Carbonsäureamide

Carbonsäureamide

Allgemeine Struktur eines primären Amids.

Allgemeine Struktur eines tertiären, N,N-Dialkylamids.

Carbonsäureamide sind Derivate des Ammoniaks, sowie von primären und sekundären Aminen, in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome am Stickstoff durch Carbonsäurereste (R-CO-) ersetzt sind. Sie sind eine Untergruppe der Amide. Carbonsäureamide sind Reaktionsprodukte von Carbonsäurechloriden oder Carbonsäureanhydriden mit Ammoniak oder Aminen. Carbonsäuren selbst reagieren mit Ammoniak oder Aminen zum jeweiligen Ammoniumsalz, jedoch nicht zu Carbonsäureamiden.

Nomenklatur

Bei Carbonsäureamiden unterscheidet man entsprechend der Anzahl der Carboxygruppen am Stickstoff zwischen primären (eine Carboxygruppe, zwei Wasserstoffatome), sekundären (zwei Carboxygruppen, ein Wasserstoffatom) und tertiären (drei Carboxygruppen, kein Wasserstoffatom) Amiden. Amide mit ein oder zwei Alkylgruppen am Stickstoffatom nennt man N-Alkylamide, bzw. N,N-Dialkylamide. Cyclische Amide werden als Lactame bezeichnet. Sekundäre Amide von Dicarbonsäuren werden Imide genannt. Peptide und Proteine bestehen aus – durch Amidbindungen verknüpften – Aminosäuren. Diese Form der Bindung wird oft Peptidbindung genannt. Technisch sehr bedeutend sind die Polyamidfasern Nylon und Perlon.

Resonanz der Amid-Bindung, die wichtigen Atome und freien Elektronenpaare in blau, rechts eine Zwitterion-Grenzstruktur.

Schematische Darstellung: In flüssiger und fester Phase existieren zwischen den einzelnen Carbonsäureamid-Molekülen gestrichelt blau gezeichnete Wasserstoffbrückenbindungen.

Struktur

Da das Carbonyl-Kohlenstoff- sowie das Stickstoff-Atom sp²-hybridisiert sind, liegen alle drei Atome der Amidbindung -CO-N= sowie deren Nachbaratome in einer Ebene. Weil weiterhin die C-N-Bindung wesentlich kürzer (132 pm) ist als in anderen Kohlenstoff-Stickstoffverbindungen (147 pm), muss von einem konjugierten System ausgegangen werden, in dem durch Delokalisierung von π-Elektronen ein partieller Doppelbindungscharakter vorliegt. Wegen der sp²-Hybridisierung des Stickstoffs ist dessen freies Elektronenpaar kein protonierbares n-Elektronenpaar, sondern (wie z. B. im Pyrrol) ein zur Konjugation beitragendes π-Elektronenpaar, daher sind Amide nicht basisch.

Wasserstoffbrückenbindung zwischen Carbonsäureamid-Molekülen

Als Ursache für die verhältnismäßig hohen Siedepunkte und Schmelzpunkte von Carbonsäureamiden im Vergleich zu den Carbonsäuren wird deren partieller Zwitterionencharakter (siehe Abbildung) und die Ausbildung von Wasserstoffbrücken (siehe Abbildung) angesehen.

Vertreter

Carbonsäureamide
Name	Struktur	Anmerkungen
Formamid		Das einfachste Amid, abgeleitet von der Ameisensäure und Ammoniak
N,N-Dimethylformamid (DMF)		Verwendet als aprotisches Lösungsmittel in der organischen Chemie und leitet sich von Dimethylamin und Ameisensäure ab.
Acetamid (Ethanamid)		Amid der Essigsäure
Harnstoff		Ein Diamid, abgeleitet von der Kohlensäure.
ε-Caprolactam		Ein cyclisches Carbonsäureamid. Ein Ausgangsstoff für Polyamide.
Phthalimid	Datei:Phthalimide.png	Das cyclische Imid der Phthalsäure.
Weitere Beispiele siehe Kategorie:Amid, Kategorie:Lactam und Kategorie:Imid

Darstellung

Amide werden hauptsächlich aus der Reaktion von Carbonsäurederivaten mit Ammoniak oder einem Amin gewonnen. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Carbonsäurederivat um ein Carbonsäurechlorid. Das freigesetzte Chlorwasserstoff (HCl) reagiert mit dem Amin zu einem Hydrochlorid, sodass das Amin in doppelter Menge eingesetzt werden muss:

$\mathrm {R{\mathord {-}}CO{\mathord {-}}Cl\ +\ 2\ H_{2}N{\mathord {-}}R'\ \longrightarrow \ R{\mathord {-}}CO{\mathord {-}}NH{\mathord {-}}R'\ +\ R'{\mathord {-}}NH_{3}^{+}Cl^{-}}$

Die Aminolyse von Carbonsäureestern liefert Carbonsäureamide und Alkohole:

$\mathrm {R{\mathord {-}}COOR'\ +\ H_{2}N{\mathord {-}}R''\ \longrightarrow \ R{\mathord {-}}CO{\mathord {-}}NH{\mathord {-}}R''\ +\ HOR'}$

Carbonsäuren selbst reagieren mit Aminen zu den entsprechenden Salzen:

$\mathrm {R{\mathord {-}}COOH\ +\ R'{\mathord {-}}NH_{2}\ \longrightarrow \ R{\mathord {-}}COO^{-}\ +\ R'{\mathord {-}}NH_{3}^{+}}$

Bei starkem Erhitzen dissoziieren die Salze aber teilweise zu Amin und Carbonsäure, die dann unter Wasserabspaltung das Amid ergeben:

$\mathrm {R{\mathord {-}}COOH\ +\ R'{\mathord {-}}NH_{2}\ \longrightarrow \ R{\mathord {-}}CO{\mathord {-}}NH{\mathord {-}}R'\ +\ H_{2}O}$

Weitere wichtige Verfahren zur Synthese von Amiden sind die Ritter-Reaktion, die Hydrolyse von Nitrilen, die Beckmann-Umlagerung und die Haller-Bauer-Spaltung.