Üzvi sintezdə natrium siyanidin rolu və mexanizmləri

giriş

Suda yüksək dərəcədə həll olan ağ kristal bərk maddə olan Natrium Sianid (NaCN) həm güclü əsas, həm də güclü nukleofildir və bu da onu Üzvi sintezdə dəyərli reagentə çevirir . Həddindən artıq toksikliyinə baxmayaraq (bu da istifadə zamanı ciddi təhlükəsizlik tədbirlərini tələb edir), Natrium Sianid dərmanlar, aqrokimyəvi maddələr və polimerlər də daxil olmaqla müxtəlif üzvi birləşmələrin sintezində mühüm rol oynayır.

Üzvi sintezdə natrium siyanidin rolu

Bir nukleofil kimi siyanür ionu

Natrium Sianidinin tərkibindəki siyanid ionu yüksək reaktivliyə malik nukleofildir. Karbon atomundakı mənfi yük və azot atomunun yüksək elektromənfiliyi sayəsində karbonil qrupları, alkil halidləri və epoksidlər kimi üzvi molekullardakı elektrofil mərkəzlərə hücum edə bilər.

C - C İstiqrazlarının formalaşması

Üzvi sintezdə natrium siyanidin ən əhəmiyyətli funksiyalarından biri nukleofil əvəzetmə və əlavə reaksiyaları vasitəsilə əldə edilən yeni karbon-karbon rabitələrinin yaradılmasıdır. Məsələn, alkil halidi natrium siyanidlə reaksiyaya girdikdə, siyanid ionu halid ionunu əvəz edir və bu da nitrilin əmələ gəlməsinə səbəb olur. Bu reaksiya molekula əlavə bir karbon atomu daxil etməyin sadə bir yolunu təmin edir. Daha sonra 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 nukleofil əvəzetmə) mexanizmini izləyir. Sianid ionu halogenə birləşdirilmiş karbon atomuna arxa tərəfdən, tərk edən halid ionunun mövqeyinin əksinə hücum edir. Bu, karbon-halogen rabitəsinin qırılması və karbon-siyanid rabitəsinin əmələ gəlməsinin eyni vaxtda baş verdiyi birgə reaksiyadır. Reaksiya sürəti həm alkil halidinin, həm də siyanid ionunun konsentrasiyalarından asılıdır və məhsulun stereokimyası başlanğıc materialın stereokimyasına nisbətən tərsdir.

SN1 Mexanizmi : Üçüncülü alkil halidləri ilə reaksiya SN1 (unimolekulyar nukleofil əvəzetmə) mexanizmi vasitəsilə davam edə bilər. Əvvəlcə alkil halidi karbokasiya aralıq məhsulu yaratmaq üçün dissosiasiya edir. Daha sonra siyanid ionu məhsulu yaratmaq üçün bu karbokasiyaya hücum edir. SN1 mexanizmi müstəvi karbokasiya ara məhsulunun əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur və məhsul müstəvi karbokasiyanın hər iki tərəfindən hücum edən nukleofil səbəbindən rasemləşmə kimi tanınan stereokimyəvi birləşmələrin qarışığını nümayiş etdirə bilər.

Nukleofil əlavə reaksiyalar

Karbonil Qruplarına Əlavə : Natrium siyanid aldehidlər və ya ketonlarla reaksiyaya girdikdə, siyanid ionu elektrofil karbonil karbon atomunu hədəf alır. Karbonil qrupunun polyarlaşdırılmış karbon-oksigen rabitəsi var və karbon atomu elektrofil sahədir. Sianid ionunun hücumu yeni bir karbon-siyanid rabitəsi yaradır və karbonil qrupunun oksigen atomu mənfi yük qazanır. Növbəti addımda su və ya turşu kimi bir proton mənbəyi siyanohidrin əmələ gətirmək üçün oksigen atomunu protonlaşdırır. Bu reaksiya geri çevrilə bilər və tarazlıq reaksiya şərtlərini idarə etməklə məhsula doğru tənzimlənə bilər.

İminlərə əlavə : Strecker reaksiyasında, aldehid və ya ketonun ammonyakla reaksiyasından əmələ gələn iminium ionuna sianid ionunun əlavə edilməsi oxşar nukleofil əlavə mexanizminə uyğundur. İminium ionu azot atomunda müsbət yükə malikdir və bu da qonşu karbon atomunu elektrofil edir. Sianid ionu bu karbon atomuna hücum edərək yeni bir karbon-sianid rabitəsi əmələ gətirir və nəticədə α-amin nitril əmələ gəlir.

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.