Кіріспе

-C≡N функционалдық тобы бар органикалық қосылыс – органикалық химияда нитрил деп аталады, яғни -C≡N функционалдық тобын қамтитын кез келген органикалық қосылыс. Қосылыстың атауы негізден тұрады, оның құрамында -C≡N тобындағы көміртегі болады, және "нитрил" жұрнағы қосылады. Мысалы, CH3CH2C≡N "пропионитрил" (немесе пропаненитрил) деп аталады. "Циано" префиксі өнеркәсіптік әдебиетте "нитрил" терминімен жиі қолданылады. Нитрилдер көптеген пайдалы қосылыстарда кездеседі, оның ішінде супер желімде қолданылатын метил цианоакрилат және латекссіз зертханалық және медициналық қолғаптарда қолданылатын нитрил резинасы бар. Нитрил резинасы отын мен майға төзімді болғандықтан автомобильдерде және басқа да жабындарда кеңінен қолданылады. Бірнеше нитрил тобын қамтитын органикалық қосылыстар цианокарбон деп аталады. -C≡N тобы бар органикалық емес қосылыстар нитрилдер емес, цианидтер деп аталады. Нитрилдер мен цианидтер цианид тұздарынан алынуы мүмкін болғанымен, көптеген нитрилдер олардан әлдеқайда аз уытты.

Құрылымы мен негізгі қасиеттері

Н-С-С геометриясы нитрилдерде сызықтық болып келеді, бұл үш байланысқан көміртектің sp гибридтенуін көрсетеді. С-N арақашықтығы 1,16 Å-ге тең және қысқа, бұл үштік байланысқа сәйкес келеді. Нитрилдер полярлы болып табылады, бұл жоғары дипольдық моменттерімен анықталады. Сұйық күйде олардың салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы жоғары, көбінесе 30-дар диапазонында болады.

Тарих

Нитрилдердің гомологтар қатарының алғашқы қосылысы, құмырсқа қышқылының нитрилі – сутегі цианиді алғаш рет 1782 жылы К. В. Шеле синтездеді. 1811 жылы Дж. Л. Гей-Луссак өте улы және ұшқыш таза қышқылды дайындады. 1832 жылы Фридрих Вёлер мен Юстус фон Либиг бензо қышқылының нитрилін – бензонитрилді дайындады, бірақ синтездің өте төмен шығымынан оның физикалық және химиялық қасиеттері анықталмады, ал құрылысы ұсынылмады. 1834 жылы Теофил Жюль Пелуз пропионитрилді синтездеді, оны пропион спирті мен гидроциан қышқылының эфирі деп есептеді. 1844 жылы Герман Фелинг аммоний бензоатты қыздыру арқылы бензонитрилді синтездеді, бұл химиялық зерттеулер үшін жеткілікті мөлшерде зат алудың алғашқы әдісі болды. Фелинг аммиак форматын қыздыру арқылы алынған сутегі цианидінің бұрыннан белгілі синтезімен салыстыра отырып, оның құрылымын анықтады. Ол жаңадан ашқан затқа «нитрил» деген атау берді, ол осы қосылыстар тобының атауына айналды.

Синтез

Кәсіптік өндірісте нитрилдерді өндірудің басты әдістері – аммоксидация және гидроцианизация. Екі әдіс те тұздардың стехиометриялық мөлшерін түзбайды, яғни экологиялық тұрақты.

Органикалық галоидтар мен цианидтер тұздарынан

Зертханалық масштабтағы реакциялар үшін екі тұз метатезі реакциясы жиі қолданылады. Колбе нитрил синтезінде алкил галоидтар сілті металдарының цианидтерімен нуклеофильдік алифатикалық орынбасу реакциясына түседі. Арил нитрилдері Розенмунд-фон Браун синтезі арқылы дайындалады. Жалпы, металл цианидтері алкил галоидтарымен реакцияласып, нитрил және изонитрил қоспасын береді, бірақ керіонды және температураны тиісті түрде таңдау соңғысын азайтуға мүмкіндік береді. Алкил сульфат бұл мәселені толығымен шешеді, әсіресе сусыз жағдайда (Пеллуз синтезі).

Амидтердің сусыздануы

Нитрилдерді біріншілік амидтерді сусыздау арқылы алуға болады. Бұл үшін қолданылатын кең таралған реагенттер фосфор пентоксиді (P2O5) және тионил хлориді (SOCl2) болып табылады. Байланысты сусыздану процесінде екіншілік амидтер фон Браун амидінің ыдырауы арқылы нитрилдерге айналады. Бұл жағдайда бір C-N байланысы үзіледі.

Алдегидтер мен оксимдерден

Алдегидтерді альдоксимдер арқылы нитрилдерге түрлендіру – зертханада қолданылатын кең таралған әдіс. Алдегидтер гидроксиламин тұздарымен оңай реакцияға түседі, кейде тіпті бөлме температурасында альдоксимдерді түзеді. Альдоксимдерді қарапайым қыздыру арқылы нитрилдерге сусыздауға болады, алайда триэтиламин/күкірт диоксиді, цеолиттер немесе сульфурил хлориді сияқты түрлі реагенттер осы процеске көмектесе алады. Қатысты гидроксиламино O сульфонол қышқылы да ұқсас реакцияға қатысады. Ерекше жағдайларда Ван Лейзен реакциясын қолдану мүмкін. Сонымен қатар, алифатикалық альдоксим дегидратазасы сияқты биокатализаторлар да тиімді.

Реакциялар

Органикалық қосылыстардағы нитрил топтары, реактивтерге немесе жағдайларға байланысты, түрлі реакцияларға түсуі мүмкін. Нитрил тобы гидролизденуі, тотығу-тоғыту арқылы өзгеруі немесе молекуладан цианид ионы түрінде бөлінуі мүмкін.

Кішірейту

Нитрилдер әртүрлі металл катализаторлардың әсерімен гидрогенизацияға бейім. Реакция нәтижесінде жағдайларға байланысты біріншілік амин (RCH2NH2) немесе үшіншілік амин ((RCH2)3N) алынуы мүмкін. Дәстүрлі органикалық тотығуларда нитрил литий алюминий гидридімен өңдеу арқылы аминге дейін тотығып кетеді. Стивен альдегид синтезінде алдымен иминге дейін тотығып, содан кейін қышқыл ортада қалайы(II) хлориді қолданылып альдегидке дейін гидролизденеді.

Депротонсыздандыру

Алкил нитрилдер CN тобына жақын орналасқан C-H байланысынан протонды алып тастау үшін жеткілікті қышқылдылыққа ие. Литий диизопропиламиді және бутил литий сияқты күшті негіздер қажет. Бұл реакцияның нәтижесі нитрил анионы деп аталады. Бұл карбаниондар электрофильдердің кең спектрін алкилдейді. Көтеріңкі нуклеофилдіктің себебі – CN тобының кішкентай стерикалық кедергісі мен индуктивтік тұрақтандыру қабілетінің үйлесімі. Осы ерекшеліктер нитрилдерді кеңістіктік шектеулі жағдайларда жаңа көміртегі-көміртегі байланыстарын жасауға өте ыңғайлы етеді.

Күрделілену

Нитрилдер – реактивтер мен катализаторлар болып табылатын өтпелі металл нитрил кешендерінің алдын-ала заттары. Мысалдарға тетракис(ацетонитрил)мыс(I) гексафторфосфаты ([Cu(MeCN)4]+) және бис(бензонитрил)палладий дихлориді ([PdCl2(PhCN)2]) жатады.

Органикалық цианамидтер

Цианамидтер – жалпы құрылымы R¹R²N–C≡N және аталық цианамидке байланысты N-циано қосылыстар.

Нитрил оксидтері

Нитрил оксидтерінің химиялық формуласы |RCNO. Олардың жалпы құрылымы |R\sC\tN+\sO. R кез келген топты білдіреді (әдетте органил, мысалы, ацетонитрил оксиді |CH3\sC\tN+\sO−, фулмин қышқылы жағдайында сутек |H\sC\tN+\sO−, немесе галоген, мысалы, хлор фулминаты |Cl\sC\tN+\sO−). Олар 1,3-диполярлы циклоқосылымдарда қолданылады. Олар 1-түрлі диотроптық қайта ретке келтіріліп, изоцианаттарға айналады. Оларды изоксазолдарды синтездеу үшін пайдалануға болады. Қазіргі уақытта 30-дан астам нитрил құрамындағы дәрілік заттар түрлі медициналық көрсеткіштер бойынша сатылуда, ал клиникалық зерттеуде 20-дан астам қосымша нитрил құрамындағы препараттар бар. Нитрилдерді құрайтын дәрілік заттардың түрлері әртүрлі, мысалы, вилдаглиптин – диабетке қарсы препарат, ал анастрозол – сүт безі қатерлі ісігін емдеудегі алтын стандарт. Көп жағдайда нитрил ферменттер субстраттарындағы функционалдық топтарды имитациялайды, ал кейбір жағдайларда нитрил суға ерігіштігін арттырады немесе бауырдағы тотығу метаболизміне төзімділікті азайтады. Нитрил функционалдық тобы бірнеше дәрілерде кездеседі.