酰胺水解

酰胺水解-酰胺转化为羧酸

在这篇文章中，我们讨论了酰胺酸水解的例子和机理，以及一些酰胺水解的例子，这些例子非常“简单”。我们还简要地讨论了基本条件下的酰胺水解。

目录

1. 酰胺的水解
2. 与酸卤化物和酯相比，为什么酰胺的水解如此困难?
3. 水酸酰胺水解机理
4. 酰胺的碱性水解怎么样
5. 结论:酰胺水解
6. 笔记
7. 补充:3种异常容易破坏的酰胺
8. (高级)参考资料和进一步阅读

---

1.酰胺的水解

酰胺是羧酸这里的-OH羧酸已经被-NH₂， -NHR或-NR₂一个胺．因为a之间的反应羧酸和一个胺生成酰胺也会释放水，这是缩合反应的一个例子。［讨论了酰胺类化合物的命名和合成方法在这里]。

当两个氨基酸形成一个酰胺时，我们称之为a肽除非你一直生活在岩石下，否则你会知道蛋白质是由肽(酰胺)键连接的氨基酸组成的。酰胺不是一个容易被打破的官能团——这也是一件好事，因为地球上的生命如此依赖它们。

缩合反应的反义词是a水解的反应。酰胺的水解通常不是一件容易的事情。酰胺水解的典型条件包括用含水酸长时间加热酰胺。

环状酰胺称为“内酰胺”。就像解开皮带会得到一条简单的皮革，循环水解内酰胺结果形成线性氨基酸。(下面的例子是一个“delta”氨基酸自从胺4号碳上有取代基吗羰基-不要与生命中的“氨基酸”混淆，后者是“α”氨基酸)。

2.与酸卤化物和酯相比，为什么酰胺的水解如此困难?两个原因

那么，是什么让酰胺如此难以分解，与酸氯化物，甚至是酯．

一个关键因素是孤对在氮上的供能能力．回想一下氮上的孤对(胺)少在(电负性更强的)氧上比孤对更紧密地结合，因此更容易获得用于捐赠(即更基本的)。因此，氮碳双键的共振形式比相应的共振形式更重要酯类．[这个主题可能很熟悉:这正是-NH的原因₂在芳香环中是比OH“更活跃”的取代基]。

这有几个有趣的结果。第一个是酰胺上最基本的位点是不氮上的孤对，但是氧气。

质子化首先发生在氧上!

第二个有趣的结果是，由于右共振形式的重要性，在碳氮键中有重要的“双键”特征。[在以前的帖子共轭与共振我们提到过这是碳氮键旋转的障碍大约15-20千卡/摩尔

3.水酸水解酰胺的机理研究

所有这些都是说，水解酰胺远不像裂解酸卤化物那么容易。机制也不那么简单。

那么反应是如何进行的呢?

我们注意到，第一步是酰胺在氧上的可逆质子化反应共轭酸．

质子化羰基氧使羰基碳更好亲电试剂，因为C-O π键减弱，与碳正离子在碳上的共振形式变得更加显著。

下一步是a的加法亲核试剂(水，溶剂或共溶剂)形成一个新的C-O键并破坏C-O键。

这就产生了一个带正电荷的新物种。在下一步中，质子通过氧的去质子化和氮的质子化被穿梭到氮原子上。［去质子化-质子化，或者只是“质子转移”］

产生的带正电的氮现在是a更好离去基团，因为离去基团将是HNR₂(弱碱)代替(-)NR₂(非常坚固的碱)。因此在下一步消除生成一个新的碳氧键并破坏碳氮键。

这就产生了一个正电荷羧酸导数，也就是deprotonated给予中性羧酸，完成酰胺的水解。

这个六步机制(质子化、加成、去质子化、质子化、消去、去质子化)似乎有点耳熟。它是费舍尔酯化反应和其他各种机制的步骤顺序，简称为PADPED。［看到用机制制作音乐］

这个过程的所有步骤都处于平衡状态，直到消去反应发生。一旦碳氮键被打破，加成就极不可能发生胺作为它的共轭酸也不能充当亲核试剂．

对于普通的酰胺，基本上就是酰胺水解的全部。显然对于初级酰胺来说离去基团将是NH_3.，对于仲酰胺，它将是RNH₂．

4.酰胺的碱性水解如何?

这就是酸性水解。碱式水解呢?

这是可以做到的，但通常并不容易。如果坚持使用蛮力，这是可能的。酰胺与碱水解需要长时间加热。

整个问题是为了求a取代反应发生(无论它是S_N2或酰基取代)你需要一个像样的离去基团．因为它是一个强碱，所以它是脱质子的胺(令人困惑的是也被称为“酰胺”，或有时“金属酰胺基”)是相当体面的相反离去基团．所以即使有氢氧化钾这样的强碱和大量的热量，裂解酰胺也很困难。［注1］

5.摘要:用酸或碱将酰胺水解成羧酸

酰胺的酸性水解是那些“肉和土豆”的化学反应之一，是必不可少的了解和理解。彻底理解机理的一个关键是将反应分解为六个步骤(PADPED)，并将其与共享这一核心机制途径的反应进行比较(例如费舍尔酯化，水解酯类，等等)。

确保你能画出环酰胺水解的产物(内酰胺)因为循环分子的反应(以及它们的相反反应，分子内反应)是考试的常见内容。

这个反应在后面斯特合成对氨基酸的水解反应，首先是将氰化物离子加到亚胺上，接着是水解腈给予羧酸．

感谢KG对这篇文章中的数字的帮助!

---

笔记

注1．一些研究表明C-N键的断裂直到第二个羟基被去质子化了。

补充:3种异常容易破坏的酰胺

异常容易断裂的酰胺(1)-酰基咪唑

我们说过，酰胺很难裂解。但是，有必要看看一些例外情况，它们有助于说明这里的关键点。

一种特别容易被破坏的酰胺是酰基咪唑。还有一个碳氮键，氮上还有一个孤对。

那么，为什么它这么容易被打破呢?

想想共振形式。你们注意到咪唑左边的共振形式和右边的共振形式有什么不同吗?

左边的共振形式中，咪唑是芳香的。在右边的共振形式中，有部分碳氮双键的，芳香性消失了。

这不是n -酰基咪唑独有的。对于n -酰基吡咯，n -酰基吲哚和其他化合物来说也是如此，它们的孤对被“束缚”在一个芳香环中。

异常容易分解的酰胺(2)- β -内酰胺

如在魔法戒指在美国，麻省理工学院化学家约翰·希恩(John Sheehan)和他的研究小组花了很长时间合成青霉素。问题是，一旦它们形成了四元酰胺环(一个“β内酰胺)在常规条件下，这该死的东西就会散架。最终希恩的小组发展起来了DCC(以及后来的EDC)作为一种非常温和的形成酰胺键的方法，问题得到了解决。

β-内酰胺它异常容易损坏有两个原因。首先，也是最明显的事实是，有碳氮双键的共振形式是在一个四元环上，而一个有双键的四元环(例如环丁烯)会给系统增加更多的应变。这使得C=N双键的共振贡献者的重要性最小化。第二个更微妙的原因是，环结上的sp3杂化碳(与氮相邻)给氮带来了轻微的皱折，因此轨道重叠比线性酰胺更难。

由于轨道重叠不好，碳氮键缺乏部分双键性质，容易断裂。

异常容易断裂的酰胺(3)- Quinuclidine酰胺

一个相关的例子是这种“桥头堡”酰胺醌。虽然乍一看并不奇怪，但当你建立一个模型时，你会发现氮孤对指向一个奇怪的角度，这防止了与相邻的重叠羰基．右边的晶体结构(来自加州理工学院布莱恩·斯托尔茨教授的这项研究)使得轨道重叠的缺乏更加明显。

还记得Bredt法则关于桥头堡烯烃不稳定?桥头堡上的酰胺氮也是如此。为了使“部分双键特性”以共振形式存在，必须有轨道重叠，正如Bredt的工作所表明的，对于相当小的环尺寸，轨道重叠是非常微弱的。

---

(高级)参考资料和进一步阅读

1. α-AMINODIETHYLACETIC酸
   罗伯特·斯泰格;
   Org。Synth。1942，22, 13
   DOI:10.15227 / orgsyn.022.0013
   以酸性酰胺水解为例，这个过程在有机合成中是相当典型的。一种初级酰胺在浓盐酸中回流2.5小时，得到羧酸．
2. 酰胺水解的催化效率。两步机制
   Richard L. Schowen, H. Jayaraman和Larry Kershner
   美国化学学会杂志196688(14), 3373 - 3375
   DOI：10.1021 / ja00966a034
   酰胺的碱性水解机理研究支持两步添加-消除机制。
3. 2-四氟硼酸喹核铀的合成及结构分析
   谷国介和布莱恩·m·斯托尔茨
   自然441，页面731 - 734 (2006）
   DOI：10.1038 / nature04842
   Stoltz和Tani合成的一种极不稳定的“扭曲”酰胺的结构和晶体结构。