Amidy

Struktura a klasifikace amidů

Amidy jsou deriváty karboxylových kyselin . V původní molekule kyseliny je hydroxylová skupina nahrazena aminovou skupinou. V závislosti na stupni substituce konkrétního amidu se na atom dusíku vážou atomy vodíku, kyselý radikál nebo jakákoli organická skupina. Proto se amidy vyznačují přítomností až dvou funkčních skupin ve svých molekulách: karbonylové skupiny a aminoskupiny. Chemická struktura amidů je nejrozmanitější ze všech derivátů karboxylových kyselin, protože amidy zahrnují sloučeniny tak jednoduché jako močovina a tak složité jako proteiny . Amidová vazba je proto jednou z nejdůležitějších vazeb pro všechny živé organismy, protože se nachází v polypeptidových řetězcích. Podle struktury molekul se amidy dělí na:

• Primární amidy – jsou charakterizovány tím, že jeden atom vodíku molekuly NH ₃ je nahrazen acylovou skupinou. Příkladem takového amidu je acetamid (ethanamid).
• Sekundární amidy – se dvěma acylovými skupinami ve svých molekulách. Sekundární amidy se běžně označují jako imidy. Příkladem sekundárního amidu je N-methylacetamid.
• Terciární amidy – mají tři acylové skupiny navázané na atom dusíku. Říká se jim triacyliminy. Příkladem této skupiny amidů je N,N-dimethylacetamid.

Imidy jsou skupinou amidů, které stojí za zvláštní pozornost. Jsou to deriváty anhydridů dikarboxylových kyselin, ve kterých byl atom kyslíku nahrazen dvojvaznou imidovou skupinou =NH. Příklady takových sloučenin jsou imid kyseliny jantarové a imid kyseliny ftalové. Imidy dikarboxylových kyselin se obvykle získávají reakcí anhydridů dikarboxylových kyselin s amoniakem . Zajímavým příkladem imidu je diimid kyseliny uhličité , běžně označovaný jako močovina. V dnešní době je důležitou surovinou při chemickém zpracování. Jeho velkovýroba je dána především jeho použitím v průmyslu hnojiv. Močovina je navíc první organickou sloučeninou, která byla získána chemickou syntézou (mimo lidské tělo). To provedl Friedrich Wohler v roce 1828.

Příprava

Existuje několik základních metod pro získání amidů karboxylových kyselin. Jednou ze základních reakcí pro získání amidů je zahřívání určitých karboxylových kyselin s vodným roztokem amoniaku . To vede k získání primárních amidů. Meziproduktem takové reakce je amonná sůl karboxylové kyseliny, která v důsledku pyrolýzy produkuje amid a molekulu vody. Můžete také použít reakci, ke které dochází mezi anhydridy kyselin a amoniakem. Může být také použit primární amid a amonná sůl odpovídající kyseliny. Primární amidy lze také získat pomocí esterů a nitrilů. Sekundární amidy se získávají reakcí určitých karboxylových kyselin s odpovídajícími primárními amidy. Výsledkem takové reakce je sekundární amid a molekula vody. Kromě toho mohou být sekundární amidy získány použitím konkrétních esterů. Terciární amidy se získávají stejným způsobem jako sekundární amidy. V tomto případě však karboxylová kyselina reaguje se sekundárním amidem. Podobně jako ve výše popsaných případech jsou produkty transformace terciární amid a molekula vody. Ale to není vše: terciární amidy lze získat reakcí esteru s vodným roztokem amoniaku. Z amidů karboxylových kyselin si zvláštní pozornost zaslouží amid kyseliny octové . Je běžně známý jako acetamid. Získává se mimo jiné dehydratací octanu amonného, ​​když se octan amonný zahřeje na teplotu rozkladu. Přitom nejjednodušší strukturu v amidu lze nalézt v amidu kyseliny benzoové (benzamidu). Tato látka se získává reakcí amoniaku s benzoylchloridem (chlorid kyseliny benzoové). Reakce zahrnuje substituci funkční skupinou chloridového iontu.

Vlastnosti

Struktura molekul amidu přímo určuje jejich vlastnosti. Amidová vazba nalezená v molekule je rovinná (plochá). Amidy jsou obecně neutrální povahy (ale v některých případech mohou být mírně kyselé). Jednoduché amidy jsou dobře rozpustné ve vodě . Souvisí to se strukturou amidových molekul a zejména s nepřítomností dlouhého uhlovodíkového řetězce a přítomností vysoce elektronegativního atomu dusíku a také atomů uhlíku, které mohou tvořit vodíkové vazby. Když se vodný roztok jednoduchých amidů zahřívá po delší dobu, přemění se na amonné soli. Nejjednodušší amid, totiž methanoamid (formamid), má při pokojové teplotě kapalnou formu. Ostatní sloučeniny v této skupině jsou pevné. Vyznačují se také relativně vysokými teplotami tání a varu . Jejich hodnoty daleko převyšují hodnoty specifické pro jejich odpovídající karboxylové kyseliny. Amidy navíc díky své molekulární struktuře vykazují výraznou polaritu a tendenci asociace, tedy vytváření větších shluků z jednotlivých molekul (tvorba vodíkových vazeb). Vzhledem k nízké reaktivitě amidů musí být podmínky pro jejich chemické reakce mnohem extrémnější. Amidy podléhají převážně hydrolýzním reakcím. Ty probíhají za kyselých nebo zásaditých podmínek. V závislosti na reakci se jednotlivé amidy redukují na primární, sekundární nebo terciární aminy. Při reakcích s thionylchloridem se primární amidy přeměňují na nitrily. A co je ještě důležitější, amidy mohou tvořit polymery, nazývané polyamidy. Ze všech známých polyamidů je nejdůležitější nylon. Amidy také reagují se silnými kyselinami za vzniku odpovídajících solí . Je také známo, že amidy reagují s vodíkem. V důsledku toho tvoří aminy.

Nylon

Amidem, který se ukázal jako nejdůležitější pro průmyslový vývoj, včetně chemického zpracování, je nylon, poprvé získaný v roce 1935. Je to příklad polyamidu, syntetického velkomolekulárního polymeru, jehož struktura zahrnuje amidovou skupinu. Abyste získali nylon, musíte začít s takzvaným Beckmannovým přeskupením. Prvním krokem této reakce je syntéza amidu zahrnující přesmyk oximů. Jedním ze způsobů, jak provést tento proces, je zahřát oxim kyselinou, která má silné protonační vlastnosti. Kyselina sírová (VI) je příkladem takové protonační kyseliny. Beckmannův přesmyk se v průmyslovém měřítku používá k výrobě kaprolaktamu, základní suroviny při výrobě nylonu (proces polymerace laktamu). Získaný nylon se vyznačuje řadou vlastností, díky kterým vyniká mezi ostatními materiály. Vyznačuje se především vysokou pevností a zároveň se s ním snadno pracuje. Je také odolný vůči chemikáliím. Mezi jeho přednosti patří nízká hmotnost, izolační a dielektrické vlastnosti, nízký otěr a útlum. Nylon je v současnosti jedním z nejoblíbenějších plastů . Je považován za jeden z nejuniverzálnějších plastů na světě. Používá se prakticky v každém odvětví průmyslu, od textilu až po letectví. Vyrábí se především ve formě velmi pevných vláken, oproti jiným materiálům. V této podobě je určen k výrobě příze, látek a pletenin. Nylonová vlákna lze nalézt také v kobercích, obuvi, ochranných oděvech, basketbalových míčích, padácích, kytarových strunách, chirurgických nitích, plavkách, elektrických zásuvkách nebo součástech karoserie automobilů.