Amide

Aufbau und Aufteilung von Amiden

Amide sind Derivate von Carbonsäuren. Im ursprünglichen Säuremolekül ist die Hydroxylgruppe durch eine Aminogruppe ersetzt worden. Je nach Substitutionsgrad des jeweiligen Amids, sind an das Stickstoffatom Wasserstoffatome, ein Säurerest oder eine beliebige organische Gruppe gebunden.  Die Amide zeichnen sich somit durch das Vorhandensein von bis zu zwei funktionellen Gruppen in ihren Molekülen aus: eine Carbonylgruppe und eine Aminogruppe. Der chemische Aufbau von Amiden ist der vielfältigste aller Carbonsäurederivate, da Amide so einfache Verbindungen wie Harnstoff und so komplexe wie Proteine umfassen. Daher ist die Amidbindung eine der wichtigsten für das Funktionieren von lebenden Organismen, da sie in Polypeptidketten vorkommt.

Aufgrund ihres molekularen Aufbaus werden Amide unterteilt in:

• Primäre Amide – zeichnen sich dadurch aus, dass ein Wasserstoffatom des NH₃-Moleküls durch eine Acylgruppe ersetzt ist. Ein Beispiel für ein solches Amid ist Ethanoamid.
• Sekundäre Amide – in ihren Molekülen befinden sich zwei Acylgruppen. Sekundäre Amide werden gemeinhin als Imide bezeichnet. Ein Beispiel für ein sekundäres Amid ist N-Methylethanoamid.
• Tertiäre Amide – haben drei Acylgruppen, die an ein Stickstoffatom gebunden sind. Sie werden als Triethylamine bezeichnet. Ein Beispiel für ein solches Amid ist N,N-Dimethylethanoamid.

Unter den Amiden verdienen die Imide besondere Aufmerksamkeit. Sie sind Derivate von Dicarbonsäureanhydriden, bei denen das Sauerstoffatom durch eine zweiwertige Imidgruppe =NH ersetzt wurde. Beispiele für solche Verbindungen sind Bernsteinsäureimid und Phthalsäureimid. Dicarbonsäureimide werden in der Regel durch Reaktion von Dicarbonsäureanhydriden mit Ammoniak gewonnen. Ein besonderes Beispiel für ein Imid ist das Kohlensäurediamid, das üblicherweise als Harnstoff bezeichnet wird. Es ist heutzutage ein wichtiger Rohstoff in der chemischen Technologie. Er wird in großem Umfang gewonnen, weil er für die Herstellung von Düngemitteln verwendet wird. Es sei hinzugefügt, dass Harnstoff die erste organische Verbindung ist, die durch chemische Synthese (außerhalb des menschlichen Körpers) gewonnen wurde. Dies wurde im Jahr 1828 von Friedrich Wohler vollbracht.

Gewinnung

Es gibt mehrere grundlegende Methoden zur Gewinnung von Carbonsäureamiden.

Eine der grundlegenden Reaktionen zur Gewinnung von Amiden ist das Erhitzen ausgewählter Carbonsäuren mit einer wässrigen Ammoniaklösung. Auf diese Weise erhält man primäre Amide.  Das Zwischenprodukt einer solchen Reaktion ist das Ammoniumsalz der Carbonsäure, aus dem sich durch Pyrolyse nacheinander ein Amid und ein Wassermolekül bilden. Man kann auch die Reaktion zwischen Säureanhydriden und Ammoniak nutzen. Bei dieser Reaktion entstehen ein primäres Amid und das entsprechende Ammoniumsalz der Säure. Primäre Amide können auch aus Estern und Nitrilen gewonnen werden.

Sekundäre Amide werden durch Reaktionen ausgewählter Carbonsäuren mit den entsprechenden primären Amiden gewonnen. Bei einer solchen Reaktion entstehen ein sekundäres Amid und ein Wassermolekül. Darüber hinaus können sekundäre Amide auch unter Verwendung geeigneter Ester gewonnen werden.

Tertiäre Amide werden analog zu den sekundären Amiden erhalten. Allerdings reagiert in diesem Fall die Carbonsäure mit dem sekundären Amid. Wie in den oben beschriebenen Fällen sind die Produkte der Umwandlung ein tertiäres Amid und ein Wassermolekül.  Darüber hinaus können tertiäre Amide auch durch Reaktion des Esters mit einer wässrigen Ammoniaklösung erhalten werden.

Unter den Amiden der Carbonsäuren verdient das Essigsäureamid besondere Aufmerksamkeit. Es wird üblicherweise als Acetamid bezeichnet. Es wird unter anderem durch die Dehydratisierungsreaktion von Ammoniumacetat beim Erhitzen auf seine Zersetzungstemperatur gewonnen. Das Amid mit der einfachsten Struktur ist hingegen das Benzoesäureamid (Benzamid). Diese Substanz wird durch Einwirkung von Ammoniak auf Benzoesäurechlorid gewonnen. Dabei kommt es zu einer funktionellen Substitution des Chloridions.

Eigenschaften

Die Struktur von Amidmolekülen wirkt sich direkt auf ihre Eigenschaften aus.  Die in ihrer Struktur vorhandene Amidbindung ist flach. Amide sind im Allgemeinen von Natur aus neutral (manchmal leicht sauer). Einfache Amide lösen sich gut in Wasser. Dies ist auf den Aufbau ihrer Moleküle zurückzuführen, insbesondere auf das Fehlen einer langen Kohlenwasserstoffkette und das Vorhandensein eines stark elektronegativen Stickstoffatoms sowie von Kohlenstoffatomen, die Wasserstoffbrückenbindungen bilden können. Bei längerem Erhitzen ihrer wässrigen Lösung wandeln sie sich in Ammoniumsalze um.  Das Amid mit der einfachsten Struktur – Methanamid – ist bei Raumtemperatur flüssig. Die anderen Verbindungen dieser Gruppe haben einen festen Aggregatzustand. Sie zeichnen sich auch durch relativ hohe Schmelz- und Siedepunkte aus.  Ihre Werte liegen deutlich über denen der entsprechenden Carbonsäuren. Darüber hinaus weisen Amide aufgrund ihrer Molekülstruktur eine große Popularität auf und neigen zur Assoziation, d.h. zum Zusammenschluss einzelner Moleküle zu größeren Clustern (Bildung von Wasserstoffbrücken).

In Anbetracht der Tatsache, dass Amide kaum reaktiv sind, müssen die Bedingungen, unter denen sie chemische Reaktionen eingehen, viel drastischer sein. Die Umwandlungen, die Amide durchlaufen, sind in erster Linie Hydrolysereaktionen. Diese finden unter sauren oder alkalischen Bedingungen statt. Je nach Reaktion werden die einzelnen Amide zu primären, sekundären oder tertiären Aminen reduziert. Primäre Amide werden in Reaktionen mit Thionylchlorid in Nitrile umgewandelt. Wichtig ist, dass Amide Polymere, so genannte Polyamide, bilden können. Unter den Polyamiden hat Nylon die größte Bedeutung. Amide reagieren auch mit starken Säuren und bilden die entsprechenden Salze als Produkte. Es sind auch Reaktionen von Amiden mit Wasserstoff bekannt. Diese führen zur Bildung von Aminen.

Nylon

Als eines der wichtigsten Amide für die Entwicklung der Industrie, einschließlich der chemischen Technologie, erwies sich Nylon, das 1935 erstmals entwickelt wurde. Es ist ein Beispiel für Polyamid, also ein synthetisches makromolekulares Polymer, das eine Amidgruppe in seiner Struktur enthält.

Die Herstellung von Nylon beginnt tatsächlich mit einer Beckmann-Umlagerung. Dies ist eine Reaktion, bei der der erste Schritt eine Amidsynthese ist, die die Umlagerung von Oximen beinhaltet. Eine der Methoden zur Durchführung dieses Verfahrens besteht darin, das Oxim mit einer Säure mit stark protonierenden Eigenschaften zu erhitzen. Eine solche Säure ist z.B. Schwefelsäure (VI).  Die Beckmann-Umlagerungsmethode wird in industriellem Maßstab zur Gewinnung von Caprolactam eingesetzt, das der Grundstoff für die Herstellung von Nylon ist (Methode der Lactam-Polymerisation). Das so entstandene Nylon zeichnet sich durch eine Reihe von Eigenschaften aus, die es von anderen Materialien abheben. Es ist vor allem für seine hohe Festigkeit bei gleichzeitig einfacher Verarbeitung bekannt. Außerdem ist es beständig gegen die Einwirkung von Chemikalien. Zu seinen Vorteilen gehören außerdem ein geringes Gewicht, isolierende und dielektrische Eigenschaften, geringer Abrieb und dämpfende Eigenschaften.

Nylon ist heute einer der beliebtesten Kunststoffe. Es gilt als einer der universellsten Kunststoffe der Welt. Er findet in praktisch allen Industriezweigen Verwendung, von der Textilherstellung bis zur Luft- und Raumfahrtindustrie. Es wird hauptsächlich in Form von Fasern hergestellt, die im Vergleich zu anderen Materialien eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. In dieser Form wird es für die Herstellung von Garnen, Geweben und Gewirken verwendet. Nylonfasern sind auch in Teppichen, Schuhen, Schutzkleidung, Basketbällen, Fallschirmen, Gitarrensaiten, chirurgischen Fäden, Badebekleidung, Steckdosengehäusen oder Karosserieteilen zu finden.