Նատրիումի ցիանիդի բազմակողմանի կիրառությունները օրգանական սինթեզում

ներածություն

Նատրիումի ցիանիդը (NaCN), որի քիմիական բանաձևն է NaCN, սպիտակ բյուրեղային պինդ նյութ կամ փոշի է, որը լավ է լուծվում ջրում և ունի թույլ, դառը նշի հոտ։ Բարձր ռեակտիվության շնորհիվ այն լայնորեն կիրառվել է օրգանական սինթեզի ռեակցիաների լայն շրջանակում։ Այնուամենայնիվ, կարևոր է նշել, որ նատրիումի ցիանիդը չափազանց թունավոր է և պետք է վարվել առավելագույն զգուշությամբ և անվտանգության կանոնակարգերին խիստ համապատասխան։ Այս հոդվածը ուսումնասիրում է նատրիումի ցիանիդի բազմազան կիրառությունները օրգանական սինթեզում։

Կիրառումներ օրգանական սինթեզի մեջ

Ստրեկերի ռեակցիա

Նատրիումի ցիանիդի օրգանական սինթեզում ամենահայտնի կիրառություններից մեկը Շտրեկերի ռեակցիան է: Այս ռեակցիան α-ամինաթթուների սինթեզի հզոր մեթոդ է: Շտրեկերի ռեակցիայի ժամանակ ալդեհիդը կամ կետոնը փոխազդում է ամոնիումի քլորիդի (NH₄Cl) և նատրիումի ցիանիդի հետ: Ռեակցիայի ընդհանուր մեխանիզմը հետևյալն է.

1. Սկզբում ալդեհիդը կամ կետոնը ռեակցիայի մեջ է մտնում ամոնիակի հետ (որը առաջանում է տեղում՝ ամոնիումի քլորիդից)՝ առաջացնելով իմին։ Ալդեհիդի կամ կետոնի կարբոնիլ խումբը պրոտոնացվում է, ինչը այն դարձնում է ավելի էլեկտրոֆիլ։ Այնուհետև ամոնիակը հարձակվում է պրոտոնացված կարբոնիլային ածխածնի վրա, որին հաջորդում է դեպրոտոնացումը՝ առաջացնելով իմին։

2. Հաջորդը, նատրիումի ցիանիդից ստացված ցիանիդ իոնը (CN⁻) գործում է որպես նուկլեոֆիլ և հարձակվում է իմին ածխածնի վրա։ Սա առաջացնում է α-ամինոնիտրիլային միջանկյալ միացություն։

3. Վերջապես, α-ամինո նիտրիլի հիդրոլիզը թթվային կամ հիմնային պայմաններում առաջացնում է համապատասխան α-ամինաթթու։

Շտրեկերի ռեակցիան ապահովում է ամինո խումբը և կարբօքսիլ խումբը (նիտրիլի հիդրոլիզից հետո) մեկ ածխածնի ատոմի մեջ ներմուծելու պարզ միջոց, որը կարևոր է սպիտակուցների կառուցվածքային բլոկների՝ ամինաթթուների սինթեզի համար: Օրինակ, երբ ֆորմալդեհիդը (HCHO) փոխազդում է ամոնիումի քլորիդի և նատրիումի ցիանիդի հետ, որին հաջորդում է հիդրոլիզը, կարելի է ստանալ գլիցին (NH₂CH₂COOH)՝ ամենապարզ ամինաթթուն:

Նիտրիլների պատրաստում

Նատրիումի ցիանիդը սովորաբար օգտագործվում է նիտրիլների ստացման համար: Փոխարինման ռեակցիայի ժամանակ ալկիլ հալոգենիդները (օրինակ՝ մեթիլբրոմիդը, CH₃Br) փոխազդում են նատրիումի ցիանիդի հետ բևեռային ապրոտոնային լուծիչում, ինչպիսին է դիմեթիլսուլֆօքսիդը (DMSO) կամ ացետոնը: Ռեակցիան ընթանում է SN2 մեխանիզմով, որտեղ ցիանիդ իոնը հարձակվում է հալոգենին կապված ածխածնի ատոմի վրա: Հալոգենային ատոմը տեղաշարժվում է, և առաջանում է ալկիլ նիտրիլ: Օրինակ՝

CH₃Br + NaCN → CH3CN + NaBr

Արիլնիտրիլները կարող են նաև սինթեզվել նատրիումի ցիանիդի միջոցով՝ որոշակի դեպքերում: Օրինակ, որոշ անցումային մետաղի կատալիզացված ռեակցիաներում արիլհալոգենիդները կարող են ռեակցիայի մեջ մտնել նատրիումի ցիանիդի հետ՝ պղնձի (I) ցիանիդի (CuCN) կամ պալադիումի կատալիզատորների նման կատալիզատորի առկայության դեպքում: Այս ռեակցիան թույլ է տալիս -CN ֆունկցիոնալ խմբի ներմուծումը արոմատիկ օղակի վրա, որը օգտակար է տարբեր դեղագործական, գյուղատնտեսական քիմիական նյութերի և ներկանյութերի սինթեզում:

Բենզոինի խտացում

Բենզոինի խտացումը մեկ այլ կարևոր ռեակցիա է, որտեղ նատրիումի ցիանիդը խաղում է հիմնական դեր։ Այս ռեակցիայում արոմատիկ ալդեհիդները (արոմատիկ օղակ ունեցող ալդեհիդներ, ինչպիսիք են բենզալդեհիդը, C₆H₅CHO) ռեակցիայի մեջ են մտնում սպիրտային լուծույթում նատրիումի ցիանիդի կատալիտիկ քանակի առկայության դեպքում։ Ռեակցիայի մեխանիզմը ներառում է հետևյալ քայլերը.

1. Ցիանիդային իոնը նախ միանում է բենզալդեհիդի կարբոնիլային ածխածինին՝ գործելով որպես նուկլեոֆիլ։ Այս միացման արգասիք ցիանոհիդրինանման միջանկյալ միացություն է։

2. Ցիանոհիդրինանման միջանկյալ նյութի թթվածնի ատոմի բացասական լիցքը կարող է հարձակվել մեկ այլ բենզալդեհիդի մոլեկուլի կարբոնիլային ածխածնի վրա։

3. Պրոտոնի փոխանցման մի շարք փուլերից և ցիանիդ իոնի անջատումից հետո առաջանում է բենզոին (α-հիդրօքսի-կետոն):

Բենզոինի խտացումը հնարավորություն է տալիս ձևավորել նոր ածխածին-ածխածին կապ երկու ալդեհիդի մոլեկուլների միջև, որը արժեքավոր է ավելի բարդ օրգանական մոլեկուլների սինթեզում: Չնայած վերջին տարիներին ջանքեր են գործադրվել նատրիումի ցիանիդը փոխարինելու ավելի էկոլոգիապես մաքուր կատալիզատորներով, ինչպիսիք են թիազոլիումի աղերը կամ վիտամին B1-ը, նատրիումի ցիանիդի օգտագործման ավանդական մեթոդը որոշ դեպքերում դեռևս արդիական է:

Անհագեցած միացությունների միացման ռեակցիաներ

Նատրիումի ցիանիդը կարող է նաև մասնակցել չհագեցած միացությունների ադմիցիոն ռեակցիաներին: Օրինակ, կատալիզատորի առկայության դեպքում այն ​​կարող է միանալ α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացություններին (օրինակ՝ ակրոլեին, CH₂=CH₂CHO): Ռեակցիան հետևում է Մայքլի տիպի ադմիցիոն մեխանիզմին, որտեղ ցիանիդ իոնը հարձակվում է α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացության β-ածխածնի վրա: Այս ռեակցիան կարող է օգտագործվել չհագեցած համակարգի մեջ ցիանոմեթիլ խումբ (-CH₂CN) ներմուծելու համար, որը կարող է հետագայում փոխակերպվել այլ ֆունկցիոնալ խմբերի: Օրինակ, արդյունքում ստացված արգասիք կարող է հիդրոլիզացվել՝ առաջացնելով կարբոնաթթու կամ վերականգնվել՝ առաջացնելով ամին:

Անվտանգության նկատառումները

Ինչպես արդեն նշվեց, նատրիումի ցիանիդը չափազանց թունավոր է: Նատրիումի ցիանիդի ներշնչումը, կուլ տալը կամ մաշկի հետ շփումը կարող է մահացու լինել: Այն ռեակցիայի մեջ է մտնում թթուների հետ՝ առաջացնելով ջրածնի ցիանիդ (HCN), որը խիստ թունավոր գազ է: Նատրիումի ցիանիդի հետ աշխատելիս պետք է խստորեն պահպանել հետևյալ անվտանգության միջոցառումները.

1. Օգտագործեք լավ օդափոխվող ծխնելույզում՝ թունավոր գազերի կուտակումը կանխելու համար։

2. Կրեք համապատասխան անձնական պաշտպանիչ միջոցներ, այդ թվում՝ ձեռնոցներ, ակնոցներ և լաբորատոր խալաթ։ Որոշ դեպքերում կարող է անհրաժեշտ լինել շնչառական միջոց։

3. Նատրիումի ցիանիդը պահեք անվտանգ, պիտակավորված տարայի մեջ՝ թթուներից և այլ ռեակտիվ քիմիական նյութերից հեռու։

4. Ունեցեք համապատասխան արտակարգ իրավիճակներին արձագանքման պլաններ և սարքավորումներ՝ թափվածքների կամ վթարների դեպքում։

Եզրափակում

Նատրիումի ցիանիդը բազմակողմանի և կարևոր ռեակտիվ է օրգանական սինթեզում: Այն հնարավորություն է տալիս ձևավորել տարբեր հիմնական ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են ամինաթթուները, նիտրիլները և α-հիդրօքսի-կետոնները, և մասնակցում է ածխածին-ածխածին կապի առաջացման կարևոր ռեակցիաներին: Չնայած իր թունավորությանը, ծայրահեղ զգուշությամբ և անվտանգության կանոնակարգերին համապատասխան վարվելիս այն շարունակում է մնալ սինթետիկ քիմիկոսների գործիքակազմում՝ լայն շրջանակի օրգանական միացությունների պատրաստման համար՝ դեղագործական նյութերից մինչև նուրբ քիմիական նյութեր: Այնուամենայնիվ, շարունակական հետազոտական ​​ջանքերը կենտրոնացած են նույն սինթետիկ նպատակներին հասնելու այլընտրանքային, ավելի անվտանգ մեթոդների մշակման վրա: