Universalus natrio cianido panaudojimas organinėje sintezėje

Įvadas

Natris Cianidas (NaCN), kurio cheminė formulė NaCN, yra balta kristalinė kieta medžiaga arba milteliai, labai gerai tirpsta vandenyje ir turi silpną, karčiųjų migdolų kvapą. Dėl didelio reaktyvumo ji plačiai naudojama įvairiose srityse. organinė sintezė reakcijos. Tačiau svarbu atkreipti dėmesį, kad natrio cianidas yra itin toksiškas ir su juo reikia elgtis itin atsargiai bei griežtai laikantis saugos protokolų. Šiame straipsnyje nagrinėjamos įvairios jo taikymo sritys. Natrio cianidas organinėje sintezėje.

Taikymas organinėje sintezėje

Streckerio reakcija

Viena iš labiausiai žinomų programų Natrio cianidas Organinėje sintezėje vyksta Streckerio reakcija. Ši reakcija yra galingas α-amino rūgščių sintezės metodas. Streckerio reakcijoje aldehidas arba ketonas reaguoja su amonio chloridu (NH₄Cl) ir natrio cianidu. Bendras reakcijos mechanizmas yra toks:

1. Pirmiausia aldehidas arba ketonas reaguoja su amoniaku (susidariusiu in situ iš amonio chlorido) ir sudaro iminą. Aldehido arba ketono karbonilo grupė yra protonuojama, todėl jis tampa elektrofiliškesnis. Tada amoniakas atakuoja protonuotą karbonilo anglies atomą, po to vyksta deprotonavimas ir susidaro iminas.

2. Toliau natrio cianido cianido jonas (CN⁻) veikia kaip nukleofilas ir atakuoja imino anglies atomą. Taip susidaro α-aminonitrilo tarpinis junginys.

3. Galiausiai, α-aminonitrilo hidrolizė rūgštinėse arba šarminėse sąlygose duoda atitinkamą α-aminorūgštį.

Streckerio reakcija suteikia paprastą būdą į vieną anglies atomą įterpti ir amino grupę, ir karboksilo grupę (po nitrilo hidrolizės), o tai yra labai svarbu aminorūgščių, baltymų statybinių blokų, sintezei. Pavyzdžiui, kai formaldehidas (HCHO) reaguoja su amonio chloridu ir natrio cianidu, o po to vyksta hidrolizė, galima gauti gliciną (NH₂CH₂COOH), paprasčiausią aminorūgštį.

Nitrilų paruošimas

Natrio cianidas dažniausiai naudojamas nitrilams gaminti. Pakeitimo reakcijos metu alkilhalogenidai (pvz., metilbromidas, CH₃Br) reaguoja su natrio cianidu poliniame aprotiniame tirpiklyje, tokiame kaip dimetilsulfoksidas (DMSO) arba acetonas. Reakcija vyksta pagal SN2 mechanizmą, kai cianido jonas atakuoja anglies atomą, prijungtą prie halogeno. Halogeno atomas yra pakeičiamas ir susidaro alkilnitrilas. Pavyzdžiui:

CH3Br + NaCN → CH3CN + NaBr

Arilo nitrilai tam tikrais atvejais taip pat gali būti sintetinami naudojant natrio cianidą. Pavyzdžiui, kai kuriose pereinamųjų metalų katalizuojamose reakcijose arilo halogenidai gali reaguoti su natrio cianidu, esant katalizatoriui, pvz., vario(I) cianidui (CuCN) arba paladžio katalizatoriams. Ši reakcija leidžia į aromatinį žiedą įterpti -CN funkcinę grupę, kuri yra naudinga įvairių vaistų, agrocheminių medžiagų ir dažiklių sintezėje.

Benzoino kondensacija

Benzoino kondensacija yra dar viena svarbi reakcija, kurioje natrio cianidas atlieka pagrindinį vaidmenį. Šioje reakcijoje aromatiniai aldehidai (aldehidai su aromatiniu žiedu, pavyzdžiui, benzaldehidas, C₆H₅CHO) reaguoja esant kataliziniam natrio cianido kiekiui alkoholio tirpale. Reakcijos mechanizmas apima šiuos etapus:

1. Cianido jonas pirmiausia prisijungia prie benzaldehido karbonilo anglies atomo ir veikia kaip nukleofilas. Šis prisijungimo produktas yra cianohidrino tipo tarpinis produktas.

2. Neigiamas cianohidrino tipo tarpinio junginio deguonies atomo krūvis gali atakuoti kitos benzaldehido molekulės karbonilo anglies atomą.

3. Po protonų perdavimo etapų serijos ir cianido jono eliminacijos susidaro benzoinas (α-hidroksiketonas).

Benzoino kondensacija suteikia galimybę sudaryti naują anglies-anglies ryšį tarp dviejų aldehido molekulių, o tai yra vertinga sudėtingesnių organinių molekulių sintezėje. Nors pastaraisiais metais buvo stengiamasi natrio cianidą pakeisti ekologiškesniais katalizatoriais, tokiais kaip tiazolio druskos arba vitaminas B₁, tradicinis metodas, naudojant natrio cianidą, kai kuriais atvejais vis dar aktualus.

Papildymo reakcijos su nesočiaisiais junginiais

Natrio cianidas taip pat gali dalyvauti prijungimo reakcijose su nesočiaisiais junginiais. Pavyzdžiui, esant katalizatoriui, jis gali prisijungti prie α,β-nesočiųjų karbonilo junginių (pvz., akroleino, CH₂=CHCHO). Reakcija vyksta pagal Michaelio tipo prijungimo mechanizmą, kai cianido jonas atakuoja α,β-nesočiojo karbonilo junginio β-anglį. Ši reakcija gali būti panaudota cianometilo grupei (-CH₂CN) įvesti į nesočiąją sistemą, kuri gali būti toliau transformuojama į kitas funkcines grupes. Pavyzdžiui, gautas produktas gali būti hidrolizuojamas, susidarant karboksirūgštiai, arba redukuojamas, susidarant aminui.

Saugos reikalavimai

Kaip minėta anksčiau, natrio cianidas yra itin toksiškas. Įkvėpus, prarijus ar patekus ant odos, natrio cianidas gali būti mirtinas. Jis reaguoja su rūgštimis ir išskiria vandenilio cianidą (HCN) – labai toksiškas dujas. Dirbant su natrio cianidu, būtina griežtai laikytis šių saugos priemonių:

1. Naudokite gerai vėdinamoje traukos spintoje, kad nesusikauptų toksiškos dujos.

2. Dėvėkite tinkamas asmenines apsaugos priemones, įskaitant pirštines, apsauginius akinius ir laboratorinį chalatą. Kai kuriais atvejais gali prireikti respiratoriaus.

3. Natrio cianidą laikykite saugioje, paženklintoje talpykloje, atokiau nuo rūgščių ir kitų reaktyviųjų cheminių medžiagų.

4. Turėti tinkamus avarinio reagavimo planus ir įrangą išsiliejimo ar avarijų atveju.

Išvada

Natrio cianidas yra universalus ir svarbus reagentas organinėje sintezėje. Jis leidžia susidaryti įvairioms pagrindinėms funkcinėms grupėms, tokioms kaip aminorūgštys, nitrilai ir α-hidroksiketonai, ir dalyvauja svarbiose anglies-anglies jungčių formavimo reakcijose. Nepaisant toksiškumo, kai su juo elgiamasi itin atsargiai ir laikantis saugos taisyklių, jis tebėra esminė sintetinio chemiko įrankių rinkinio priemonė, skirta įvairiems organiniams junginiams – nuo ​​vaistų iki smulkiųjų cheminių medžiagų – gaminti. Tačiau nuolatiniai tyrimai yra skirti alternatyvių, saugesnių metodų, skirtų tiems patiems sintezės tikslams pasiekti, kūrimui.