Nātrija cianīda daudzpusīgais pielietojums organiskajā sintēzē

Ievads

Nātrijs cianīdu (NaCN), kura ķīmiskā formula ir NaCN, ir balta kristāliska cieta viela vai pulveris, kas labi šķīst ūdenī un kam ir vāja, rūgtu mandeļu smarža. Pateicoties augstajai reaģētspējai, tas ir plaši izmantots plašā klāstā. organiskā sintēze reakcijas. Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka nātrija cianīds ir ārkārtīgi toksisks, un ar to jārīkojas ļoti uzmanīgi un stingri ievērojot drošības protokolus. Šajā rakstā ir aplūkoti dažādie pielietojumi. Nātrija cianīds organiskajā sintēzē.

Pielietojumi organiskajā sintēzē

Streckera reakcija

Viena no vispazīstamākajām lietojumprogrammām Nātrija cianīds Organiskajā sintēzē notiek Strekera reakcija. Šī reakcija ir spēcīga α-aminoskābju sintēzes metode. Strekera reakcijā aldehīds vai ketons reaģē ar amonija hlorīdu (NH₄Cl) un nātrija cianīdu. Vispārīgais reakcijas mehānisms ir šāds:

1. Vispirms aldehīds vai ketons reaģē ar amonjaku (veidojas in situ no amonija hlorīda), veidojot imīnu. OgleklisAldehīda vai ketona ilgrupa tiek protonēta, padarot to elektrofilāku. Pēc tam amonjaks uzbrūk protonētajam karbonilogleklim, kam seko deprotonēšana, veidojot imīnu.

2. Pēc tam nātrija cianīda cianīda jons (CN⁻) darbojas kā nukleofils un uzbrūk imīna oglekļa atomam. Tā veidojas α-aminonitrila starpprodukts.

3. Visbeidzot, α-aminonitrila hidrolīze skābos vai bāziskos apstākļos dod atbilstošo α-aminoskābi.

Streckera reakcija nodrošina vienkāršu veidu, kā ievadīt gan aminogrupu, gan karboksilgrupu (pēc nitrila hidrolīzes) uz viena oglekļa atoma, kas ir ļoti svarīgi aminoskābju, olbaltumvielu pamatelementu, sintēzei. Piemēram, kad formaldehīds (HCHO) reaģē ar amonija hlorīdu un nātrija cianīdu, kam seko hidrolīze, var iegūt glicīnu (NH₂CH₂COOH), vienkāršāko aminoskābi.

Nitrilu sagatavošana

Nātrija cianīdu parasti izmanto nitrilu pagatavošanai. Aizvietošanas reakcijā alkilhalogenīdi (piemēram, metilbromīds, CH₃Br) reaģē ar nātrija cianīdu polārā aprotiskā šķīdinātājā, piemēram, dimetilsulfoksīdā (DMSO) vai acetonā. Reakcija notiek, izmantojot SN2 mehānismu, kur cianīda jons uzbrūk oglekļa atomam, kas saistīts ar halogēnu. Halogēna atoms tiek aizstāts un veidojas alkilnitrils. Piemēram:

CH3Br + NaCN → CH3CN + NaBr

Arilnitrilus dažos gadījumos var sintezēt arī, izmantojot nātrija cianīdu. Piemēram, dažās pārejas metālu katalizētās reakcijās arilhalogenīdi var reaģēt ar nātrija cianīdu katalizatora, piemēram, vara(I) cianīda (CuCN) vai pallādija katalizatora, klātbūtnē. Šī reakcija ļauj ievadīt -CN funkcionālo grupu aromātiskajā gredzenā, kas ir noderīgi dažādu farmaceitisko līdzekļu, agroķīmisko vielu un krāsvielu sintēzē.

Benzoīna kondensācija

Benzoīna kondensācija ir vēl viena svarīga reakcija, kurā nātrija cianīdam ir galvenā loma. Šajā reakcijā aromātiskie aldehīdi (aldehīdi ar aromātisku gredzenu, piemēram, benzaldehīds, C₆H₅CHO) reaģē katalītiskā nātrija cianīda daudzuma klātbūtnē spirta šķīdumā. Reakcijas mehānisms ietver šādus soļus:

1. Cianīda jons vispirms pievienojas benzaldehīda karbonilgrupas ogleklim, darbojoties kā nukleofils. Šis pievienošanas produkts ir ciānhidrīnam līdzīgs starpprodukts.

2. Ciānhidrīnam līdzīgā starpprodukta skābekļa atoma negatīvais lādiņš pēc tam var uzbrukt citas benzaldehīda molekulas karbonilogleklim.

3. Pēc virknes protonu pārneses posmu un cianīda jona eliminācijas veidojas benzoīns (α-hidroksiketons).

Benzoīna kondensācija nodrošina veidu, kā veidot jaunu oglekļa-oglekļa saiti starp divām aldehīda molekulām, kas ir vērtīgi sarežģītāku organisko molekulu sintēzē. Lai gan pēdējos gados ir pieliktas pūles aizstāt nātrija cianīdu ar videi draudzīgākiem katalizatoriem, piemēram, tiazolija sāļiem vai B₁ vitamīnu, tradicionālā metode, izmantojot nātrija cianīdu, dažos gadījumos joprojām ir aktuāla.

Pievienošanās reakcijas ar nepiesātinātiem savienojumiem

Nātrija cianīds var piedalīties arī pievienošanas reakcijās ar nepiesātinātiem savienojumiem. Piemēram, katalizatora klātbūtnē tas var pievienoties α,β-nepiesātinātiem karbonil savienojumiem (piemēram, akroleīnam, CH₂=CHCHO). Reakcija notiek pēc Maikla tipa pievienošanas mehānisma, kur cianīda jons uzbrūk α,β-nepiesātinātā karbonil savienojuma β-ogleklim. Šo reakciju var izmantot, lai nepiesātinātajā sistēmā ievadītu ciānmetilgrupu (-CH₂CN), ko tālāk var pārveidot par citām funkcionālām grupām. Piemēram, iegūto produktu var hidrolizēt, veidojot karbonskābi, vai reducēt, veidojot amīnu.

Drošības apsvērumi

Kā jau minēts iepriekš, nātrija cianīds ir ārkārtīgi toksisks. Nātrija cianīda ieelpošana, norīšana vai saskare ar ādu var būt letāla. Tas reaģē ar skābēm, veidojot ūdeņraža cianīdu (HCN), ļoti toksisku gāzi. Rīkojoties ar nātrija cianīdu, stingri jāievēro šādi drošības pasākumi:

1. Lietojiet labi vēdināmā tvaika nosūcējā, lai novērstu toksisku gāzu uzkrāšanos.

2. Valkājiet atbilstošus individuālos aizsardzības līdzekļus, tostarp cimdus, aizsargbrilles un laboratorijas halātu. Dažos gadījumos var būt nepieciešams respirators.

3. Nātrija cianīdu uzglabāt drošā, marķētā traukā, prom no skābēm un citām reaģējošām ķīmiskām vielām.

4. Nodrošiniet atbilstošus ārkārtas reaģēšanas plānus un aprīkojumu noplūžu vai negadījumu gadījumā.

Secinājumi

Nātrija cianīds ir daudzpusīgs un svarīgs reaģents organiskajā sintēzē. Tas ļauj veidot dažādas svarīgas funkcionālās grupas, piemēram, aminoskābes, nitrilus un α-hidroksiketonus, un piedalās svarīgās oglekļa-oglekļa saišu veidošanas reakcijās. Neskatoties uz tā toksicitāti, ja ar to rīkojas ļoti uzmanīgi un ievērojot drošības noteikumus, tas joprojām ir būtisks instruments sintētiskā ķīmiķa instrumentu komplektā plaša spektra organisko savienojumu, sākot no farmaceitiskiem līdzekļiem līdz smalkām ķīmiskām vielām, pagatavošanai. Tomēr pastāvīgie pētniecības centieni ir vērsti uz alternatīvu, drošāku metožu izstrādi, lai sasniegtu tos pašus sintētiskos mērķus.