Амиды

Амиды

Амидами называют производные кислот, в которых гидроксильная группа заменена на аминогруппу. Амиды можно рассматривать также как ацильные производные аминов. По номенклатуре IUPAC названия амидов строятся из названия соответствующей кислоты заменой окончания -овая кислота на -амид:

Большинство амидов представляет собой бесцветные кристаллические вещества. Низшие гомологи растворимы в воде. Из-за наличия межмолекулярных водородных связей у них относительно высокие температуры кипения.

1. Получение амидов

Амиды могут быть получены из всех производных кислот.

1.1. Синтез амидов из карбоновых кислот

При нагревании сухих карбоксилатов аммония они отщепляют воду превращаясь в амиды:

(60)

Упр. 41. Какой амид может быть получен при нагревании аммонийкарбоксилатов, образующихся из: (а) муравьиной кислоты и аммиака, (б) уксусной кислоты и метиламина, (в) адипиновой кислоты и аммиака, (г) уксусной кислоты и гексаметилендиамина, (д) адипиновой кислоты и метиламина.

Реакция часто проводится путем пропускания паров кислот вместе с аммиаком над дегидратирующими катализаторами.

На этой реакции основан промышленный процесс получения нейлона по схеме:

адипиновая кислота гексаметилендиамин

n[OOC(CH₂)₄COO H₃N⁺(CH₂)₆N⁺H₃] [OCC(CH₂)₄CONH(CH₂)₆NH]_n (61)

нейлоновая соль нейлон 6,6

В лаборатории амиды чаще всего получают действием на аммиак или амины хлорангидридами и ангидридами карбоновых кислот:

Циклические ангидриды кислот реагируя с аммиаком превращаются в аммонийные соли амидокислот:

(62)

фталевый ангидрид фталамат аммония фталамовая кислота

Нагревание амидокислот вызывает их дегидратацию с образованием имидов.

(63)

фталамовая кислота фталимид

Синтез фталимида из фталевого ангидрида, таким образом, сводится к следующей схеме:

(64)

Аналогичным образом из ангидрида янтарной кислоты получают сукцинимид:

(65)

ангидрид янтарной кислоты сукцинимид

Бромированием сукцинимида в разб. H₂SO₄ в присутствии NaBr в промышленности получают N-бромсукцинимид (NBS):

(66)

Ранее мы уже встречались с N-бромсукцинимидом (NBS), как реагентом аллильного и бензильного галогенирования.

1.2. Получение амидов из оксимов перегруппировкой Бекмана

Наибольшее значение имеют продукты перегруппировки циклических оксимов - лактамы. Практическое применение эта реакция находит в синтезе капролактама, полимеризующегося в капрон:

Фенол циклогексанол циклогексанон оксим циклогексанона

(67)

капролактам капрон

1.3. Получение амидов из сложных эфиров

Эта реакция имеет большое практическое значение. В промышленности из метилформиата и аммиака получают формамид:

(68)

формамид

Исходный метилформиат получают из метанола и окиси углерода:

(69)

Технология процесса позволяет проводить реакцию так, чтобы сочетать образование метилформиата и его превращение в формамид.

(70)

Формамид представляет собой бесцветную жидкость (Т.кип. 210,7 ^ОС) и используется как растворитель. Один из важнейших биполярных апротонных растворителей N,N-диметилформамид (ДМФА, Т.кип. 152 ^оС) получают из диметиламина и окиси углерода через метилформиат:

(71)

2. Реакции амидов

2.1. Кислотность амидов

В отличие от аминов амиды являются лишь слабыми основаниями. Это обусловлено сопряжением электронной пары атома азота с карбонильой группой.

В то же время они являются слабыми кислотами.

(72)

В имидах к атому азота присоединены две ацильные группы, что делает их еще более кислыми, чем амиды. Имиды настолько кислы, что растворяются в холодных водных растворах щелочей. Важным применением имидов, основанном на их кислотности, является синтез первичных аминов по Габриэлю.

Имид, чаще всего фталимид, превращают в калиевую соль действием спиртового раствора KOH; обработка этой соли алкилгалогенидом дает N-алкилфталимид, гидролиз которого приводит к образованию первичного амина и фталата калия:

(73)

фталимид фталимид калия

(74)

N-алкилфталимид фталат калия первичный амин

Упр.42. Напишите реакции получения фталимидным методом Габриэля (а) пропиламина, (б) бензиламина, (в) аллиламина.

2.2. Восстановление амидов

При воссановлении амидов натрием в этаноле или алюмогидридом лития, так же как и при каталитическом гидрировании образуются амины:

(75)

N-Замещенные амиды аналогичным образом дают вторичные и третичные амины.

2.3. Гидролиз амидов

Гидролиз амидов - типичная реакция производных карбоновых кислот. Она протекает как нуклеофильное замещение и катализируется как кислотами, так и основаниями.

(76)

механизм

(М 11)

Упр. 43. Напишите реакции кислотного и щелочного гидролиза (а) формамида,

(б) диметилформамида, (в) N,N-диэтилбензамида, (г) адипамида, (д) нейлона,

(е) капролактама, (ж) капрона. Опишите механизм этих реакций.

2.3. Дегидратация амидов

Такие дегидратирующие агенты как SOCl₂, P₄O₁₀ отщепляют от амидов воду и с хорошим выходом дают нитрилы:

(77)

амид изомасляной изобутиронитрил

Формамид просто при нагревании превращается в синильную кислоту:

(78)

формамид синильная кислота

Этим методом ее и получают в промышленности.

2.4. Расщепление амидов по Гофману

По реакции Гофмана из амидов получают амины, содержащие на один атом углерода меньше, чем в исходном амиде:

(79)

амид изомасляной кислоты изопропиламин

Механизм перегруппировки Гофмана (расщепления амидов по Гофману).

На первом этапе происходит бромирование амидов в щелочной среде:

(М 12)

амид N-бромамид

На второй стадии щелочь отщепляет протон и образуется анион N-бромамида изомеризующийся в изоцианат:

N-бромамид изоцианат

Изоцианат далее гидролизуется и разлагается с образованием амина:

изоцианат карбамат-ион амин

Упр.44. Напишите реакции получения (а) метиламина из ацетамида, (б) этиламина из амида пропионовой кислоты и (в) 1.4-диаминопропана из адипамида и опишите их механизм.

Упр.45. Завершите реакции:

(а) (б)

3. Амиды угольной кислоты

Угольной кислоте соответствует два вида амидов:

карбаминовая кислота мочевина

Карбаминовая кислота неустойчива. Устойчивы лишь ее соли, их называют карбаматами. Карбамат аммония может быть получен из сухого аммиака и диоксида углерода:

(80)

карбамат аммония

В промышленности мочевину получают из двуокиси углерода и аммиака через карбамат аммония, который при 130-150^оС и давлении 35-40 ат дегидратируется:

(81)

карбамат аммония

Конденсацией формальдегида с мочевиной получают мочевино-формальдегидные смолы:

(82)

мочевиноформальдегидная смола