Üzvi sintezdə natrium siyanidin rolu və mexanizmləri

giriş

Natrium Cyanide (NaCN), suda yüksək dərəcədə həll olan ağ kristal bərk maddə həm güclü əsas, həm də güclü nukleofildir və bu onu qiymətli reagentə çevirir. Üzvi sintez. İstifadə zamanı ciddi təhlükəsizlik tədbirlərini tələb edən həddindən artıq toksikliyinə baxmayaraq, Natrium siyanid müxtəlif üzvi birləşmələrin, o cümlədən əczaçılıq, aqrokimyəvi maddələr və polimerlərin sintezində mühüm rol oynayır.

Üzvi sintezdə natrium siyanidin rolu

Bir nukleofil kimi siyanür ionu

The siyanür içərisində ion Natrium siyanür yüksək reaktivliyə malik nukleofildir. Üzərindəki mənfi yük sayəsində Karbon atomuna və azot atomunun yüksək elektromənfiliyinə görə, karbonil qrupları, alkil halidləri və epoksidlər kimi üzvi molekullardakı elektrofil mərkəzlərə hücum edə bilər.

C - C İstiqrazlarının formalaşması

Ən əhəmiyyətli funksiyalarından biridir natrium siyanid üzvi sintezdə nukleofil əvəzetmə və əlavə reaksiyalar vasitəsilə əldə edilən yeni karbon-karbon bağlarının yaradılmasıdır. Məsələn, bir alkil halidi natrium siyanid ilə reaksiya verdikdə, siyanür ionu halid ionunu əvəz edir və nitrilin əmələ gəlməsinə səbəb olur. Bu reaksiya molekula əlavə karbon atomunun daxil edilməsinin sadə yolunu təmin edir. Sonradan nitril qrupu müxtəlif kimyəvi proseslər vasitəsilə karboksilik turşular, aminlər və ya aldehidlər kimi digər funksional qruplara çevrilə bilər.

Amin turşularının sintezi - Strecker reaksiyası

Natrium siyanid α - amin turşularının sintezi üçün istifadə edilən Strecker reaksiyasının əsas komponentidir. Bu reaksiyada aldehid və ya keton ammonium xlorid və natrium siyanidlə birləşərək α - amin nitrili əmələ gətirir. Bu α - amin nitril sonra müvafiq α - amin turşusunu istehsal etmək üçün hidroliz edilə bilər.

Reaksiya bir neçə mərhələdə baş verir: Birincisi, aldehidin və ya ketonun karbonil qrupu protonasiyaya məruz qalır və onun elektrofilliyini artırır. Sonra ammonyak molekulu protonlanmış karbonil qrupuna hücum edir, ardınca hemiaminal yaratmaq üçün deprotonasiya aparılır. Daha sonra hemiaminalın hidroksil qrupu protonlanır, nəticədə suyun aradan qaldırılması və iminium ionunun əmələ gəlməsi baş verir. Daha sonra sianid ionu iminium ionuna hücum edərək α - amin nitrili əldə edir. Nəhayət, bir turşu və ya əsasın iştirakı ilə α - amin nitrilin hidrolizi α - amin turşusunu verir.

Aril Halidlərdən Nitrillərin Sintezi - Rosenmund - von Braun Reaction

Rosenmund - von Braun reaksiyasında, halogen əvəzedici aromatik birləşmələr olan aril halogenidləri aril nitrillərə çevirmək üçün natrium siyaniddən istifadə olunur. Mis (I) siyanidi ilə katalizləşən və adətən yüksək temperatur tələb edən bu reaksiya mis-aril ara məhsulunun əmələ gəlməsini nəzərdə tutur. Natrium siyaniddən olan siyanid ionu daha sonra aril nitrili əmələ gətirmək üçün bu ara məhsulla reaksiya verir. Bu proses əczaçılıq məhsulları və boyalar kimi müxtəlif aromatik birləşmələrin sintezi üçün əlavə olaraq dəyişdirilə bilən aromatik halqaya nitril funksional qrupunun daxil edilməsi üçün vacibdir.

Karbonil birləşmələrinin sintezi

Natrium siyanid karbonil birləşmələrinin sintezində də iştirak edir. Məsələn, epoksidlə reaksiyaya girdikdə, siyanür ionu epoksid halqasının daha az əvəz edilmiş karbon atomuna hücum edərək, halqanın açılmasına səbəb olur. Yaranan siyanohidrinin sonrakı hidrolizi karbonil birləşməsinin əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər.

Natrium siyanidin iştirak etdiyi reaksiyaların mexanizmləri

Nukleofilik Əvəzetmə Reaksiyaları

SN2 Mexanizmi: Natrium siyanid ilkin alkil halidləri ilə reaksiyaya girdikdə, reaksiya adətən SN2 (bimolekulyar nukleofilik əvəzetmə) mexanizmi ilə gedir. Siyanid ionu halogenə birləşdirilmiş karbon atomuna, ayrılan halid ionunun mövqeyinin əksinə, arxa tərəfdən hücum edir. Bu, karbon - halogen bağının qırılması və karbon - siyanid bağının yaranmasının eyni vaxtda baş verdiyi razılaşdırılmış reaksiyadır. Reaksiya sürəti həm alkil halidin, həm də siyanid ionunun konsentrasiyalarından asılıdır və məhsulun stereokimyası başlanğıc materialla müqayisədə tərsinə çevrilir.

SN1 Mexanizmi: Üçüncü dərəcəli alkil halidləri ilə reaksiya SN1 (unimolekulyar nukleofilik əvəzetmə) mexanizmi vasitəsilə davam edə bilər. Birincisi, alkil halid karbokasiya aralıq məhsulu yaratmaq üçün dissosiasiya olunur. Sonra sianid ionu bu karbokatasiyaya hücum edərək məhsulu əmələ gətirir. SN1 mexanizmi müstəvi karbokasiya aralıq məhsulunun əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur və məhsul müstəvi karbokasiyanın hər iki tərəfindən hücum edən nukleofil səbəbiylə rasemizasiya kimi tanınan bir fenomen olan stereokimya qarışığını nümayiş etdirə bilər.

Nukleofil əlavə reaksiyalar

Karbonil qruplarına əlavə: Natrium siyanid aldehidlər və ya ketonlarla reaksiyaya girdikdə, siyanür ionu elektrofilik karbonil karbon atomunu hədəf alır. Karbonil qrupu qütbləşmiş karbon-oksigen bağına malikdir, karbon atomu elektrofilik sahədir. Siyanid ionunun hücumu yeni bir karbon - siyanid bağı yaradır və karbonil qrupunun oksigen atomu mənfi yük qazanır. Növbəti addımda su və ya turşu kimi bir proton mənbəyi oksigen atomunu protonlaşdıraraq siyanohidrin əmələ gətirir. Bu reaksiya geri çevrilə bilər və reaksiya şərtlərinə nəzarət etməklə tarazlıq məhsula doğru tənzimlənə bilər.

Imines əlavə: Strecker reaksiyasında aldehid və ya ketonun ammonyakla reaksiyasından əmələ gələn iminium ionuna sianid ionunun əlavə edilməsi oxşar nukleofil əlavə mexanizminə uyğun olaraq gedir. İminium ionunun azot atomunda müsbət yükü var, bu da qonşu karbon atomunu elektrofilik edir. Siyanid ionu bu karbon atomuna hücum edərək yeni karbon - siyanid bağı əmələ gətirir və nəticədə α - amin nitrilin əmələ gəlməsinə səbəb olur.

Təhlükəsizlik mülahizələri

Natrium siyanidin son dərəcə zəhərli olduğunu vurğulamaq çox vacibdir. Onun inhalyasiyası, qəbulu və ya dəri ilə təması ölümcül ola bilər. Natrium siyanid ilə işləyərkən ciddi təhlükəsizlik protokollarına əməl edilməlidir. Buraya yaxşı havalandırılan duman qapağında eksperimentlərin aparılması, əlcəklər, eynəklər və laboratoriya paltarları kimi müvafiq fərdi qoruyucu vasitələrin taxılması və təsadüfi məruz qalma halında lazımi fövqəladə hallara cavab planlarının olması daxildir.

Nəticə

Natrium siyanid üzvi sintezdə güclü və çox yönlü reagentdir. Onun nukleofil kimi fəaliyyət göstərmək və yeni karbon-karbon bağları yaratmaq qabiliyyəti onu çoxlu üzvi birləşmələrin sintezində kimyaçılar üçün əvəzedilməz alətə çevirir. Natrium siyanidin iştirak etdiyi reaksiya mexanizmlərini başa düşmək effektiv sintetik marşrutların işlənib hazırlanması və reaksiya nəticələrinin proqnozlaşdırılması üçün vacibdir. Bununla belə, yüksək toksikliyinə görə, kimyaçıların rifahını və ətraf mühiti qorumaq üçün onun istifadəsi diqqətlə tənzimlənməli və ən yüksək təhlükəsizlik tədbirləri ilə həyata keçirilməlidir.