Sodyum Siyanürün Organik Sentezdeki Rolü ve Mekanizmaları

Giriş

Sodyum siyanür (NaCN), suda yüksek oranda çözünen beyaz kristal bir katı olup hem güçlü bir baz hem de güçlü bir nükleofildir; bu da onu organik sentezde değerli bir reaktif haline getirir . Aşırı toksik olması ve bu nedenle kullanımı sırasında sıkı güvenlik önlemlerinin alınması gerekliliğine rağmen, sodyum siyanür , ilaçlar, tarım kimyasalları ve polimerler de dahil olmak üzere çeşitli organik bileşiklerin sentezinde çok önemli bir rol oynar.

Sodyum Siyanürün Organik Sentezdeki Rolü

Siyanür İyonu Bir Nükleofil Olarak

Sodyum siyanür içindeki siyanür iyonu oldukça reaktif bir nükleofildir. Karbon atomundaki negatif yük ve azot atomunun yüksek elektronegatifliği sayesinde , karbonil grupları, alkil halojenürler ve epoksitler gibi organik moleküllerdeki elektrofilik merkezlere saldırabilir.

C - C Bağlarının Oluşumu

Sodyum siyanürün organik sentezdeki en önemli işlevlerinden biri, nükleofilik sübstitüsyon ve katılma reaksiyonları yoluyla yeni karbon-karbon bağlarının oluşturulmasıdır. Örneğin, bir alkil halojenür sodyum siyanür ile reaksiyona girdiğinde, siyanür iyonu halojenür iyonunun yerini alarak nitril oluşumuna yol açar. Bu reaksiyon, moleküle ek bir karbon atomu eklemenin basit bir yolunu sağlar. Daha sonra, nitril grubu çeşitli kimyasal işlemler yoluyla karboksilik asitler, aminler veya aldehitler gibi diğer fonksiyonel gruplara dönüştürülebilir.

Amino Asitlerin Sentezi - Strecker Reaksiyonu

Sodyum siyanür, α - amino asitlerin sentezinde kullanılan Strecker reaksiyonunda önemli bir bileşendir. Bu reaksiyonda, bir aldehit veya keton, amonyum klorür ve sodyum siyanür ile birleşerek bir α - amino nitril oluşturur. Bu α - amino nitril daha sonra hidrolize edilerek karşılık gelen α - amino asit üretilebilir.

Tepkime birkaç adımda gerçekleşir: İlk olarak, aldehit veya ketonun karbonil grubu protonasyona uğrar ve elektrofilisitesi artar. Daha sonra, bir amonyak molekülü protonlanmış karbonil grubuna saldırır ve bunu bir hemiaminal oluşturmak için deprotonasyon izler. Daha sonra, hemiaminalin hidroksil grubu protonlanır ve bunun sonucunda su ortadan kalkar ve bir iminyum iyonu oluşur. Daha sonra siyanür iyonu iminyum iyonuna saldırır ve α - amino nitril üretir. Son olarak, bir asit veya baz varlığında α - amino nitrilin hidrolizi α - amino asidi verir.

Aril Halojenürlerden Nitril Sentezi - Rosenmund - von Braun Reaksiyonu

Rosenmund - von Braun reaksiyonunda, sodyum siyanür, halojen - ikameli aromatik bileşikler olan aril halojenürleri aril nitrillere dönüştürmek için kullanılır. Bakır(I) siyanür tarafından katalize edilen ve genellikle yüksek sıcaklıklar gerektiren bu reaksiyon, bir bakır - aril ara maddesinin oluşumunu içerir. Sodyum siyanürden gelen siyanür iyonu daha sonra bu ara maddeyle reaksiyona girerek aril nitrili oluşturur. Bu süreç, farmasötikler ve boyalar gibi çeşitli aromatik bileşiklerin sentezi için daha fazla modifiye edilebilen bir aromatik halkaya bir nitril fonksiyonel grubu sokmak için önemlidir.

Karbonil Bileşiklerinin Sentezi

Sodyum siyanür ayrıca karbonil bileşiklerinin sentezinde de yer alır. Örneğin, bir epoksitle reaksiyona girdiğinde, siyanür iyonu epoksit halkasının daha az ikame edilmiş karbon atomuna saldırır ve halkanın açılmasına neden olur. Elde edilen siyanohidrinin daha sonraki hidrolizi bir karbonil bileşiğinin oluşumuna yol açabilir.

Sodyum Siyanür İçeren Reaksiyonların Mekanizmaları

Nükleofilik İkame Reaksiyonları

SN2 Mekanizması : Sodyum siyanür, birincil alkil halojenürlerle reaksiyona girdiğinde, reaksiyon tipik olarak bir SN2 (bimoleküler nükleofilik sübstitüsyon) mekanizmasını izler. Siyanür iyonu, halojene bağlı karbon atomuna, ayrılan halojenür iyonunun konumunun karşısındaki arka taraftan saldırır. Bu, karbon-halojen bağının kırılması ve karbon-siyanür bağının oluşumunun eş zamanlı olarak gerçekleştiği eş zamanlı bir reaksiyondur. Reaksiyon hızı, hem alkil halojenürün hem de siyanür iyonunun konsantrasyonlarına bağlıdır ve ürünün stereokimyası, başlangıç ​​maddesinin stereokimyasına kıyasla tersine çevrilmiştir.

SN1 Mekanizması : Tersiyer alkil halojenürlerle reaksiyon, SN1 (unimoleküler nükleofilik sübstitüsyon) mekanizması yoluyla ilerleyebilir. İlk olarak, alkil halojenür ayrışarak bir karbokatyon ara ürünü oluşturur. Daha sonra, siyanür iyonu bu karbokatyona saldırarak ürünü oluşturur. SN1 mekanizması, düzlemsel bir karbokatyon ara ürününün oluşumuyla karakterize edilir ve ürün, nükleofilin düzlemsel karbokatyonun her iki tarafından da saldırması nedeniyle rasemizasyon olarak bilinen bir olgu olan stereokimyaların bir karışımını sergileyebilir.

Nükleofilik Katılma Reaksiyonları

Karbonil Gruplarına Eklenme : Sodyum siyanür, aldehitler veya ketonlarla reaksiyona girdiğinde, siyanür iyonu elektrofilik karbonil karbon atomunu hedef alır. Karbonil grubu, karbon atomunun elektrofilik bölge olduğu polarize bir karbon-oksijen bağına sahiptir. Siyanür iyonunun saldırısı yeni bir karbon-siyanür bağı oluşturur ve karbonil grubunun oksijen atomu negatif bir yük kazanır. Bir sonraki adımda, su veya asit gibi bir proton kaynağı, oksijen atomunu protonlayarak siyanohidrin oluşturur. Bu reaksiyon tersinirdir ve reaksiyon koşulları kontrol edilerek denge ürüne doğru ayarlanabilir.

İminlere Katılma : Strecker reaksiyonunda, bir aldehit veya ketonun amonyakla reaksiyonu sonucu oluşan iminyum iyonuna siyanür iyonunun katılması, benzer bir nükleofilik katılma mekanizmasını izler. İminyum iyonu, azot atomu üzerinde pozitif bir yüke sahiptir ve bu da bitişik karbon atomunu elektrofilik hale getirir. Siyanür iyonu bu karbon atomuna saldırarak yeni bir karbon-siyanür bağı oluşturur ve sonuç olarak bir α-amino nitril oluşur.

Güvenlik Hususları

Sodyum siyanürün son derece toksik olduğunu vurgulamak önemlidir. Solunması, yutulması veya cilt teması ölümcül olabilir. Sodyum siyanürle çalışırken, sıkı güvenlik protokollerine uyulmalıdır. Buna, iyi havalandırılmış bir davlumbazda deneyler yapmak, eldiven, gözlük ve laboratuvar önlüğü gibi uygun kişisel koruyucu ekipman giymek ve kazara maruz kalma durumunda uygun acil durum müdahale planlarına sahip olmak dahildir.

Sonuç

Sodyum siyanür, organik sentezde güçlü ve çok yönlü bir reaktiftir. Bir nükleofil olarak hareket etme ve yeni karbon-karbon bağları oluşturma yeteneği, onu kimyagerler için çok çeşitli organik bileşikleri sentezlemede vazgeçilmez bir araç haline getirir. Sodyum siyanürü içeren reaksiyon mekanizmalarını anlamak, etkili sentetik yollar tasarlamak ve reaksiyon sonuçlarını tahmin etmek için esastır. Ancak, yüksek toksisitesi nedeniyle, kullanımı kimyagerlerin ve çevrenin refahını korumak için dikkatlice düzenlenmeli ve en üst düzey güvenlik önlemleriyle gerçekleştirilmelidir.