아마이드

3. 분류

카복사마이드는 치환기 수에 따라 다음과 같이 분류된다(R¹, R² ≠ H).

• 1차 아마이드: R-C(=O)-NH₂
• 2차 아마이드: R-C(=O)-NHR¹
• 3차 아마이드: R-C(=O)-NR¹R²

4. 구조와 결합

질소 원자의 고립 전자쌍은 카보닐기로 비편재화되어 질소와 탄소 사이에 부분적인 이중 결합을 형성한다. 실제로 O, C, N 원자는 비편재화된 전자로 채워진 분자 궤도를 가지고 있어서 공액계를 형성한다. 따라서 아마이드에서 질소의 3개의 결합은 아민의 경우처럼 피라미드 모양이 아니라 평면 모양이다. 이러한 평면 모양으로의 제한은 N 결합에 대한 회전을 방해하므로 해당 분자의 벌크 물질의 기계적 특성과 해당 결합에 의해 구성된 거대분자의 입체배치적 특성에 중요한 영향을 미친다. 회전할 수 없다는 점은 아마이드기와 에스터기의 차이점이며, 에스터기는 회전을 허용하여 더 유연한 벌크 물질을 만든다.^[42]

아마이드의 C-C(O)NR₂ 코어는 평면이다. C=O 거리는 C-N 거리보다 약 10% 짧다. 아마이드의 구조는 중성 구조와 양쪽성 이온 구조의 두 가지 구조 사이의 공명으로도 설명할 수 있다.

5. 물리적 성질

1차, 2차 아마이드는 수소 결합을 할 수 있으며, 이것이 펩타이드와 단백질의 고차 구조의 원인이 된다. 자세한 내용은 단백질 문서를 참조하라.

아마이드 구조는 이미드산 구조(R-C(=NR')-OH)와 호변이성질화를 한다. 일반적으로 아마이드 구조가 훨씬 안정적이지만, 고리형 락탐 또는 헤테로고리 화합물에서는 이미드산 구조(락팀)이 안정적인 경우가 있다.^[1]

6. 염기성도

아민에 비해 아마이드는 매우 약한 염기이다. 아민의 짝산의 p''K''_a가 약 9.5인 반면, 아마이드의 짝산의 p''K''_a는 약 -0.5이다. 따라서 아민과 비교했을 때 아마이드는 물에서 눈에 띄는 산-염기 특성을 갖지 않는다. 이러한 상대적인 염기성 부족은 카보닐기가 아민으로부터 전자를 끌어내는 것으로 설명된다. 반면, 아마이드는 카복실산, 에스터, 알데하이드, 케톤보다 훨씬 강한 염기이다(이들의 짝산의 p''K''_a는 −6과 −10 사이이다).

1차 또는 2차 아마이드의 양성자는 쉽게 분리되지 않으며, p''K''_a는 보통 15보다 훨씬 높다. 반대로, 극도로 산성인 조건에서 카보닐기의 산소는 약 -1의 p''K''_a로 양성자화될 수 있다. 이는 질소의 양전하 때문만은 아니고 공명을 통해 얻은 산소의 음전하 때문이기도 하다.

7. 반응

아마이드는 친핵성 치환 반응에 쉽게 참여하지 않으며, 물에 안정적이다. 에스터보다 가수분해에 대한 안정성이 약 100배 더 높지만, 산이나 염기 존재 하에 카복실산으로 가수분해될 수 있다. 산성 조건에서는 카복실산과 암모늄 이온이 생성되고, 염기성 가수분해에서는 카복실산 이온과 암모니아가 생성된다.^[45]

1차 및 2차 아마이드는 그리냐르 시약과 유기 리튬 시약에 의해 N-H 결합이 탈양성자화된다. 3차 아마이드는 탄소 친핵체와 반응하여 케톤을 생성한다. ''N'',''N''-다이메틸폼아마이드(DMF)는 폼일기를 도입하는 데 사용될 수 있다.^[44]

8. 합성

아마이드는 일반적으로 카복실산과 아민을 결합시켜 제조한다. 직접적인 반응은 물을 제거하기 위해 높은 온도를 필요로 한다.^[47][48][49]

에스터는 카복실산에 비해 반응성이 좋다.^[47][48][49]

산 염화물(쇼텐-바우만 반응)과 무수물(루미에르-바르비어 법)을 "활성화"하면 아민과 반응하여 아마이드를 생성할 수 있다.

펩타이드 합성에는 HATU, HOBt 또는 PyBOP와 같은 커플링제가 사용된다.^[50]

나이트릴의 가수분해를 통해 지방산 아마이드를 산업적으로 생산할 수 있다.^[51] 실험실에서도 사용 가능하다.^[52]

다음은 아마이드 생성의 특수한 방법들이다.^[53]

반응명	기질	세부 사항
베크만 자리옮김	고리형 케톤	하이드록실아민과 산을 시약으로 사용한다.
슈미트 반응	케톤	하이드라조산을 시약으로 사용한다.
빌게로트 반응	아릴 알킬 케톤	황 및 모르폴린을 사용한다.
파세리니 반응	카복실산, 케톤 또는 알데하이드
우기 반응	아이소사이아나이드, 카복실산, 케톤, 1차 아민
보드루 반응[56][57]	카복실산, 그리냐르 시약과 아닐린 유도체인 ArNHR'
채프먼 자리옮김[58][59]	아릴 이미노 에터	N,N-다이아릴 아마이드의 경우, 반응 메커니즘은 친핵성 방향족 치환에 기초한다.[60]
로이카르트 아마이드 합성[61]	아이소사이아네이트	알루미늄 삼염화물을 촉매로 하여 아렌과 아이소사이아네이트가 반응하여 방향족 아마이드가 형성된다.
리터 반응[62]	알켄, 알코올 또는 기타 카보늄 이온 공급원	농축된 산의 존재 하에 나이트릴과 카보늄 이온 사이의 첨가 반응을 통해 생성된 2차 아마이드
올레핀에 폼아마이드의 광분해 첨가[63]	말단 알켄	말단 알켄과 폼아마이드 사이의 자유 라디칼 동종 반응
탈수소화 커플링[64]	알코올, 아민	루테늄 탈수소화 촉매가 필요하다.
트랜스아마이드화[65][66]	아마이드	일반적으로 느림

최근에는 알코올과 아민을 촉매 존재 하에 직접 반응시켜 아마이드를 합성하는 방법도 개발되고 있다.^[34]

9. 활용

단백질과 나일론, 아라미드, 트와론, 케블라와 같은 중요한 플라스틱은 아마이드기로 연결된 중합체(폴리아마이드)이다. 이러한 결합은 쉽게 형성되고, 구조적 강성을 제공하며, 가수분해에 저항성을 지닌다. 아마이드에는 파라세타몰, 페니실린, LSD와 같은 많은 약물뿐만 아니라 다른 많은 중요한 생물학적 화합물이 포함되어 있다.^[41] 다이메틸폼아마이드와 같은 저분자량 아마이드는 일반적인 용매이다.

10. 주요 아마이드

• 폼아마이드
• 아세트아마이드
• 벤즈아마이드
• N,N-다이메틸폼아마이드 (DMF)
• 아세트아닐리드

참조

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_[2] 사전 Amide American Heritage Dictionary
_[3] 웹사이트 amide - Definition of amide in English by Oxford Dictionaries http://www.oxforddic[...] 2018-04-15
_[4] goldbook amides
_[5] 서적 Nomenclature of Organic Compounds: Principles and Practice American Chemical Society
_[6] 간행물 Amides, Imides, Hydrazides, Nitriles, Aldehydes, Their Chalcogen Analogues, and Derivatives https://old.iupac.or[...] IUPAC
_[7] 논문 Alkamid database: Chemistry, occurrence and functionality of plant ''N''-alkylamides https://biblio.ugent[...]
_[8] 논문 A new refinement of the orthorhombic polymorph of acetamide 2003
_[9] 논문 "Amide Resonance" Correlates with a Breadth of C−N Rotation Barriers
_[10] 서적 Comprehensive Organic Functional Group Transformations https://archive.org/[...] Pergamon Press
_[11] 서적 Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure https://books.google[...] Wiley-Interscience 2007
_[12] 특허
_[13] 논문 Cyanoacetamide 1941
_[14] 논문 Chloroacetamide 1941
_[15] 논문 Lactamide 1955
_[16] 논문 Amide bond formation: beyond the myth of coupling reagents 2009
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_[21] 논문 Borate esters: Simple catalysts for the sustainable synthesis of complex amides 2017-09-01
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[31] 논문 Efficient Transamidation of Primary Carboxamides by ''in situ'' Activation with N,N-Dialkylformamide Dimethyl Acetals
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