氢原子百科 酰胺（amide）是指羧酸中的羟基被氨基（或胺基）取代生成的化合物，也可看成是氨（或胺）的氢被酰基取代而生成的化合物，[1]即实际上就是羧酸的衍生物，[4]通式为RCONR'R''（R、R'、R''可以是氢和烃基）。[1]常见的酰胺有甲酰胺、乙酰胺等。[1] 自然界中也广泛分布，哺乳动物体内的蛋白质、某些抗生素（如青霉素G）、部分生物碱（如秋水仙碱、常山碱等）均含有酰胺键，[1]其中蛋白质中存在的肽键也是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基缩合形成的酰胺键。[5]
常温下，除甲酰胺外，绝大多数酰胺都是固体，[2]熔点、沸点比相对分子质量相近的羧酸高。一般来说，低级酰胺易溶于水，随着相对分子质量的增大，溶解度逐渐减小。[3]酰胺可用相应的羧酸、酰卤或酸酐与氨（胺）反应或贝克曼重排反应制得。[6][7]此外，还可以通过如施密特（Schmidt）反应[8]、里特（Ritter）反应等制备。[9]
酰胺在医学领域应用广泛，比如可用作维生素（如烟酰胺）、麻醉药、抗生素如青霉素等；[10][11][1]在工业领域，低分子液态酰胺可用作优良的非质子极性溶剂、增塑剂、润滑油添加剂等，长链脂肪酸酰胺可作纤维织物的防水剂、非离子型表面活性剂以及合成纤维的柔软剂等。[1]此外，还用于制作肥料、饲料添加剂等。[2][12]
分布
酰胺广泛分布于自然界。例如，蛋白质是以酰胺键相连的高分子化合物（蛋白质中存在的肽键是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基缩合形成的酰胺键[5]），其严格来说是酰胺的高聚物[13]。蛋白质可分为植物性蛋白质和动物性蛋白质两大类。植物蛋白质中，以豆类蛋白质含量最高，肉类蛋白质营养价值优于植物蛋白质。[14] 此外，蛋白质代谢的最终产物尿素也属于酰胺。[1]
一些构成蛋白质的氨基酸也属于酰胺，如谷氨酰胺（主要分布在甜菜中）、天冬酰胺（主要分布在芦笋中）等[15][16]。维生素类如烟酰胺的分布也比较广，其在动植物组织中都有，[17]如肾、肝、肌肉、乳汁、蛋黄、花生等，[18]其中以肉产品较多。[17]
此外，青霉素（如青霉素G、青霉素N等[19]）以及许多生物碱如秋水仙碱、常山碱、麦角碱等分子结构中均含有酰胺键。[1] 其中青霉素G分布在青霉菌中；[20]青霉素N主要分布在头孢霉菌中；[19]秋水仙碱主要分布在土贝母，鲜黄花菜等植物中；[21] 常山碱主要分布在常山根中；[22] 麦角碱主要分布在麦角菌内。[23]
生理作用
在自然界分布最广的酰胺就是蛋白质，[13] 蛋白质不仅是构成机体和生命的物质基础，也是各类酶和激素的主要成分。其具有调节体液渗透压平衡；经氧化后释放能量，以及对机体起免疫保护和运输营养物质等作用。[24]构成蛋白质的氨基酸有一些也属于酰胺如谷氨酰胺和天冬酰胺。谷氨酰胺具有重要的生理功能，是人体内生物合成核酸的必需物质、器官与组织之间氮与碳转移的载体，也是蛋白质合成与分解的调节器以及肾脏排泄氨的重要基质等。[25]此外，芦笋中的天冬酰胺也对人体有许多特殊的生理作用，如可以提高人体的免疫力，从而使细胞恢复正常生理状态。[26]
除蛋白质以外，也还有一些有很重要生理作用的较简单的酰胺类化合物，如青霉素（如青霉素G、青霉素N等[19]），能杀死或抑制其它微生物的生长。[13]烟酰胺是生物体内脱氢辅酶的组成部分，参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢，起传递电子和质子的作用。[18]
结构
酰胺是氨或胺分子中氮原子上的氢原子被酰基取代所形成的化合物。酰胺可看作是氨或胺的衍生物，也可以看作是羧酸的衍生物。其中氨分子中的一个氢被酰基取代为酰胺；酰胺分子中的—NH2基上的一个氢被R基团取代，为N-取代酰胺；—NH2基上的两个氢被R基团取代，为N,N-二取代酰胺。其通式可表示如下：[4][27]
由于酰胺分子中氮原子上的孤对电子和羰基之间可以形成p-π共轭，因此碳氧键和碳氮键的键长趋于平均化，其结构也可以表示如下：[2]
命名
简单酰胺可根据氨基所连的酰基命名，称为“某酰胺”。例如：[4]
取代酰胺的命名，为了区别氮上的烃基和酰基上的烃基，将氮原子上的取代基放在“某酰胺”前面，用“N-某基”来表示（用N表示该烃基连在氮原子上）；也可称为“某酰某胺”。例如：[2][4]
若氨基的氮原子上连有两个酰基，则称为“某二酰亚胺”。例如：[2]
物理性质
常温下，除甲酰胺外，绝大多数酰胺都是固体，[2]酰胺分子中含有羰基和氨基，它们分子间能形成氢键。由于酰胺分子间氢键缔合能力较强，因此其熔点、沸点甚至比相对分子质量相近的羧酸还高。当酰胺中氮原子上的氢被烷基取代后，由于缔合程度减小，脂肪族N-烷基取代酰胺一般为液体，熔点和沸点也降低。液体酰胺不但可以溶解有机物，而且也可以溶解许多无机物，是良好的溶剂。其中，N,N-二甲基甲酰胺 [HCON(CH3)2]（简称DMF）是优良的极性非质子性溶剂。[3]
低级酰胺易溶于水，随着相对分子质量的增大，溶解度逐渐减小。[3]虽然氢键可以提高酰胺相对于烃（烷烃、烯烃、炔烃和芳香族化合物）的水溶性，但酰胺通常还是被认为是水溶性低的化合物。与同类酸或醇相比，它们的水溶性显著降低，这是因为它们的非离子特性、非极性烃官能团的存在以及叔酰胺无法向水提供氢键（它们只能是氢键受体）。因此，酰胺的水溶性与酯大致相当。通常，酰胺的溶解度低于类似的胺和羧酸，因为胺和羧酸既可以给予也可以接受氢键，并且可以在适当的pH值下电离以进一步提高溶解度。[28]
一些常见酰胺的物理常数如下：[1]
酸碱性
氨基中氮原子上有一对孤电子，易与氢质子结合而显示碱性。但在酰胺分子中，氨基与羰基的碳原子相连，氮原子上的孤电子对与羰基之间形成p-π共轭体系，使氮原子上的电子云密度降低，其结合质子的能力减弱，所以酰胺一般接近中性。而在酰亚胺分子中，氮原子与两个羰基相连，氮原子上的电子云密度更低，使氮原子上所连的氢原子活性增强，从而表现出一定的酸性。例如：[2]
水解与脱水反应
酰胺是一种羧酸衍生物，能发生与酰卤、酸酐和酯相类似的反应。但酰胺的反应活性低于其他羧酸衍生物。酰胺的水解反应必须在酶、强酸或强碱的催化下，长时间回流才能进行。例如：[2]
酰胺在P2O5 、SOCl2等强脱水剂存在下加热也可以发生脱水反应，产物为腈，这也是制备腈的一种方法。此方法尤其适用于制备用卤代烃和NaCN的亲核取代反应难以制备的腈。例如：[2]
醇解反应
酰胺在酸性条件下醇解为酯：[30]
氨（胺）解反应
酰胺与氨（胺）反应，可以生成一个新的酰胺核一个新的胺，因此，反应也可以看做酰胺的交换反应。[31]
与有机金属化合物反应
酰胺也能与有机金属化合物反应，但氮上的活泼氢将首先反应，然后再发生亲和加成。[31]
霍夫曼降解反应
与亚硝酸反应
还原反应
Vilsmeier-Haack反应
Bischler–Napieralski 反应
比西勒-纳皮拉尔斯基（Bischler-Napieralski）环化反应是制备异喹啉类化合物通用的方法之一。一般需要强脱水剂和高沸点溶剂。三氯氧磷溶解在离子液体中可以很好地完成Bischler-Napieralski环化反应，得到较高产率的目标产物异喹啉类化合物。[34]
医学领域
在医学领域，多种药物都属于酰胺类：比如烟酰胺，也叫做维生素PP，其主要用于防治糙皮病及口炎、舌炎等，还有防治心脏传导阻滞、提高窦房结功能及抗快速型实验性心律失常的作用；[10] 临床上常用局麻药多为酰胺类，如利多卡因、布比卡因和罗哌卡因等，其中利多卡因为中效局麻药，布比卡因、罗哌卡因和丁卡因则属长效局麻药；[11]吡嗪酰胺结构类似烟酰胺，对分枝杆菌有效，可与其他抗结核病药物联合用于治疗结核病。[35]
除上述酰胺类药物外，还有：扑热息痛又名对乙酰氨基酚，其化学名为N-(4-羟基苯基)乙酰胺，临床上广泛用于感冒、发烧、头痛、关节痛、神经痛及痛经等症的治疗；[36] 此外，青霉素G，是青霉素类抗生素中的一种常用药物，主要作用于革兰阳性菌、革兰阴性球、菌嗜血杆菌属及各种致病螺旋体等；[1][37]以及麦角酰二胺（英文缩写LSD），其高浓度对外周5-HT受体有拮抗作用，低浓度则为激动作用，可引起幻觉。[38]
工业领域
低分子液态酰胺如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等是优良的非质子极性溶剂，由于它们的溶解能力极强，被广泛应用于各种化学反应；[1][39]也可用作增塑剂、润滑油添加剂和有机合成试剂。[1]
长链脂肪酸酰胺，如硬脂酸酰胺可作纤维织物的防水剂；芥酸酰胺是聚乙烯、聚丙烯挤塑时的润滑剂；N,N-二羟乙基长链脂肪酸酰胺是非离子型表面活性剂，也是氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的增塑剂；N-磺烷基取代的长链脂肪酸酰胺是合成纤维的柔软剂。其他酰胺如二元羧酸与二元胺缩合聚合形成的聚酰胺是具有优异性能的合成纤维。[1]
其他
氨解反应
酰胺可用相应的羧酸、酰卤或酸酐与氨（胺）反应制得。但是，若羧酸与氨或碳酸铵反应，生成的是羧酸铵盐，铵盐受强热或在脱水剂的作用下加热，在分子内失去一分子水后才能形成酰胺。胺也能够作为亲核试剂进攻羰基官能团，生成酰胺。例如：[6]
贝克曼重排反应
其他
腈也可以部分水解，生成酰胺。[1] 此外，还可通过如Schmidt反应、Willgerodt-Kindle反应、Passerini反应、Ugi反应、Bodroux反应、Chapman重排、Ritter反应等制备酰胺。
尿素
尿素又称脲，是碳酸的二酰胺。尿素是哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物，存在于动物的尿中。许多含氮化合物在代谢过程中所释放的氨是有毒的，通过转变为尿素从尿中排出而使氨的浓度降低。正常成人每天排泄的尿中约含尿素30g。 尿素为无色晶体，熔点133℃，易溶于水和乙醇，难溶于乙醚。其除了有酰胺的一般化学性质外，因两个氨基连在一个羰基上，又有与一般酰胺不同的性质，如将尿素加热到稍高于它的熔点时，则发生双分子缩合，2分子尿素脱去1分子氨而生成缩二脲；[3]也可与硝酸、醋酸生成不溶性盐。[2]
