有機化学では、ニトリルは官能基としてシアニドを含む有機化合物です。それらはシアノ化合物としても知られており、式-C≡Nを持っています。シアン化物基を含む無機化合物はシアン化物と呼ばれます。
プロピレンの酸化状態に応じて、化合物アクリロニトリルはアンモ酸化のプロセスを経て、触媒の存在下でさまざまな方法で処理されます。この化合物は、合成ゴム、アクリル繊維、熱可塑性樹脂などの高分子物質の重要な成分です。一部のニトリル化合物は、主にカルボン酸を触媒の存在下でアンモニアと加熱することによって生成されます。
この技術は、油脂からフェニルニトリルやアミノニトリルなどのニトリルを調製することに関係しています。これらは、織物、プラスチック、合成物質、アミンの製造などの物質の軟化剤としても使用されます。ニトリル化合物は、五酸化リンの存在下でアミドを加熱するプロセスからも得られます。また、塩基または酸の存在下でリチウムをカルボン酸に加水分解するか、水素化リチウム アルミニウムを反応させることにより、第一級アミンを還元することもできます。
アミンの歴史
ニトリル族の最初の化合物はシアン化水素でした。それは 1782 年に C. W. シェーレによって初めて製造された. J. L. ゲイ-リュサックは 1811 年に非常に揮発性で有毒な純粋な酸を製造することに成功した. Justus von Liebig と Friedrich Wöhler は 1832 年にベンゾニトリルと呼ばれる安息香酸のニトリルを製造した.それでも、合成の収量が最小限だったため、構造を示唆することはできず、化学的および物理的特性を決定することもできませんでした. Theophile-Jules Pelouze は 1833 年にプロピオニトリルを製造し、青酸またはアルコールのいずれかであると提案した。
化学研究のために化合物の十分な物質を得ることができる最初の方法は、安息香酸アンモニウムの加熱によってヘルマン・フェーリングによって1843年に行われました.フェーリングは、結果を既知のデータと比較することによって、つまり、シアン化水素を生成するためのギ酸アンモニウムの加熱を研究することによって、化合物の構造を決定しました。 「ニトリル」という名前は、新しく形成された化合物に対して彼によって造られました。
アミンの合成
産業界でフェニルニトリルやアミノニトリルなどのニトリルを製造するために使用される主な技術は、ヒドロシアン化とアンモキシデーションです。これらのプロセスのいずれにおいても化学量論量の塩は生成されないため、かなり緑色です。
アンモキシデーション
このプロセスでは、アンモニアの存在下で炭化水素の部分酸化が起こります。この反応は大規模に行われ、アクリロニトリルが生成されます。
CH3CH=CH2 + 3⁄2 O2 + NH3 → NCCH=CH2 + 3 H2O
アクリロニトリルの形成の結果として形成される副生成物はアセトニトリルです。フタロニトリル、イソブチロニトリル、およびベンゾニトリルのさまざまな誘導体は、アンモ酸化によって製造されます。アンモ酸化プロセスは、金属の酸化物によって触媒され、イミンを介して進行します。
ヒドロシアン化
アルケンとシアン化水素からニトリルを製造する工業的方法は、ヒドロシアン化です。このプロセスには均一系触媒が必要です。アジポニトリルの生成は、ヒドロシアン化の一例です。
CH2 =CH-CH=CH2 + 2 HCN → NC(CH2 )4 CN
有機ハロゲン化物とシアン化物塩から
実験室規模の生産では、2 つの塩メタセシス反応が一般的に行われます。コルベニトリル合成のプロセスにより、ハロゲン化アルキルの求核脂肪族置換は、アルカリ金属のシアン化物の存在下で発生します。 Rosenmund-von Braun合成のプロセスにより、アリールニトリルが製造されます。
シアノヒドリン
シアノヒドリンは、アルカリ金属のシアン化物をアルデヒドに付加することによってシアノヒドリン反応で生成されるニトリルの一種です。有機カルボニルは極性化合物であるため、アルケンのヒドロシアン化とは異なり、この反応には触媒は必要ありません。トリメチルシリルシアニドを加えると、o-シリルシアノヒドリンが生成されます。ここでは触媒が必要です。シアノヒドリンの製造は、シアノヒドリン反応でも起こります。たとえば、HCN はアセトン シアノヒドリンから製造されます。
アミド脱水
- アルデヒドとオキシムから
ニトリルは、実験室でアルデヒドからアルドキシムを介して一般的に生成されます。アルドキシムは、非常に低い温度でアルデヒドとヒドロキシルアミン塩との反応が起こると生成されます。これらの化合物は、単純な加熱による脱水でニトリルを生成します。塩化スルフリル、トリエチルアミン、ゼオライトなど、この反応を触媒するさまざまな試薬が利用可能です。ヒドロキシルアミン-O-スルホン酸も同様の反応を起こします。
- アルデヒドからのワンポット合成
Van Leusen 反応は、特別な場合にアミンを合成するために使用できます。ここでは、脂肪族アルドキシム脱水酵素のような生体触媒が効果的に使用されています。
他のニトリル合成法
- シアン化ジエチルアルミニウムは、シアン化物グループの商用ソースです。 HCNとトリメチルアルミニウムから製造できます。また、ケトンへの求核付加にも使用されています。
- トリクロロメチル アリール ケチミンの塩基加水分解により、芳香族ニトリルが得られます。この反応は、ホーベン・フィッシャー合成として知られています。
- 第一級アミンの酸化でもニトリルが得られます。トリクロロイソシアヌル酸、過硫酸カリウム、および陽極電気合成の使用は、一般的にプロセスに関与しています。
- ニトリルは、レッツ ニトリル合成と呼ばれる反応でアリールカルボン酸からも製造されます。
ニトリルの発生
ニトリルは、多種多様な動植物源に自然に含まれています。自然界に存在する 100 種類以上のニトリルが、海洋および陸生源から特定されています。これらの化合物は、果物の種、特にアーモンドによく見られます。これらは、芽キャベツ、カリフラワー、キャベツなどのアブラナ属作物を調理したときにも生成されます.これらの作物は、加水分解の過程でニトリルを生成します。マンデロニトリルと呼ばれるシアノヒドリンは、アーモンドを摂取することによって生成されます。この化合物はシアン化水素も放出し、青酸配糖体毒性を引き起こします。
現在、ニトリルを含む 30 種類以上の医薬品が、さまざまな適応症で販売されています。これらの製剤中のニトリル基は堅牢で、代謝されず、変化しない形で体外に排出されます。ニトリルを含むさまざまな種類の医薬品が存在します。たとえば、ビルダグリプチンとアナストロゾール (乳がんの治療に使用)。多くの場合、ニトリルは基質と同じ機能を持っていますが、ニトリルが水への溶解度を高めたり、肝臓による代謝に対する感受性を低下させたりする場合もあります。いくつかの薬物には、機能性ニトリル基が含まれています。
プロパティ
以下は、ニトリルの物理的および化学的性質です:
物理的特性
- ニトリルは無色の化合物で、室温で固体または液体で、独特の臭いがあります。
- 沸点は 82～118 °C です。
- ニトリルは、強力なファン デル ワールス分散力と分子間の双極子間運動を示します。
- 高い電気陰性度と極性も示します。
- 水への溶解度が高いと考えられており、鎖長が長くなるほど溶解度が低下します。
化学的性質
ニトリルはさまざまな方法で反応します。これらには、アルキル化、還元、および加水分解が含まれます。ここでは、さまざまな種類のニトリル反応、特に加水分解を明確に理解できます。以下で説明するように、さまざまな反応のセットがニトリルによって示されます。
- 加水分解:ニトリルは、酸または塩基が存在する場合にのみ加水分解できます。カルボン酸およびカルボキサミドは、塩基または酸の存在下でニトリルを効率的に加水分解することによって生成されます。
- 還元:ニトリルを水素化リチウム アルミニウムで処理すると、ニトリルが第一級または第三級アミンに還元されます。還元のプロセスは、いくつかの触媒の存在下で行われます。
- アルキル化:ニトリルのアルキル化により、ニトリルの形成が起こります。フリーデル・クラフツのアシル化などの求核付加反応は、他の反応です。
用途
ニトリルの使用は、以下に示すように、さまざまな産業および医療プロセスで見られます
- ニトリルは耐薬品性を示すため、シール、ニトリル グローブ、ホースの製造に使用されます。
- 乳がんの治療に使用される抗糖尿病薬として使用されています。
- ペリシアジンとして知られるニトリル化合物は、抗精神病薬としてアヘン依存症の治療に使用されます。
- この化合物は、多くの動植物に見られます。
- 耐油性物質の用途や低温用途にも使用されます。
- 油圧システム、自動車システム、航空機部品の製造にも使用されています。
- これらの製品でさえ、アミンの製造に使用できます。
結論
フェニルニトリルやアミノニトリルなどのニトリル、およびイソ硝酸塩などのそれらの誘導体は、有機化学において重要な化合物です。それらの化学反応には幅広い用途があります。この記事が、このグループの化合物の基本的な理解、ニトリルの意味の理解、トピックに関連するほとんどの質問への回答に役立つことを願っています。
よくある質問
Q) アミドが脱水されるとどうなりますか?
A) 第一級アミドが脱水されると、ニトリルが形成されます。塩化チオニルと五酸化リンは、この反応で使用される一般的な試薬です。同様の反応で、ニトリルは、フォン ブラウン アミド分解のプロセスによって 2 級アミドから生成されます。ここで、1 つの C-N 結合の切断が発生します。
Q) サンドマイヤー反応とは何ですか?
A) 実験室では、原料としてアニリンから芳香族ニトリルの調製が行われます。この準備は、ジアゾニウム化合物を介して行われ、サンドマイヤー反応と呼ばれます。この反応には遷移金属シアン化物が必要です。
Q) ニトリルの主なポイントは何ですか?
A) ニトリルは、シアノ官能サブユニットまたはグループを含む有機化学物質として定義できます。ニトリルの構造は、炭素原子と窒素原子の間に三重結合がある CN- です。一般的なニトリルの化学式は RCN であり、R は有機基またはサブユニットを表します。
