Натрий цианидінің органикалық синтездегі жан-жақты қолданылуы

кіріспе

Натрий цианиді (NaCN), NaCN химиялық формуласымен, суда жақсы еритін және әлсіз, ащы бадам иісі бар ақ кристалды қатты зат немесе ұнтақ. Жоғары реактивтілігіне байланысты ол органикалық синтез реакцияларының кең ауқымында кеңінен қолданылды. Дегенмен, натрий цианиді өте улы екенін және онымен өте сақтықпен және қауіпсіздік хаттамаларына қатаң сәйкестікте жұмыс істеу керектігін ескеру маңызды . Бұл мақалада органикалық синтезде натрий цианидін қолданудың алуан түрлілігі қарастырылады .

Органикалық синтезде қолдану

Стрекер реакциясы

Натрий цианидінің органикалық синтездегі ең танымал қолданылуының бірі - Стрекер реакциясы. Бұл реакция α-аминқышқылдарын синтездеудің қуатты әдісі болып табылады. Стрекер реакциясында альдегид немесе кетон аммоний хлоридімен (NH₄Cl) және натрий цианидімен әрекеттеседі. Жалпы реакция механизмі келесідей:

1. Алдымен альдегид немесе кетон аммиакпен (аммоний хлоридінен in - situ түзіледі) әрекеттесіп, имин түзеді. Альдегид немесе кетонның көміртегіил тобы протонданады, бұл оны электрофильді етеді. Содан кейін аммиак протонданған карбонилді көміртекке шабуыл жасайды, содан кейін депротонация арқылы имин түзіледі.

2. Содан кейін натрий цианидінен алынған цианид ионы (CN⁻) нуклеофиль ретінде әрекет етеді және имин көміртегіне шабуыл жасайды. Бұл α - амин нитрилінің аралық өнімін құрайды.

3. Ақырында, α - амин нитрилінің қышқылдық немесе негіздік жағдайда гидролизі сәйкес α - амин қышқылын береді.

Стреккер реакциясы амин қышқылдарының, белоктардың құрылыс блоктарының синтезі үшін маңызды болып табылатын бір көміртек атомына амин тобын да, карбоксил тобын да (нитрилдің гидролизінен кейін) енгізудің қарапайым әдісін қамтамасыз етеді. Мысалы, формальдегид (HCHO) аммоний хлоридімен және натрий цианидімен әрекеттескенде, одан кейін гидролизденген кезде ең қарапайым амин қышқылы глицин (NH₂CH₂COOH) алуға болады.

Нитрилдерді дайындау

Натрий цианиді әдетте нитрилдерді дайындау үшін қолданылады. Ауыстыру реакциясында алкилгалогенидтер (мысалы, метилбромиді, CH₃Br) диметил сульфоксиді (DMSO) немесе ацетон сияқты полярлы апротикалық еріткіште натрий цианидімен әрекеттеседі. Реакция SN2 механизмі арқылы жүреді, мұнда цианид ионы галогенмен байланысқан көміртегі атомына шабуыл жасайды. Галоген атомы ығысып, алкилнитрил түзіледі. Мысалы:

CH₃Br + NaCN → CH₃CN + NaBr

Арил нитрилдерін кейбір жағдайларда натрий цианидінің көмегімен синтездеуге болады. Мысалы, кейбір өтпелі – металл – катализделген реакцияларда, мыс (I) цианиді (CuCN) немесе палладий катализаторлары сияқты катализатордың қатысында арилгалогенидтер натрий цианидімен әрекеттесе алады. Бұл реакция - CN функционалдық тобын хош иісті сақинаға енгізуге мүмкіндік береді, ол әртүрлі фармацевтикалық препараттарды, агрохимиялық заттарды және бояғыштарды синтездеуге пайдалы.

Бензоин конденсациясы

Бензоин конденсациясы натрий цианиді негізгі рөл атқаратын тағы бір маңызды реакция болып табылады. Бұл реакцияда хош иісті альдегидтер (ароматты сақинасы бар альдегидтер, мысалы, бензальдегид, C₆H₅CHO) спиртті ерітіндідегі натрий цианидінің каталитикалық мөлшерінің қатысуымен әрекеттеседі. Реакция механизмі келесі қадамдарды қамтиды:

1. Цианид ионы алдымен бензальдегидтің карбонил көміртегіне қосылып, нуклеофиль қызметін атқарады. Бұл қосымша өнім цианогидрин тәрізді аралық өнім болып табылады.

2. Цианогидриннің оттегі атомындағы теріс заряд - аралық зат сияқты, содан кейін басқа бензальдегид молекуласының карбонилді көміртегіне шабуыл жасай алады.

3. Протонды тасымалдау қадамдары мен цианид ионын жоюдан кейін бензоин (α - гидрокси - кетон) түзіледі.

Бензоин конденсациясы күрделі органикалық молекулалардың синтезінде құнды болып табылатын екі альдегид молекуласы арасында жаңа көміртек – көміртегі байланысын құру жолын қамтамасыз етеді. Соңғы жылдары натрий цианидін тиазолий тұздары немесе В₁ дәрумені сияқты экологиялық таза катализаторлармен алмастыруға күш салынса да, кейбір жағдайларда натрий цианидін қолданатын дәстүрлі әдіс әлі де өзекті болып табылады.

Қанықпаған қосылыстарға қосылу реакциялары

Натрий цианиді қанықпаған қосылыстарға қосымша реакцияларға да қатыса алады. Мысалы, катализатордың қатысуымен α,β – қанықпаған карбонил қосылыстарын (мысалы, акролеин, CH₂=CHCHO) қоса алады. Реакция Майкл типті қосу механизмі бойынша жүреді, мұнда цианид ионы α, β - қанықпаған карбонил қосылысының β - көміртегіне әсер етеді. Бұл реакцияны қанықпаған жүйеге цианомитил тобын (-CH₂CN) енгізу үшін қолдануға болады, оны әрі қарай басқа функционалды топтарға айналдыруға болады. Мысалы, алынған өнім карбон қышқылын түзу үшін гидролизденуі немесе аминді түзу үшін тотықсыздандырылуы мүмкін.

Қауіпсіздік мәселелері

Жоғарыда айтылғандай, натрий цианиді өте улы. Натрий цианидімен ингаляция, жұту немесе теріге тию өлімге әкелуі мүмкін. Ол қышқылдармен әрекеттесіп, өте улы газ цианид сутегі (HCN) түзеді. Натрий цианидімен жұмыс істегенде келесі қауіпсіздік шараларын қатаң сақтау керек:

1. Улы газдардың жиналуын болдырмау үшін жақсы желдетілетін сорғышта пайдаланыңыз.

2. Қолғапты, көзілдірікті және зертханалық халатты қоса алғанда, тиісті жеке қорғаныс құралдарын киіңіз. Кейбір жағдайларда респиратор қажет болуы мүмкін.

3. Натрий цианидін қышқылдар мен басқа да реактивті химиялық заттардан алыс, қауіпсіз, таңбаланған контейнерде сақтаңыз.

4. Төгілулер немесе жазатайым оқиғалар кезінде апатты жоюдың тиісті жоспарлары мен жабдықтары болуы керек.

қорытынды

Натрий цианиді – органикалық синтездегі әмбебап және маңызды реагент. Ол аминқышқылдары, нитрилдер және α - гидрокси - кетондар сияқты әртүрлі негізгі функционалды топтардың түзілуіне мүмкіндік береді және маңызды көміртек - көміртегі байланысы - түзуші реакцияларға қатысады. Уыттылығына қарамастан, аса сақтықпен және қауіпсіздік ережелерін сақтай отырып өңделген кезде, ол фармацевтикалық препараттардан жұқа химиялық заттарға дейін органикалық қосылыстардың кең ауқымын дайындауға арналған синтетикалық химиктің құралдар жинағындағы маңызды құрал болып қала береді. Дегенмен, үздіксіз зерттеу күш-жігері бірдей синтетикалық мақсаттарға жету үшін балама, қауіпсіз әдістерді әзірлеуге бағытталған.