Ir-Rwol u l-Mekkaniżmi taċ-Ċjanur tas-Sodju fis-Sintesi Organika

introduzzjoni

Sodium ċjanur (NaCN), solidu kristallin abjad li jinħall ħafna fl-ilma, huwa kemm bażi qawwija kif ukoll nukleofilu qawwi, u dan jagħmilha reaġent siewi f' Sinteżi organikaMinkejja t-tossiċità estrema tiegħu, li teħtieġ prekawzjonijiet stretti ta' sigurtà waqt l-immaniġġjar, Ċjanur tas-sodju għandu rwol kruċjali fis-sintesi ta' diversi komposti organiċi, inklużi farmaċewtiċi, agrokimiċi, u polimeri.

Ir-Rwol taċ-Ċjanur tas-Sodju fis-Sintesi Organika

Jonju taċ-Ċjanur bħala Nukleofilu

il ċjanur jonju ġewwa Sodium Cyanide huwa nukleofilu reattiv ħafna. Bis-saħħa tal-ċarġ negattiv fuq il- Karbonju atomu u l-elettronegattività għolja tal-atomu tan-nitroġenu, jista' jattakka ċentri elettrofiliċi f'molekuli organiċi, bħal gruppi karboniliċi, alidi alkiliċi, u epossidi.

Formazzjoni ta' Bonds C - C

Waħda mill-aktar funzjonijiet sinifikanti ta' ċjanur tas-sodju Fis-sintesi organika huwa l-ħolqien ta' bonds ġodda karbonju-karbonju, miksuba permezz ta' reazzjonijiet ta' sostituzzjoni u żieda nukleofilika. Pereżempju, meta alid alkiliku jirreaġixxi maċ-ċjanur tas-sodju, il-jone taċ-ċjanur jissostitwixxi l-jone tal-alid, u dan iwassal għall-formazzjoni ta' nitrile. Din ir-reazzjoni tipprovdi mod sempliċi biex jiġi introdott atomu tal-karbonju addizzjonali fil-molekula. Sussegwentement, il-grupp tan-nitrile jista' jiġi trasformat fi gruppi funzjonali oħra bħal aċidi karbossiliċi, amini, jew aldeidi permezz ta' diversi proċessi kimiċi.

Sintesi tal-Aċidi Amminiċi - Ir-Reazzjoni ta' Strecker

Iċ-ċjanur tas-sodju huwa komponent ewlieni fir-reazzjoni ta' Strecker, li tintuża għas-sintesi ta' α-amino aċidi. F'din ir-reazzjoni, aldeid jew keton jingħaqad mal-klorur tal-ammonju u ċ-ċjanur tas-sodju biex jifforma α-amino nitrile. Dan l-α-amino nitrile jista' mbagħad jiġi idrolizzat biex jipproduċi l-α-amino acid korrispondenti.

Ir-reazzjoni tiżvolġi f'diversi passi: L-ewwel, il-grupp karbonil tal-aldeid jew tal-keton jgħaddi minn protonazzjoni, u b'hekk tiżdied l-elettrofiliċità tiegħu. Imbagħad, molekula tal-ammonja tattakka l-grupp karbonil protonat, segwita minn deprotonazzjoni biex tifforma emijaminali. Sussegwentement, il-grupp idrossiliku tal-emijaminali jiġi protonat, li jirriżulta fl-eliminazzjoni tal-ilma u l-formazzjoni ta' jonju tal-iminiju. Il-jonju taċ-ċjanur imbagħad jattakka l-jonju tal-iminiju biex jipproduċi l-α-amino nitrile. Fl-aħħar, l-idroliżi tal-α-amino nitrile fil-preżenza ta' aċidu jew bażi tagħti l-α-amino acid.

Sintesi ta' Nitrili minn Aryl Halides - Ir-Reazzjoni ta' Rosenmund - von Braun

Fir-reazzjoni ta' Rosenmund - von Braun, iċ-ċjanur tas-sodju jintuża biex jikkonverti l-alidi tal-aril, li huma komposti aromatiċi sostitwiti bl-aloġenu, f'nitrili tal-aril. Katalizzata miċ-ċjanur tar-ram(I) u ġeneralment teħtieġ temperaturi għoljin, din ir-reazzjoni tinvolvi l-formazzjoni ta' intermedju tar-ram - aril. Il-jone taċ-ċjanur miċ-ċjanur tas-sodju mbagħad jirreaġixxi ma' dan l-intermedju biex jifforma n-nitril tal-aril. Dan il-proċess huwa importanti għall-introduzzjoni ta' grupp funzjonali tan-nitril fuq ċirku aromatiku, li jista' jiġi modifikat aktar għas-sintesi ta' diversi komposti aromatiċi, bħal farmaċewtiċi u żebgħa.

Sintesi ta' Komposti Karboniliċi

Iċ-ċjanur tas-sodju jipparteċipa wkoll fis-sintesi ta' komposti karboniliċi. Pereżempju, meta jirreaġixxi ma' epossidu, il-jone taċ-ċjanur jattakka l-atomu tal-karbonju inqas sostitwit taċ-ċirku tal-epossidu, u b'hekk iċ-ċirku jinfetaħ. L-idroliżi sussegwenti taċ-ċjanoidrina li tirriżulta tista' twassal għall-formazzjoni ta' kompost karboniliku.

Mekkaniżmi ta' Reazzjonijiet li Jinvolvu s-Sodium Cyanide

Reazzjonijiet ta' Sostituzzjoni Nukleofiliċi

Mekkaniżmu SN2Meta ċ-ċjanur tas-sodju jirreaġixxi ma' alidi alkiliċi primarji, ir-reazzjoni tipikament issegwi mekkaniżmu SN2 (sostituzzjoni nukleofilika bimolekulari). Il-jone taċ-ċjanur jattakka l-atomu tal-karbonju mwaħħal mal-aloġenu min-naħa ta' wara, oppost għall-pożizzjoni tal-jone tal-alid li jkun qed jitlaq. Din hija reazzjoni konġunta fejn il-ksur tar-rabta karbonju-aloġenu u l-formazzjoni tar-rabta karbonju-ċjanur iseħħu simultanjament. Ir-rata tar-reazzjoni tiddependi fuq il-konċentrazzjonijiet kemm tal-alid alkiliku kif ukoll tal-jone taċ-ċjanur, u l-istereokimika tal-prodott hija maqluba meta mqabbla ma' dik tal-materjal tal-bidu.

Mekkaniżmu SN1B'alidi alkiliċi terzjarji, ir-reazzjoni tista' tipproċedi permezz ta' mekkaniżmu SN1 (sostituzzjoni nukleofilika unimolekulari). L-ewwel, l-alid alkiliku jiddisassoċja biex jifforma intermedju karbokatjoni. Imbagħad, il-jone ċjanur jattakka dan il-karbokatjoni biex jifforma l-prodott. Il-mekkaniżmu SN1 huwa kkaratterizzat mill-formazzjoni ta' intermedju karbokatjoni planari, u l-prodott jista' juri taħlita ta' sterjokimiċi, fenomenu magħruf bħala racemizzazzjoni, minħabba li n-nukleofilu jattakka miż-żewġ naħat tal-karbokatjoni planari.

Reazzjonijiet ta' Żieda Nukleofilika

Żieda ma' Gruppi KarboniliċiMeta ċ-ċjanur tas-sodju jirreaġixxi ma' aldeidi jew ketoni, il-jone taċ-ċjanur jimmira lejn l-atomu tal-karbonju karboniliku elettrofiliku. Il-grupp karboniliku għandu rabta polarizzata bejn il-karbonju u l-ossiġnu, bl-atomu tal-karbonju jkun is-sit elettrofiliku. L-attakk tal-jone taċ-ċjanur joħloq rabta ġdida bejn il-karbonju u ċ-ċjanur, u l-atomu tal-ossiġnu tal-grupp karboniliku jikseb ċarġ negattiv. Fil-pass li jmiss, sors ta' protoni, bħall-ilma jew aċidu, jipprotonizza l-atomu tal-ossiġnu biex jifforma ċjanoidrina. Din ir-reazzjoni hija riversibbli, u l-ekwilibriju jista' jiġi aġġustat lejn il-prodott billi jiġu kkontrollati l-kundizzjonijiet tar-reazzjoni.

Żieda ma' IminesFir-reazzjoni ta' Strecker, iż-żieda tal-jone taċ-ċjanur mal-jone tal-iminium, li huwa ffurmat mir-reazzjoni ta' aldeid jew keton mal-ammonja, issegwi mekkaniżmu simili ta' żieda nukleofilika. Il-jone tal-iminium għandu ċarġ pożittiv fuq l-atomu tan-nitroġenu, u b'hekk l-atomu tal-karbonju biswitu jsir elettrofiliku. Il-jone taċ-ċjanur jattakka dan l-atomu tal-karbonju, u jifforma rabta ġdida bejn il-karbonju u ċ-ċjanur u jirriżulta fil-formazzjoni ta' α-amino nitrile.

Konsiderazzjonijiet ta 'Sigurtà

Huwa kruċjali li jiġi enfasizzat li ċ-ċjanur tas-sodju huwa estremament tossiku. L-inalazzjoni, l-inġestjoni, jew il-kuntatt mal-ġilda miegħu jistgħu jkunu fatali. Meta taħdem biċ-ċjanur tas-sodju, iridu jiġu osservati protokolli stretti ta' sigurtà. Dan jinkludi t-twettiq ta' esperimenti f'kappa tal-fwar ventilata sew, l-ilbies ta' tagħmir protettiv personali xieraq bħal ingwanti, nuċċalijiet protettivi, u kowt tal-laboratorju, u li jkun hemm pjanijiet xierqa ta' rispons għal emerġenza f'każ ta' espożizzjoni aċċidentali.

konklużjoni

Iċ-ċjanur tas-sodju huwa reaġent qawwi u versatili fis-sintesi organika. Il-kapaċità tiegħu li jaġixxi bħala nukleofilu u joħloq bonds ġodda bejn il-karbonju u l-karbonju tagħmlu għodda indispensabbli għall-kimiċi fis-sintesi ta' firxa wiesgħa ta' komposti organiċi. Il-fehim tal-mekkaniżmi ta' reazzjoni li jinvolvu ċ-ċjanur tas-sodju huwa essenzjali għat-tfassil ta' rotot sintetiċi effiċjenti u t-tbassir tar-riżultati tar-reazzjoni. Madankollu, minħabba t-tossiċità għolja tiegħu, l-użu tiegħu għandu jkun regolat bir-reqqa u mwettaq bl-akbar prekawzjonijiet ta' sikurezza biex jiġi ssalvagwardjat il-benesseri tal-kimiċi u l-ambjent.