Μείωση των αμιδίων

Όταν μια ομάδα καρβονυλίου συνδέεται με ένα άτομο αζώτου και έτσι σχηματίζεται μια λειτουργική ομάδα η οποία είναι γνωστή ως αμίδιο, όπως είναι κάθε χημική ουσία με τη λειτουργική ομάδα αμιδίου. Τα αμίδια σχηματίζονται με συνδυασμό ενός καρβοξυλικού οξέος σε αμίνη. Το ανόργανο ανιόν NH2 είναι επίσης γνωστό ως αμίδιο. Είναι η συζευγμένη βάση της αμμωνίας (NH3). Η βάση βάσει της οποίας ταξινομούνται οι ομάδες αμίνης, εάν η ομάδα αμίνης έχει τη μορφή NH2, NHR ή NRR», όπου τα R και R' είναι μη-υδρογονικές ομάδες, τότε αναφέρονται ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς αμίνες αντίστοιχα. Τόσο στη φύση όσο και στην τεχνολογία μπορούν να βρεθούν αμίδια. Οι πρωτεΐνες και τα πολυμερή όπως το Nylons, το Twaron και το Kevlar είναι πολυμερή με αμιδικές ομάδες (πολυαμίδια) που συνδέουν τις μονάδες τους. Αυτοί οι σχηματισμοί παράγονται εύκολα, και έτσι παρέχουν δομική ακρίβεια και αντιστέκονται στην υδρόλυση. Διαθέτουν πολλά επιπλέον σημαντικά βιολογικά μόρια, καθώς και φάρμακα όπως η παρακεταμόλη, η πενικιλλίνη και το LSD, τα οποία είναι αμίδια. Συνήθως χρησιμοποιούνται διαλύτες με χαμηλό μοριακό βάρος, όπως το διμεθυλοφορμαμίδιο.

Αμίδια και οι ιδιότητές τους

• Σύνδεση 

Το άζωτο που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων στη συνέχεια αποεντοπίζεται από την ομάδα καρβονυλίου και έτσι καταλήγει στο σχηματισμό ενός μερικού διπλού δεσμού μεταξύ αζώτου και άνθρακα. Στην πραγματικότητα, τα αποτοποθετημένα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν μοριακά τροχιακά στα άτομα O, C και N και έτσι σχηματίζουν ένα συζευγμένο σύστημα. Ως αποτέλεσμα, οι τρεις δεσμοί αζώτου στα αμίδια είναι επίπεδοι στη φύση τους παρά πυραμιδικοί (όπως στις αμίνες). Λόγω αυτού του επίπεδου περιορισμού, αναστέλλει τις περιστροφές γύρω από τη σύνδεση N, κάτι που έχει σημαντικές επιπτώσεις για τις μηχανικές ιδιότητες του χύδην υλικού σε τέτοια μόρια και επίσης για τις ιδιότητες διαμόρφωσης των μακρομορίων που σχηματίζονται από τέτοιες συνδέσεις. Λόγω της αδυναμίας τους να περιστρέφονται, οι αμιδικές ομάδες διακρίνονται από τις εστερικές ομάδες, με αποτέλεσμα ένα πιο εύκαμπτο χύμα υλικό.

• Διαλυτότητα 

Οι διαλυτότητες αμιδίου και εστέρα είναι ουσιαστικά ισοδύναμες. Επειδή αυτά τα μόρια μπορούν να δώσουν και να δέχονται δεσμούς υδρογόνου, το καρβοξυλικό οξύ και οι αμίνες είναι πιο διαλυτά από τα αμίδια. Εξαιρουμένου του Ν,Ν-διμεθυλοφορμαμιδίου, τα τριτοταγή αμίδια έχουν χαμηλή υδατοδιαλυτότητα.

• Βασική

Τα αμίδια είναι επίσης ένα από τα παραδείγματα ασθενών βάσεων σε αντίθεση με τις αμίνες. Η τιμή pKa του συζευγμένου οξέος αμίνης είναι 9,5, ενώ η τιμή pKa ενός συζευγμένου οξέος αμιδίου είναι 0,5. Ως αποτέλεσμα, τα αμίδια δεν έχουν τόσο προφανή οξεοβασικά χαρακτηριστικά στο νερό. Το καρβονύλιο αφαιρεί πρώτα ηλεκτρόνια από την αμίνη, γεγονός που εξηγεί τη σχετική έλλειψη βασικότητας.

Μείωση των αμιδίων

• Καταλυτική αναγωγή αμιδίων

Η καταλυτική υδρογόνωση των αμιδίων παρουσιάζει τεράστιο ενδιαφέρον για τους οργανικούς χημικούς αφού οι αμίνες που παράγονται χρησιμοποιούνται ευρέως σε φυσικά προϊόντα, φάρμακα, αγροχημικά, βαφές και άλλα είδη. Η άμεση υδρογόνωση αμιδίων με χρήση μοριακού υδρογόνου είναι μια πιο πράσινη προσέγγιση από την τυπική αναγωγή αμιδίων με τη χρήση (υπερ)στοιχειομετρικών αναγωγικών. Επιπλέον, είναι ένας εξαιρετικά ευέλικτος μετασχηματισμός, καθώς μπορεί επιλεκτικά να έχει πρόσβαση όχι μόνο σε ανώτερες αμίνες (που λαμβάνονται με διάσπαση C-O), αλλά και σε χαμηλότερες αμίνες και αλκοόλες ή αμινοαλκοόλες (που λαμβάνονται με διάσπαση C-N).

Για τη μετατροπή των αμιδίων σε αμίνες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί καταλυτική υδρογόνωση. Ωστόσο, η διαδικασία απαιτεί συχνά υψηλές πιέσεις υδρογόνωσης και θερμοκρασίες αντίδρασης. Εκλεκτικοί καταλύτες για αντιδράσεις είναι ο χρωμίτης χαλκού, το τριοξείδιο του ρηνίου και το οξείδιο του ρηνίου (VII) κ.λπ.

• Μη καταλυτική αναγωγή αμιδίων

Τα υδρίδια μετάλλων όπως το υδρίδιο του αργιλίου λιθίου ή το βοροϋδρίδιο του λιθίου σε συστήματα διαλυτών όπως το τετραϋδροφουράνιο και η μεθανόλη είναι αναγωγικοί παράγοντες που μπορούν να αλλάξουν αυτή τη διαδικασία.

• Αναγωγή αμιδίου σε αμίνες

Πρώτο βήμα, Το ηλεκτρόφιλο C στην πολική καρβονυλομάδα του εστέρα αντιδρά με την πυρηνόφιλη μορφή Η του αντιδραστηρίου υδριδίου. Τα ηλεκτρόνια από το C=O μεταναστεύουν στο ηλεκτρόνιο – ελλειμματικό Ο, σχηματίζοντας ένα ενδιάμεσο σύμπλεγμα μεταλλικού αλκοξειδίου.

Δεύτερο βήμα, ως μέρος μιας αποχωρούσας ομάδας μετάλλου αλκοξειδίου, το τετραεδρικό ενδιάμεσο καταρρέει και εκτοπίζει το Ο, με αποτέλεσμα ένα εξαιρετικά αντιδραστικό ιόν ιμινίου ως ενδιάμεσο.

Τρίτο και τελευταίο, καθώς συνεισφέρει στο ηλεκτρόφιλο C στο σύστημα ιμίνιο, το πυρηνόφιλο Η από το αντιδραστήριο υδριδίου υφίσταται ταχεία αναγωγή. Το προϊόν αμίνης σχηματίζεται όταν τα ηλεκτρόνια από το C=N ταξιδεύουν στο κατιονικό N, εξουδετερώνοντας το φορτίο.

• Αναγωγή αμιδίου σε αλδεΰδες

Για τη μετατροπή μιας ποικιλίας αμιδίων στις αντίστοιχες αλδεΰδες τους κάτω από σχετικά μέτριες συνθήκες αντίδρασης και σε υψηλές αποδόσεις, χρησιμοποιήθηκε το αντιδραστήριο Schwartz. Με εξαιρετική χημειοεκλεκτικότητα, μια ποικιλία από 30 αμίδια, συμπεριλαμβανομένου του αμιδίου του Weinreb, μπορεί να μετατραπεί απευθείας στις ίδιες αλδεΰδες. Τα αμίδια 10 και 20 αποδείχθηκαν επίσης βιώσιμα υποστρώματα αναγωγής, ωστόσο οι αποδόσεις ήταν χαμηλότερες από εκείνες των αντίστοιχων τριτοταγών αμιδίων.

Γενικά, η αναγωγή αμιδίων σε αλδεΰδες χρησιμοποιώντας συνήθως προσβάσιμα υδρίδια μετάλλων δημιουργεί αλδεΰδες με χαμηλές έως μέτριες αποδόσεις, με τις αντίστοιχες αλκοόλες και αμίνες να απομονώνονται ως παραπροϊόντα σε πολλές περιπτώσεις.

Η αντίδραση τριτοταγών αμιδίων με υδρίδιο λιθίου αργιλίου έδωσε έναν συνδυασμό της αντίστοιχης αμίνης και της αλκοόλης, σύμφωνα με πρώιμες έρευνες.

Μετά από αυτό, ανακαλύφθηκε ότι η προσθήκη των αντιδραστηρίων με αντίστροφη σειρά (προσθήκη του υδριδίου στο αμίδιο) είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός σημαντικού αριθμού από τις αντίστοιχες αλδεΰδες.

Ανακαλύφθηκε επίσης ότι η αύξηση του μεγέθους των υποκαταστατών στο αμιδικό άζωτο είχε ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη απόδοση αλδεΰδης.

Συμπέρασμα

Στη σύνθεση πεπτιδίων και πρωτεϊνών από μονομερή αμινοξέων, τα αμίδια είναι απαραίτητα συστατικά, ως εκ τούτου παίζουν σημαντικό ρόλο στη χημεία της ζωής. Παράγονται σε ποσότητες πολλών εκατομμυρίων τόνων σε εργοστάσια, βρίσκονται επίσης σε συνθετικά πολυμερή όπως το νάιλον. Ως αποτέλεσμα, οι οργανικοί χημικοί έχουν επινοήσει μια πληθώρα τεχνικών για τη σύνθεσή τους κατά τη διάρκεια του περασμένου αιώνα. Η ευρεία χρήση τους πηγάζει από τη χημική τους δομή, η οποία τα καθιστά τα πιο σταθερά παράγωγα καρβοξυλικού οξέος, καθώς προς τις πυρηνόφιλες αντιδράσεις είναι λιγότερο δραστικά στην καρβονυλική ομάδα. Η διαφορά στην ηλεκτρική φύση του αζώτου και του οξυγόνου στη δομή των αμιδίων είναι κυρίως υπεύθυνη για την αδράνειά τους.