Разновидните примени на натриум цијанид во органската синтеза

Вовед

Натриум цијанид (NaCN), со хемиска формула NaCN, е бела кристална цврста материја или прав што е високо растворлива во вода и има слаб мирис на горчлив бадем. Поради својата висока реактивност, нашол широка употреба во широк спектар на органска синтеза реакции. Сепак, важно е да се напомене дека натриум цијанид е исклучително токсичен и мора да се ракува со најголема грижа и во строга согласност со безбедносните протоколи. Оваа статија ги истражува различните примени на Натриум цијанид во органската синтеза.

Апликации во органска синтеза

Реакција на Стрекер

Една од најпознатите апликации на Натриум цијанид во органската синтеза е во реакцијата на Штрекер. Оваа реакција е моќен метод за синтеза на α-аминокиселини. Во реакцијата на Штрекер, алдехид или кетон реагира со амониум хлорид (NH₄Cl) и натриум цијанид. Општиот механизам на реакцијата е како што следува:

1. Прво, алдехидот или кетонот реагира со амонијак (формиран in situ од амониум хлорид) за да формира имин. ЈаглеродИлната група на алдехидот или кетонот е протонирана, што го прави поелектрофилен. Потоа, амонијакот го напаѓа протонираниот карбонилен јаглерод, по што следува депротонација за да се формира иминот.

2. Потоа, цијанидниот јон (CN⁻) од натриум цијанид делува како нуклеофил и го напаѓа иминскиот јаглерод. Ова формира α-амино нитрилен меѓупроизвод.

3. Конечно, хидролизата на α-амино нитрилот под кисели или базни услови ја дава соодветната α-аминокиселина.

Штрекеровата реакција овозможува едноставен начин за воведување и на амино група и на карбоксилна група (по хидролиза на нитрилот) на еден јаглероден атом, што е клучно за синтезата на аминокиселините, градежните блокови на протеините. На пример, кога формалдехидот (HCHO) реагира со амониум хлорид и натриум цијанид, по што следува хидролиза, може да се добие глицин (NH₂CH₂COOH), наједноставната аминокиселина.

Подготовка на нитрили

Натриум цијанид најчесто се користи за подготовка на нитрили. Во реакција на супституција, алкил халогените (како што е метил бромид, CH₃Br) реагираат со натриум цијанид во поларен апротонски растворувач како диметил сулфоксид (DMSO) или ацетон. Реакцијата се одвива преку SN2 механизам, каде што цијанидниот јон го напаѓа јаглеродниот атом врзан за халогениот. Халогениот атом е поместен и се формира алкил нитрил. На пример:

CH3Br + NaCN → CH3CN + NaBr

Арил нитрилите може да се синтетизираат и со употреба на натриум цијанид во одредени случаи. На пример, во некои реакции катализирани од транзициски метал, арил халидите можат да реагираат со натриум цијанид во присуство на катализатор како што се бакар(I) цијанид (CuCN) или паладиумски катализатори. Оваа реакција овозможува воведување на функционалната група -CN во ароматичен прстен, што е корисно во синтезата на разни фармацевтски производи, агрохемикалии и бои.

Кондензација на бензоин

Кондензацијата на бензоин е уште една важна реакција каде што натриум цијанид игра клучна улога. Во оваа реакција, ароматичните алдехиди (алдехиди со ароматичен прстен, како што е бензалдехид, C₆H₅CHO) реагираат во присуство на каталитичка количина на натриум цијанид во алкохолен раствор. Механизмот на реакцијата ги вклучува следните чекори:

1. Цијанидниот јон прво се додава на карбонилниот јаглерод на бензалдехидот, дејствувајќи како нуклеофил. Овој адициски производ е меѓупроизвод сличен на цијанохидрин.

2. Негативниот полнеж на атомот на кислород на меѓупроизводот сличен на цијанохидрин потоа може да го нападне карбонилниот јаглерод на друг молекул на бензалдехид.

3. По серија чекори на пренос на протони и елиминација на цијанидниот јон, се формира бензоин (α-хидрокси-кетон).

Кондензацијата на бензоин овозможува формирање на нова врска јаглерод-јаглерод помеѓу два молекули на алдехид, што е вредно во синтезата на посложени органски молекули. Иако во последниве години се прават напори натриум цијанид да се замени со поеколошки катализатори како што се тиазолиумските соли или витаминот Б₁, традиционалниот метод со употреба на натриум цијанид е сè уште релевантен во некои случаи.

Реакции на адиција на незаситени соединенија

Натриум цијанид може да учествува и во реакции на адиција на незаситени соединенија. На пример, во присуство на катализатор, може да се адицира на α,β-незаситени карбонилни соединенија (како што е акролеин, CH₂=CH₂). Реакцијата следи механизам на адиција од типот Мајкл, каде што цијанидниот јон го напаѓа β-јаглеродот на α,β-незаситеното карбонилно соединение. Оваа реакција може да се користи за воведување на цијанометил група (-CH₂CN) во незаситениот систем, која понатаму може да се трансформира во други функционални групи. На пример, добиениот производ може да се хидролизира за да се формира карбоксилна киселина или да се редуцира за да се формира амин.

Размислувања за безбедност

Како што споменавме претходно, натриум цијанид е исклучително токсичен. Вдишувањето, голтањето или контактот со кожата на натриум цијанид може да биде фатален. Тој реагира со киселини и произведува водород цијанид (HCN), високо токсичен гас. При ракување со натриум цијанид, мора строго да се почитуваат следниве безбедносни мерки:

1. Користете во добро проветрена аспираторна просторија за да спречите насобирање на токсични гасови.

2. Носете соодветна лична заштитна опрема, вклучувајќи ракавици, очила и лабораториска мантил. Во некои случаи, може да биде потребен респиратор.

3. Чувајте го натриум цијанидот во безбеден, обележан сад подалеку од киселини и други реактивни хемикалии.

4. Имајте соодветни планови за реагирање во итни случаи и опрема во случај на истурање или несреќи.

Заклучок

Натриум цијанид е разновиден и важен реагенс во органската синтеза. Тој овозможува формирање на разни клучни функционални групи како што се аминокиселини, нитрили и α-хидрокси-кетони, и учествува во важни реакции на формирање на јаглерод-јаглерод врски. И покрај неговата токсичност, кога се ракува со голема грижа и во согласност со безбедносните прописи, тој продолжува да биде суштинска алатка во комплетот алатки на синтетичките хемичари за подготовка на широк спектар на органски соединенија, од фармацевтски производи до фини хемикалии. Сепак, тековните истражувачки напори се фокусирани на развој на алтернативни, побезбедни методи за постигнување на истите синтетички цели.