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醯胺

化合物
此條目介紹的是羧酸的胺基衍生物。關於其他含氧酸的胺基衍生物，請見「醯胺_(官能基)」。

醯（ㄒㄧ）胺（ㄢ）（英語：Amide）是指醯基碳與胺類相連的一類化合物，官能基可記為R1C(=O)NR2R3，其中R1、R2和R3可以是氫原子或有機基團[1][2]。醯胺也可以看作是羧酸與氨或胺縮合形成的有機化合物，是羧酸衍生物的一類，簡單的醯胺有：甲醯胺、乙醯胺、苯甲醯胺和N,N-二甲基甲醯胺。

醯胺的通式
甲醯胺，最簡單的醯胺
天冬醯胺是一種含有醯胺結構（標記區）的胺基酸
實驗室中合成尼龍66

醯胺在自然界中廣泛存在，並在科學技術中有重要應用。蛋白質中的肽鍵便以醯胺結構相連接。工業上重要的化工材料，如尼龍、芳綸、克維拉、特瓦綸（英語：Twaron）等都是含醯胺結構單體聚合成的合成纖維。許多藥物也都包含醯胺結構，它幫助維持剛性結構並抵抗水解，如對乙醯胺基酚、青黴素、LSD等[3]。一些低分子量的醯胺，是常用的有機溶劑，如DMF和DMAc。

命名

主條目：IUPAC有機物命名法

醯胺可以看作羧酸被胺基或胺取代後衍生的產物，因此可以將酸字改為醯胺來命名，英文命名時將-ic acid改為-amide[4]，例如：

     
乙醯胺 異丁（基）醯胺 乙二醯二胺

當醯胺中的氮上連有多個烴基時，則需要將氮上取代基寫在某醯之前，並用N-來表示其位置（在沒有歧義時可省略），例如：

     
乙醯苯胺 N,N-二甲基甲醯胺 二甲基乙醯胺

二元羧酸被氨（或胺）基取代時，稱為「某二醯胺」，英文命名時將詞尾-dioic acid改為-diamide；當兩個羧基被同一個氨（或胺）基取代得到環狀化合物時，稱為「某二醯亞胺」，英文命名時將詞尾改為-imide；當胺上的烴基與醯胺的碳原子首尾相連形成環狀化合物時，稱為「某內醯胺」，英文命名時將詞尾改為-lactam[5]，例如：

     
丁二醯胺 N-溴代丁二醯亞胺 4-丁內醯胺

醯胺根據其N上取代程度，可分為伯（一級）醯胺、仲（二級）醯胺和叔（三級）醯胺[6]。

結構

 
甲醯胺分子球棍模型，顯示了π電子的離域情況

醯胺中的C-N鍵較胺中的C-N鍵要短，一方面是因為醯胺中C-N鍵的碳是用sp2混成軌域與氮成鍵，而胺中C-N鍵的碳是用sp3混成軌域與氮成鍵，s成分較少[7]；另一方面是因為氮上孤對電子在羰基上離域，在碳、氮和氧間形成共軛體系，從而使C-N鍵具有某些雙鍵性質。因此，醯胺中的N、O、C位於同一平面，限制了圍繞醯基的旋轉[8][9]。

醯胺結構有以下的共振式：

 

性質

除甲醯胺外，大部分具有RCONH2結構的醯胺為白色固體，這是因為分子間形成了氫鍵[10][11]。在羧酸衍生物中，醯胺具有最強的穩定性，其水解最難發生，一般需要在強酸性或鹼性條件下回流。相較於胺類，醯胺表現出較弱的鹼性，低級的醯胺可溶於水，例如DMF和DMAc便是很好的非質子極性溶劑，且可以與水混溶[10]。能與酸反應成鹽，其質子化發生在氧原子上，醯胺的鹼性要弱於胺，但強於酯、酮和羧酸，醯亞胺上的氫原子有弱酸性[12][13]。

蛋白質和肽是含有醯胺鍵的重要生物分子。一些生物鹼中也含有醯胺結構[14]。

 

合成

醯胺可以通過羧酸與胺偶聯製備，直接反應需要高溫將水趕出體系[15]：

 
羧酸與胺偶聯直接合成醯胺。

醯胺可以通過酯、酸酐（盧米埃爾-巴比耶方法（英語：Lumière–Barbier method））或醯氯（肖滕-鮑曼反應）與胺反應來合成。多肽合成中通過偶聯劑（如HATU（英語：HATU）、HOBt、PyBOP（英語：PyBOP））來合成醯胺[16]。一些試劑，如Sheppard醯胺化試劑，被用來構建醯胺和亞胺結構[17][18]。

反應 底物 備註
親核醯基取代反應 醯氯或酸酐 試劑：氨或胺
Beckmann重排 環酮 試劑：肟和酸催化
Schmidt反應 酮 試劑：疊氮酸
腈的控制水解[19] 腈 試劑：水和酸催化
Willgerodt–Kindle反應 [20] 芳基烷基酮 硫和嗎啉
Passerini反應 異腈、酮（或醛）和羧酸 極性溶劑（如水或甲醇）
Ugi反應 異腈、羧酸、一級胺和酮（或醛）
Bodroux反應[21][22] 羧酸和格氏試劑的胺類衍生物（如IMgNHR）  
Chapman重排[23][24] 芳基亞胺基醚 對N,N-二芳基亞胺，反應機理為分子內芳香族親核取代反應[25]
 
Chapman Rearrangement
Ritter反應[26] 腈、烷基化試劑如（異丁烯、叔丁醇）和強酸。 在濃酸作用下，腈與碳正離子發生加成反應得到仲醯胺，Ritter反應能在三級碳處構建一根C-N鍵。
末端烯烴的光化學加成[27] 末端烯烴和甲醯胺 甲醯胺對末端單烯烴的自由基同系化反應（英語：Homologation reaction），得到反馬氏加成產物。
羧酸衍生物的氨解[28][29][30][31] 酯、醯鹵、醯胺和酸酐 羧酸衍生物可以與氨反應，形成醯胺，稱為氨解。

其他反應

有機釕化合物催化胺的脫氫醯化，該反應通過醇脫氫產生的醛，與胺形成半胺醛（英語：hemiaminal），隨後二次脫氫得到醯胺，該反應的副產物為氫氣[32] ：

 

醯胺與胺反應生成新的醯胺的反應稱為醯胺交換反應（英語：Transamidation），該反應進行地非常緩慢，需要路易斯酸 [33]和有機金屬催化劑[34]催化：

RC(O)NR'2 + HNR"2 → RC(O)NR"2 + HNR'2

反應

 
醯胺的酸性水解機理[35]
 
醯胺的酸性與鹼性水解

醯胺會發生與酯相似的反應，但其反應性弱於酯。醯胺在熱鹼或強酸條件下會發生水解，酸性水解會產生對應羧酸和銨離子，鹼性水解會產生對應胺和羧酸根離子。由於醯胺的水解條件相較於酯、醯鹵更強烈，因此該反應不需要催化，也不可逆。

反應 產物 反應條件
脫水 腈 P2O5; 苯磺醯氯; TFAA+py[36]
霍夫曼重排 少一個碳原子的一級胺 溴+氫氧化鈉
還原[37] 胺和醛 i) LAH ii) H+/H2O
Vilsmeier–Haack反應 醛 POCl3，芳香族底物
Bischler–Napieralski反應 環亞胺 POCl3，SOCl2等

參見

參閱書籍

  • 邢其毅等. 《基础有机化学》第三版 上册. 高等教育出版社. 2005a. 
  • 邢其毅等. 《基础有机化学》第三版 下册. 高等教育出版社. 2005b. 

參考文獻

  1. ^ 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "amides"。doi:10.1351/goldbook.A00266
  2. ^ Chapter 21: Amides and Imides. Nomenclature of Organic Compounds. Advances in Chemistry 126 (Washington, American Chemical Society). 1974: 166–173. ISBN 9780841201910. doi:10.1021/ba-1974-0126.ch021. 
  3. ^ Boonen, Jente; Bronselaer, Antoon; Nielandt, Joachim; Veryser, Lieselotte; De Tré, Guy; De Spiegeleer, Bart. Alkamid database: Chemistry, occurrence and functionality of plant N-alkylamides (PDF). Journal of Ethnopharmacology. 2012, 142 (3): 563–590 [2022-07-12]. PMID 22659196. doi:10.1016/j.jep.2012.05.038. hdl:1854/LU-2133714  . （原始內容 (PDF)存檔於2022-07-14）. 
  4. ^ 邢其毅等 2005a，第69-70頁.
  5. ^ 邢其毅等 2005a，第70頁.
  6. ^ Organic Chemistry IUPAC Nomenclature. Rules C-821. Amides http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_540.htm 網際網路檔案館的存檔，存檔日期21 January 2011.
  7. ^ 邢其毅等 2005b，第599頁.
  8. ^ Ivana Antol; Mirjana Eckert-Maksic; Hans Lischka. Ab Initio MR-CISD Study of Gas-Phase Basicity of Formamide in the First Excited Singlet State. The Journal of Physical Chemistry A. 2004, 108 (46): 10317–10325. doi:10.1021/jp048087o. 
  9. ^ Yuko Otani; Osamu Nagae; Yuji Naruse; Satoshi Inagaki; Masashi Ohno; Kentaro Yamaguchi; Gaku Yamamoto; Masanobu Uchiyama; Tomohiko Ohwada. An Evaluation of Amide Group Planarity in 7-Azabicyclo[2.2.1]heptane Amides. Low Amide Bond Rotation Barrier in Solution. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (49): 15191–15199. doi:10.1021/ja036644z. 
  10. ^ 10.0 10.1 邢其毅等 2005b，第600頁.
  11. ^ Sayan Bagchi; Yung Sam Kim; Adam K. Charnley; Amos B. Smith; Robin M. Hochstrasser. Two-Dimensional Infrared Investigation of N-Acetyl Tryptophan Methyl Amide in Solution. The Journal of Physical Chemistry B. 2007, 111 (11): 3010–3018. doi:10.1021/jp067348m. 
  12. ^ 邢其毅等 2005b，第623-624頁.
  13. ^ A. R. Goldfarb; A. Mele; N. Gutstein. Basicity of the Amide Bond. J. Am. Chem. Soc. 1955, 77 (23): 6194–6196. doi:10.1021/ja01628a031. 
  14. ^ Yang Han; Tao Hou; Zi-Hui Zhang; Yao-Dong Wang; Jun-Xiang Cheng; Han Zhou; Ji-Xia Wang; Jia-Tao Feng; Yan-Fang Liu; Zhi-Mou Guo; Xin-Miao Liang. Structurally diverse isoquinoline and amide alkaloids with dopamine D2 receptor antagonism from Corydalis bungeana. Fitoterapia. 2022, 159: 105175. ISSN 0367-326X. doi:10.1016/j.fitote.2022.105175. 
  15. ^ Montalbetti, Christian A. G. N.; Falque, Virginie. Amide bond formation and peptide coupling. Tetrahedron. 14 November 2005, 61 (46): 10827–10852. doi:10.1016/j.tet.2005.08.031. 
  16. ^ Valeur, Eric; Bradley, Mark. Amide bond formation: beyond the myth of coupling reagents. Chem. Soc. Rev. 2009, 38 (2): 606–631. PMID 19169468. S2CID 14950926. doi:10.1039/B701677H. 
  17. ^ Tris(2,2,2-trifluoroethyl) borate 97% | Sigma-Aldrich. www.sigmaaldrich.com. [2016-09-22]. 
  18. ^ Sabatini, Marco T.; Boulton, Lee T.; Sheppard, Tom D. Borate esters: Simple catalysts for the sustainable synthesis of complex amides. Science Advances. 2017-09-01, 3 (9): e1701028. Bibcode:2017SciA....3E1028S. PMC 5609808  . PMID 28948222. doi:10.1126/sciadv.1701028. 
  19. ^ Wenner, Wilhelm. Phenylacetamide. Organic Syntheses. 1952, 32: 92. doi:10.15227/orgsyn.032.0092. 
  20. ^ Karl Kindler. Studien über den Mechanismus chemischer Reaktionen. Erste Abhandlung. Reduktion von Amiden und Oxydation von Aminen. Liebigs Annalen. 1923, 431 (1): 187–230. doi:10.1002/jlac.19234310111. 
  21. ^ Bodroux F. Bull. Soc. Chim. France. 1905, 33: 831. 
  22. ^ Bodroux reaction. Institute of Chemistry, Skopje, Macedonia. [23 May 2007]. （原始內容存檔於24 September 2015）. 
  23. ^ Schulenberg, J. W.; Archer, S. The Chapman Rearrangement 14. 1965: 1–51. ISBN 978-0471264187. doi:10.1002/0471264180.or014.01. 
  24. ^ Chapman, Arthur William. CCLXIX.—Imino-aryl ethers. Part III. The molecular rearrangement of N-phenylbenziminophenyl ether. Journal of the Chemical Society, Transactions. 1925, 127: 1992–1998. doi:10.1039/CT9252701992. 
  25. ^ March, Jerry. Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3rd. 1966. ISBN 978-0-471-85472-2. 
  26. ^ Adams, Rodger; Krimen, L.I.; Cota, Donald J. Organic Reaction Volume 17. London: John Wiley & Sons, Inc. 1969: 213–326. ISBN 9780471196150. doi:10.1002/0471264180. 
  27. ^ Monson, Richard. Advanced Organic Synthesis: Methods and Techniques (PDF). New York: Academic Press. 1971: 141 [2022-07-26]. ISBN 978-0124336803. （原始內容 (PDF)存檔於2021-11-04）. 
  28. ^ Corson, B. B.; Scott, R. W.; Vose, C. E. Cyanoacetamide. Organic Syntheses. 1941, 1: 179. doi:10.15227/orgsyn.009.0036. 
  29. ^ Jacobs, W. A. Chloroacetamide. Organic Syntheses. 1941, 1: 153. doi:10.15227/orgsyn.007.0016. 
  30. ^ Kleinberg, J.; Audrieth, L. F. Lactamide. Organic Syntheses. 1955, 3: 516. doi:10.15227/orgsyn.021.0071. 
  31. ^ 邢其毅等 2005b，第612-614頁.
  32. ^ Gunanathan, C.; Ben-David, Y.; Milstein, D. Direct Synthesis of Amides from Alcohols and Amines with Liberation of H2. Science. 2007, 317 (5839): 790–2. Bibcode:2007Sci...317..790G. PMID 17690291. S2CID 43671648. doi:10.1126/science.1145295. 
  33. ^ T. A. Dineen; M. A. Zajac; A. G. Myers. Efficient Transamidation of Primary Carboxamides by in situ Activation with N,N-Dialkylformamide Dimethyl Acetals. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (50): 16406–16409. PMID 17165798. doi:10.1021/ja066728i. 
  34. ^ Emma L. Baker; Michael M. Yamano; Yujing Zhou; Sarah M. Anthony; Neil K. Garg. A two-step approach to achieve secondary amide transamidation enabled by nickel catalysis. Nature Communications. 2016, 7: 11554. Bibcode:2016NatCo...711554B. PMC 4876455  . PMID 27199089. doi:10.1038/ncomms11554. 
  35. ^ Smith, Michael B.; March, Jerry, Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure 6th, New York: Wiley-Interscience, 2007, ISBN 978-0-471-72091-1 
  36. ^ 美國專利第5,935,953號
  37. ^ 邢其毅等 2005b，第618-620頁.
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