Амидная группа встречается во многих биологически важных соединениях, прежде всего в пептидах и белках (пептидная связь). Её электронное и пространственное строение во многом определяет их биологическое функционирование.
Амидная группа представляет собой р-p -сопряженную систему, в которой происходит дополнительное перекрывание р-орбитали атома азота с p -орбиталью связи углерод-кислород.
Такое распределение электронной плотности приводит к увеличению энергетического барьера вращения вокруг связи С-N до 60 – 90 кДж/моль. В результате амидная связь имеет плоское строение, а длины связей C-N и С=О имеют значения соответственно меньше и больше своих обычных величин.
Отсутствие свободного вращения вокруг связи C-N приводит к существованию у амидов цис- и транс-изомеров. Для большинства амидов предпочтительной является транс-конфигурация.
Пептидная связь также имеет транс-конфигурацию, в которой боковые радикалы аминокислотных остатков наиболее удалены друг от друга
Методы получения
1. Ацилирование аммиака или аминов хлорангидридами или ангидридами.
RCOX + 2NH3® RCONH2 + NH4X
RCOX + 2RNH2® RCONHR + RNH3X
X=Cl, OCOR
2. Аминолиз сложных эфиров.
RCOOR + NH3® RCONH2 + ROH
RCOOR + RNH2® RCONHR + ROH
3. Из карбоновых кислот и аммиака или аминов.
RCOOH + NH3® RCOO-NH4+RCOONH2 + H2O
RCOOH + RNH2® RCOONH3R RCOONHR + H2O
4. Гидролиз нитрилов.
Реакции нуклеофильного замещения в карбоксамидной группе.
Амиды - наименее реакционноспособные производные карбоновых кислот. Для них известны реакции гидролиза, которые протекают в жестких условиях под действием водных растворов кислот или щелочей.
Механизмы реакций аналогичны гидролизу сложных эфиров. Однако, в отличие от гидролиза эфиров, кислотный и щелочной гидролиз амидов протекают необратимо.
2.3. Реакции по a -углеродному атому
Карбоновые кислоты, содержащие a -водородные атомы, взаимодействуют с бромом в присутствии фосфора с образованием исключительно a -бромпроизводных (реакция Гелля – Форгальда - Зелинского)
Галоген в a -галогензамещенных кислотах легко замещается под действием нуклеофильных реагентов. Поэтому a -галогензамещенные кислоты являются исходными веществами в синтезе широкого круга замещенных по a -положению кислот, в том числе a -амино- и a -гидроксикислот.
2.4. Декарбоксилирование
Декарбоксилирование – это элиминирование CO2 из карбоновых кислот или их солей. Декарбоксилирование проводят путем нагревания в присутствии кислот или оснований. При этом, как правило, происходит замещение карбоксильной группы на атом водорода.
Незамещенные монокарбоновые кислоты декарбоксилируются в жестких условиях.
Декарбоксилирование облегчается при наличии электроноакцепторных заместителей в a -положении.
Важное значение имеет ферментативное декарбоксилирование кето-, амино- и гидроксикислот в организме ( см. лек. №14 и 16).
Декарбоксилирование путем нагревания (сухой перегонки) кальциевых и бариевых солей карбоновых кислот – метод получения кетонов.
2.5. Восстановление.
Карбоновые кислоты, хлорангидриды, ангидриды и сложные эфиры восстанавливаются LiAlH4 до первичных спиртов.
Хлорангидриды могут быть восстановлены до альдегидов (см. лек. № 11).
При восстановлении амидов карбоновых кислот образуются амины.
Дикарбоновые кислоты
Дикарбоновые кислоты содержат две карбоксильные группы. Наиболее доступными являются кислоты линейного строения, содержащие от 2 до 6 атомов углерода. Их строение и методы получения представлены в таблице 9.
Таблица 9. Методы получения и свойства дикарбоновых кислот.
Формула
Название
рКа1
Метод получения
HOOC-COOH
Щавелевая
(этандиовая)
1,23
HOOCCH2COOH
Малоновая
(1,3-пропандиовая)
2,80
HOOC(CH2)2COOH
Янтарная
(1,4-бутандиовая)
4,17
HOOC(CH2)3COOH
Глутаровая
(1,5-пентандиовая)
4,34
HOOC(CH2)4COOH
Адипиновая
(1,6-гександиовая)
4,43
Фумаровая
(транс-1,4-бутендиовая)
3,03
Из глюкозы под действием бактерий
Малеиновая
(цис-1,4-бутендиовая)
1,93
Химические свойства дикарбоновых кислот в основном аналогичны свойствам монокарбоновых кислот. Они дают все реакции, характерные для карбоксильной группы. При этом могут быть получены функциональные производные (хлорангидриды, ангидриды, сложные, эфиры, амиды) как по одной, так и по обеим карбоксильным группам. Дикарбоновые кислоты имеют большую кислотность, чем монокарбоновые, вследствие –I-эффекта карбоксильной группы. По мере увеличения расстояния между карбоксильными группами кислотность дикарбоновых кислот уменьшается (см. табл. 9).
Кроме того, дикарбоновые кислоты имеют ряд специфических свойств, которые определяются наличием в молекуле двух карбоксильных групп.
Отношение дикарбоновых кислот к нагреванию.
Превращения дикарбоновых кислот при нагревании зависят от длины цепи, разделяющей карбоксильные группы, и определяются возможностью образования термодинамически стабильных пяти- и шестичленных циклов.
При нагревании щавелевой и малоновой кислот происходит декарбоксилирование.
Янтарная, глутаровая и малеиновая кислоты при нагревании легко отщепляют воду с образованием пяти- и шестичленных циклических ангидридов.
Адипиновая кислота при нагревании декарбоксилируется с образованием циклического кетона – циклопентанона.
Реакции поликонденсации
Дикарбоновые кислоты взаимодействуют с диаминами и диолами с образованием соответственно полиамидов и полиэфиров, которые используются в производстве синтетических волокон.
Биологически важные дикарбоновые кислоты.
Щавелевая кислота образует труднорастворимые соли, например, оксалат кальция, которые отлагаются в виде камней в почках и мочевом пузыре.
Янтарная кислотаучаствует в обменных процессах, протекающих в организме. Является промежуточным соединением в цикле трикарбоновых кислот.
Фумаровая кислота, в отличие от малеиновой, широко распространена в природе, участвует в процессе обмена веществ, в частности в цикле трикарбоновых кислот.
Закрепление.
1. Что такое кислоты?
2. Какие производные вам известны?
3. Что является реакцией этерификации?
Домашнее задание.
Конспект лекции, глава 11, учебник учебник: Зурабян С.Е. Лузин А.И.Органическая химия: учебник /Под.ред. проф. И.А.Тюкавкиной - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 384 с.
RCOONH2 + 
