Nitril - Nitrile

Tento článek je o skupině organických sloučenin. Výrobek ze syntetického kaučuku viz Nitrilový kaučuk.

Struktura nitrilu: funkční skupina je zvýrazněna modrý

A nitril je jakýkoli organická sloučenina který má -C ≡N funkční skupina.[1] Předpona kyano - se v průmyslové literatuře používá zaměnitelně s výrazem nitril. Nitrily se nacházejí v mnoha užitečných sloučeninách, včetně methylkyanoakrylát, použito v super lepidlo, a nitrilový kaučuk, obsahující nitril polymer použito v Latex zdarma laboratoř a lékařské rukavice. Nitrilový kaučuk se také široce používá jako automobilové a jiné těsnění, protože je odolný vůči palivům a olejům. Organické sloučeniny obsahující více nitrilových skupin jsou známé jako kyanovodíky.

Anorganické sloučeniny obsahující skupinu −C≡N se nenazývají nitrily, ale kyanidy namísto.[2] Ačkoli nitrily i kyanidy lze odvodit z kyanidových solí, většina nitrilů není zdaleka tak toxická.

Struktura a základní vlastnosti

Geometrie N-C-C je v nitrilech lineární, což odráží sp hybridizaci trojitě vázaného uhlíku. Vzdálenost C-N je krátká na 1,16A, v souladu s trojnou vazbou.[3] Nitrily jsou polární, o čemž svědčí vysoké dipólové momenty. Jako kapaliny mají vysoké relativní permitivity, často ve 30. letech.

Dějiny

První sloučenina z homologní řady nitrilů, nitril z kyselina mravenčí, kyanovodík byl poprvé syntetizován C. W. Scheele v roce 1782.[4][5] V roce 1811 J. L. Gay-Lussac byl schopen připravit velmi toxickou a těkavou čistou kyselinu.[6] Kolem roku 1832 benzonitril, nitril z kyselina benzoová, připravil Friedrich Wöhler a Justus von Liebig, ale vzhledem k minimálnímu výtěžku syntézy nebyly stanoveny ani fyzikální, ani chemické vlastnosti, ani nebyla navržena struktura. V roce 1834 Théophile-Jules Pelouze syntetizován propionitril, což naznačuje, že jde o ether propionového alkoholu a kyseliny kyanovodíkové.[7]Syntéza benzonitrilu pomocí Hermann Fehling v roce 1844 zahřátím benzoan amonný byla první metoda poskytující dostatek látky pro chemický výzkum. Fehling určil strukturu porovnáním svých výsledků s již známou syntézou kyanovodíku zahříváním amonia mravenčan. Vytvořil název „nitril“ pro nově nalezenou látku, který se stal názvem pro tuto skupinu sloučenin.[8]

Syntéza

Průmyslově jsou hlavními způsoby výroby nitrilů amoxidace a kyanovodík. Obě cesty jsou zelená v tom smyslu, že negenerují stechiometrické množství solí.

Amoxidace

v amoxidace, a uhlovodík je částečně oxidovaný v přítomnosti amoniak. Tato konverze se praktikuje ve velkém měřítku pro akrylonitril:[9]

CH3CH = CH2 + ​3⁄2 Ó2 + NH3 → NCCH = CH2 + 3 H2Ó

Při výrobě akrylonitrilu je vedlejším produktem acetonitril. V průmyslovém měřítku několik derivátů benzonitril, ftalonitril, stejně jako isobutyronitril se připravují amoxidací. Proces je katalyzován oxidy kovů a předpokládá se, že bude pokračovat přes imin.

Hydrocyanace

Hydrocyanace je průmyslová metoda pro výrobu nitrilů z kyanovodíku a alkenů. Tento proces vyžaduje homogenní katalyzátory. Příkladem kyanovodíku je výroba adiponitril, předchůdce nylon-6,6 z 1,3-butadien:

CH2= CH - CH = CH2 + 2 HCN → NC (CH2)4CN

Z organických halogenidů a kyanidových solí

Dva solné reakce jsou oblíbené pro laboratorní reakce. V Kolbe nitrilová syntéza, alkylhalogenidy podstoupit nukleofilní alifatická substituce s alkalickým kovem kyanidy . Arylnitrily se připravují v Syntéza Rosenmund-von Braun.

Kyanohydriny

Syntéza aromatických nitrilů prostřednictvím silylovaných kyanohydrinů

The kyanohydriny jsou speciální třídou nitrilů. Klasicky jsou výsledkem přidání kyanidů alkalických kovů k aldehydům v kyanohydrinová reakce. Vzhledem k polaritě organického karbonylu nevyžaduje tato reakce na rozdíl od kyanovodíku alkenů žádný katalyzátor. Přidáním se generují O-silylkyanohydriny trimethylsilylkyanid v přítomnosti katalyzátoru (silylkyanace). Kyanohydriny se také připravují transcyanohydrinovými reakcemi počínaje například s acetonkyanhydrin jako zdroj HCN.[10]

Dehydratace amidů a oximů

Nitrily lze připravit dehydratace primární amidy. V přítomnosti ethyl dichlorfosfát a DBU, benzamid převádí na benzonitril:[11] Mezi další činidla běžně používaná pro tento účel patří P4Ó10a SOCl2.

Amide dehydratace
Dva meziprodukty v této reakci jsou amid tautomer A a jeho fosfát adukt B.

V příbuzném dehydratace, sekundární amidy dát nitrily podle degradace amidu von Braun. V tomto případě se odštěpí jedna vazba C-N. Dehydratace aldoximy (RCH = NOH) také poskytuje nitrily. Typickými činidly pro tuto transformaci jsou triethylamin /oxid siřičitý, zeolity nebo sulfurylchlorid. Využíváním tohoto přístupu je Syntéza v jedné nádobě nitrilů z aldehyd s hydroxylamin v přítomnosti síran sodný.[12]

syntéza v jedné nádobě z aldehydu

Sandmeyerova reakce

Aromatické nitrily se často připravují v laboratoři od anilinu přes diazoniové sloučeniny. To je Sandmeyerova reakce. Vyžaduje kyanidy přechodných kovů.[13]

ArN+
2 + CuCN → ArCN + N2 + Cu+

Jiné metody

CyclobutaneByCyanideMediatedDibromideCoupling.png
V takzvané Franchimontově reakci (kterou vyvinul belgický doktorand Antoine Paul Nicolas Franchimont (1844-1919) v roce 1872) se po hydrolýze kyanoskupiny dimerizuje kyselina α-bromkarboxylová a dekarboxylace[17]

Reakce

Nitrilové skupiny v organických sloučeninách mohou projít řadou reakcí v závislosti na reaktantech nebo podmínkách. Nitrilová skupina může být hydrolyzována, redukována nebo vyloučena z molekuly jako kyanidový ion.

Hydrolýza

The hydrolýza nitrilů RCN postupuje v různých krocích nejprve zpracováním kyselinou nebo zásadou karboxamidy RC (= O) NH2 a pak karboxylové kyseliny RCOOH. Hydrolýza nitrilů na karboxylové kyseliny je účinná. V kyselině nebo zásadě jsou vyvážené rovnice následující:

RCN + 2H2O + HCl → RCO2H + NH4Cl
RCN + H2O + NaOH → RCO2Na + NH3

Všimněte si, že přísně vzato jsou tyto reakce zprostředkovány (na rozdíl od katalyzovaný) kyselinou nebo bází, protože jeden ekvivalent kyseliny nebo báze se spotřebuje za vzniku amonné nebo karboxylátové soli.

Kinetické studie ukazují, že rychlostní konstanta druhého řádu pro hydrolýzu katalyzovanou hydroxid-ionty acetonitril na acetamid je 1,6 × 10−6 M−1 s−1, který je pomalejší než hydrolýza amidu na karboxylát (7,4 × 10−5 M−1 s−1). Cesta bazické hydrolýzy tedy poskytne karboxylát (nebo amid kontaminovaný karboxylátem). Na druhé straně reakce katalyzované kyselinou vyžadují pečlivou kontrolu teploty a poměru reagentů, aby se zabránilo tvorbě polymerů, což je podporováno exotermickým charakterem hydrolýzy.[25] Klasický postup pro přeměnu nitrilu na odpovídající primární amid vyžaduje přidání nitrilu ke studené koncentrované kyselině sírové.[26] Další přeměna na karboxylovou kyselinu nepříznivě ovlivňuje nízká teplota a nízká koncentrace vody.

RCN + H2O → RC (O) NH2 (H2TAK4 je katalyzátor)

Dvě rodiny enzymů katalyzují hydrolýzu nitrilů. Nitrilasy hydrolyzovat nitrily na karboxylové kyseliny:

RCN + 2 H2O → RCO2H + NH3

Nitril hydratázy jsou metaloenzymy které hydrolyzují nitrily na amidy.

RCN + H2O → RC (O) NH2

Tyto enzymy se komerčně používají k výrobě akrylamidu.

Snížení

Hlavní článek: Snížení nitrilu

Nitrily jsou náchylné k hydrogenace přes různé kovové katalyzátory. Reakce může poskytnout buď primární amin (RCH2NH2) nebo terciární amin ((RCH2)3N), v závislosti na podmínkách.[27] V konvenčním organické redukce, nitril se redukuje působením lithiumaluminiumhydrid na amin. Redukce na já těžím následuje hydrolýza na aldehyd v Stephen aldehydová syntéza, který používá chlorid cínatý v kyselině.

Alkylace

Alkylnitrily jsou dostatečně kyselé, aby se vytvořily nitrilové anionty, které alkylují širokou škálu elektrofilů.[28] Klíčem k výjimečné nukleofilitě je malá sterická potřeba jednotky CN v kombinaci s její indukční stabilizací. Díky těmto vlastnostem jsou nitrily ideální pro vytváření nových vazeb uhlík-uhlík ve stericky náročných prostředích pro použití v syntéze léčivé chemie. Nedávný vývoj ukázal, že povaha kovového protiiontu způsobuje odlišnou koordinaci buď nitrilového dusíku, nebo sousedního nukleofilního uhlíku, často se značnými rozdíly v reaktivitě a stereochemii.[29]

Nukleofily

Uhlíkové centrum nitrilu je elektrofilní, proto je náchylný k nukleofilní adice reakce:

Různé metody a sloučeniny

Karbocyanace Nakao 2007

Složitost

Nitrily jsou předchůdci nitrilové komplexy přechodných kovů, což jsou činidla a katalyzátory. Mezi příklady patří [Cu (MeCN)4]+ a PdCl2(PhCN)2).[34]

Vzorek nitrilového komplexu PdCl2(PhCN)2

Nitrilové deriváty

Organické kyanamidy

Viz také: von Braunova reakce

Kyanamidy jsou N-kyanosloučeniny s obecnou strukturou R1R2N-CN a souvisí s anorganickým rodičem kyanamid.

Oxidy nitrilu

Oxidy nitrilu mají obecnou strukturu R − CNO.

Výskyt a aplikace

Nitrily se přirozeně vyskytují v rozmanité sadě rostlinných a živočišných zdrojů. Více než 120 přirozeně se vyskytujících nitrilů bylo izolováno z pozemských a mořských zdrojů. S nitrily se běžně setkáváme v ovocných jamkách, zejména v mandlích, a během vaření Brassica plodiny (jako zelí, růžičková kapusta a květák), které hydrolýzou uvolňují nitrily. Mandelonitril, a kyanohydrin produkovaný požitím mandlí nebo některých ovocných pecí, uvolňuje kyanovodík a je odpovědný za toxicitu kyanogenních glykosidů.[35]

V současné době je na trhu více než 30 léčivých přípravků obsahujících nitril pro různé léčebné indikace a v klinickém vývoji je více než 20 dalších nitril obsahujících nitrilů. Nitrilová skupina je poměrně robustní a ve většině případů není snadno metabolizována, ale prochází tělem beze změny.[Citace je zapotřebí ] Druhy léčiv obsahujících nitrily jsou různé, od vildagliptin, antidiabetikum, na anastrozol, což je zlatý standard v léčbě rakoviny prsu. V mnoha případech nitril napodobuje funkčnost přítomnou v substrátech pro enzymy, zatímco v jiných případech zvyšuje nitril rozpustnost ve vodě nebo snižuje náchylnost k oxidačnímu metabolismu v játrech.[36] Nitrilová funkční skupina se nachází v několika lécích.

Viz také

Reference

  1. ^ Zlatá kniha IUPAC nitrily
  2. ^ NCBI-MeSH Nitrily
  3. ^ Karakida, Ken-ichi; Fukuyama, Tsutomu; Kuchitsu, Kozo (1974). „Molekulární struktury kyanovodíku a acetonitrilu studované difrakcí elektronů plynu“. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 47 (2): 299–304. doi:10,1246 / bcsj.47.299.
  4. ^ Vidět:
    • Carl W. Scheele (1782) „Försök, beträffande det färgande ämnet uti Berlinerblå“ (Experiment týkající se barevné látky v berlínské modré barvě), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens handlingar (Prohlášení Královské švédské akademie věd), 3: 264–275 (ve švédštině).
    • Přetištěno v latině jako: „De materia tingente caerulei berolinensis“ in: Carl Wilhelm Scheele with Ernst Benjamin Gottlieb Hebenstreit (ed.) and Gottfried Heinrich Schäfer (trans.), Opuscula Chemica et Physica (Lipsko („Lipsiae“), (Německo): Johann Godfried Müller, 1789), sv. 2, strany 148–174.
  5. ^ David T. Mowry (1948). „Příprava nitrilů“ (– Hledání učenců). Chemické recenze. 42 (2): 189–283. doi:10.1021 / cr60132a001. PMID  18914000.[mrtvý odkaz ]
  6. ^ Gay-Lussac vyráběl čistý, zkapalněný kyanovodík v: Gay-Lussac, J (1811). ""Note sur l'acide prussique "(Poznámka o kyselině prussové)". Annales de chimie. 44: 128–133.
  7. ^ J. Pelouze (1834). „Notiz über einen neuen Cyanäther“ [Poznámka k novému kyano-etheru]. Annalen der Pharmacie. 10 (3): 249. doi:10,1002 / jlac.18340100302.
  8. ^ Hermann Fehling (1844). „Ueber die Zersetzung des benzoësauren Ammoniaks durch die Wärme (O rozkladu benzoátu amonného teplem)“. Annalen der Chemie und Pharmacie. 49 (1): 91–97. doi:10,1002 / jlac.18440490106. Na straně 96 Fehling píše: „Da Laurent den von ihm entdeckten Körper schon Nitrobenzoyl genannt hat, auch schin ein Azobenzoyl existirt, so könnte man den aus benzoësaurem Ammoniak entstehenden Körper vielleicht Benzonitril nennen.“ (Protože Laurent pojmenoval jím objevenou látku „nitrobenzoyl“ - také již existuje „azobenzoyl“ - dalo by se pojmenovat látku, která pochází z benzoátu amonného, ​​snad „benzonitril“.)
  9. ^ Peter Pollak, Gérard Romeder, Ferdinand Hagedorn, Heinz-Peter Gelbke „Nitrily“ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a17_363
  10. ^ Gregory, Robert J. H. (1999). "Kyanohydriny v přírodě a laboratoři: biologie, přípravky a syntetické aplikace". Chemické recenze. 99 (12): 3649–3682. doi:10.1021 / cr9902906. PMID  11849033.
  11. ^ Chun-Wei Kuo; Jia-Liang Zhu; Jen-Dar Wu; Cheng-Ming Chu; Ching-Fa Yao; Kak-Shan Shia (2007). "Pohodlný nový postup pro přeměnu primárních amidů na nitrily". Chem. Commun. 2007 (3): 301–303. doi:10.1039 / b614061k. PMID  17299646.
  12. ^ Sharwan K, Dewan, Ravinder Singh a Anil Kumar (2006). „Syntéza nitrilů z aldehydů a hydrochloridu hydroxylaminu v jedné nádobě za použití síranu sodného (bezvodého) a hydrogenuhličitanu sodného v suchém prostředí za mikrovlnného záření“ (PDF). Arkivoc: (ii) 41–44. Archivovány od originál (otevřený přístup ) dne 26. září 2007.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  13. ^ "Ó-Tolunitril a str- Tolunitril "H. T. Clarke a R. R. Read Org. Synth. 1941, Sb. Sv. 1, 514.
  14. ^ W. Nagata a M. Yoshioka (1988). „Diethylaluminiumkyanid“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 6, str. 436
  15. ^ W. Nagata, M. Yoshioka a M. Murakami (1988). „Příprava kyanosloučenin za použití alkylaluminiových meziproduktů: 1-kyano-6-methoxy-3,4-dihydronaftalen“. Organické syntézy.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz); Kolektivní objem, 6, str. 307
  16. ^ Reynold C. Fuson; Oscar R. Kreimeier a Gilbert L. Nimmo (1930). „Ring Closures in the Cyclobutane Series. II. Cyclization Of α, α′-Dibromo-Adipic Esters“. J. Am. Chem. Soc. 52 (10): 4074–4076. doi:10.1021 / ja01373a046.
  17. ^ A. P. N. Franchimont (1872). „Ueber die Dibenzyldicarbonsäure“ [Na kyselině 2,3-difenyljantarové]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 5 (2): 1048–1050. doi:10,1002 / cber.187200502138.
  18. ^ J. Houben, Walter Fischer (1930) „Über eine neue Methode zur Darstellung cyclischer Nitrile durch katalytischen Abbau (I. Mitteil.),“ Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (Série A a B) 63 (9): 2464 - 2472. doi:10.1002 / cber.19300630920
  19. ^ Yamazaki, Shigekazu; Yamazaki, Yasuyuki (1990). „Niklem katalyzovaná dehydrogenace aminů na nitrily“. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 63 (1): 301–303. doi:10,1246 / bcsj.63.301.
  20. ^ Chen, Fen-Er; Kuang, Yun-Yan; Hui-Fang, Dai; Lu, Liang (2003). „Selektivní a mírná oxidace primárních aminů na nitrily kyselinou trichlorisokyanurovou“. Syntéza. 17 (17): 2629–2631. doi:10.1055 / s-2003-42431.
  21. ^ Schäfer, H. J .; Feldhues, U. (1982). "Oxidace primárních alifatických aminů na nitrily na niklové hydroxidové elektrodě". Syntéza. 1982 (2): 145–146. doi:10.1055 / s-1982-29721.
  22. ^ Hiegel, Gene; Lewis, Justin; Bae, Jason (2004). „Konverze α ‐ aminokyselin na nitrily oxidační dekarboxylací s kyselinou trichlorisokyanurovou“. Syntetická komunikace. 34 (19): 3449–3453. doi:10.1081 / SCC-200030958. S2CID  52208189.
  23. ^ Hampson, N; Lee, J; MacDonald, K (1972). "Oxidace aminosloučenin na anodickém stříbře". Electrochimica Acta. 17 (5): 921–955. doi:10.1016 / 0013-4686 (72) 90014-X.
  24. ^ Dakin, Henry Drysdale (1916). „Oxidace aminokyselin na kyanidy“. Biochemical Journal. 10 (2): 319–323. doi:10.1042 / bj0100319. PMC  1258710. PMID  16742643.
  25. ^ Kukushkin, V. Yu .; Pombeiro, A. J. L. (2005). „Kovem zprostředkovaná a kovem katalyzovaná hydrolýza nitrilů“. Inorg. Chim. Acta. 358: 1–21. doi:10.1016 / j.ica.2004.04.029.
  26. ^ Abbas, Khamis A. (1. ledna 2008). „Substituční účinky na hydrolýzu p-substituovaných benzonitrilů v roztocích kyseliny sírové při (25,0 ± 0,1) ° C“. Zeitschrift für Naturforschung A. 63 (9): 603–608. Bibcode:2008ZNatA..63..603A. doi:10.1515 / zna-2008-0912. ISSN  1865-7109.
  27. ^ Barrault, J .; Pouilloux, Y. (1997). "Katalytické aminační reakce: Syntéza mastných aminů. Kontrola selektivity v přítomnosti multifunkčních katalyzátorů". Katalýza dnes. 1997 (2): 137–153. doi:10.1016 / S0920-5861 (97) 00006-0.
  28. ^ Adams, Roger (1957). Organic Reactions, svazek 9. New York: John Wiley & Sons, Inc. ISBN  9780471007265. Citováno 18. července 2014.
  29. ^ Fleming, Fraser F .; Zhang, Zhiyu (24. ledna 2005). "Cyklické nitrily: taktické výhody při syntéze". Čtyřstěn. 61 (4): 747–789. doi:10.1016 / j.tet.2004.11.012.
  30. ^ Smith, Andri L .; Tan, Paula (2006). "Syntéza kreatinu: vysokoškolský laboratorní experiment s organickou chemií". J. Chem. Educ. 83 (11): 1654. Bibcode:2006JChEd..83.1654S. doi:10.1021 / ed083p1654.
  31. ^ A b Reakce redukční dekyanace: chemické metody a syntetické aplikace Jean-Marc Mattalia, Caroline Marchi-Delapierre, Hassan Hazimeh a Michel Chanon Arkivoc (AL-1755FR), str. 90–118 2006 Článek[trvalý mrtvý odkaz ]
  32. ^ Berkoff, Charles E .; Rivard, Donald E .; Kirkpatrick, David; Ives, Jeffrey L. (1980). "Reduktivní dekyanace nitrilů alkalickou fúzí". Syntetická komunikace. 10 (12): 939–945. doi:10.1080/00397918008061855.
  33. ^ Yoshiaki Nakao; Akira Yada; Shiro Ebata a Tamejiro Hiyama (2007). "Dramatický účinek katalyzátorů na bázi Lewisových kyselin na nikl katalyzovanou karbocyanaci alkynů". J. Am. Chem. Soc. (Sdělení) | formát = vyžaduje | url = (Pomoc). 129 (9): 2428–2429. doi:10.1021 / ja067364x. PMID  17295484.
  34. ^ Rach, S. F .; Kühn, F. E. (2009). "Nitrilové ligované komplexy přechodových kovů s slabě koordinujícími protaniony a jejich katalytickými aplikacemi". Chemické recenze. 109 (5): 2061–2080. doi:10.1021 / cr800270h. PMID  19326858.
  35. ^ Zprávy o přírodních produktech Vydání 5, 1999 Přírodní produkty obsahující nitril
  36. ^ Fleming, Fraser F .; Yao, Lihua; Ravikumar, P. C .; Funk, Lee; Shook, Brian C. (listopad 2010). „Farmaceutika obsahující nitril: účinné role nitrilového farmakoforu“. J Med Chem. 53 (22): 7902–17. doi:10.1021 / jm100762r. PMC  2988972. PMID  20804202.

externí odkazy