Аміди

Будова та класифікація амідів

Аміди є похідними карбонових кислот . У вихідній молекулі кислоти гідроксильна група замінена аміногрупою. Залежно від ступеня заміщення певного аміду до атома азоту приєднуються атоми водню, кислотний радикал або будь-яка органічна група. Отже, для амідів характерна наявність у їх молекулах аж двох функціональних груп: карбонільної та аміногрупи. Хімічна структура амідів є найбільш різноманітною серед усіх похідних карбонових кислот, оскільки аміди включають такі прості сполуки, як сечовина, і складні, як білки . Таким чином, амідний зв’язок є одним із найбільш важливих зв’язків для всіх живих організмів, оскільки він міститься в поліпептидних ланцюгах. За будовою молекули аміди поділяють на:

• Первинні аміди – характеризуються тим, що один атом Гідрогену в молекулі NH ₃ заміщений на ацильну групу. Прикладом такого аміду є ацетамід (етанамід).
• Вторинні аміди – з двома ацильними групами в молекулах. Вторинні аміди зазвичай називають імідами. Прикладом вторинного аміду є N-метилацетамід.
• Третинні аміди – вони мають три ацильні групи, приєднані до атома азоту. Їх називають триацилімінами. Прикладом цієї групи амідів є N,N-диметилацетамід.

Іміди — це група амідів, яка заслуговує на особливу увагу. Вони є похідними ангідридів дикарбонових кислот, у яких атом кисню заміщений двовалентною імідною групою =NH. Прикладами таких сполук є імід бурштинової кислоти та імід фталевої кислоти. Іміди дикарбонових кислот зазвичай отримують реакцією ангідридів дикарбонових кислот з аміаком . Цікавим прикладом іміду є діімід вугільної кислоти , який зазвичай називають сечовиною. Нині це важлива сировина в хімічній переробці. Його масштабне виробництво в основному пов’язане з його використанням у промисловості добрив. Крім того, сечовина є першою органічною сполукою, яка була отримана шляхом хімічного синтезу (поза організмом людини). Це зробив Фрідріх Велер у 1828 році.

Підготовка

Існує кілька основних способів отримання амідів карбонових кислот. Однією з основних реакцій отримання амідів є нагрівання деяких карбонових кислот з водним розчином аміаку . Це призводить до отримання первинних амідів. Проміжним продуктом такої реакції є амонієва сіль карбонової кислоти, яка в результаті піролізу утворює амід і молекулу води. Можна також використати реакцію, яка відбувається між ангідридами кислот і аміаком. Також можна використовувати первинний амід і амонієву сіль відповідної кислоти. Первинні аміди також можуть бути отримані з використанням естерів і нітрилів. Вторинні аміди отримують реакцією певних карбонових кислот з відповідними первинними амідами. У результаті такої реакції утворюється вторинний амід і молекула води. Крім того, вторинні аміди можна отримати, використовуючи певні естери. Третинні аміди отримують так само, як і вторинні аміди. Однак у цьому випадку карбонова кислота реагує з вторинним амідом. Подібно до описаних вище випадків, продуктами перетворення є третинний амід і молекула води. Але це ще не все: третинні аміди можна отримати шляхом взаємодії естеру з водним розчином аміаку. Серед амідів карбонових кислот особливої ​​уваги заслуговує амід оцтової кислоти . Він широко відомий як ацетамід. Його отримують, зокрема, дегідратацією ацетату амонію при нагріванні останнього до температури розкладання. У той же час найпростішу структуру в аміді можна знайти в аміді бензойної кислоти (бензамід). Цю речовину отримують при взаємодії аміаку з бензоилхлоридом (хлорангидридом бензойної кислоти). Реакція включає заміщення функціональною групою хлорид-іона.

Властивості

Структура молекул амідів безпосередньо визначає їхні властивості. Амідний зв’язок, виявлений у молекулі, є плоским (плоским). Аміди, як правило, нейтральні за своєю природою (але в деяких випадках можуть бути злегка кислими). Прості аміди добре розчинні у воді . Це пов’язано зі структурою молекул аміду, зокрема з відсутністю довгого вуглеводневого ланцюга та наявністю високоелектронегативного атома азоту, а також атомів вуглецю, які можуть утворювати водневі зв’язки. При тривалому нагріванні водного розчину простих амідів вони перетворюються на солі амонію. Найпростіший амід, а саме метаноамід (формамід), має рідку форму при кімнатній температурі. Інші сполуки цієї групи є твердими. Вони також характеризуються відносно високими температурами плавлення і кипіння . Їх значення значно перевищують значення, характерні для відповідних карбонових кислот. Крім того, завдяки своїй молекулярній структурі аміди демонструють значну полярність і схильність до асоціації, тобто до утворення більших кластерів з окремих молекул (утворення водневих зв’язків). Враховуючи низьку реакційну здатність амідів, умови для їх хімічних реакцій повинні бути набагато більш екстремальними. Аміди в основному піддаються реакціям гідролізу. Вони відбуваються в кислотних або лужних умовах. Залежно від реакції окремі аміди відновлюються до первинних, вторинних або третинних амінів. У реакціях з тіонілхлоридом первинні аміди перетворюються на нітрили. Що ще важливіше, аміди можуть утворювати полімери, які називаються поліамідами. З усіх відомих поліамідів нейлон є найважливішим. Аміди також реагують із сильними кислотами з утворенням відповідних солей . Відомо також, що аміди реагують з воднем. В результаті вони утворюють аміни.

Нейлон

Найважливішим амідом для розвитку промисловості, включаючи хімічну обробку, є нейлон, вперше отриманий у 1935 році. Це приклад поліаміду, синтетичного високомолекулярного полімеру, структура якого включає амідну групу. Щоб отримати нейлон, потрібно почати з так званої перегрупування Бекмана. Першим етапом цієї реакції є синтез амідів, що включає перегрупування оксимів. Одним із способів здійснити цей процес є нагрівання оксиму з кислотою, яка має сильні протонуючі властивості. Прикладом такої протонуючої кислоти є сірчана (VI) кислота . Перегрупування Бекмана використовується в промислових масштабах для отримання капролактаму, основної сировини для виробництва нейлону (процес полімеризації лактаму). Отриманий нейлон характеризується рядом властивостей, які виділяють його серед інших матеріалів. В першу чергу він відомий своєю високою міцністю, і в той же час з ним легко працювати. Він також стійкий до хімічних речовин. Його переваги включають малу вагу, ізоляційні та діелектричні властивості, низькі характеристики стирання та затухання. Нейлон в даний час є одним з найпопулярніших пластиків . Він вважається одним із найуніверсальніших видів пластику у світі. Він використовується практично в усіх галузях промисловості, від текстильної до авіаційної. Він виготовляється переважно у вигляді дуже міцних волокон порівняно з іншими матеріалами. У такому вигляді він призначений для виробництва пряжі, тканин і трикотажу. Нейлонові волокна також можна знайти в килимах, взутті, захисному одязі, баскетбольних м’ячах, парашутах, гітарних струнах, хірургічних нитках, купальних костюмах, електричних розетках або компонентах кузова автомобіля.