Войти
Нитрил-анион - это нитрилы, в которых отсутствует протон в положении α относительно нитрильной группы. Они подвергаются реакциям нуклеофильного присоединения и замещения с различными электрофилами.
Хотя нитрильные анионы функционально аналогичны енолятам, дополнительная кратная связь в нитрильных анионах обеспечивает им уникальный кетен -подобная геометрия. Кроме того, депротонированные циангидрины могут действовать как замаскированные ацильные анионы, давая продукты, недоступные для одних енолятов. Механизмы присоединения и замещения нитрила хорошо изучены; однако обычно требуются строго основные условия, ограничивающие синтетическую применимость реакции.
Нитрил-анионы чаще всего образуются под действием соответствующего основания. Однако pK a s нитрилов охватывают широкий диапазон - по меньшей мере 20 единиц pK a. Таким образом, правильный выбор основы обычно зависит от основания. Ацетонитрилы, содержащие дополнительную стабилизирующую электроноакцепторную группу (такую как ароматическое кольцо), обычно можно депротонировать с использованием гидроксидных или алкоксидных оснований. С другой стороны, нестабилизированные нитрилы обычно требуют либо оснований амидов щелочных металлов (таких как NaNH 2 ), либо алкилов металлов (таких как бутиллитий ) для эффективного депротонирования. В последнем случае происходит конкурентное присоединение алкильной группы к нитрилу.
ИК-спектроскопические исследования продемонстрировали существование по меньшей мере двух таутомерных форм нитрил-аниона (см. Выше).
Полианионы нитрилов также могут быть образованы путем множественного депротонирования, и эти частицы образуют полиалкилированные продукты в присутствии алкилэлектрофилов.
Альтернативные методы получения нитрильных анионов включают сопряженное присоединение к α, β- ненасыщенные нитрилы, восстановление и трансметаллирование.
Механизмы реакций с участием нитрильных анионов зависят в первую очередь от природы электрофила. Простое алкилирование происходит за счет SN2 замещения и подчиняется обычным стереоэлектронным требованиям процесса. Катализ с переносом фазы применялся при алкилировании арилацетонитрилов. Анионы нитрила также могут участвовать в присоединениях типа по Майклу к активированным двойным связям и реакциям винилирования с ограниченным числом поляризованных, беспрепятственных производных ацетилена.
Арилирование анионов нитрила также возможно и может иметь место через различные механизмы в зависимости от субстратов и условий реакции. Арилгалогениды, в которых отсутствуют электроноакцепторные группы, реагируют по механизму присоединения-элиминирования с участием промежуточных соединений бензина . Арилфосфаты и аммоний реагируют по пути SRN1, который включает образование анион-радикала арила, фрагментацию и образование связи с нуклеофилом. Перенос электрона на вторую молекулу арена осуществляется по радикальной цепи.
Бедные электронами ароматические соединения подвергаются нуклеофильному ароматическому замещению в присутствии нитрильных анионов.
Основная трудность реакций алкилирования с использованием нитрильных анионов - это чрезмерное алкилирование. Например, при алкилировании ацетонитрила выход моноалкилированного продукта в большинстве случаев низок. Двумя исключениями являются алкилирование эпоксидами (близлежащий отрицательный заряд открытого эпоксида препятствует дальнейшему алкилированию) и алкилирование частицами цианометилмеди (I). Побочные реакции также могут представлять проблему; Концентрация нитрильного аниона должна быть высокой, чтобы смягчить процессы, включающие самоконденсацию, такие как реакция Торпа – Циглера. Другие важные побочные реакции включают отщепление алкилцианидного продукта или исходного материала алкилгалогенида и образование амидина.
Циклизация ω-эпокси-1-нитрилов представляет собой интересный пример того, как стереоэлектронные факторы могут преобладать над стерическими факторами в реакциях внутримолекулярного замещения. При циклизации 1, например, наблюдается только изомер циклопропана 2 . Это объясняется лучшим перекрытием орбит в переходном состоянии S N 2 для циклизации. 1,1-дизамещенные и тетразамещенные эпоксиды также следуют этому принципу.
Конъюгированные нитрилы, содержащие γ-атомы водорода, могут быть депротонированы в γ-положении с образованием стабилизированных резонансом анионов. Эти промежуточные продукты почти всегда реагируют с α-селективностью в реакциях алкилирования, за исключением анионов орто-толилнитрилов.
Образование циангидринов из карбонильных соединений делает первый карбонильный углерод кислым. После защиты гидроксильной группы ацильной или силильной группой циангидрины могут действовать по существу как замаскированные ацильные анионы. Поскольку сложноэфирные защитные группы неустойчивы к основаниям, мягкие основания должны использоваться с циангидринами, защищенными сложным эфиром. В этом контексте также можно использовать α- (диалкиламино) нитрилы.
Примеры реакций арилирования и ацилирования показаны ниже. Хотя межмолекулярное арилирование с использованием нитрильных анионов приводит к умеренным выходам, внутримолекулярная процедура эффективно дает четырех-, пяти- и шестичленные бензоконденсированные кольца. Ацилирование может быть выполнено с использованием широкого ряда ацил-электрофилов, включая карбонаты, хлорформиаты, сложные эфиры и хлорангидриды. В этих реакциях используются два эквивалента основания, чтобы довести реакцию до ацилированного продукта - ацилированный продукт более кислый, чем исходный материал.
Алкилирование нитрильного аниона с последующим восстановительным децианированием было использовано в новом синтезе (2) -9-дотлецен-1-илацетата, полового феромона Paralobesia viteana.
Наиболее распространенными основаниями, используемыми для депротонирования нитрилов, являются амиды щелочных металлов, замещенные амиды и гидриды. Эти реагенты требуют инертных безводных условий и осторожного обращения. Полиалкилирование является серьезной проблемой для первичных или вторичных нитрилов; однако существует ряд решений этой проблемы. Алкилирование цианоацетатов с последующим декарбоксилированием дает одно решение. Ацилирование первичных или вторичных нитрилов обеспечивает удобный доступ к исходным материалам для этой последовательности. Дистилляция и хроматография применимы только для разделения моно- и диалкилированного материала, когда разница в молекулярной массе между ними велика.
Ацилирование намного проще, поскольку полученные α-цианокарбонильные соединения намного более кислые (и менее нуклеофильные), чем соответствующие исходные вещества. Моноацилированные продукты можно легко получить.
К суспензии 24,4 г (1,017 моль) гидрида натрия в 200 мл безводного толуола добавляли смесь 122 г (1,043 моль) фенилацетонитрила и 150 г (1,095 моль) изобутилбромида. Смесь нагревали до 65 ° C, при этой температуре начиналась реакция. Нагревательный кожух удаляли, и колбу охлаждали, чтобы не допустить слишком интенсивной реакции в течение начального 0,5-часового периода реакции. Реакционную смесь кипятили с обратным холодильником еще 5 часов и оставляли на ночь. По каплям осторожно добавляли этанол (40 мл) с последующим добавлением по каплям 200 мл воды. Органический слой отделяли, а водный слой экстрагировали бензолом. Объединенные органические слои последовательно промывали разбавленной кислотой, водой, раствором карбоната натрия и водой. После фильтрации через слой сульфата натрия бензол выпаривали и продукт фракционно перегоняли с получением 115 г (66%) 2-фенил-4-метилвалеронитрила, т.кип. 130–134 ° C (10 мм) [лит. (540) т.кип. 136–138 ° C (15 мм)].
