Visiškas adipo rūgšties nitrilo redukavimas vandenilio lygtimi. Karboksirūgšties nitrilai




1. Karboksirūgščių anhidridai

Karboksilo rūgščių anhidridai yra vandens molekulės pašalinimo iš dviejų rūgšties molekulių produktai.

1.1. Karboksirūgšties anhidridų gavimo metodai

Kaip ką tik matėme (3.1), karboksirūgščių anhidridus galima gauti iš rūgščių chloridų ir karboksirūgščių druskų. Be to, juos galima gauti iš acilchloridų ir karboksirūgščių, esant piridinui:

acilchloridas rūgšties piridino anhidridas piridinio chloridas

Daugelio karboksirūgščių anhidridai susidaro kaitinant atitinkamas karboksirūgštis, dažnai naudojant dehidratuojančius agentus. Taigi, acto anhidridas gaunamas kaitinant acto rūgštį su koncentruota sieros rūgštimi:

(28)

acto anhidridas

Pigus acto anhidridas kartais naudojamas kaip dehidratuojantis agentas:

19 pratimas. Benzenkarboksirūgšties anhidridą galima paruošti pridedant vieną molinį ekvivalentą vandens į du molinius ekvivalentus benzoilo chlorido. Parašykite šią reakciją.

Cikliniai dikarboksirūgščių anhidridai dažnai susidaro juos tiesiog kaitinant:

(31)

gintaro rūgšties gintaro anhidridas

Pramoninis maleino anhidrido gamybos būdas yra benzeno arba 2-buteno oksidacija oru:

(32)

Ftalio anhidridas gaminamas pramoniniu būdu oksiduojant naftaleną arba o-ksileną:

(33)

Acto rūgšties anhidridas gaminamas pramoniniu būdu, oksiduojant acetaldehidą atmosferos deguonimi, esant vario-kobalto katalizatoriui:

20 pratimas. Maleino rūgštis paverčiama maleino anhidridu 200° C. Norint gauti maleino anhidridą iš fumaro rūgšties, reikia daug aukštesnės temperatūros. Kas tai paaiškina? Parašykite atitinkamas reakcijas.

21 pratimas. Parašykite propiono anhidrido reakcijas su (a) vandeniu, (b) etanoliu, (c) amoniaku, (d) etilaminu ir apibūdinkite jų mechanizmą.

22 pratimas. Kokie yra techniniai acto rūgšties anhidrido gavimo būdai? Koks jo pramoninis pritaikymas?

23 pratimas. Visiškos reakcijos

1.2. Karboksilo rūgščių anhidridų reakcijos

Karboksirūgščių anhidridai dalyvauja tose pačiose reakcijose kaip ir rūgščių chloridai:

(35)

metilo acetatas

(M 6)

(37)

acetamidas

Junginiai, kuriuose yra acetilo grupių, dažniausiai gaminami iš acto anhidrido: jis pigus, lengvai prieinamas, nelabai lakus, neišskiria korozinio HCl.

(38)

acto anhidridas nilino acetanilidas

(M 7)

24 pratimas. Parašykite acetanhidrido (a) reakcijas su anilinu ir (b) salicilo rūgštimi ir apibūdinkite jų mechanizmą.


Formaliai ketenai gali būti laikomi vidiniais monokarboksirūgščių RCH=C=O anhidridais. Paprasčiausias ketenas CH 2 \u003d C \u003d O tiesiog vadinamas ketenu.

Ketenas gaunamas dehidratuojant rūgštis aukštoje temperatūroje

(39)

arba acetono pirolizė

Ketenas patenka į adityvines reakcijas, kai susidaro tie patys produktai, kuriuos galima gauti iš acto anhidrido ir acetilchlorido:

Pvz. 25. Parašykite keteno reakcijas su (a) vandeniu, (b) 1-propanoliu, (c) fenoliu, (d) metilaminu, (e) anilinu.

Ketenas lengvai dimerizuojasi į diketeną:

Diketenas patenka į pridėjimo reakcijas pagal schemą:

acetoacto esteris

Pvz. 26. Parašykite diketeno reakcijas su (a) vandeniu, (b) matanoliu, (c) amoniaku, (d) anilinu.


3. Nitrilai

Nitrilai vadinami įvairiais būdais:

CH 3 CN CH 2 \u003d CHCN PhCN NC (CH 2) 4 CN

etanenitrilas propenenitrilas benzenkarbonitrilas adiponitrilas

(acetonitrilas) (akrilonitrilas) (benzonitrilas)

3.1. Nitrilų gavimo būdai

3.1.1. Nitrilų gavimas dehidratuojant amidus

Amidų dehidratacija, kurią aptarėme ankstesniame skyriuje, gali būti paskutinis karboksirūgšties virsmo šios rūgšties nitrilu grandinės žingsnis:

Visos šios reakcijos dažnai sujungiamos į vieną procesą, karboksirūgšties ir amoniako mišinį leidžiant per aliuminio oksidą 500 o C temperatūroje:

46 pratimas. Parašykite pramoninio adiponitrilo gavimo iš adipo rūgšties reakciją.

3.1.2. Nitrilų gavimas oksidacine angliavandenilių amonolize

Tirdami angliavandenilių oksidaciją, pamatėme, kad ciano vandenilio rūgštis (skruzdžių rūgšties nitrilas) ir kitų rūgščių nitrilai gaunami atitinkamų angliavandenilių oksidacine amonolize pagal schemą:

47 pratimas. Parašykite reakcijas, kaip gauti (a) akrilnitrilą, (b) benzonitrilą, (c) acetonitrilą ir (d) tereftalio rūgšties nitrilą oksidacine atitinkamų angliavandenilių monolize.

3.1.3. Nitrilų gavimas Kolbe reakcijos būdu

Kai halogeniniai angliavandeniai sąveikauja su kalio cianidu vandeniniame etanolyje, S N 2 mechanizmu susidaro nitrilai:

Kadangi cianido anijonas yra aplinkos jonas, kaip šalutinis produktas susidaro izonitrilai, kurie pašalinami purtant reakcijos mišinį su praskiesta druskos rūgštimi.

48 pratimas. Parašykite reakcijas, kaip gauti (a) propionitrilą iš etileno, (b) butironitrilą iš propileno, (c) gintaro rūgšties dinitrilą iš etileno, (d) vinilacto rūgšties nitrilą iš propileno, (e) fenilacto rūgšties nitrilą iš tolueno, (e) fenilacto rūgštį. rūgštinis nitrilas, f) adipo rūgšties dinitrilas iš acetileno.

49 pratimas. Pilnos reakcijos:

a) b)

3.2. Nitrilų reakcijos

3.2.1. Nitrilų hidrinimas

Nitrilai lengvai hidrinami į aminus. Hidrinimas atliekamas arba naudojant vandenilį išskyrimo metu (C 2 H 5 OH + Na), arba kataliziškai:

50 pratimas. Parašykite (a) propionitrilo, (b) butironitrilo, (c) gintaro rūgšties dinitrilo, (d) vinilacto rūgšties nitrilo, (e) fenilacto rūgšties nitrilo, (f) adipo rūgšties dinitrilo hidrinimo reakcijas.

3.2.2. Nitrilų hidrolizė

Nitrilai, gauti iš alkilhalogenidų ir metalų cianidų nukleofilinės pakaitos reakcijos būdu, yra geri pradiniai produktai karboksirūgštims gaminti. Norėdami tai padaryti, jie yra hidrolizuojami, esant rūgštims ar bazėms:

51 pratimas. Kokios rūgštys susidaro hidrolizės metu šiems nitrilams:

a) propionitrilas, b) butironitrilas, c) gintaro rūgšties dinitrilas, d) vinilacto rūgšties nitrilas, e) fenilacto rūgšties nitrilas, f) adipo rūgšties dinitrilas.

Pagal šią schemą fenilacto rūgštis gaunama iš turimo benzilo chlorido:

(87)

52 pratimas. Pasiūlyti fenilacto rūgšties gamybos pradedant nuo tolueno schemą. Apibūdinkite atitinkamų reakcijų mechanizmus.

Malono rūgštis daugiausia gaunama iš chloracto rūgšties pagal schemą:

53 pratimas. Remdamiesi etilenu ir kitais reikalingais reagentais, pasiūlykite butandio (gintaro) rūgšties gavimo schemą.

54 pratimas. Naudodami atitinkamus halogeninius angliavandenilius ir nitrilus, pasiūlykite schemas, kaip gauti šias rūgštis: (a) propiono rūgštį iš etileno, (b) sviesto rūgštį iš propileno, (c) gintaro rūgštį iš etileno, (d) vinilo acto rūgštį iš propileno, (e) fenilacto rūgštis iš tolueno, e) adipo rūgštis iš acetileno.

Iš turimų cianohidrinų gaunamos a-hidroksi rūgštys:

(89)

55 pratimas. Remdamiesi atitinkamais aldehidais, ketonais ir kitais reikalingais reagentais, pasiūlykite a) 2-hidroksipropiono rūgšties ir

(b) 2-metil-2-hidroksipropiono rūgštis.

3.3. Nitrilų alkoholizė

Nitrilai reaguoja su vandenilio chloridu, sudarydami iminochloridus:

(90)

iminochloridas

Vandenilio chloridas alkoholyje veikia nitrilus, todėl susidaro iminoesterių hidrochloridai, kurių tolesnė hidrolizė suteikia esterius:

Metilmetakrilatas pramoniniu būdu gaunamas iš acetono per cianohidriną:

acetonas acetonas cianohidrinas metilmetakrilatas

Apsauginių stiklų (plexiglass) gamyboje naudojamas metilmetakrilato polimeras – polimetilmetakrilatas.

Pvz. 56. Koks produktas susidaro benzilo chloridui nuosekliai veikiant kalio cianidui, etanoliui, esant vandenilio chloridui ir galiausiai vandeniui? Parašykite atitinkamas reakcijas.

Pvz. 57. Koks produktas susidaro, kai vandenilio cianido rūgštis paeiliui veikia acetaldehidą, o vėliau – metanolį, esant sieros rūgščiai? Parašykite atitinkamas reakcijas.


4. Cianamidas

Didelę praktinę reikšmę turi cianido rūgšties amidas – cianamidas. Pramonėje jis gaunamas iš kalcio karbido ir azoto esant 1000–1100 °C arba 650–800 °C temperatūroje, kai yra apie 10 % kalcio chlorido.

kalcio cianamidas

Gautas kalcio cianamido ir suodžių mišinys tiesiogiai naudojamas kaip trąša. Kai sieros rūgštis veikia kalcio cianamidą, gaunamas cianamidas:

Kietoje būsenoje ir tirpaluose cianamidas yra pusiausvyroje su karbodiimidu:

cianamidas karbodiimidas

Karbamidas gaunamas iš dalies hidrolizuojant cianamidą:

(94)

Vandenilio sulfidui veikiant cianamidui, susidaro tiokarbamidas:

(95)

tiokarbamidas

Dėl jo sąveikos su amoniaku susidaro guanidinas:

(96)

guanidinas

Kaitinamas cianamidas virsta melaminu.

Rūgščių nitrilai dar vadinami cianidais, nes juos galima laikyti angliavandenilio radikalo ir ciano grupe deriniu.Paprastai nitrilų pavadinimai yra kilę iš atitinkamų rūgščių pavadinimų:

Savybės. Paprasčiausi nitrilai yra gana malonaus kvapo skysčiai, kurių virimo temperatūra yra šiek tiek žemesnė nei atitinkamų rūgščių. Šiek tiek nuodinga, priešingai nei itin nuodinga vandenilio cianido rūgštis, kuri gali būti laikoma skruzdžių rūgšties nitrilu. Paprasčiausi nitrilai blogai tirpsta vandenyje.

Nitrilai yra neutralios medžiagos. Hidrolizės metu, dalyvaujant rūgštims ar šarmams, susidaro rūgščių amidai (su viena vandens molekule) arba laisvosios karboksirūgštys (su dviem vandens molekulėmis):

Kai nitrilai redukuojami vandeniliu (išskyrimo metu), susidaro pirminiai aminai:

Būdai gauti. Jau minėjome nitrilų gavimą alkilhalogenidams sąveikaujant su cianido rūgšties druskomis, taip pat pašalinant vandens molekulę iš rūgščių amidų (p. 67 ir 146). Pirmasis iš šių metodų yra svarbus gaminant karboksirūgštis iš alkilhalogenidų. Šiuo atveju karboksirūgštys gaunamos su didesniu anglies atomų skaičiumi nei pradiniame alkilo halogenide. Taigi; Pavyzdžiui, norint gauti propiono rūgštį, reikia naudoti etilo bromidą:

Akrilnitrilas Skystis su temp. rulonas 78 Tai svarbi pradinė medžiaga sintetinio kaučiuko, plastiko ir sintetinio pluošto gamyboje, taip pat kitų akrilo rūgšties darinių sintezei.

Pramonėje akrilnitrilas gaunamas trimis pagrindiniais būdais.

1. Gaunama iš etileno oksido ir vandenilio cianido rūgšties:

2. Gaunama iš acetileno ir ciano vandenilio rūgšties:

Akrilonitrilui gauti šiuo metodu, acetilenas pirmiausia sumaišomas su vandenilio cianidu (12:1), o gautas mišinys, įkaitintas iki 80 °C, su nedideliu slėgiu tiekiamas į reaktorių, kuriame yra katalizatorius – parūgštintas tirpalas. vario chloridas, natrio ir kalio chloridai. Iš gauto dujų ir garų mišinio akrilnitrilas absorbcinėje kolonėlėje toliau visiškai absorbuojamas vandens. Akrilnitrilo a išeiga yra apie 85%, skaičiuojant nuo pradinio acetileno.

3. Tiesioginė propileno ir amoniako sintezė:

Procesas atliekamas kolonėlės tipo aparatuose esant 450 °C temperatūrai ir maždaug 100 °C slėgiui, esant vandens garams. Oro deguonis naudojamas kaip oksidatorius. Amoniako perteklius dujų ir garų mišinyje neutralizuojamas sieros rūgštimi. Akrilonitrilą ir šalutinius reakcijos produktus sugeria vanduo; vandeninis tirpalas rektifikuojamas.

Šis akrilnitrilo gavimo būdas yra ekonomiškiausias ir perspektyviausias, todėl pirmieji du metodai ateityje nebus sukurti.


Nitrilas yra sintetinis kaučiukas (guma). Pasižymi puikiu atsparumu aukštoms temperatūroms, alyvoms, naftos ir naftos produktams, mažos koncentracijos rūgštims ir šarmams bei dideliu atsparumu slydimui.

Nitrilas gaunamas polimerizacijos būdu, butadieno ir akrilnitrilo mišinys. Originalūs elementai yra konvertuojami ir gaunamas nitrilo elastomeras. Pagrindinė nitrilo gamybos žaliava yra nafta.

Nitrilo butadieno kaučiukas gali būti naudojamas kartu su natūraliomis, izopreno, butadieno ir stireno butadieno kaučiukais, kurie įvedami gerinant mišinių technologines savybes ir didinant vulkanizatų atsparumą šalčiui. Jas derinant su etileno-propileno ir chloropreno kaučiukais, pagerėja ozono atsparumas ir atsparumas terminiam senėjimui, o derinant su tiokoliais, polivinilchloridu, fluorkaučiukais ir fenolio-formaldehido dervomis, pagerėja atsparumas alyvai ir benzinui, atsparumas ozonui.

Dėl didelio atsparumo alyvoms ir kitoms agresyvioms medžiagoms nitrilo butadieno kaučiukai plačiai naudojami įvairių alyvai ir benzinui atsparių gumos techninių gaminių gamybai – tarpikliams, įvorėms, žiedams, rankogaliams, alyvos sandarikliams, techninėms plokštėms. MBS, benzino bakai ir kt.

Iš gumų gaminamos izoliacinės ir elektrai laidžios gumos, batų kulnai ir padai, klijai ir ebonitai, apsauginės dangos, atsparios agresyviai aplinkai.

Batų padas pagamintas iš nitrilo ir poliuretano derinio

Padas pagamintas iš nitrilo gumos, ši medžiaga nusipelno ypatingo dėmesio!

Privalumai: pasižymi aukštomis fizinėmis-mechaninėmis ir antistatinėmis savybėmis, atsparumu aukštai temperatūrai (iki +300°С), elastingumu žemoje (iki -40°С) temperatūroje.

Nitrilo kaučiukas taip pat atsparus agresyviai aplinkai (turi rūgščių-šarmų balansą ir MBS savybės).

Jo trūkumai apima: palyginti didelis svoris.

  • stiprumas;
  • elastingumas;
  • atsparumas chemikalams.
  • Atsparus ozonui.
  • Atsparus aliejui.
  • Atsparus rūgštims.
  • Atsparus karščiui.
  • Atsparus agresyviai aplinkai.

Kai kuriais atvejais charakteristikos gali skirtis nuo nurodytų aukščiau. Pavyzdžiui, jei verslininkas ieško darbo pirštinesžemės ūkio darbams jie neprivalo turėti ugniai atsparių savybių, todėl jų nereikia dengti nitrilu. Iš to galime daryti išvadą, kad galutinis darbo pirštinių pasirinkimas priklauso nuo unikalių įmonės savybių. kokybės pirštines užtikrinti darbuotojų saugumą, todėl rinkitės juos protingai.

Savybės

Būtinas, jei esate medicinos darbuotojas iš chirurgijos, kosmetologijos, farmakologijos ir kt. Jie naudojami bet kokioje medicinoje, kur reikalingas sterilumas - laboratoriniams tyrimams, odontologijai, kraujo paėmimui ir kt.

nitrilai
Nitrilai- organiniai junginiai, kurių bendroji formulė R-C≡N, kurie formaliai yra C-pakeisti vandenilio cianido rūgšties dariniai HC≡N.
  • 1 Nomenklatūra
  • 2 Nitrilo grupės struktūra
  • 3 Fizinės ir cheminės savybės
  • 4 Gauti
  • 5 Poveikis žmogaus organizmui
  • 6 Paraiška
  • 7 Pastabos
  • 8 Literatūra
  • 9 Taip pat žr

Nomenklatūra

Nitrilai taip pat dažnai laikomi karboksirūgščių dariniais (amido dehidratacijos produktais) ir vadinami atitinkamų karboksirūgščių dariniais, pavyzdžiui, CH3C≡N – acetonitrilas (acto rūgšties nitrilas), C6H5CN – benzonitrilas (benzenkarboksirūgšties nitrilas). Sisteminėje nitrilų pavadinimų nomenklatūroje naudojama priesaga karbonitrilas, pavyzdžiui, pirolis-3-karbonitrilas.

Nitrilai, kuriuose -C≡N grupė yra judri arba turi pseudohalogeninį pobūdį, paprastai vadinami cianidais, pavyzdžiui, C6H5CH2CN – benzilcianidas, C6H5COCN – benzoilo cianidas, (CH3)3SiCN – trimetilsililcianidas.

Nitrilo grupės struktūra

Azoto ir anglies atomai nitrilo grupėje yra sp hibridizacijos būsenoje. Trigubos jungties C≡N ilgis yra 0,116 nm, R-CN jungties ilgis yra 0,1468 nm (CH3CN). Nitrilo grupė turi neigiamą mezomerinį ir indukcinį poveikį, ypač Hammetto konstanta σM = 0,56; σn = 0,66; σn- = 1,00; σn+ = 0,659, o Tafto indukcinė konstanta σ* = 3,6.

Nitrilų elektroninę struktūrą galima pavaizduoti kaip dvi rezonansines struktūras:

IR ir Ramano spektruose nitrilo grupė turi sugerties juostą 222-2270 cm-1 srityje.

Fizinės ir cheminės savybės

Nitrilai yra skystos arba kietos medžiagos. Jie tirpsta organiniuose tirpikliuose. Žemesni nitrilai gerai tirpsta vandenyje, tačiau didėjant jų molinei masei, tirpumas vandenyje mažėja.

Nitrilai gali reaguoti tiek su elektrofiliniais reagentais prie azoto atomo, tiek su nukleofiliniais reagentais prie anglies atomo, o tai yra dėl nitrilo grupės rezonansinės struktūros. Nepaskirstyta elektronų pora ant azoto atomo skatina nitrilų kompleksų susidarymą su metalų druskomis, pavyzdžiui, su CuCl, NiCl2, SbCl5. Dėl nitrilo grupės sumažėja CH jungties prie α-anglies atomo disociacijos energija. C≡N jungtis gali prijungti kitus atomus ir grupes.

Nitrilų hidrolizė rūgščioje terpėje pirmiausia veda į amidus, tada į atitinkamas karboksirūgštis:

Hidrolizuojant nitrilus šarminėje terpėje, gaunamos karboksirūgščių druskos.

Nitrilų reakcija su vandenilio peroksidu (Radziševskio reakcija) sukelia amidus:

Nitrilų sąveika su alkoholiais esant rūgštiniams katalizatoriams (Pinnerio reakcija) leidžia gauti imidoesterių hidrohalogenidus, kurie toliau hidrolizuojami iki esterių. Sąveika su tioliais panašioje reakcijoje atitinkamai sukelia tioimidatų druskas ir tiokarboksirūgščių esterius:

Veikiant vandenilio sulfidui nitrilus susidaro tioamidai RC(S)NH2, veikiant amoniakui, pirminiai ir antriniai aminai - amidinai RC(NHR")=NH, veikiant hidroksilaminui - amidoksimai RC(NH2)= NOH, veikiant hidrazonui - amidohidrazonai RC( NH2)=NNH2.

Nitrilams reaguojant su Grignardo reagentais gaunami N-magniu pakeisti ketiminai, kurie rūgščioje aplinkoje hidrolizuojasi iki ketonų:

Nitrilai reaguoja su nesočiaisiais junginiais (Ritterio reakcija), sudarydami pakeistus amidus:

Diels-Alder reaguoja su dienais:

Nitrilų redukcija vyksta žingsnis po žingsnio, kol susidaro pirminiai aminai. Dažniausiai reakcija vykdoma su vandeniliu ant platinos, paladžio (esant 1-3 atm. 20-50 °C) arba nikelio, kobalto katalizatoriams (100-250 atm., 100-200 °C), esant amoniakui. . Laboratorinėmis sąlygomis nitrilai redukuojami natriu etanolyje, kalio aliuminio hidride ir natrio borohidridu:

Nitrilų reakcija su karbonilo junginiais pagal Knoevenagel sukelia cianalkenus:

Kvitas

Nitrilai gaunami šiais būdais:

Amidų, aldoksimų, karboksirūgščių amonio druskų dehidratavimas Ciano vandenilio rūgšties druskų alkilinimas Sandmeyerio reakcija Ciano rūgšties pridėjimas (naudojamas pramonėje) Amoniako ir angliavandenilių kooksidavimas (oksidacinė amonolizė)

Reakcija vyksta 400-500 °C temperatūroje, katalizatoriais veikia bismuto molibdatai ir fosfomolibdatai, cerio molibdatai ir volframatai ir kt.

Amino oksidacija

Poveikis žmogaus organizmui

Nitrilai yra nuodingi žmonėms dėl citochromo oksidazės veikimo pažeidimo ir deguonies perdavimo iš kraujo į ląsteles funkcijos slopinimo. Toksinis poveikis pasireiškia tiek įkvėpus nitrilo garų, tiek patekus per odą ar virškinamąjį traktą.

Priešnuodžiai yra amilo nitritas, natrio tiosulfatas ir gliukozė.

Taikymas

Nitrilai naudojami kaip tirpikliai, radikalinės grandininės polimerizacijos iniciatoriai, žaliavos monomerų gamybai, vaistai, pesticidai, plastifikatoriai. Jie plačiai naudojami Ritter reakcijoje kaip nukleofilinis reagentas.

Svarbiausi yra acetonitrilas (tirpiklis, adsorbentas atskiriant butadieną nuo mišinio su butenais), akrilnitrilas (monomeras sintetiniam pluoštui gaminti), adipodinitrilas (žaliava adipo rūgšties, kaprolaktamo, heksametilendiamino sintezei), benzonitrilas.

Pastabos

Vikižodyne yra straipsnis "nitrilas"
  1. nitrilai // IUPAC auksinė knyga
  2. karbonitrilai // IUPAC auksinė knyga

Literatūra

  • Cheminė enciklopedija / Red.: Knunyants I.L. ir kt.- M.: Soviet Encyclopedia, 1992. - T. 3 (Med-Pol). - 639 p. - ISBN 5-82270-039-8.
  • O. Ya. Neilandas. Organinė chemija. - M.: Aukštoji mokykla, 1990. - 751 p. – 35 000 egzempliorių. - ISBN 5-06-001471-1.
  • Zilbermanas E.N. Nitrilo reakcijos. M.: "Chemija", 1972. - 448 p.

taip pat žr

  • Aminitrilai
  • Izonitrilai
  1. Zilbermanas E.N. Nitrilo reakcijos. - Maskva: Chemija, 1972. - 448 p.