Органикалық синтездегі натрий цианидінің рөлі мен механизмдері

кіріспе

Натрий Cyanide (NaCN), ақ кристалды қатты зат, суда жақсы ериді, әрі күшті негіз, әрі күшті нуклеофил болып табылады, сондықтан оны суда бағалы реагент етеді. Органикалық синтез. Өңдеу кезінде қауіпсіздік шараларын қатаң сақтауды қажет ететін өте уыттылығына қарамастан, Натрий цианиді әр түрлі органикалық қосылыстардың, соның ішінде фармацевтикалық препараттардың, агрохимиялық заттардың және полимерлердің синтезінде шешуші рөл атқарады.

Органикалық синтездегі натрий цианидінің рөлі

Цианид-ион нуклеофил ретінде

The цианид ішіндегі ион Натрий цианиді жоғары реактивті нуклеофил. Теріс зарядтың арқасында көміртегі атомы және азот атомының жоғары электртерістігіне байланысты, ол карбонил топтары, алкилгалогенидтері және эпоксидтер сияқты органикалық молекулалардағы электрофильді орталықтарға шабуыл жасай алады.

С - С облигацияларының түзілуі

маңызды функцияларының бірі натрий цианиді органикалық синтезде нуклеофильді орынбасу және қосылу реакциялары арқылы қол жеткізілетін жаңа көміртек – көміртекті байланыстарды құру болып табылады. Мысалы, алкилгалогенді натрий цианидімен әрекеттескенде, цианид ионы галогенид ионын ауыстырып, нитрилдің пайда болуына әкеледі. Бұл реакция молекулаға қосымша көміртек атомын енгізудің қарапайым әдісін қамтамасыз етеді. Кейіннен нитрил тобы әртүрлі химиялық процестер арқылы карбон қышқылдары, аминдер немесе альдегидтер сияқты басқа функционалды топтарға айналуы мүмкін.

Амин қышқылдарының синтезі – Стреккер реакциясы

Натрий цианиді α – аминқышқылдарын синтездеу үшін қолданылатын Стреккер реакциясының негізгі компоненті болып табылады. Бұл реакцияда альдегид немесе кетон аммоний хлориді және натрий цианидімен қосылып, α - амин нитрилін түзеді. Бұл α - амин нитрил кейін сәйкес α - амин қышқылын алу үшін гидролизденуі мүмкін.

Реакция бірнеше сатыда жүреді: Біріншіден, альдегидтің немесе кетонның карбонил тобы протондануға ұшырап, оның электрофильділігін арттырады. Содан кейін аммиак молекуласы протондалған карбонил тобына шабуыл жасайды, содан кейін гемиамин түзу үшін депротонация жүреді. Әрі қарай гемиаминалдың гидроксил тобы протонданады, нәтижесінде су жойылып, иминий ионының түзілуі жүреді. Содан кейін цианид ионы α - амин нитрилін алу үшін иминий ионына шабуыл жасайды. Ақырында, α - амин нитрилінің қышқыл немесе негіз қатысында гидролизі α - амин қышқылын береді.

Арилгалогенидтерден нитрилдердің синтезі - Розенмунд - фон Браун реакциясы

Розенмунд – фон Браун реакциясында натрий цианиді галоген – алмастырылған ароматты қосылыстар болып табылатын арылгалогенидтерді арыл нитриліне айналдыру үшін қолданылады. Мыс (I) цианидімен катализделген және әдетте жоғары температураны қажет ететін бұл реакция мыс-арил аралық өнімінің түзілуін қамтиды. Содан кейін натрий цианидінің цианид ионы осы аралық затпен әрекеттесіп, арыл нитрилін түзеді. Бұл процесс фармацевтикалық препараттар мен бояғыштар сияқты әртүрлі хош иісті қосылыстардың синтезі үшін одан әрі модификациялануы мүмкін нитрил функционалдық тобын хош иісті сақинаға енгізу үшін маңызды.

Карбонил қосылыстарының синтезі

Натрий цианиді карбонилді қосылыстардың синтезіне де қатысады. Мысалы, эпоксидпен әрекеттескенде, цианид ионы эпоксид сақинасының аз алмастырылған көміртегі атомына шабуыл жасап, сақинаның ашылуына әкеледі. Алынған цианогидриннің кейінгі гидролизі карбонилді қосылыстың түзілуіне әкелуі мүмкін.

Натрий цианидінің қатысуымен жүретін реакциялардың механизмдері

Нуклеофильді орын басу реакциялары

SN2 механизмі: Натрий цианиді бастапқы алкилгалогенидтермен әрекеттескенде, реакция әдетте SN2 (бимолекулалық нуклеофильді алмастыру) механизмі бойынша жүреді. Цианид ионы галогенге бекітілген көміртегі атомына, галогендік ионның шығу позициясына қарама-қарсы, артқы жағынан шабуыл жасайды. Бұл көміртегі - галогендік байланыстың үзілуі және көміртегі - цианидті байланыстың түзілуі бір мезгілде болатын келісілген реакция. Реакция жылдамдығы алкилгалогенидтің де, цианид ионының да концентрацияларына байланысты, ал өнімнің стереохимиясы бастапқы материалмен салыстырғанда инверттелген.

SN1 механизмі: Үшінші алкилгалогенидтермен реакция SN1 (унимолекулярлы нуклеофильді алмастыру) механизмі арқылы жүруі мүмкін. Біріншіден, алкилгалогенді диссоциацияланып, карбокатиондық аралық зат түзеді. Содан кейін цианид ионы өнімді қалыптастыру үшін осы карбокацияға шабуыл жасайды. SN1 механизмі жазық карбокация аралық өнімінің түзілуімен сипатталады және өнім жазық карбокацияның екі жағынан да шабуыл жасайтын нуклеофильге байланысты рацемизация деп аталатын құбылыс стереохимиялық қоспаны көрсетуі мүмкін.

Нуклеофильді қосылу реакциялары

Карбонил топтарына қосылу: Натрий цианиді альдегидтермен немесе кетондармен әрекеттескенде, цианид ионы электрофильді карбонил көміртегі атомын нысанаға алады. Карбонил тобында поляризацияланған көміртек - оттегі байланысы бар, көміртегі атомы электрофильді аймақ болып табылады. Цианид ионының шабуылы жаңа көміртегі - цианидтік байланыс жасайды, ал карбонил тобының оттегі атомы теріс заряд алады. Келесі қадамда су немесе қышқыл сияқты протон көзі оттегі атомын цианогидрин түзу үшін протондайды. Бұл реакция қайтымды және тепе-теңдікті реакция жағдайларын бақылау арқылы өнімге қарай реттеуге болады.

Imines қосымшасы: Стреккер реакциясында альдегидтің немесе кетонның аммиакпен әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін иминий ионына цианид ионының қосылуы ұқсас нуклеофильді қосу механизмі бойынша жүреді. Иминий ионының азот атомында оң заряды бар, көршілес көміртегі атомын электрофильді етеді. Цианид ионы осы көміртек атомына шабуыл жасап, жаңа көміртек – цианидтік байланыс түзеді және нәтижесінде α – амин нитрил түзіледі.

Қауіпсіздік мәселелері

Натрий цианидінің өте улы екенін атап өту өте маңызды. Ингаляция, жұту немесе теріге тию өлімге әкелуі мүмкін. Натрий цианидімен жұмыс істегенде қауіпсіздік ережелерін қатаң сақтау керек. Бұған жақсы желдетілетін түтін сорғышта эксперименттер жүргізу, қолғап, көзілдірік және зертханалық халат сияқты тиісті жеке қорғаныс құралдарын кию және кездейсоқ әсер ету жағдайында төтенше жағдайларды жоюдың тиісті жоспарлары бар.

қорытынды

Натрий цианиді – органикалық синтездегі қуатты және әмбебап реагент. Оның нуклеофил ретінде әрекет ету және жаңа көміртек - көміртегі байланыстарын құру қабілеті оны органикалық қосылыстардың кең ауқымын синтездеуде химиктер үшін таптырмас құрал етеді. Натрий цианидінің қатысуымен реакция механизмдерін түсіну тиімді синтетикалық жолдарды жасау және реакция нәтижелерін болжау үшін өте маңызды. Дегенмен, оның жоғары уыттылығына байланысты оны пайдалану мұқият реттелуі және химиктердің әл-ауқатын және қоршаған ортаны қорғау үшін ең жоғары қауіпсіздік шараларын сақтау керек.