Органик синтез дэх натрийн цианидын үүрэг ба механизм

Оршил

Натри цианид Усанд маш сайн уусдаг цагаан талст хатуу бодис (NaCN) нь хүчтэй суурь ба хүчирхэг нуклеофил тул түүнийг гагнуурын үед үнэ цэнэтэй урвалж болгодог. Органик синтез. Хэт их хоруу чанартай ч харьцахдаа аюулгүй байдлын урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээ авах шаардлагатай. Натрийн цианид эм, агрохими, полимер зэрэг олон төрлийн органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Органик синтез дэх натрийн цианидын үүрэг

Цианидын ион нь нуклеофилийн хувьд

The цианид доторх ион Натрийн цианид нь өндөр урвалд ордог нуклеофил юм. Сөрөг цэнэгийн ачаар Нүүрстөрөгчийн атом ба азотын атомын өндөр цахилгаан сөрөг чанар нь карбонилын бүлэг, алкил галогенид, эпоксид зэрэг органик молекулуудын электрофилийн төвүүдэд халдаж чаддаг.

C - C бонд үүсэх

-ийн хамгийн чухал функцүүдийн нэг натрийн цианид Органик синтез нь нуклеофилийн орлуулалт, нэмэлт урвалын үр дүнд бий болсон нүүрстөрөгчийн шинэ холбоог бий болгох явдал юм. Жишээлбэл, алкил галид нь натрийн цианидтай урвалд ороход цианидын ион нь галидын ионыг сольж, нитрил үүсэхэд хүргэдэг. Энэхүү урвал нь нэмэлт нүүрстөрөгчийн атомыг молекулд оруулах энгийн аргыг өгдөг. Дараа нь нитрилийн бүлгийг янз бүрийн химийн процессоор карбоксилын хүчил, амин эсвэл альдегид гэх мэт бусад функциональ бүлгүүдэд хувиргаж болно.

Амин хүчлийн нийлэгжилт - Стрекерийн урвал

Натрийн цианид нь α - амин хүчлүүдийн нийлэгжилтэнд ашиглагддаг Стрекерийн урвалын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Энэ урвалд альдегид эсвэл кетон нь аммонийн хлорид, натрийн цианидтай нийлж α - амин нитрил үүсгэдэг. Дараа нь энэ α - амин нитрил нь гидролиз болж харгалзах α - амин хүчлийг үүсгэдэг.

Урвал нь хэд хэдэн үе шаттайгаар явагдана: Нэгдүгээрт, альдегид эсвэл кетоны карбонил бүлэг нь протонжуулалтад орж, түүний электрофил чанарыг нэмэгдүүлдэг. Дараа нь аммиакийн молекул протонжуулсан карбонилийн бүлэг рүү дайрч, дараа нь депротонаци хийж гемиаминал үүсгэдэг. Дараа нь гемиаминийн гидроксил бүлгийг протонжуулж, усыг зайлуулж, иминий ион үүсгэдэг. Дараа нь цианидын ион нь иминий ион руу дайрч, α - амин нитрил үүсгэдэг. Эцэст нь хүчил эсвэл суурьтай α - амин нитрилийн гидролиз нь α - амин хүчлийг өгдөг.

Арил Галидын нитрилийн нийлэгжилт - Розенмунд - Фон Брауны урвал

Розенмунд-фон Брауны урвалд натрийн цианидыг галогенээр орлуулсан ароматик нэгдлүүд болох арилгалогенидүүдийг арыл нитрил болгон хувиргахад ашигладаг. Зэс (I) цианидаар катализлагдсан бөгөөд ихэвчлэн өндөр температур шаарддаг энэ урвал нь зэс-арил завсрын бодис үүсгэдэг. Дараа нь натрийн цианидын цианидын ион нь энэ завсрын бодистой урвалд орж, арил нитрил үүсгэдэг. Энэ процесс нь нитрилийн функциональ бүлгийг үнэрт цагирагт нэвтрүүлэхэд чухал ач холбогдолтой бөгөөд үүнийг эм, будагч бодис гэх мэт янз бүрийн үнэрт нэгдлүүдийн нийлэгжилтэд зориулж цаашид өөрчилж болно.

Карбонилийн нэгдлүүдийн нийлэгжилт

Натрийн цианид нь карбонилийн нэгдлүүдийн нийлэгжилтэнд мөн оролцдог. Жишээлбэл, эпоксидтэй урвалд ороход цианидын ион нь эпоксидын цагирагийн бага орлуулсан нүүрстөрөгчийн атом руу дайрч, цагираг нээгдэхэд хүргэдэг. Үүссэн цианогидрины дараагийн гидролиз нь карбонилийн нэгдэл үүсэхэд хүргэдэг.

Натрийн цианидтай холбоотой урвалын механизм

Нуклеофилийн орлуулах урвалууд

SN2 механизм: Натрийн цианид анхдагч алкил галидтай урвалд ороход урвал нь ихэвчлэн SN2 (бимолекул нуклеофилийн орлуулах) механизмын дагуу явагддаг. Цианидын ион нь галогенд наалдсан нүүрстөрөгчийн атом руу арын талаас, галоген ионы байрлалын эсрэгээр дайрдаг. Энэ бол нүүрстөрөгч-галоген бонд тасрах, нүүрстөрөгч-цианидын холбоо үүсэх зэрэг үйл явц юм. Урвалын хурд нь алкил галид ба цианидын ионы аль алиных нь концентрацаас хамаардаг ба бүтээгдэхүүний стереохими нь эхлэлийн материалынхтай харьцуулахад урвуу байдаг.

SN1 механизм: Гуравдагч алкил галидын хувьд урвал нь SN1 (унимолекуляр нуклеофилийн орлуулах) механизмаар явагдаж болно. Нэгдүгээрт, алкил галид нь карбокатоны завсрын бүтээгдэхүүнийг үүсгэхийн тулд сална. Дараа нь цианидын ион нь энэ карбокатион руу дайрч, бүтээгдэхүүнийг үүсгэдэг. SN1 механизм нь хавтгай карбокатоны завсрын бодис үүсэхээр тодорхойлогддог бөгөөд хавтгай карбокатоны хоёр талаас нуклеофилийн довтолгооноос болж уг бүтээгдэхүүн нь стереохимийн хольцтой байж болох ба рацемизаци гэж нэрлэгддэг үзэгдэл юм.

Нуклеофилийн нэмэлт урвалууд

Карбонилийн бүлгүүдийн нэмэлт: Натрийн цианид нь альдегид эсвэл кетонтой урвалд ороход цианидын ион нь электрофил карбонилийн нүүрстөрөгчийн атомыг чиглүүлдэг. Карбонил бүлэг нь туйлширсан нүүрстөрөгч-хүчилтөрөгчийн холбоотой бөгөөд нүүрстөрөгчийн атом нь электрофилийн хэсэг юм. Цианидын ионы довтолгоо нь шинэ нүүрстөрөгч - цианидын холбоог үүсгэж, карбонилийн бүлгийн хүчилтөрөгчийн атом сөрөг цэнэгийг олж авдаг. Дараагийн алхамд ус эсвэл хүчил зэрэг протоны эх үүсвэр нь хүчилтөрөгчийн атомыг протонжуулж цианогидрин үүсгэдэг. Энэ урвал буцах боломжтой бөгөөд урвалын нөхцлийг хянах замаар тэнцвэрийг бүтээгдэхүүн рүү чиглүүлж болно.

Imines-ийн нэмэлт: Стрекерийн урвалын үед альдегид эсвэл кетоныг аммиактай урвалд орсноор үүссэн цианидын ионыг иминий ион дээр нэмэх нь ижил төстэй нуклеофилийн нэмэлт механизмын дагуу явагддаг. Иминий ион нь азотын атом дээр эерэг цэнэгтэй тул зэргэлдээх нүүрстөрөгчийн атомыг электрофил болгодог. Цианидын ион нь энэ нүүрстөрөгчийн атом руу дайрч, шинэ нүүрстөрөгч - цианидын холбоог үүсгэж, α - амин нитрил үүснэ.

Аюулгүй байдлын талаархи бодол

Цианит натри нь маш хортой гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Амьсгалах, залгих, арьсанд хүрэх нь үхэлд хүргэдэг. Натрийн цианидтай ажиллахдаа аюулгүй байдлын хатуу протоколыг дагаж мөрдөх ёстой. Үүнд агааржуулалт сайтай утааны бүрхүүлд туршилт хийх, бээлий, нүдний шил, лабораторийн цув гэх мэт хувийн хамгаалалтын хэрэгслийг өмсөх, санамсаргүй өртсөн тохиолдолд яаралтай тусламжийн зохих төлөвлөгөөтэй байх зэрэг орно.

Дүгнэлт

Натрийн цианид нь органик синтезийн хүчирхэг, олон талт урвалж юм. Түүний нуклеофилийн үүрэг гүйцэтгэж, шинэ нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоо үүсгэх чадвар нь түүнийг олон төрлийн органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэхэд химичдэд зайлшгүй шаардлагатай хэрэгсэл болгодог. Натрийн цианидтай холбоотой урвалын механизмыг ойлгох нь үр дүнтэй синтетик замыг боловсруулах, урвалын үр дүнг урьдчилан таамаглахад зайлшгүй шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч өндөр хоруу чанартай тул түүний хэрэглээг сайтар зохицуулж, химич, хүрээлэн буй орчны эрүүл мэндийг хамгаалахын тулд аюулгүй байдлын дээд зэргийн урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээг дагаж мөрдөх ёстой.