Amiden

De structuur en classificatie van amiden

Amiden zijn derivaten van carbonzuren . In het oorspronkelijke zuurmolecuul is de hydroxylgroep vervangen door een aminegroep. Afhankelijk van de mate van substitutie van een specifiek amide, hechten waterstofatomen, een zuurradicaal of een organische groep zich aan het stikstofatoom. Daarom worden amiden gekenmerkt door de aanwezigheid van maar liefst twee functionele groepen in hun moleculen: een carbonylgroep en een aminogroep. De chemische structuur van amiden is de meest diverse van alle carbonzuurderivaten, aangezien amiden verbindingen omvatten die zo eenvoudig zijn als ureum en zo complex als eiwitten . De amidebinding is daarom een ​​van de meest cruciale bindingen voor alle levende organismen, zoals deze wordt aangetroffen in polypeptideketens. Op basis van de structuur van hun moleculen zijn amiden onderverdeeld in:

• Primaire amiden – ze worden gekenmerkt doordat één waterstofatoom van het NH _3- molecuul vervangen is door een acylgroep. Een voorbeeld van een dergelijk amide is acetamide (ethanamide).
• Secundaire amiden – met twee acylgroepen in hun moleculen. Secundaire amiden worden gewoonlijk imiden genoemd. Een voorbeeld van een secundair amide is N-methylacetamide.
• Tertiaire amiden – ze hebben drie acylgroepen gebonden aan een stikstofatoom. Ze worden triaciliminen genoemd. Een voorbeeld van deze groep amiden is N,N-dimethylacetamide.

Imiden zijn een groep amiden die bijzondere aandacht verdienen. Het zijn derivaten van anhydriden van dicarbonzuren, waarin het zuurstofatoom vervangen is door een tweewaardige imidegroep =NH. Voorbeelden van dergelijke verbindingen zijn barnsteenzuurimide en ftaalzuurimide. Imiden van dicarbonzuren worden gewoonlijk verkregen door dicarbonzuuranhydriden te laten reageren met ammoniak . Een interessant voorbeeld van een imide is koolzuurdiimide , gewoonlijk ureum genoemd. Tegenwoordig is het een belangrijke grondstof in de chemische verwerking. De grootschalige productie is vooral te danken aan het gebruik ervan in de kunstmestindustrie. Bovendien is ureum de eerste organische verbinding die door chemische synthese (buiten het menselijk lichaam) werd verkregen. Dit werd gedaan door Friedrich Wohler in 1828.

Voorbereiding

Er zijn verschillende basismethoden voor het verkrijgen van carbonzuuramiden. Een van de basisreacties om amiden te verkrijgen is het verwarmen van bepaalde carbonzuren met een waterige oplossing van ammoniak . Dit leidt tot het verkrijgen van primaire amiden. Een tussenproduct van een dergelijke reactie is het ammoniumzout van een carbonzuur dat als gevolg van pyrolyse een amide en een watermolecuul produceert. Je kunt ook de reactie gebruiken die plaatsvindt tussen zuuranhydriden en ammoniak. Er kunnen ook een primair amide en ammoniumzout van het overeenkomstige zuur worden gebruikt. Primaire amiden kunnen ook worden verkregen met behulp van esters en nitrillen. Secundaire amiden worden verkregen door bepaalde carbonzuren te laten reageren met de overeenkomstige primaire amiden. Een dergelijke reactie resulteert in een secundair amide en een watermolecuul. Bovendien kunnen secundaire amiden worden verkregen door gebruik te maken van bepaalde esters. Tertiaire amiden worden op dezelfde manier verkregen als secundaire amiden. In dit geval reageert carbonzuur echter met een secundair amide. Vergelijkbaar met de hierboven beschreven gevallen zijn de producten van de transformatie een tertiair amide en een watermolecuul. Maar dat is nog niet alles: tertiaire amiden kunnen worden verkregen door een ester te laten reageren met een waterige ammoniakoplossing. Van de carbonzuuramiden verdient azijnzuuramide bijzondere aandacht. Het is algemeen bekend als aceetamide. Het wordt onder meer verkregen door dehydratatie van ammoniumacetaat wanneer dit wordt verwarmd tot de ontledingstemperatuur. Tegelijkertijd kan de eenvoudigste structuur van een amide worden gevonden in benzoëzuuramide (benzamide). Deze stof wordt verkregen door ammoniak te laten reageren met benzoylchloride (benzoëzuurchloride). De reactie omvat substitutie met een functionele groep van het chloride-ion.

Eigenschappen

De structuur van amidemoleculen bepaalt rechtstreeks hun eigenschappen. De amidebinding die in het molecuul wordt aangetroffen, is vlak (plat). Amiden zijn over het algemeen neutraal van aard (maar kunnen in sommige gevallen enigszins zuur zijn). Eenvoudige amiden zijn goed oplosbaar in water . Dit houdt verband met de structuur van amidemoleculen, en in het bijzonder met de afwezigheid van een lange koolwaterstofketen en de aanwezigheid van een sterk elektronegatief stikstofatoom, evenals koolstofatomen die waterstofbruggen kunnen vormen. Wanneer een waterige oplossing van eenvoudige amiden gedurende langere tijd wordt verwarmd, worden ze omgezet in ammoniumzouten. Het eenvoudigste amide, namelijk methanoamide (formamide), heeft bij kamertemperatuur een vloeibare vorm. De andere verbindingen in deze groep zijn vast. Ze worden ook gekenmerkt door relatief hoge smelt- en kookpunten . Hun waarden overtreffen ruimschoots de waarden die specifiek zijn voor de overeenkomstige carbonzuren. Bovendien vertonen amiden dankzij hun moleculaire structuur een aanzienlijke polariteit en de neiging tot associatie, dat wil zeggen tot het vormen van grotere clusters uit individuele moleculen (vorming van waterstofbruggen). Gezien de lage reactiviteit van amiden moeten de omstandigheden voor hun chemische reacties veel extremer zijn. Amiden ondergaan voornamelijk hydrolysereacties. Deze vinden plaats onder zure of alkalische omstandigheden. Afhankelijk van de reactie worden individuele amiden gereduceerd tot primaire, secundaire of tertiaire aminen. Bij reacties met thionylchloride worden primaire amiden omgezet in nitrillen. Wat nog belangrijker is, is dat amiden polymeren kunnen vormen, die polyamiden worden genoemd. Van alle bekende polyamiden is nylon het belangrijkste. Amiden reageren ook met sterke zuren en produceren de overeenkomstige zouten . Van amiden is ook bekend dat ze reageren met waterstof. Hierdoor vormen ze aminen.

Nylon

Een amide dat het belangrijkst bleek voor de industriële ontwikkeling, inclusief chemische verwerking, is nylon, dat voor het eerst werd verkregen in 1935. Het is een voorbeeld van een polyamide, een synthetisch polymeer met grote moleculen waarvan de structuur een amidegroep omvat. Om nylon te verkrijgen, moet je beginnen met de zogenaamde Beckmann-herschikking. De eerste stap van deze reactie is een amidesynthese waarbij de oximen worden herrangschikt. Eén manier om dit proces te bewerkstelligen is door het oxim te verwarmen met een zuur dat sterke protonerende eigenschappen heeft. Zwavelzuur (VI) is een voorbeeld van een dergelijk protonerend zuur. De Beckmann-omlegging wordt op industriële schaal toegepast voor de productie van caprolactam, de basisgrondstof bij de productie van nylon (het lactampolymerisatieproces ). Het verkregen nylon kenmerkt zich door een aantal eigenschappen waardoor het zich onderscheidt van andere materialen. Het staat vooral bekend om zijn hoge sterkte en is tegelijkertijd gemakkelijk om mee te werken. Het is ook bestand tegen chemicaliën. De voordelen zijn onder meer een laag gewicht, isolerende en diëlektrische eigenschappen, lage slijtage- en dempingseigenschappen. Nylon is momenteel een van de meest populaire kunststoffen . Het wordt beschouwd als een van de meest veelzijdige kunststoffen ter wereld. Het wordt in vrijwel elke tak van de industrie gebruikt, van textiel tot luchtvaart. Het wordt voornamelijk geproduceerd in de vorm van zeer sterke vezels, vergeleken met andere materialen. In deze vorm is het bedoeld voor de productie van garen, stoffen en breiwerk. Nylonvezels zijn ook te vinden in tapijten, schoenen, beschermende kleding, basketballen, parachutes, gitaarsnaren, chirurgische draden, badpakken, stopcontacten of carrosserieonderdelen.