เอไมด์

โครงสร้างและการจำแนกประเภทของเอไมด์

เอไมด์เป็นอนุพันธ์ของ กรดคาร์บอกซิลิก ในโมเลกุลกรดดั้งเดิม หมู่ไฮดรอกซิลจะถูกแทนที่ด้วยหมู่เอมีน ขึ้นอยู่กับระดับของการทดแทนเอไมด์ที่เฉพาะเจาะจง อะตอมไฮโดรเจน อนุมูลที่เป็นกรดหรือกลุ่มอินทรีย์ใดๆ ที่เกาะติดกับอะตอมไนโตรเจน ดังนั้น เอไมด์จึงมีลักษณะพิเศษคือการมีกลุ่มฟังก์ชันมากถึงสองกลุ่มในโมเลกุล: กลุ่มคาร์บอนิลและกลุ่มอะมิโน โครงสร้างทางเคมีของเอไมด์มีความหลากหลายมากที่สุดในบรรดาอนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก เนื่องจากเอไมด์ประกอบด้วยสารประกอบที่เรียบง่ายพอๆ กับยูเรีย และซับซ้อนพอๆ กับ โปรตีน พันธะเอไมด์จึงเป็นพันธะที่สำคัญอย่างหนึ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตามที่พบในสายโซ่โพลีเปปไทด์ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุล เอไมด์แบ่งออกเป็น:

• เอไมด์ปฐมภูมิ – มีลักษณะเฉพาะด้วยอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมของโมเลกุล NH ₃ แทนที่ด้วยหมู่อะซิล ตัวอย่างของเอไมด์ดังกล่าวคืออะซิตาไมด์ (เอทานาไมด์)
• เอไมด์ทุติยภูมิ – มีกลุ่มอะซิลสองกลุ่มในโมเลกุล เอไมด์ทุติยภูมิมักเรียกว่าอิไมด์ ตัวอย่างของเอไมด์ทุติยภูมิคือ N-methylacetamide
• เอไมด์ระดับตติยภูมิ – มีกลุ่มอะซิลสามกลุ่มติดอยู่กับอะตอมไนโตรเจน พวกมันถูกเรียกว่าไตรอะไซลิมีน ตัวอย่างของเอไมด์กลุ่มนี้คือ N,N-dimethylacetamide

อิไมด์เป็นกลุ่มของเอไมด์ที่ควรค่าแก่การเอาใจใส่เป็นพิเศษ เป็นอนุพันธ์ของแอนไฮไดรด์ของกรดไดคาร์บอกซิลิก ซึ่งอะตอมออกซิเจนถูกแทนที่ด้วยหมู่ไดวาเลนต์อิไมด์ =NH ตัวอย่างของสารประกอบดังกล่าว ได้แก่ กรดซัคซินิกอิไมด์และกรดทาทาลิกอิไมด์ โดยทั่วไปแล้วอิไมด์ของกรดไดคาร์บอกซิลิกจะได้รับจากการทำปฏิกิริยาแอนไฮไดรด์ของกรดไดคาร์บอกซิลิกกับ แอมโมเนีย ตัวอย่างที่น่าสนใจของอิไมด์คือ กรดคาร์บอนิกได อิไมด์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่ายูเรีย ปัจจุบันเป็นวัตถุดิบสำคัญในการแปรรูปทางเคมี การผลิตขนาดใหญ่มีสาเหตุหลักมาจากการใช้ในอุตสาหกรรมปุ๋ย นอกจากนี้ยูเรียยังเป็นสารประกอบอินทรีย์ชนิดแรกที่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมี (นอกร่างกายมนุษย์) สิ่งนี้ทำโดยฟรีดริช โวห์เลอร์ในปี ค.ศ. 1828

การตระเตรียม

มีวิธีการพื้นฐานหลายประการในการรับเอไมด์ของกรดคาร์บอกซิลิก ปฏิกิริยาพื้นฐานประการหนึ่งเพื่อให้ได้เอไมด์คือการให้ความร้อนแก่กรดคาร์บอกซิลิกบางชนิดด้วยสารละลาย แอมโมเนีย ที่เป็นน้ำ สิ่งนี้นำไปสู่การได้รับ เอไมด์หลัก ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของปฏิกิริยาดังกล่าวคือเกลือแอมโมเนียมของกรดคาร์บอกซิลิกซึ่งผลิตเอไมด์และโมเลกุลของน้ำอันเป็นผลมาจากไพโรไลซิส คุณยังสามารถใช้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างกรดแอนไฮไดรด์กับแอมโมเนียได้ สามารถใช้เกลือเอไมด์ปฐมภูมิและแอมโมเนียมของกรดที่เกี่ยวข้องได้ เอไมด์ปฐมภูมิสามารถหาได้โดยใช้ เอสเทอร์ และไนไตรล์ เอไมด์ทุติยภูมิ ได้มาจากการทำปฏิกิริยากรดคาร์บอกซิลิกบางชนิดกับเอไมด์ปฐมภูมิที่สอดคล้องกัน ปฏิกิริยาดังกล่าวส่งผลให้เกิดเอไมด์ทุติยภูมิและโมเลกุลของน้ำ ยิ่งไปกว่านั้น สามารถรับเอไมด์ทุติยภูมิได้โดยใช้เอสเทอร์เฉพาะ เอไมด์ระดับตติยภูมิ จะได้รับในลักษณะเดียวกับเอไมด์ทุติยภูมิ อย่างไรก็ตามในกรณีนี้กรดคาร์บอกซิลิกจะทำปฏิกิริยากับเอไมด์ทุติยภูมิ ในทำนองเดียวกันกับกรณีที่อธิบายไว้ข้างต้น ผลิตภัณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงคือเอไมด์ระดับอุดมศึกษาและโมเลกุลของน้ำ แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด: สามารถหาเอไมด์ระดับตติยภูมิได้โดยการทำปฏิกิริยาเอสเทอร์กับสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำ ในบรรดาเอไมด์ของกรดคาร์บอกซิลิ ก กรดอะซิติก เอไมด์สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นอะซิตาไมด์ ได้มาจากการคายน้ำของแอมโมเนียมอะซิเตตเมื่อแอมโมเนียมอะซิเตตถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการสลายตัว ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างที่ง่ายที่สุดในเอไมด์สามารถพบได้ในเอไมด์ของกรดเบนโซอิก (เบนซาไมด์) สารนี้ได้มาจากการทำปฏิกิริยาแอมโมเนียกับเบนโซอิลคลอไรด์ (กรดเบนโซอิกคลอไรด์) ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับการแทนที่ด้วยกลุ่มฟังก์ชันของคลอไรด์ไอออน

คุณสมบัติ

โครงสร้างของโมเลกุลเอไมด์จะกำหนดคุณสมบัติของพวกมันโดยตรง พันธะเอไมด์ที่พบในโมเลกุลนั้นเป็นระนาบ (แบน) โดยทั่วไปเอไมด์จะ มีลักษณะเป็นกลาง (แต่อาจมีสภาพเป็นกรดเล็กน้อยในบางกรณี) เอไมด์เชิงเดี่ยว ละลายได้ดีในน้ำ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของโมเลกุลเอไมด์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการไม่มีสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนยาวและการมีอยู่ของอะตอมไนโตรเจนที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีสูง เช่นเดียวกับอะตอมของคาร์บอนที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ เมื่อสารละลายเอไมด์ที่เป็นน้ำได้รับความร้อนเป็นเวลานาน สารละลายจะเปลี่ยนเป็นเกลือแอมโมเนียม เอไมด์ที่ง่ายที่สุดคือเมทาโนเอไมด์ (ฟอร์มาไมด์) มีรูปแบบของเหลวที่อุณหภูมิห้อง สารประกอบอื่นๆ ในกลุ่มนี้เป็นของแข็ง อีกทั้งยังมี จุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่ค่อนข้างสูง อีกด้วย ค่าของพวกมันเกินกว่าค่าจำเพาะของกรดคาร์บอกซิลิกที่เกี่ยวข้องกันมาก ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลของพวกมัน เอไมด์จึงแสดงให้เห็นถึงขั้วที่สำคัญและแนวโน้มที่จะรวมตัวกัน นั่นก็คือการก่อตัวของกระจุกที่ใหญ่ขึ้นจากแต่ละโมเลกุล (การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน) เมื่อพิจารณาถึง ปฏิกิริยาที่ต่ำ ของเอไมด์ เงื่อนไขของปฏิกิริยาเคมีจะต้องรุนแรงกว่านี้มาก เอไมด์ส่วนใหญ่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นกรดหรือด่าง เอไมด์แต่ละตัวจะลดลงไปเป็นเอมีนหลัก ทุติยภูมิ หรือตติยภูมิ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา ในการทำปฏิกิริยากับไทโอนิลคลอไรด์ เอไมด์ปฐมภูมิจะเปลี่ยนเป็นไนไตรล์ สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือเอไมด์สามารถสร้างโพลีเมอร์ที่เรียกว่าโพลิเอไมด์ได้ ไนลอนมีความสำคัญที่สุดในบรรดาโพลีเอไมด์ที่รู้จักทั้งหมด เอไมด์ยังทำปฏิกิริยากับกรดแก่เพื่อผลิต เกลือ ที่สอดคล้องกัน เอไมด์เป็นที่รู้จักกันว่าทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน พวกมันก่อตัวเป็นเอมีน

ไนลอน

เอไมด์ที่พิสูจน์ว่าสำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาทางอุตสาหกรรม รวมถึงการแปรรูปทางเคมี คือไนลอน ซึ่งได้รับครั้งแรกในปี 1935 เป็นตัวอย่างของโพลีเอไมด์ ซึ่งเป็นโพลีเมอร์โมเลกุลขนาดใหญ่สังเคราะห์ที่มีโครงสร้างประกอบด้วยหมู่เอไมด์ เพื่อให้ได้ไนลอน คุณต้องเริ่มต้นด้วยสิ่งที่เรียกว่าการจัดเรียงเบ็คมันน์ใหม่ ขั้นตอนแรกของปฏิกิริยานี้คือการสังเคราะห์เอไมด์ที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงออกซิมใหม่ วิธีหนึ่งที่จะส่งผลต่อกระบวนการนี้คือการให้ความร้อนแก่ออกซิมด้วยกรดที่มีคุณสมบัติในการโปรตอนที่รุนแรง กรดซัลฟูริก (VI) เป็นตัวอย่างของกรดโปรตอน การจัดเรียงใหม่ของ Beckmann ถูกนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรมเพื่อผลิต คาโปรแลคตัม ซึ่งเป็นวัตถุดิบพื้นฐานในการผลิตไนลอน (กระบวนการแลคแทม โพลีเมอไรเซ ชัน) ไนลอนที่ได้รับนั้นมีคุณสมบัติหลายประการที่ทำให้โดดเด่นเหนือวัสดุอื่นๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีความแข็งแรงสูง และง่ายต่อการใช้งานในเวลาเดียวกัน อีกทั้งยังทนทานต่อสารเคมีอีกด้วย ข้อดีของผลิตภัณฑ์ ได้แก่ น้ำหนักเบา คุณสมบัติเป็นฉนวนและไดอิเล็กทริก มีคุณสมบัติการเสียดสีและการลดทอนต่ำ ปัจจุบันไนลอนเป็นหนึ่งใน พลาสติก ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ถือเป็นหนึ่งในพลาสติกอเนกประสงค์มากที่สุดในโลก มีการใช้ในอุตสาหกรรมแทบทุกสาขา ตั้งแต่สิ่งทอไปจนถึงการบิน โดยหลักแล้วผลิตขึ้นในรูปของเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงมาก เมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ ในรูปแบบนี้มีไว้สำหรับการผลิตเส้นด้าย ผ้า และเสื้อถัก เส้นใยไนลอนยังสามารถพบได้ในพรม รองเท้า ชุดป้องกัน บาสเก็ตบอล ร่มชูชีพ สายกีตาร์ ด้ายผ่าตัด ชุดว่ายน้ำ กล่องปลั๊กไฟ หรือส่วนประกอบของตัวถังรถยนต์