En este caso, el DMF actúa como fuente del grupo formilo en la síntesis de benzaldehído.

Aquí, el fenillitio 1 ataca el grupo carbonilo del DMF 2 , dando el intermedio tetraédrico 3. Debido a que el anión dimetilamida es un grupo saliente débil, el intermedio no se descompone y no ocurre otra adición nucleofílica. Después del tratamiento ácido, el alcóxido se protona para dar 4 , luego la amina se protona para dar 5. La eliminación de una molécula neutra de dimetilamina y la pérdida de un protón dan benzaldehído, 6 .

En 2015, los equipos de investigación de Neil Garg y Ken Houk descubrieron una nueva clase de reacciones de amidas , demostrando que las amidas pueden convertirse en ésteres mediante catálisis con níquel. [ 12 ] El catalizador de níquel rompe el enlace CN de la amida, normalmente fuerte, mediante adición oxidativa. Posteriormente, se desarrollaron muchos otros acoplamientos cruzados de amidas utilizando catálisis con níquel o paladio, [ 13 ] [ 14 ] incluyendo acoplamientos de Suzuki-Miyaura , [ 15 ] lo que permite convertir fácilmente las amidas en numerosos otros grupos funcionales.

Mecanismo de hidrólisis de una amida mediada por ácido. [ 16 ]

Hidrólisis

Las amidas se hidrolizan tanto en álcalis calientes como en condiciones fuertemente ácidas . En condiciones ácidas se obtiene 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 generado inicialmente en condiciones básicas hacen que estos procesos sean no catalíticos e irreversibles. Otros electrófilos, además de los protones, reaccionan con el oxígeno carbonílico . Este paso suele preceder a la hidrólisis, que es catalizada tanto por ácidos de Brønsted como por ácidos de Lewis . Las enzimas peptidasas y algunos catalizadores sintéticos suelen actuar mediante la unión de electrófilos al oxígeno carbonílico.

Síntesis

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

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

Los ésteres son sustratos muy superiores en comparación con los ácidos carboxílicos. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

La posterior "activación" tanto de los cloruros de ácido ( reacción de Schotten-Baumann ) como de los anhídridos ( método de Lumière-Barbier ) reacciona con aminas para dar amidas:

RCO 2 R" + R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + R"OH
RCOCl + 2R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + R' 2 NH + 2 Cl −
(RCO) 2 O + R' 2 NH → RC(O)NR' 2 + RCO 2 H

La síntesis de péptidos utiliza agentes de acoplamiento como HATU , HOBt o PyBOP . [ 21 ]

A partir de nitrilos

La hidrólisis de nitrilos se lleva a cabo a escala industrial para producir amidas grasas. [ 22 ] También existen procedimientos de laboratorio. [ 23 ]

Rutas especializadas

Muchos métodos especializados también producen amidas. [ 24 ] Se han desarrollado diversos reactivos, por ejemplo, borato de tris(2,2,2-trifluoroetilo), para aplicaciones especializadas. [ 25 ] [ 26 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Definición y significado de Amida - Diccionario de inglés Collins" . www.collinsdictionary.com . Consultado el 15 de abril de 2018 .
  2. ↑ "amida" . Diccionario American Heritage de la Lengua Inglesa (5.ª ed.). HarperCollins. 
  3. ↑ "amida - Definición de amida en inglés por Oxford Dictionaries" . Oxford Dictionaries – English . Archivado del original el 2 de abril de 2015. Consultado el 15 de abril de 2018 .
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  • Compendio de terminología química de la IUPAC
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