Органикалық синтездегі натрий цианидінің рөлі мен механизмдері

кіріспе

Натрий цианиді (NaCN), суда жақсы еритін ақ кристалды қатты зат, берік негіз және қуатты нуклеофил болып табылады, бұл оны органикалық синтезде құнды реагент етеді . Өңдеу кезінде қатаң қауіпсіздік шараларын қажет ететін аса уыттылығына қарамастан, натрий цианиді фармацевтикалық препараттарды, агрохимиялық заттарды және полимерлерді қоса алғанда, әртүрлі органикалық қосылыстардың синтезінде маңызды рөл атқарады.

Органикалық синтездегі натрий цианидінің рөлі

Цианид-ион нуклеофил ретінде

Натрий цианидінің құрамындағы цианид ионы жоғары реактивті нуклеофил болып табылады. Көміртек атомындағы теріс заряд және азот атомының жоғары электртерістігіне байланысты ол органикалық молекулалардағы электрофильді орталықтарға, мысалы , карбонил топтарына, алкилгалогенидтеріне және эпоксидтерге шабуыл жасай алады.

С - С облигацияларының түзілуі

Натрий цианидінің органикалық синтездегі ең маңызды функцияларының бірі - нуклеофильді алмастыру және қосу реакциялары арқылы жүзеге асырылатын жаңа көміртек-көміртек байланыстарын құру. Мысалы, алкилгалогенид натрий цианидімен әрекеттескенде, цианид ионы галогенид ионының орнын басады, бұл нитрилдің түзілуіне әкеледі. Бұл реакция молекулаға қосымша көміртек атомын енгізудің қарапайым жолын ұсынады. 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 алкилгалогенидтерімен әрекеттескенде, реакция әдетте SN2 (бимолекулярлық нуклеофильді орын басу) механизмі бойынша жүреді. Цианид ионы галогенге бекітілген көміртек атомына артқы жағынан, кететін галогенид ионының орнына қарама-қарсы шабуыл жасайды. Бұл көміртек-галогендік байланыстың үзілуі және көміртек-цианидтік байланыстың түзілуі бір мезгілде жүретін үйлестірілген реакция. Реакция жылдамдығы алкилгалогенидінің де, цианид ионының да концентрациясына байланысты, ал өнімнің стереохимиясы бастапқы материалдың стереохимиясымен салыстырғанда кері болады.

SN1 механизмі : Үшіншілік алкилгалогенидтермен реакция SN1 (унимолекулярлық нуклеофильді орын басу) механизмі арқылы жүруі мүмкін. Алдымен алкилгалогенид карбокатион аралық өнімін түзу үшін диссоциацияланады. Содан кейін цианид ионы өнімін түзу үшін осы карбокатионға шабуыл жасайды. SN1 механизмі жазық карбокатион аралық өнімінің түзілуімен сипатталады, және өнім стереохимия қоспасын көрсетуі мүмкін, бұл құбылыс ракемизация деп аталады, бұл нуклеофилдің жазық карбокатионның екі жағынан да шабуыл жасауына байланысты.

Нуклеофильді қосылу реакциялары

Карбонил топтарына қосу : Натрий цианиді альдегидтермен немесе кетондармен әрекеттескенде, цианид ионы электрофильді карбонилді көміртек атомына бағытталған. Карбонил тобында поляризацияланған көміртек-оттегі байланысы бар, ал көміртек атомы электрофильді орын болып табылады. Цианид ионының шабуылы жаңа көміртек-цианид байланысын тудырады, ал карбонил тобының оттегі атомы теріс заряд алады. Келесі қадамда су немесе қышқыл сияқты протон көзі оттегі атомын протондап, цианогидрин түзеді. Бұл реакция қайтымды, және тепе-теңдікті реакция жағдайларын басқару арқылы өнімге қарай реттеуге болады.

Иминдерге қосылу : Стрекер реакциясында альдегид немесе кетонның аммиакпен әрекеттесуінен түзілетін иминиум ионына цианид ионын қосу ұқсас нуклеофильді қосылу механизмін қолданады. Иминиум ионының азот атомында оң заряды бар, бұл көршілес көміртек атомын электрофильді етеді. Цианид ионы осы көміртек атомына шабуыл жасап, жаңа көміртек-цианид байланысын түзеді және нәтижесінде α-аминнитрил 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.