Нақш ва механизмҳои сианиди натрий дар синтези органикӣ

Муқаддима

Сианиди натрий (NaCN), як моддаи сахти кристаллии сафед, ки дар об ба осонӣ ҳал мешавад, ҳам асоси қавӣ ва ҳам нуклеофили пурқувват аст, ки онро ба як реагенти арзишманд дар синтези органикӣ табдил медиҳад . Сарфи назар аз заҳролудии шадиди худ, ки ҳангоми коркард чораҳои қатъии бехатариро талаб мекунад, сианиди натрий дар синтези пайвастагиҳои гуногуни органикӣ, аз ҷумла дорусозӣ, агрокимиёвӣ ва полимерҳо, нақши муҳим мебозад.

Нақши сианиди натрий дар синтези органикӣ

Иони сианид ҳамчун нуклеофил

Иони сианид дар дохили сианиди натрий як нуклеофили хеле реактивӣ аст. Ба шарофати заряди манфӣ дар атоми карбон ва электроманфии баланди атоми нитроген, он метавонад ба марказҳои электрофилӣ дар молекулаҳои органикӣ, ба монанди гурӯҳҳои карбонил, галогенидҳои алкил ва эпоксидҳо ҳамла кунад.

Ташаккули вомбаргҳои C - C

Яке аз вазифаҳои муҳимтарини сианиди натрий дар синтези органикӣ эҷоди пайвандҳои нави карбон-карбон мебошад, ки тавассути реаксияҳои ивазкунӣ ва иловакунии нуклеофилӣ ба даст оварда мешавад. Масалан, вақте ки галогениди алкил бо сианиди натрий реаксия мекунад, иони сианид иони галогенидро иваз мекунад, ки боиси пайдоиши нитрил мегардад. Ин реаксия роҳи соддаи ворид кардани атоми иловагии карбон ба молекуларо фароҳам меорад. Баъдан, гурӯҳи нитрилро тавассути равандҳои гуногуни кимиёвӣ ба дигар гурӯҳҳои функсионалӣ, ба монанди кислотаҳои карбоксилӣ, аминҳо ё алдегидҳо табдил додан мумкин аст.

Синтези аминокислотаҳо - реаксияи Стрекер

Сианиди натрий ҷузъи асосии реаксияи Стрекер мебошад, ки барои синтези α - аминокислотаҳо истифода мешавад. Дар ин реаксия альдегид ё кетон бо хлориди аммоний ва сианиди натрий муттаҳид шуда, α - аминокитрилро ташкил медиҳанд. Пас аз ин α - аминокислотаҳо гидролиз шуда, кислотаи аминокислотаи мувофиқро ба вуҷуд меоранд.

Реаксия дар якчанд марҳила сурат мегирад: Аввалан, гурӯҳи карбонилии алдегид ё кетон протонатсия шуда, электрофилии онро зиёд мекунад. Сипас, як молекулаи аммиак ба гурӯҳи карбонили протоншуда ҳамла мекунад ва пас аз он депротонатсия барои ташаккули гемиаминал. Баъдан, гурӯҳи гидроксили гемиамин протон карда мешавад, ки дар натиҷа об нест карда мешавад ва ион иминиум ба вуҷуд меояд. Сипас иони сианид ба иони иминӣ ҳамла карда, α - аминокислотаро ҳосил мекунад. Дар ниҳоят, гидролизи α - аминокислотаҳо дар ҳузури кислота ё асос α - аминокислотаро медиҳад.

Синтези нитрилҳо аз Арил Халидҳо - Розенмунд - Реаксияи фон Браун

Дар реаксияи Розенмунд - фон Браун, сианиди натрий барои табдил додани галогенидҳои арил, ки пайвастагиҳои хушбӯи ивазшавандаи галоген мебошанд, ба нитрилҳои арил истифода мешаванд. Ин реаксия бо цианиди мис (I) катализ карда мешавад ва одатан ҳарорати баландро талаб мекунад, ташаккули миёнаравии мис-арилро дар бар мегирад. Пас аз он иони сианид аз сианиди натрий бо ин мобайн реаксия карда, нитрили арилро ташкил медиҳад. Ин раванд барои ворид кардани як гурӯҳи функсионалии нитрил ба ҳалқаи хушбӯй муҳим аст, ки онро минбаъд барои синтези пайвастагиҳои хушбӯй, аз қабили дорусозӣ ва рангҳо тағир додан мумкин аст.

Синтези пайвастагиҳои карбонил

Сианиди натрий инчунин дар синтези пайвастагиҳои карбонил иштирок мекунад. Масалан, вақте ки он бо эпоксид реаксия мекунад, иони сианид ба атоми кам ивазшудаи карбон дар ҳалқаи эпоксид ҳамла мекунад ва боиси кушода шудани ҳалқа мегардад. Гидролизи минбаъдаи цианогидрини ҳосилшуда метавонад боиси пайдоиши пайвастагии карбонил гардад.

Механизмҳои реаксияҳо бо иштироки сианиди натрий

Реаксияҳои ивазкунии нуклеофилӣ

Механизми SN2 : Вақте ки сианиди натрий бо галогенидҳои алкилии ибтидоӣ реаксия мекунад, реаксия одатан аз механизми SN2 (ивазкунии нуклеофилии бимолекулавӣ) пайравӣ мекунад. Иони сианид аз тарафи қафо, муқобили мавқеи иони галогении тарккунанда, ба атоми карбони ба галоген пайвастшуда ҳамла мекунад. Ин як реаксияи мувофиқ аст, ки дар он шикастани пайванди карбон-галоген ва ташаккули пайванди карбон-цианид ҳамзамон рух медиҳад. Суръати реаксия аз консентратсияи ҳам галогенидҳои алкил ва ҳам иони цианид вобаста аст ва стереохимияи маҳсулот дар муқоиса бо маводи ибтидоӣ баръакс аст.

Механизми SN1 : Бо галогенидҳои алкилии сеюмдараҷа, реаксия метавонад тавассути механизми SN1 (ивазкунии нуклеофилии якмолекулавӣ) идома ёбад. Аввалан, галогенидҳои алкил барои ташкил додани карбокасия диссотсиатсия мешаванд. Сипас, иони сианид ба ин карбокасия ҳамла карда, маҳсулотро ташкил медиҳад. Механизми SN1 бо ташаккули карбокасияи ҳамвор тавсиф мешавад ва маҳсулот метавонад омехтаи стереохимияҳоро нишон диҳад, ки падидае бо номи расемизатсия маълум аст, ки аз сабаби ҳамлаи нуклеофил аз ҳарду тарафи карбокасияи ҳамвор ба вуҷуд меояд.

Реаксияҳои иловагии нуклеофилӣ

Илова ба гурӯҳҳои карбонил : Вақте ки сианиди натрий бо алдегидҳо ё кетонҳо реаксия мекунад, иони сианид ба атоми карбонили электрофилӣ нигаронида шудааст. Гурӯҳи карбонил пайванди карбон-оксигени поляризатсияшуда дорад, ки атоми карбон нуқтаи электрофилӣ мебошад. Ҳамлаи иони сианид пайванди нави карбон-сианидро ба вуҷуд меорад ва атоми оксигени гурӯҳи карбонил заряди манфӣ мегирад. Дар қадами оянда, манбаи протон, ба монанди об ё кислота, атоми оксигенро протон мекунад, то сианогидринро ташкил диҳад. Ин реаксия баръаксшаванда аст ва мувозинат метавонад ба сӯи маҳсулот бо назорати шароити реаксия танзим карда шавад.

Илова ба иминҳо : Дар реаксияи Стрекер, илова кардани иони сианид ба иони иминиум, ки аз реаксияи алдегид ё кетон бо аммиак ба вуҷуд меояд, аз рӯи механизми иловаи нуклеофилии монанд сурат мегирад. Иони иминиум дар атоми нитроген заряди мусбат дорад, ки атоми карбони ҳамшафатро электрофилӣ мегардонад. Иони сианид ба ин атоми карбон ҳамла карда, пайванди нави карбон-сианидро ба вуҷуд меорад ва дар натиҷа нитрили α-аминокислотаҳо ба вуҷуд меояд.

Мулоҳизаҳои бехатарӣ

Таъкид кардан муҳим аст, ки сианиди натрий ниҳоят заҳролуд аст. Нафаскашӣ, воридшавӣ ё тамос бо пӯст метавонад марговар бошад. Ҳангоми кор бо сианиди натрий бояд ба протоколҳои бехатарӣ риоя карда шавад. Ин дар бар мегирад, ки таҷрибаҳо дар як сарпӯши хуб вентилятсияшуда, пӯшидани таҷҳизоти муҳофизати инфиродӣ ба монанди дастпӯшакҳо, айнакҳо ва куртаҳои лабораторӣ ва нақшаи дурусти вокуниш ба ҳолати фавқулодда дар сурати дучор шудан ба тасодуф.

хулоса

Сианиди натрий як реагенти пурқувват ва бисёрҷониба дар синтези органикӣ мебошад. Қобилияти он ҳамчун нуклеофил амал карда, пайвандҳои нави карбон-карбонро ба вуҷуд меорад, онро барои химикҳо дар синтези як қатор пайвастагиҳои органикӣ як воситаи ҳатмӣ месозад. Фаҳмидани механизмҳои реаксия бо цианиди натрий барои таҳияи роҳҳои самараноки синтетикӣ ва пешгӯии натиҷаҳои реаксия муҳим аст. Бо вуҷуди ин, аз сабаби заҳролуд будани он, истифодаи он бояд бодиққат танзим карда шавад ва барои ҳифзи некӯаҳволии химикҳо ва муҳити зист бо чораҳои эҳтиётии бехатарӣ амалӣ карда шавад.