Роля і механізмы цыяніду натрыю ў арганічным сінтэзе

Увядзенне

Натрый цыянід (NaCN) — белае крышталічнае цвёрдае рэчыва, добра растваральнае ў вадзе, якое з'яўляецца адначасова моцнай асновай і магутным нуклеафілам, што робіць яго каштоўным рэагентам у Арганічны сінтэзНягледзячы на ​​надзвычайную таксічнасць, якая патрабуе строгіх мер бяспекі падчас апрацоўкі, Цыянід натрыю адыгрывае вырашальную ролю ў сінтэзе розных арганічных злучэнняў, у тым ліку фармацэўтычных прэпаратаў, аграхімікатаў і палімераў.

Роля цыяніду натрыю ў арганічным сінтэзе

Цыянід-іон як нуклеафіл

,en cyanide іён унутры Цыянід натрыю з'яўляецца высокарэактыўным нуклеафілам. Дзякуючы адмоўнаму зараду на Вуглярод атама і высокай электраадмоўнасці атама азоту, ён можа атакаваць электрафільныя цэнтры ў арганічных малекулах, такія як карбанільныя групы, алкілгалогеніды і эпоксіды.

Утварэнне сувязяў C-C

Адна з найважнейшых функцый цыяністы натрый У арганічным сінтэзе рэакцыя рэагуе на стварэнне новых вуглярод-вугляродных сувязей з дапамогай нуклеафільнага замяшчэння і рэакцый далучэння. Напрыклад, калі галагенід алкілу рэагуе з цыянідам натрыю, цыянід-іон замяшчае галагенід-іон, што прыводзіць да ўтварэння нітрылу. Гэтая рэакцыя забяспечвае просты спосаб увядзення дадатковага атама вугляроду ў малекулу. Пасля гэтага нітрыльная група можа быць пераўтворана ў іншыя функцыянальныя групы, такія як карбонавыя кіслоты, аміны або альдэгіды, з дапамогай розных хімічных працэсаў.

Сінтэз амінакіслот - рэакцыя Штрэкера

Цыянід натрыю з'яўляецца ключавым кампанентам у рэакцыі Штрэкера, якая выкарыстоўваецца для сінтэзу α-амінакіслот. У гэтай рэакцыі альдэгід або кетон злучаецца з хларыдам амонію і цыянідам натрыю з утварэннем α-амінанітрылу. Гэты α-амінанітрыл затым можа быць гідралізаваны з атрыманнем адпаведнай α-амінакіслаты.

Рэакцыя праходзіць у некалькі этапаў: спачатку карбанільная група альдэгіду або кетону падвяргаецца пратанацыі, павялічваючы яго электрафільнасць. Затым малекула аміяку атакуе пратанаваную карбанільную групу, а затым адбываецца дэпратанацыя з утварэннем геміаміналю. Далей адбываецца пратанацыя гідраксільнай групы геміаміналю, што прыводзіць да вылучэння вады і ўтварэння іона імінію. Затым цыяністы іон атакуе іон імінію, утвараючы α-амінанітрыл. Нарэшце, гідроліз α-амінанітрылу ў прысутнасці кіслаты або асновы дае α-амінакіслату.

Сінтэз нітрылаў з арылгалогенідаў - рэакцыя Розенмунда-фон Браўна

У рэакцыі Розенмунда-фон Браўна цыянід натрыю выкарыстоўваецца для пераўтварэння арылгалогенідаў, якія з'яўляюцца галагензамешчанымі араматычнымі злучэннямі, у арылнітрылы. Гэтая рэакцыя, якая каталізуецца цыянідам медзі(I) і звычайна патрабуе высокіх тэмператур, уключае ўтварэнне прамежкавага прадукту медзь-арыл. Затым іон цыяніду з цыяніду натрыю рэагуе з гэтым прамежкавым прадуктам, утвараючы арылнітрыл. Гэты працэс важны для ўвядзення нітрыльнай функцыянальнай групы ў араматычнае кольца, якое можна далей мадыфікаваць для сінтэзу розных араматычных злучэнняў, такіх як фармацэўтычныя прэпараты і фарбавальнікі.

Сінтэз карбанільных злучэнняў

Цыянід натрыю таксама ўдзельнічае ў сінтэзе карбанільных злучэнняў. Напрыклад, калі ён рэагуе з эпаксідам, цыянід-іон атакуе менш замешчаны атам вугляроду эпаксіднага кольца, што прыводзіць да яго раскрыцця. Наступны гідроліз атрыманага цыянгідрыну можа прывесці да ўтварэння карбанільнага злучэння.

Механізмы рэакцый з удзелам цыяніду натрыю

Рэакцыі нуклеафільнага замяшчэння

Механізм SN2Калі цыянід натрыю рэагуе з першаснымі алкілгалогенідамі, рэакцыя звычайна адбываецца па механізме SN2 (бімалекулярнага нуклеафільнага замяшчэння). Іон цыяніду атакуе атам вугляроду, звязаны з галагенам, з адваротнага боку, процілеглага становішчу адыходзячага галагенід-іона. Гэта ўзгодненая рэакцыя, пры якой разрыў сувязі вуглярод-галаген і ўтварэнне сувязі вуглярод-цыянід адбываюцца адначасова. Хуткасць рэакцыі залежыць ад канцэнтрацый як алкілгалогеніду, так і цыянід-іона, і стэрэахімія прадукту інвертаваная ў параўнанні са стэрэахіміяй зыходнага рэчыва.

Механізм SN1З троеснымі алкілгалогенідамі рэакцыя можа працякаць па механізме SN1 (унімалекулярнага нуклеафільнага замяшчэння). Спачатку алкілгалогенід дысацыюе з утварэннем карбакатыённага прамежкавага прадукту. Затым цыянід-іон атакуе гэты карбакатыён з утварэннем прадукту. Механізм SN1 характарызуецца ўтварэннем планарнага карбакатыённага прамежкавага прадукту, прычым прадукт можа праяўляць сумесь стэрэахімій, з'яву, вядомую як рацэмізацыя, з-за таго, што нуклеафіл атакуе з абодвух бакоў планарнага карбакатыёну.

Рэакцыі нуклеафільнага далучэння

Далучэнне да карбанільных групКалі цыянід натрыю рэагуе з альдэгідамі або кетонамі, цыянід-іон нацэльваецца на электрафільны атам вугляроду карбанільнай групы. Карбанільная група мае палярызаваную сувязь вуглярод-кісларод, прычым атам вугляроду з'яўляецца электрафільным цэнтрам. Атака цыянід-іона стварае новую сувязь вуглярод-цыянід, і атам кіслароду карбанільнай групы атрымлівае адмоўны зарад. На наступным этапе крыніца пратонаў, такая як вада або кіслата, пратануе атам кіслароду з утварэннем цыянагідрыну. Гэтая рэакцыя зварачальная, і раўнавагу можна наладзіць у бок прадукту, кантралюючы ўмовы рэакцыі.

Дадатак да імінаўУ рэакцыі Штрэкера далучэнне цыянід-іона да іона імінію, які ўтвараецца ў выніку рэакцыі альдэгіду або кетону з аміякам, адбываецца па падобным механізме нуклеафільнага далучэння. Іон імінію мае станоўчы зарад на атаме азоту, што робіць суседні атам вугляроду электрафільным. Цыянід-іон атакуе гэты атам вугляроду, утвараючы новую сувязь вуглярод-цыянід і прыводзячы да ўтварэння α-амінанітрылу.

Меркаванні бяспекі

Важна падкрэсліць, што цыянід натрыю надзвычай таксічны. Удыханне, праглынанне або кантакт са скурай могуць быць смяротнымі. Пры працы з цыянідам натрыю неабходна выконваць строгія правілы бяспекі. Гэта ўключае ў сябе правядзенне эксперыментаў у добра вентыляванай выцяжной шафе, нашэнне адпаведных сродкаў індывідуальнай абароны, такіх як пальчаткі, ахоўныя акуляры і лабараторны халат, а таксама наяўнасць належных планаў дзеянняў у надзвычайных сітуацыях у выпадку выпадковага ўздзеяння.

Conclusion

Цыянід натрыю — магутны і універсальны рэагент у арганічным сінтэзе. Яго здольнасць дзейнічаць як нуклеафіл і ствараць новыя вуглярод-вугляродныя сувязі робіць яго незаменным інструментам для хімікаў пры сінтэзе шырокага спектру арганічных злучэнняў. Разуменне механізмаў рэакцый з удзелам цыяніду натрыю мае важнае значэнне для распрацоўкі эфектыўных сінтэтычных шляхоў і прагназавання вынікаў рэакцый. Аднак з-за яго высокай таксічнасці яго выкарыстанне павінна старанна рэгулявацца і праводзіцца з найвышэйшымі мерамі бяспекі для абароны дабрабыту хімікаў і навакольнага асяроддзя.