НИТРИЛИ: СВОЙСТВА, НОМЕНКЛАТУРА, ПРИЛОЖЕНИЯ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2024

На нитрили са тези органични съединения, които имат функционална група CN, към който също така се нарича циано група, или цианид по отношение на неорганична химия. Алифатни нитрили са представени с общата формула RCN, докато ароматните нитрили с формулата ArCN.

Въпреки че цианидът на водород, HCN и металните цианидни соли са силно токсични съединения, това не е точно същото с нитрилите. Групата CN в въглероден скелет от всякакъв тип (разклонен, линеен, ароматен и т.н.) се държи диагонално различно от цианидния анион, CN ^-.

Обща формула за алифатен нитрил. Източник: Benjah-bmm27 чрез Wikipedia.

Нитрили са широко разпространени в света на пластмаси, като някои от тях са получени от акрилонитрил, СН ₂ CHCN, нитрил, с която полимери като нитрил каучуци, използвани за хирургически или лабораторни ръкавици, са синтезирани. Също така, нитрилите присъстват в много природни и фармацевтични продукти.

От друга страна, нитрилите са прекурсори на карбоксилни киселини, тъй като хидролизата им представлява алтернативен метод на синтез за получаване на последната.

Характеристики и свойства

структура

Молекулните структури на нитрилите варират като функция на идентичността на R или Ar в RCN или ArCN съединенията.

Геометрията на групата CN обаче е линейна поради тройна връзка C boN, която е продукт на sp хибридизация. По този начин атомите CC≡N са разположени на една и съща линия. Отвъд тези атоми може да има всякакъв вид структура.

полярност

Нитрилите са полярни съединения, тъй като азотът от групата на CN е много електронегативен и привлича електрони към себе си. Следователно, те имат по-високи точки на топене или кипене от техните алканови колеги.

Например, ацетонитрил, СН ₃ CN, е течност, която кипи при 82ºC; докато етан, СН _3, СН ₃, е газ, който кипи при -89 ° С. Следователно имайте предвид страхотния ефект, който групата CN оказва върху междумолекулните взаимодействия.

Същото разсъждение се отнася и за по-големи съединения: ако те имат една или повече CN групи в структурата си, е много вероятно полярността им да се увеличи и те са по-близки до полярните повърхности или течности.

валентност

Може да се мисли, че поради високата полярност на нитрилите, те са сравнително силни основи в сравнение с амини. Трябва обаче да се имат предвид ковалентните връзки на C≡N и факта, че и въглеродът, и водородът имат sp хибридизация.

Основността на RCN: тя се представя от приемането на протона, който обикновено идва от водата:

RCN: + H ₂ O ⇌ RCNH ⁺ + OH ^-

За да протонира RCN: свободната двойка електрони на азот трябва да образува връзка с Н ⁺ йона. Но има един недостатък: sp хибридизацията на азот го прави твърде електронегативен, дотолкова, че привлича тази двойка електрони много силно и дори не му позволява да образува връзка.

Следователно се казва, че електронната двойка азот sp не е налична и че основността на нитрилите е много ниска. Нитрилите всъщност са милиони пъти по-малко основни от амините.

реактивност

Сред най-представителните реакции на нитрилите имаме тяхната хидролиза и редукция. Тези хидролиза са медиирани от киселинността или основността на водната среда, причинявайки съответно карбоксилна киселина или карбоксилатна сол:

RCN + 2Н ₂ О + HCl → RCOOH + NH ₄ Cl

RCN + H ₂ O + NaOH → RCOONa + NH ₃

В процеса се образува и амид.

Нитрилите се редуцират до амини с помощта на водородни и метални катализатори:

RCN → RCH ₂ NH ₂

номенклатура

Според номенклатурата на IUPAC, нитрилите се назовават чрез добавяне на суфикса -нитрил към името на алканната верига, от която е получена, включително и въглерода от циано групата. Така, СН ₃ CN се нарича ethanonitrile и СН ₃ СН ₂ СН ₂ CN, butanonitrile.

По същия начин те могат да бъдат назовавани, като се започне от името на карбоксилната киселина, от което думата „киселина“ се елиминира и наставките -ico или -oic се заменят с наставката -onitrile. Например, за CH ₃ CN би било ацетонитрил (от оцетна киселина); за C ₆ H ₅ CN, това ще бъде бензонитрил (от бензоена киселина); и (CH ₃) ₂ CHCN, 2-метилпропаннитрил.

Алтернативно, ако се вземат предвид имената на алкиловите заместители, нитрилите могат да бъдат споменати с помощта на думата „цианид“. Например, СН ₃ CN тогава ще се нарича метил цианид, и (CH ₃) ₂ CHCN, изопропил цианид.

Приложения

Нитрилите са част от естествените продукти, намиращи се в горчиви бадеми, в костите на различни плодове, в морски животни, растения и бактерии.

Неговите групи от CN съставляват структурите на цианогенни липиди и гликозиди, биомолекули, които при разграждането си отделят водороден цианид, HCN, силно отровен газ. Следователно те имат непосредствена биологична употреба за определени същества.

По-рано беше казано, че CN групите придават много полярност на молекулите и всъщност не остават незабелязани, когато присъстват в съединения с фармакологична активност. Такива нитрилови медикаменти са били използвани за борба с хипергликемия, рак на гърдата, диабет, психоза, депресия и други разстройства.

Освен че имат роля в биологията и медицината, индустриално те съставляват шепа нитрилова пластмаса, с която се правят хирургически и лабораторни ръкавици, уплътнения за автомобилни части, маркучи и уплътнения поради тяхната устойчивост срещу корозия и мазнини, т.е. материали като tupperware, музикални инструменти или Lego блокове.

Примери за нитрили

След това и накрая ще бъдат изброени някои примери за нитрили.

Нитрилни каучуци

Молекулна структура на съполимера на акрилонитрил-бутадиен. Източник: Klever чрез Wikipedia.

Нитриловият каучук, от който са направени гореспоменатите ръкавици и устойчиви на мазнини материали, е съполимер, съставен от акрилонитрил и бутадиен (по-горе). Забележете как изглежда линейна CN групата.

Ciamemazine

Молекулна структура на циамамазин. Източник: Epop / Public domain

Ciamemazine е пример за нитрил в областта на аптеката, който се използва като антипсихотик, специално за лечение на тревожни разстройства и шизофрения. Отново обърнете внимание на линейността на групата CN.

Citalopram

Друго нитрилно лекарство е циталопрам, използван като антидепресант

амигдалин

Молекулярна структура на амигдалин. Източник: Wesalius / Public domain

Амигдалинът е пример за цианогенен гликозид. Намира се в горчивите бадеми, сливите, кайсиите и прасковите. Обърнете внимание колко малка е групата на CN в сравнение с останалата част от структурата; въпреки това самото му присъствие е достатъчно, за да даде на този въглехидрат уникална химическа идентичност.

Препратки

1. Греъм Соломон TW, Craig B. Fryhle. (2011 г.). Органична химия. (10 ^-то издание.) Wiley Plus.
2. Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
3. Морисън и Бойд. (1987). Органична химия. (Пето издание). Адисон-Уесли Ибероамерикана.
4. Wikipedia. (2020). Нитрилен. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Химия LibreTexts. (05 юни 2019 г.). Химия на нитрилите. Възстановено от: chem.libretexts.org
6. Джим Кларк. (2016 г.). Хидролизиращи нитрили. Възстановено от: chemguide.co.uk
7. Ivy Rose Holistic. (2020). Именуване на нитрили. Възстановени от: ivyroses.com
8. Херман Фернандес. (SF). Нитрилна номенклатура: Правила на IUPAC. Възстановено от: quimicaorganica.org