アミドの還元

カルボニル基が窒素原子に結合し、アミド官能基を持つ化学物質と同様に、アミドとして知られる官能基を形成する場合。アミドは、カルボン酸をアミンに結合することによって形成されます。無機陰イオンNH2は、アミドとしても知られています。アンモニアの共役塩基（NH3）です。アミン基が NH2、NHR、または NRR' の形をしており、R と R' が非水素基である場合、アミン基の分類に基づいて、それらはそれぞれ第一級、第二級、および第三級アミンと呼ばれます。自然界と技術界の両方にアミドが見られます。ナイロン、トワロン、ケブラーなどのタンパク質とポリマーは、ユニットを結合するアミド基 (ポリアミド) を持つポリマーです。これらの構造は容易に生成されるため、構造が厳密になり、加水分解に抵抗します。彼らは、アミドであるパラセタモール、ペニシリン、LSDなどの薬物だけでなく、多くの重要な生物学的分子をさらに持っています.ジメチルホルムアミドなどの低分子量の溶媒が一般的に使用されます。

アミドとその特性

• 絆

孤立電子対を持つ窒素は、カルボニル基によって非局在化し、窒素と炭素の間に部分的な二重結合が形成されます。実際には、非局在化した電子は、O、C、および N 原子の分子軌道を占有し、共役系を形成します。その結果、アミドの 3 つの窒素結合は、(アミンのように) ピラミッド型ではなく、本質的に平面です。この平面的な制限により、N リンケージの周りの回転が阻害されます。これは、そのような分子のバルク材料の機械的特性と、そのような接続によって形成される高分子の構成特性に重要な意味を持ちます。アミド基は紡糸できないため、エステル基と区別され、より柔軟なバルク材料が得られます。

• 溶解度

アミドとエステルの溶解度は本質的に同等です。これらの分子は水素結合の供与と受容の両方を行う可能性があるため、カルボン酸とアミンはアミドよりも溶解性が高くなります。 N,N-ジメチルホルムアミドを除くと、第三級アミドの水溶性は低くなります。

• 塩基性

アミドは、アミンとは対照的に、弱塩基の例の 1 つでもあります。アミンの共役酸のpKa値は9.5ですが、アミドの共役酸のpKa値は0.5です。その結果、アミドは水中で明らかな酸塩基特性を持ちません。カルボニルは、最初にアミンから電子を引き抜きます。これは、塩基性が相対的に欠如していることを説明しています。

アミドの還元

• アミドの触媒還元

生成されるアミンは天然物、医薬品、農薬、染料などに広く使用されているため、アミドの接触水素化は有機化学者にとって非常に興味深いものです。分子状水素を使用したアミドの直接水素化は、（過剰）化学量論的還元剤を使用した典型的なアミドの還元よりも環境に優しいアプローチです。さらに、高級アミン (C–O 開裂によって得られる) だけでなく、低級アミンとアルコール、またはアミノ アルコール (C–N 開裂によって得られる) にも選択的にアクセスできるため、非常に用途の広い変換です。

アミドをアミンに変換するには、接触水素化を利用できます。ただし、この手順では、高い水素化圧力と反応温度が必要になることがよくあります。反応の選択的触媒は、亜クロム酸銅、三酸化レニウム、酸化レニウム(VII)などです。

• アミドの非接触還元

テトラヒドロフランやメタノールなどの溶媒系中の水素化アルミニウム リチウムや水素化ホウ素リチウムなどの金属水素化物は、このプロセスを変化させる可能性のある還元剤です。

• アミドのアミンへの還元

最初のステップでは、エステルの極性カルボニル基の求電子性 C が、ヒドリド試薬の求核性 H 型と反応します。 C=O からの電子は、電子が不足している O に移動し、金属アルコキシド中間錯体を形成します。

2 番目のステップでは、金属アルコキシド脱離基の一部として、四面体中間体が崩壊して O を置換し、中間体として反応性の高いイミニウム イオンが生成されます。

3番目と最後のものは、イミニウム系の求電子Cに寄与するため、水素化物試薬からの求核Hが急速に還元されます。アミン生成物は、C=N からの電子がカチオン性 N に移動し、電荷を中和するときに形成されます。

• アミドのアルデヒドへの還元

比較的穏やかな反応条件下で高収率でさまざまなアミドを対応するアルデヒドに変換するために、シュワルツ試薬が使用されてきました。並外れた化学選択性により、ワインレブのアミドを含むさまざまな 30 のアミドを同じアルデヒドに直接変換できます。 10 および 20 アミドも実行可能な還元基質であることが示されましたが、収率は対応する 3 級アミドよりも低かったです。

一般に、一般的に利用可能な金属水素化物を使用してアミドをアルデヒドに還元すると、多くの状況で副生成物として対応するアルコールとアミンが分離され、低から中程度の収率でアルデヒドが生成されます。

初期の研究によると、第三級アミドと水素化リチウム アルミニウムとの反応により、一致するアミンとアルコールの組み合わせが生成されました。

その後、試薬を逆の順序で追加する (水素化物をアミドに追加する) と、相当数の対応するアルデヒドが生成されることが発見されました。

また、アミド窒素の置換基のサイズを大きくすると、アルデヒドの収率が高くなることも発見されました。

結論

アミノ酸モノマーからのペプチドおよびタンパク質の合成において、アミドは必須成分であるため、生命化学において重要な役割を果たします。それらは工場で数百万トンの量で生産され、ナイロンなどの合成ポリマーにも見られます.その結果、有機化学者は、前世紀を通じてそれらの合成のための多くの技術を考案してきました.それらが広く使用されているのは、その化学構造に由来しており、求核反応に対してカルボニル基との反応性が最も低いため、最も安定したカルボン酸誘導体になります。アミドの構造における窒素と酸素の電気的性質の違いは、主にアミドの不活性の原因です。