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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 isopéptido cuando se presenta en una cadena lateral , como en la asparagina y la glutamina . Puede verse como un derivado de un ácido carboxílico ( R-C(=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.
Las amidas más comunes son formamida ( H-C(=O)-NH2 ) , acetamida ( H3C -C(=O)-NH2 ) , benzamida ( C6H5 - C (=O ) -NH2 ) . y dimetilformamida ( H-C(=O)-N(-CH3 ) 2 ) . Algunos ejemplos poco comunes de amidas son N -cloroacetamida ( H 3 C-C(=O)-NH-Cl ) y cloroformamida ( Cl-C(=O)-NH 2 ).
Las amidas se califican 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 llama acetamida (CH 3 CONH 2 ). La IUPAC recomienda la etanamida , pero rara vez se encuentran este y otros nombres formales relacionados. Cuando la amida 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 ) . Generalmente incluso este nombre se simplifica a dimetilacetamida . Las amidas cíclicas se denominan lactamas ; son necesariamente amidas secundarias o terciarias. [5] [6]
Las amidas son omnipresentes en la naturaleza y la tecnología. Las proteínas y los plásticos importantes como el nailon , la aramida , 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 único par de electrones 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 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 alrededor del 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 los grupos amida de los grupos éster que permiten la rotación y así crean un material a granel más flexible.
El núcleo CC(O)NR 2 de las amidas es plano. La distancia C=O es más corta que la distancia CN en casi un 10%. La estructura de una amida también se puede describir 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). También hay un enlace de hidrógeno entre los grupos activos de átomos de hidrógeno y nitrógeno. [9] La resonancia se evita en gran medida con la quinuclidona muy tensa .
En sus espectros IR, las amidas exhiben 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 del ν CO de ésteres y 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 aproximadamente −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 , los ésteres , los aldehídos y las cetonas (los p K a s 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 estar muy por encima de 15. Por el contrario, en condiciones extremadamente ácidas, el oxígeno del carbonilo puede protonarse con un p K a de aproximadamente −1. No se debe sólo a la carga positiva del nitrógeno, sino también a la carga negativa del oxígeno obtenida mediante resonancia.
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 las amidas primarias y secundarias, la presencia de dipolos N – H permite que las amidas funcionen también como donantes de enlaces H. Así, las amidas pueden participar en 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. Normalmente, 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 , presentan una baja solubilidad en agua.
Las amidas sufren muchas reacciones químicas, aunque son menos reactivas que los ésteres . Las amidas se hidrolizan en álcalis calientes y 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 generado inicialmente en condiciones básicas hacen que estos procesos sean no catalíticos e 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 tanto por los ácidos de Brønsted como por los ácidos de Lewis . Se sabe que las enzimas, por ejemplo peptidasas y catalizadores artificiales, aceleran las reacciones de hidrólisis.
Las amidas generalmente se preparan acoplando ácido carboxílico con una amina . La reacción directa generalmente requiere altas temperaturas para eliminar el agua:
Los ésteres son sustratos muy superiores en relación con los ácidos carboxílicos [12] [13] [14]
"Activando" aún más tanto los cloruros de ácido ( reacción de Schotten-Baumann ) como los anhídridos ( método Lumière-Barbier ) reaccionan con aminas para dar amidas:
La síntesis de péptidos utiliza agentes de acoplamiento como HATU , HOBt o PyBOP . [15]
La hidrólisis de nitrilos se realiza a escala industrial para producir amidas grasas. [16] También se encuentran disponibles procedimientos de laboratorio. [17]
Muchos métodos especializados también producen amidas. [18] Se han desarrollado diversos reactivos, por ejemplo, borato de tris(2,2,2-trifluoroetilo) para aplicaciones especializadas. [19] [20]
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