Amidy

Štruktúra a klasifikácia amidov

Amidy sú deriváty karboxylových kyselín . V pôvodnej molekule kyseliny je hydroxylová skupina nahradená amínovou skupinou. V závislosti od stupňa substitúcie konkrétneho amidu sa na atóm dusíka viažu atómy vodíka, kyslý radikál alebo akákoľvek organická skupina. Preto sú amidy charakterizované prítomnosťou až dvoch funkčných skupín vo svojich molekulách: karbonylovej skupiny a aminoskupiny. Chemická štruktúra amidov je najrozmanitejšia spomedzi všetkých derivátov karboxylových kyselín, keďže amidy zahŕňajú zlúčeniny jednoduché ako močovina a také zložité ako proteíny . Amidová väzba je preto jednou z najdôležitejších väzieb pre všetky živé organizmy, pretože sa nachádza v polypeptidových reťazcoch. Podľa štruktúry molekúl sa amidy delia na:

• Primárne amidy – vyznačujú sa tým, že jeden atóm vodíka molekuly NH ₃ je nahradený acylovou skupinou. Príkladom takého amidu je acetamid (etánamid).
• Sekundárne amidy – s dvomi acylovými skupinami vo svojich molekulách. Sekundárne amidy sa bežne označujú ako imidy. Príkladom sekundárneho amidu je N-metylacetamid.
• Terciárne amidy – majú tri acylové skupiny naviazané na atóm dusíka. Nazývajú sa triacylimíny. Príkladom tejto skupiny amidov je N,N-dimetylacetamid.

Imidy sú skupinou amidov, ktoré si zaslúžia osobitnú pozornosť. Sú to deriváty anhydridov dikarboxylových kyselín, v ktorých bol atóm kyslíka nahradený dvojväzbovou imidovou skupinou =NH. Príkladmi takýchto zlúčenín sú imid kyseliny jantárovej a imid kyseliny ftalovej. Imidy dikarboxylových kyselín sa zvyčajne získavajú reakciou anhydridov dikarboxylových kyselín s amoniakom . Zaujímavým príkladom imidu je diimid kyseliny uhličitej , bežne označovaný ako močovina. V súčasnosti je dôležitou surovinou pri chemickom spracovaní. Jeho veľkovýroba je spôsobená najmä jeho použitím v priemysle hnojív. Okrem toho je močovina prvou organickou zlúčeninou, ktorá bola získaná chemickou syntézou (mimo ľudského tela). To urobil Friedrich Wohler v roku 1828.

Príprava

Existuje niekoľko základných metód na získanie amidov karboxylových kyselín. Jednou zo základných reakcií na získanie amidov je zahrievanie určitých karboxylových kyselín s vodným roztokom amoniaku . To vedie k získaniu primárnych amidov. Medziproduktom takejto reakcie je amónna soľ karboxylovej kyseliny, ktorá v dôsledku pyrolýzy produkuje amid a molekulu vody. Môžete tiež použiť reakciu, ktorá sa vyskytuje medzi anhydridmi kyselín a amoniakom. Môže sa tiež použiť primárny amid a amónna soľ zodpovedajúcej kyseliny. Primárne amidy možno získať aj použitím esterov a nitrilov. Sekundárne amidy sa získavajú reakciou určitých karboxylových kyselín so zodpovedajúcimi primárnymi amidmi. Výsledkom takejto reakcie je sekundárny amid a molekula vody. Okrem toho sa sekundárne amidy môžu získať použitím konkrétnych esterov. Terciárne amidy sa získajú rovnakým spôsobom ako sekundárne amidy. V tomto prípade však karboxylová kyselina reaguje so sekundárnym amidom. Podobne ako v prípadoch opísaných vyššie sú produktmi transformácie terciárny amid a molekula vody. Ale to nie je všetko: terciárne amidy možno získať reakciou esteru s vodným roztokom amoniaku. Spomedzi amidov karboxylových kyselín si osobitnú pozornosť zaslúži amid kyseliny octovej . Je všeobecne známy ako acetamid. Získava sa okrem iného dehydratáciou octanu amónneho, keď sa octan amónny zahreje na teplotu rozkladu. Zároveň najjednoduchšiu štruktúru v amide možno nájsť v amide kyseliny benzoovej (benzamid). Táto látka sa získava reakciou amoniaku s benzoylchloridom (chlorid kyseliny benzoovej). Reakcia zahŕňa substitúciu funkčnou skupinou chloridového iónu.

Vlastnosti

Štruktúra molekúl amidu priamo určuje ich vlastnosti. Amidová väzba nachádzajúca sa v molekule je rovinná (plochá). Amidy sú vo všeobecnosti neutrálnej povahy (ale v niektorých prípadoch môžu byť mierne kyslé). Jednoduché amidy sú dobre rozpustné vo vode . Súvisí to so štruktúrou amidových molekúl a najmä s absenciou dlhého uhľovodíkového reťazca a prítomnosťou vysoko elektronegatívneho atómu dusíka, ako aj atómov uhlíka, ktoré môžu vytvárať vodíkové väzby. Keď sa vodný roztok jednoduchých amidov zahrieva dlhší čas, premenia sa na amónne soli. Najjednoduchší amid, a to metanoamid (formamid), má pri izbovej teplote kvapalnú formu. Ostatné zlúčeniny v tejto skupine sú pevné. Vyznačujú sa tiež relatívne vysokými teplotami topenia a varu . Ich hodnoty ďaleko presahujú hodnoty špecifické pre ich zodpovedajúce karboxylové kyseliny. Navyše, amidy vďaka svojej molekulárnej štruktúre vykazujú výraznú polaritu a tendenciu k asociácii, teda k vytváraniu väčších zhlukov z jednotlivých molekúl (tvorba vodíkových väzieb). Vzhľadom na nízku reaktivitu amidov musia byť podmienky pre ich chemické reakcie oveľa extrémnejšie. Amidy podliehajú prevažne hydrolýznym reakciám. Tie prebiehajú v kyslých alebo zásaditých podmienkach. V závislosti od reakcie sa jednotlivé amidy redukujú na primárne, sekundárne alebo terciárne amíny. Pri reakciách s tionylchloridom sa primárne amidy menia na nitrily. Čo je ešte dôležitejšie, amidy môžu vytvárať polyméry, nazývané polyamidy. Zo všetkých známych polyamidov je najdôležitejší nylon. Amidy tiež reagujú so silnými kyselinami za vzniku zodpovedajúcich solí . Je tiež známe, že amidy reagujú s vodíkom. V dôsledku toho tvoria amíny.

Nylon

Amidom, ktorý sa ukázal ako najdôležitejší pre priemyselný rozvoj, vrátane chemického spracovania, je nylon, prvýkrát získaný v roku 1935. Je to príklad polyamidu, syntetického polyméru s veľkou molekulou, ktorého štruktúra obsahuje amidovú skupinu. Aby ste získali nylon, musíte začať s takzvaným Beckmannovým preskupením. Prvým krokom tejto reakcie je syntéza amidu zahŕňajúca preskupenie oxímov. Jedným zo spôsobov, ako uskutočniť tento proces, je zahriať oxím kyselinou, ktorá má silné protonačné vlastnosti. Kyselina sírová (VI) je príkladom takejto protonujúcej kyseliny. Beckmannov prešmyk sa používa v priemyselnom meradle na výrobu kaprolaktámu, základnej suroviny pri výrobe nylonu (proces polymerizácie laktámu). Získaný nylon sa vyznačuje množstvom vlastností, vďaka ktorým vyniká medzi ostatnými materiálmi. Je známy predovšetkým svojou vysokou pevnosťou a zároveň sa s ním ľahko pracuje. Je tiež odolný voči chemikáliám. Medzi jeho prednosti patrí nízka hmotnosť, izolačné a dielektrické vlastnosti, nízka obrusovacia a útlmová charakteristika. Nylon je v súčasnosti jedným z najpopulárnejších plastov . Je považovaný za jeden z najuniverzálnejších plastov na svete. Používa sa prakticky v každom odvetví priemyslu, od textilu až po letectvo. Vyrába sa predovšetkým vo forme veľmi pevných vlákien, v porovnaní s inými materiálmi. V tejto podobe je určený na výrobu priadze, látok a pletenín. Nylonové vlákna nájdeme aj v kobercoch, obuvi, ochrannom odeve, basketbalových loptách, padákoch, gitarových strunách, chirurgických nitiach, plavkách, elektrických zásuvkách alebo komponentoch karosérií automobilov.