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酰胺

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  此條目介紹的是羧酸的氨基衍生物。關於其他含氧酸的氨基衍生物，請見「酰胺_(官能基)」。
酰胺的通式
甲酰胺，最簡單的酰胺
天冬酰胺是一種含有酰胺結構（標記區）的氨基酸
實驗室中合成尼龍66

酰（sin1）胺（on1）（英語：Amide）是指酰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]。酰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，簡單的酰胺有：甲酰胺、乙酰胺、苯甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺。

酰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酰胺結構相連接。工業上重要的化工材料，如尼龍、芳綸、克維拉、特瓦綸（英語：Twaron）等都是含酰胺結構單體聚合成的合成纖維。許多藥物也都包含酰胺結構，它幫助維持剛性結構並抵抗水解，如對乙酰氨基酚、青黴素、LSD等[3]。一些低分子量的酰胺，是常用的有機溶劑，如DMF和DMAc。

命名

主條目：IUPAC有機物命名法

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

乙酰胺 異丁（基）酰胺 乙二酰二胺

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

乙酰苯胺 N,N-二甲基甲酰胺 二甲基乙酰胺

二元羧酸被氨（或胺）基取代時，稱為「某二酰胺」，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「某二酰亞胺」，英文命名時將詞尾改為-imide；當胺上的烴基與酰胺的碳原子首尾相連形成環狀化合物時，稱為「某內酰胺」，英文命名時將詞尾改為-lactam[5]，例如：

size=80%
丁二酰胺 N-溴代丁二酰亞胺 4-丁內酰胺

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

結構

甲酰胺分子球棍模型，顯示了π電子的離域情況

酰胺中的C-N鍵較胺中的C-N鍵要短，一方面是因為酰胺中C-N鍵的碳是用sp2雜化軌態與氮成鍵，而胺中C-N鍵的碳是用sp3雜化軌態與氮成鍵，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，酰胺中的N、O、C位於同一平面，限制了圍繞酰基的旋轉[8][9]。

酰胺結構有以下的共振式：

羰基與氨基的氮共軛

性質

除甲酰胺外，大部分具有RCONH2結構的酰胺為白色固體，這是因為分子間形成了氫鍵[10][11]。在羧酸衍生物中，酰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，酰胺表現出較弱的鹼性，低級的酰胺可溶於水，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，酰胺的鹼性要弱於胺，但強於酯、酮和羧酸，酰亞胺上的氫原子有弱酸性[12][13]。

蛋白質和肽是含有酰胺鍵的重要生物分子。一些生物鹼中也含有酰胺結構[14]。

合成

酰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酰胺。

酰胺可以通過酯、酸酐（盧米埃爾-巴比耶方法（英語：Lumière–Barbier method））或酰氯（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））來合成酰胺[16]。一些試劑，如Sheppard酰胺化試劑，被用來構建酰胺和亞胺結構[17][18]。

反應 底物 備註
親核酰基取代反應 酰氯或酸酐 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] 芳基亞氨基醚 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
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酰胺，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] 末端烯烴和甲酰胺 甲酰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、酰鹵、酰胺和酸酐 羧酸衍生物可以與氨反應，形成酰胺，稱為氨解。

其他反應

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

酰胺與胺反應生成新的酰胺的反應稱為酰胺交換反應（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

酰胺的酸性水解機理[35]
酰胺的酸性與鹼性水解

酰胺會發生與酯相似的反應，但其反應性弱於酯。酰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。由於酰胺的水解條件相較於酯、酰鹵更強烈，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; 苯磺酰氯; 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

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  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 可免費查閱. （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 互聯網檔案館的存檔，存檔日期21 January 2011.
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  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. 
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