Нитрила любое органическое соединение , которое имеет - C ≡ N функциональную группу . [1] Приставка циано - в промышленной литературе используется взаимозаменяемо с термином «нитрил». Нитрилы содержатся во многих полезных соединениях, включая метилцианоакрилат , используемый в суперклее , и нитрильный каучук , нитрилсодержащий полимер, используемый в безлатексных лабораториях и медицинских перчатках.. Нитриловый каучук также широко используется в качестве автомобильных и других уплотнений, поскольку он устойчив к воздействию топлива и масел. Органические соединения, содержащие несколько нитрильных групп, известны как цианоуглероды .
Неорганические соединения, содержащие группу -C≡N, называют не нитрилами, а цианидами . [2] Хотя и нитрилы, и цианиды могут быть производными цианидных солей, большинство нитрилов не так токсичны.
Структура и основные свойства [ править ]
Геометрия N-C-C линейна в нитрилах, что отражает sp-гибридизацию трехсвязанного углерода. Расстояние C-N короткое и составляет 1,16 Å , что соответствует тройной связи. [3] Нитрилы полярны, на что указывают высокие дипольные моменты. Как жидкости, они имеют высокие относительные диэлектрические проницаемости , часто в пределах 30-х годов.
История [ править ]
Первое соединение ряда гомологов нитрилов, нитрил муравьиной кислоты , цианистый водород был впервые синтезирован К. В. Шееле в 1782 году. [4] [5] В 1811 году Дж. Л. Гей-Люссак смог получить очень токсичную и летучую чистую кислоту. . [6] Около 1832 г. бензонитрил , нитрил бензойной кислоты , был получен Фридрихом Велером и Юстусом фон Либихом , но из-за минимального выхода синтеза не были определены ни физические, ни химические свойства, ни предложенная структура. В 1834 году Теофиль-Жюль Пелуз синтезировал пропионитрил., предполагая, что это эфир пропионового спирта и синильной кислоты. [7] Синтез бензонитрила Германом Фелингом в 1844 году путем нагревания бензоата аммония был первым методом, позволившим получить достаточно вещества для химических исследований. Фелинг определил структуру, сравнивая свои результаты с уже известным синтезом цианистого водорода путем нагревания формиата аммония . Он придумал название «нитрил» для вновь обнаруженного вещества, которое и стало названием этой группы соединений. [8]
Синтез [ править ]
В промышленности основными методами производства нитрилов являются аммоксидирование и гидроцианирование . Оба пути имеют зеленый цвет в том смысле, что они не генерируют стехиометрические количества солей.
Аммоксидирование [ править ]
В аммокисления , А углеводородный частично окисляется в присутствии аммиака . Это преобразование широко практикуется для акрилонитрила : [9]
- СН 3 СН = СН 2 + 3 / 2 O 2 + NH 3 → НЦМК = СН 2 + 3 Н 2 О
При производстве акрилонитрила побочным продуктом является ацетонитрил . В промышленном масштабе несколько производных бензонитрила , фталонитрила , а также изобутиронитрила получают аммоксидированием. Процесс катализируется оксидами металлов и, как предполагается, протекает через имин.
Гидроцианирование [ править ]
Гидроцианирование - это промышленный метод получения нитрилов из цианистого водорода и алкенов. Для этого процесса требуются гомогенные катализаторы . Примером гидроцианирования является производство адипонитрила , предшественника нейлона-6,6 из 1,3-бутадиена :
- CH 2 = CH − CH = CH 2 + 2 HCN → NC (CH 2 ) 4 CN
Из органических галогенидов и цианидных солей [ править ]
Две реакции метатезиса солей популярны для реакций лабораторного масштаба. В синтезе нитрильной Кольбы , алкилгалогениды подвергаются нуклеофильному алифатическому замещению с щелочными металлами цианидами . Арилнитрилы получают в синтезе Розенмунда-фон Брауна .
Цианогидрины [ править ]
В циангидринах представляют собой особый класс нитрилов. Обычно они возникают в результате присоединения цианидов щелочных металлов к альдегидам в реакции циангидрина . Из-за полярности органического карбонила эта реакция не требует катализатора, в отличие от гидроцианирования алкенов. О-силилциангидрины образуются путем присоединения триметилсилилцианида в присутствии катализатора (силилцианирование). Цианогидрины также получают реакциями трансциангидрина, начиная, например, с ацетонциангидрином в качестве источника HCN. [10]
Дегидратация амидов и оксимов [ править ]
Нитрилы можно получить дегидратацией первичных амидов . В присутствии этилового dichlorophosphate и DBU , бензамид обращенных к бензонитрил : [11] Другие реагенты , которые являются общими используются для этой цели , включают Р 4 O 10 , и SOCl 2 .
- Двумя промежуточными продуктами в этой реакции являются амидный таутомер A и его фосфатный аддукт B.
При соответствующей дегидратации вторичные амиды дают нитрилы в результате разложения амида фон Брауна . В этом случае разрывается одна связь CN. Дегидратация альдоксимов (RCH = NOH) также дает нитрилы. Типичными реагентами для этого превращения являются триэтиламин / диоксид серы , цеолиты или сульфурилхлорид . Использование этого подхода - это однореакторный синтез нитрилов из альдегида с гидроксиламином в присутствии сульфата натрия . [12]
- из арилкарбоновых кислот ( Леттс-нитрильный синтез )
Реакция Сандмейера [ править ]
Ароматические нитрилы часто получают в лаборатории из анилина через диазониевые соединения . Это реакция Сандмейера . Требуются цианиды переходных металлов. [13]
- ArN+
2+ CuCN → ArCN + N 2 + Cu +
Другие методы [ править ]
- Коммерческим источником цианидной группы является цианид диэтилалюминия Et 2 AlCN, который может быть получен из триэтилалюминия и HCN. [14] Он использовался в нуклеофильном добавлении к кетонам . [15] Для примера его использования см .: Kuwajima Taxol total Synthesis.
- цианид-ионы облегчают связывание дибромидов. Реакция α, α′-дибромадипиновой кислоты с цианидом натрия в этаноле дает цианоциклобутан : [16]
- В так называемой реакции Франшимона (которая была разработана бельгийским докторантом Антуаном Полем Николя Франшимоном (1844-1919) в 1872 году) α-бромкарбоновая кислота димеризуется после гидролиза цианогруппы и декарбоксилирования [17]
- Ароматические нитрилы могут быть получены путем основного гидролиза трихлорметиларилкетиминов (RC (CCl 3 ) = NH) в синтезе Губена-Фишера [18]
- Нитрилы можно получить из первичных аминов путем окисления . Общие методы включают в себя использование персульфата калия , [19] трихлоризоциануровой кислоту , [20] или анодный электросинтез . [21]
- α - Аминокислоты образуют нитрилы и диоксид углерода посредством различных способов окислительного декарбоксилирования . [22] [23] Генри Дрисдейл Дакин открыл это окисление в 1916 году. [24]
Реакции [ править ]
Нитрильные группы в органических соединениях могут вступать в различные реакции в зависимости от реагентов или условий. Нитрильная группа может быть гидролизована, восстановлена или выброшена из молекулы в виде цианид-иона.
Гидролиз [ править ]
Гидролиз нитрилов RCN протекает в различном стадии под кислотой или основание лечения сначала дать карбоксамиды RC (= O) NH 2 , а затем карбоновые кислоты RCOOH. Гидролиз нитрилов до карбоновых кислот эффективен. Для кислоты или основания сбалансированные уравнения выглядят следующим образом:
- RCN + 2H 2 O + HCl → RCO 2 H + NH 4 Cl
- RCN + H 2 O + NaOH → RCO 2 Na + NH 3
Обратите внимание, что, строго говоря, эти реакции опосредуются (в отличие от катализируемых ) кислотой или основанием, поскольку один эквивалент кислоты или основания расходуется на образование аммониевой или карбоксилатной соли соответственно.
Кинетические исследования показывают, что константа скорости второго порядка для гидролиза ацетонитрила до ацетамида, катализируемого гидроксид-ионами, составляет 1,6 × 10 -6 М -1 с -1 , что медленнее, чем гидролиз амида до карбоксилата (7,4 × 10 - 5 M −1 с −1 ). Таким образом, основной путь гидролиза даст карбоксилат (или амид, загрязненный карбоксилатом). С другой стороны, реакции, катализируемые кислотой, требуют тщательного контроля температуры и соотношения реагентов, чтобы избежать образования полимеров, чему способствует экзотермический характер гидролиза. [25]Классическая процедура превращения нитрила в соответствующий первичный амид требует добавления нитрила к холодной концентрированной серной кислоте. [26] Дальнейшему превращению в карбоновую кислоту не способствует низкая температура и низкая концентрация воды.
- RCN + H 2 O → RC (O) NH 2 (H 2 SO 4 является катализатором)
Два семейства ферментов катализируют гидролиз нитрилов. Нитрилазы гидролизуют нитрилы до карбоновых кислот:
- RCN + 2 H 2 O → RCO 2 H + NH 3
Нитрилгидратазы - это металлоферменты, которые гидролизуют нитрилы до амидов.
- RCN + H 2 O → RC (O) NH 2
Эти ферменты используются в коммерческих целях для производства акриламида.
Сокращение [ править ]
Нитрилы подвержены гидрированию на различных металлических катализаторах. Реакция может дать либо первичный амин (RCH 2 NH 2 ), либо третичный амин ((RCH 2 ) 3 N), в зависимости от условий. [27] При обычном органическом восстановлении нитрил восстанавливают обработкой алюмогидридом лития до амина. Восстановление до имина с последующим гидролизом до альдегида происходит в синтезе альдегида Стивена , в котором хлорид олова используется в кислоте.
Алкилирование [ править ]
Алкилнитрилы достаточно кислые, чтобы образовывать нитрильные анионы , которые алкилируют широкий спектр электрофилов. [28] Ключом к исключительной нуклеофильности является небольшая стерическая потребность единицы CN в сочетании с ее индуктивной стабилизацией. Эти особенности делают нитрилы идеальными для создания новых углерод-углеродных связей в стерически сложных средах для использования в синтезе медицинской химии. Недавние разработки показали, что природа противоиона металла вызывает различную координацию либо с нитрильным азотом, либо с соседним нуклеофильным углеродом, часто с глубокими различиями в реакционной способности и стереохимии. [29]
Нуклеофилы [ править ]
Углеродный центр нитрила электрофильный , следовательно, он подвержен реакциям нуклеофильного присоединения :
- с цинкорганическим соединением в реакции Блейза
- со спиртами в реакции Пиннера .
- с аминами, например , реакцию амина саркозина с цианамида урожайности креатина [30]
- Нитрилы реагируют в ацилировании Фриделя – Крафтса в реакции Губена – Хёша до кетонов
Разные методы и соединения [ править ]
- При восстановительной децианировании нитрильная группа заменяется протоном. [31] Децианирование может быть достигнуто путем растворения восстановленных металлов (например, HMPA и металлический калий в трет- бутаноле ) или плавлением нитрила в КОН . [32] Аналогичным образом α-аминонитрилы можно децианировать с помощью других восстановителей, таких как алюмогидрид лития . [31]
- Нитрилы само реагируют в присутствии основания в реакции Торпа при нуклеофильном присоединении
- В металлоорганической химии нитрилы, как известно, присоединяются к алкинам при карбоцианировании: [33]
Комплексообразование [ править ]
Нитрилы являются предшественниками нитрильных комплексов переходных металлов , которые являются реагентами и катализаторами. Примеры включают [Cu (MeCN) 4 ] + и PdCl 2 (PhCN) 2 ) . [34]
Производные нитрила [ править ]
Органические цианамиды [ править ]
Цианамиды представляют собой N -циано-соединения с общей структурой R 1 R 2 N-CN, относящиеся к неорганическому исходному цианамиду .
Оксиды нитрила [ править ]
Нитрилоксиды имеют общую структуру R − CNO.
Возникновение и применение [ править ]
Нитрилы встречаются в природе в различных растительных и животных источниках. Более 120 нитрилов природного происхождения были выделены из наземных и морских источников. Нитрилы обычно встречаются во фруктовых косточках, особенно в миндале, и при варке культур Brassica (таких как капуста, брюссельская капуста и цветная капуста), которые выделяют нитрилы в результате гидролиза. Мандельонитрил , циангидрин, получаемый при употреблении в пищу миндаля или некоторых фруктовых косточек, выделяет цианистый водород и отвечает за токсичность цианогенных гликозидов. [35]
В настоящее время продается более 30 нитрилсодержащих фармацевтических препаратов для различных медицинских показаний, и более 20 дополнительных нитрилсодержащих препаратов находятся в стадии клинической разработки. Нитрильная группа довольно прочна и в большинстве случаев не метаболизируется быстро, но проходит через организм в неизменном виде. [ необходима цитата ] Типы фармацевтических препаратов, содержащих нитрилы, разнообразны: от вилдаглиптина , противодиабетического препарата, до анастрозола , который является золотым стандартом в лечении рака груди. Во многих случаях нитрил имитирует функциональность, присутствующую в субстратах для ферментов, тогда как в других случаях нитрил увеличивает растворимость в воде или снижает восприимчивость к окислительному метаболизму в печени. [36] Функциональная группа нитрила содержится в нескольких лекарствах.
Структура перициазина , антипсихотического средства, изучаемого при лечении опиатной зависимости.
Структура циталопрама , антидепрессанта класса селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (СИОЗС).
Состав циамемазина , антипсихотического препарата.
Структура фадрозола , ингибитора ароматазы для лечения рака груди.
Структура летрозола , перорального нестероидного ингибитора ароматазы для лечения некоторых видов рака молочной железы.
См. Также [ править ]
- Протонированные нитрилы: нитрил
- Депротонированные нитрилы: нитрильный анион
- Цианокарбон
- Нитрил-илид
Ссылки [ править ]
- ^ IUPAC Gold Book нитрилы
- ^ NCBI-MeSH Нитрилы
- ^ Каракида, Кен-ичи; Фукуяма, Цутому; Кучицу, Козо (1974). "Молекулярные структуры цианида водорода и ацетонитрила по данным газовой электронографии" . Бюллетень химического общества Японии . 47 (2): 299–304. DOI : 10.1246 / bcsj.47.299 .
- ^ См .:
- Карл В. Шееле (1782) «Försök, beträffande det färgande ämnet uti Berlinerblå» (Эксперимент, касающийся окрашенного вещества в берлинском синем), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens handlear (Труды Шведской Королевской Академии Наук), 3: 264–275 (на шведском языке) .
- Перепечатано на латыни как: «De materia tingente caerulei berolinensis» в: Карл Вильгельм Шееле с Эрнстом Бенджамином Готтлибом Хебенштрайтом (изд.) И Готфридом Генрихом Шефер (перевод), Opuscula Chemica et Physica (Лейпциг («Липсии)»), («Липсии») : Иоганн Годфрид Мюллер, 1789), т. 2, страницы 148–174.
- ^ Дэвид Т. Моури (1948). «Получение нитрилов» (- Научный поиск ) . Химические обзоры . 42 (2): 189–283. DOI : 10.1021 / cr60132a001 . PMID 18914000 . [ мертвая ссылка ]
- ↑ Gay-Lussac произвел чистый жидкий цианистый водород в: Gay-Lussac, J (1811). « » Примечание сюр l'Acide prussique «(примечание на синильной кислоты)» . Annales de chimie . 44 : 128–133.
- ^ J. Pelouze (1834). "Notiz über einen neuen Cyanäther" [Заметка о новом цианоэфире ]. Annalen der Pharmacie . 10 (3): 249. DOI : 10.1002 / jlac.18340100302 .
- ^ Герман Фелинг (1844). "Ueber die Zersetzung des benzoësauren Ammoniaks durch die Wärme (О разложении бензоата аммония при нагревании)" . Annalen der Chemie und Pharmacie . 49 (1): 91–97. DOI : 10.1002 / jlac.18440490106 . На странице 96 Фелинг пишет: «Da Laurent den von ihm entdeckten Körper schon Nitrobenzoyl genannt hat, auch schon ein Azobenzoyl existirt, so könnte man den aus benzoësaurem Ammoniak entstehenden Körper vielleicht Benzonenitril n». (Поскольку Лоран назвал открытое им вещество «нитробензоил» - также «азобензоил» уже существует - поэтому можно было бы назвать вещество, происходящее из бензоата аммония, возможно, «бензонитрил»).
- ^ Поллак, Питер; Ромедер, Жерар; Хагедорн, Фердинанд; Гелбке, Хайнц-Петер (2000). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a17_363 .
- ^ Грегори, Роберт JH (1999). «Цианогидрины в природе и лаборатории: биология, препараты и синтетические применения». Химические обзоры . 99 (12): 3649–3682. DOI : 10.1021 / cr9902906 . PMID 11849033 .
- ↑ Чун-Вэй Куо; Цзя-Лян Чжу; Джен-Дар Ву; Чэн-Мин Чу; Чинг-Фа Яо; Как-шань шиитский (2007). «Новый удобный способ превращения первичных амидов в нитрилы». Chem. Commun. 2007 (3): 301–303. DOI : 10.1039 / b614061k . PMID 17299646 .
- ^ Шарван К., Деван, Равиндер Сингх и Анил Кумар (2006). «Синтез нитрилов из альдегидов и гидрохлорида гидроксиламина с использованием сульфата натрия (ангид) и бикарбоната натрия в сухой среде при микроволновом облучении» (PDF) . Аркивок : (ii) 41–44. Архивировано из оригинала ( открытый доступ ) 26 сентября 2007 года. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ « о- толунитрил и п- толунитрил» HT Clarke and RR Read Org. Synth. 1941, сб. Vol. 1, 514.
- ^ В. Нагата и М. Йошиока (1988). «Цианид диэтилалюминия» . Органический синтез .; Сборник , 6 , с. 436
- ^ В. Нагата, М. Йошиока и М. Мураками (1988). «Получение цианосоединений с использованием промежуточных соединений алкилалюминия: 1-циано-6-метокси-3,4-дигидронафталина» . Органический синтез .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Сборник , 6 , с. 307
- ^ Рейнольд К. Фьюсон; Оскар Р. Креймайер и Гилберт Л. Ниммо (1930). «Замыкание кольца в циклобутановом ряду. II. Циклизация α, α′-дибром-адипиновых эфиров». Варенье. Chem. Soc. 52 (10): 4074–4076. DOI : 10.1021 / ja01373a046 .
- ^ APN Franchimont (1872). "Ueber die Dibenzyldicarbonsäure" [О 2,3-дифенилянтарной кислоте]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 5 (2): 1048–1050. DOI : 10.1002 / cber.187200502138 .
- ^ J. Houben, Уолтер Фишер (1930) "Über Neue Methode сделайте цур Darstellung cyclischer нитрил Durch katalytischen Abbau (I. Mitteil.)," Berichte дер Deutschen Gesellschaft Chemischen (A и B Series) 63 (9): 2464 - 2472. DOI : 10.1002 / cber.19300630920
- ^ Ямадзаки, Shigekazu; Ямазаки, Ясуюки (1990). «Катализируемое никелем дегидрирование аминов до нитрилов» . Бюллетень химического общества Японии . 63 (1): 301–303. DOI : 10.1246 / bcsj.63.301 .
- ^ Чен, Фен-Эр; Куанг, Юнь-Янь; Хуэй-Фан, Дай; Лу, Лян (2003). «Селективное и мягкое окисление первичных аминов до нитрилов с трихлоризоциануровой кислотой». Синтез . 17 (17): 2629–2631. DOI : 10,1055 / с-2003-42431 .
- ^ Шефер, HJ; Feldhues, U. (1982). «Окисление первичных алифатических аминов до нитрилов на электроде из гидроксида никеля». Синтез . 1982 (2): 145–146. DOI : 10,1055 / с-1982-29721 .
- ^ Хигель, Джин; Льюис, Джастин; Бэ, Джейсон (2004). «Превращение α-аминокислот в нитрилы путем окислительного декарбоксилирования с помощью трихлоризоциануровой кислоты». Синтетические коммуникации . 34 (19): 3449–3453. DOI : 10,1081 / SCC-200030958 . S2CID 52208189 .
- ^ Хэмпсон, N; Ли, Дж; Макдональд, К. (1972). «Окисление аминосоединений при анодном серебре». Electrochimica Acta . 17 (5): 921–955. DOI : 10.1016 / 0013-4686 (72) 90014-X .
- ^ Дакин, Генри Дрисдейл (1916). «Окисление аминокислот до цианидов» . Биохимический журнал . 10 (2): 319–323. DOI : 10.1042 / bj0100319 . PMC 1258710 . PMID 16742643 .
- ^ Кукушкин, В.Ю .; Помбейро, AJL (2005). «Металл-опосредованный и катализируемый металлами гидролиз нитрилов». Неорг. Чим. Acta . 358 : 1–21. DOI : 10.1016 / j.ica.2004.04.029 .
- ↑ Аббас, Хамис А. (1 января 2008 г.). «Влияние заместителей на гидролиз п-замещенных бензонитрилов в растворах серной кислоты при (25,0 ± 0,1) ° C» . Zeitschrift für Naturforschung . 63 (9): 603–608. Bibcode : 2008ZNatA..63..603A . DOI : 10.1515 / зна-2008-0912 . ISSN 1865-7109 .
- ^ Барро, Дж .; Pouilloux, Y. (1997). «Каталитические реакции аминирования: синтез жирных аминов. Контроль селективности в присутствии многофункциональных катализаторов». Катализ сегодня . 1997 (2): 137–153. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (97) 00006-0 .
- ^ Адамс, Роджер (1957). Органические реакции, Том 9 . Нью-Йорк: ISBN John Wiley & Sons, Inc. 9780471007265. Проверено 18 июля 2014 года .
- ^ Флеминг, Фрейзер Ф .; Чжан, Чжиюй (24 января 2005 г.). «Циклические нитрилы: тактические преимущества в синтезе». Тетраэдр . 61 (4): 747–789. DOI : 10.1016 / j.tet.2004.11.012 .
- ^ Смит, Андри Л .; Тан, Паула (2006). «Синтез креатина: эксперимент в лаборатории органической химии». J. Chem. Educ. 83 (11): 1654. Bibcode : 2006JChEd..83.1654S . DOI : 10.1021 / ed083p1654 .
- ^ a b Реакция восстановительной децианирования: химические методы и синтетические применения Жан-Марк Матталия, Кэролайн Марки-Делапьер, Хассан Хазиме и Мишель Шанон Аркивок (AL-1755FR), стр. 90–118, 2006 Статья [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Беркофф, Чарльз Э .; Ривард, Дональд Э .; Киркпатрик, Дэвид; Айвз, Джеффри Л. (1980). «Восстановительное децианирование нитрилов с помощью щелочного синтеза». Синтетические коммуникации . 10 (12): 939–945. DOI : 10.1080 / 00397918008061855 .
- ↑ Ёсиаки Накао; Акира Яда; Широ Эбата и Тамедзиро Хияма (2007). «Резкое влияние кислотных катализаторов Льюиса на катализируемое никелем карбоцианирование алкинов». Варенье. Chem. Soc. (Общение) требует ( помощи ) . 129 (9): 2428–2429. DOI : 10.1021 / ja067364x . PMID 17295484 .
|format=
|url=
- ^ Рах, SF; Кюн, FE (2009). «Нитрил-лигированные комплексы переходных металлов со слабо координирующими противоанионами и их каталитическое применение». Химические обзоры . 109 (5): 2061–2080. DOI : 10.1021 / cr800270h . PMID 19326858 .
- ^ Natural Product Reports, выпуск 5, 1999 г. Нитрилсодержащие натуральные продукты
- ^ Флеминг, Фрейзер Ф .; Яо, Лихуа; Равикумар, ПК; Функ, Ли; Шук, Брайан К. (ноябрь 2010 г.). «Нитрилсодержащие фармацевтические препараты: эффективные роли нитрильного фармакофоров» . J Med Chem . 53 (22): 7902–17. DOI : 10.1021 / jm100762r . PMC 2988972 . PMID 20804202 .
Внешние ссылки [ править ]
- ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « нитрил ». DOI : 10,1351 / goldbook.N04151
- ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) " cyanide ". DOI : 10,1351 / goldbook.C01486