Циангидрины (α-гидроксинитрилы, нитрилы α- оксикислот ) — соединения, содержащие нитрильную и гидроксильную группы при одном углеродном атоме, формально — продукты присоединения синильной кислоты к альдегидам и кетонам .

В систематической номенклатуре циангидрины именуются как гидроксинитрилы, однако используются и тривиальные названия, образованные добавлением суффикса - циангидрин к названию карбонильного соединения-предшественника, например, (CH ₃ ) ₂ C(OH)CN — ацетонциангидрин (2-гидрокси-2-метилпропаннитрил).

Свойства и реакционная способность

Реакционная способность циангидринов обусловлена наличием спиртовой и нитрильной групп с некоторыми особенносями реакционной способности гидроксила, обусловленной электронакцепторным влиянием нитрильной группы.

Так, циангидрины, как и спирты, ацилируются хлорангидридами карбоновых кислот, этерифицируются азотной кислотой с образованием нитроэфиров ? присоединяются к виниловым эфирам с образованием ацеталей , реагируют с пентахлоридом фосфора с замешением гидроксила на галоген, образуя α-хлорнитрилы.

Однако при взаимодействии с аммиаком и гидразином, в отличие от алифатических спиртов, происходит замещение гидроксила на амино- или гидразиновую группу, при этом образуются α-амино или α-гидразинонитрилы.

Под действием водоотнимающих агентов (Р ₂ О ₅ , SOCl ₂ ) или катализаторов при нагревании алифатические циангидрины отщепляют воду, образуя 1,2-ненасыщенные нитрилы, так, из циангидрина ацетальдегида (нитрила молочной кислоты) образуется акрилонитрил :

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CHO+HCN\longrightarrow CH_{3}CH(OH)CN{\xrightarrow {-H_{2}O}}\ CH_{2}{=}CHCN} }$

Как и нитрилы, циангидрины гидролизуются до амидов и далее до α-гидроксикарбоновых кислот, в жестких условиях в случае алифатических циангидринов гидролиз может сопровождаться отщеплением гидроксила, что ведет к образованию 1,2-ненасыщенных амидов или карбоновызх кислот. Так, ацетонциангидрин при нагревании 98% серной кислоте образует метакриламид :

(CH ₃ ) ₂ C(OH)CN + H ₂ O → CH ₂ =C(CH ₃ )CONH ₂

Синтез

Действие цианидов на карбонильные соединения

Основным методом синтеза как в лабораторной практике, так и в промышленности является присоединение цианистого водорода к карбонильным соединениям:

RR ¹ CO + HCN ${\displaystyle \to }$ RR ¹ C(OH)CN

В эту реакцию вступают алифатические, большинство ароматических и многие гетероциклические альдегиды, алифатические и алициклические кетоны. Ароматические кетоны в реакцию не вступают. Образованию циангидринов препятствуют , в случае ароматических и гетероциклических альдегидов, в которых ароматический заместитель стабилизирует образование циангидрин-карбаниона; побочным процессом является бензоиновая конденсация карбаниона со второй молекулой альдегида:

Реакция может проводиться в щелочной водной или водно-спиртовой среде с цианидами щелочных металлов в присутствии КОН или Na ₂ CO ₃ при температурах 0-50 °C (модификация Ульте) либо с использованием цианистого водорода в момент выделения при добавлении уксусной кислоты в водный раствор цианида щелочного металла и карбонильного соединения при 20-30 °C (модификация Уреха).

Циангидрины могут быть также получены действием цианидов на бисульфитные производные альдегидов и кетонов:

В качестве «безцианидного» метода синтеза циангидринов альдегидов используется обменная реакция с циангидридами кетонов (обычно с легкодоступным ацетонциангидрином ):

RCHO + (CH ₃ ) ₂ C(OH)CN ${\displaystyle \to }$ RC(OH)CN + (CH ₃ ) ₂ CO

Для синтеза циангидринов ароматических кетонов, не образующихся в классических условиях реакции, в качестве синтетического эквивалента цианид-иона или синильной кислоты используется триметилсилилцианид , что позволяет синтезировать циангидрины бензофенонов . Реакция идет через образование триметилсилильных производных циангидринов, которые затем в кислотных условиях гидролизуются до циангидринов .

Использование триметилсилилцианида также позволяет синтезировать триметилсилилциангидрин p- бензохинона .

Другие методы синтеза

Циангидрины могут быть синтезированы и функционализацией соответствующих α-гидроксисоединений.

Так, оксимы α-гидроксиальдегидов под действием кислотных и ацилирующих агентов (уксусный ангидрид и т. п.) образуют циангидрины:

RR’C(OH)-CH=NOH + Ac ₂ O ${\displaystyle \to }$ RR’C(OH)-CH=NOAc + AcOH

RR’C(OH)-CH=NOAc ${\displaystyle \to }$ RR’C(OH)CN + AcOH

Применение

Промышленное применение

Ацетонциангидрин является крупнотоннажным продуктом органического синтеза и используется как сырье в производстве производных метакриловой кислоты — метилметакрилата :

(CH ₃ ) ₂ C(OH)CN + H ₂ SO ₄ → CH ₂ =C(CH ₃ )CONH ₂ ·H ₂ SO ₄

CH ₂ =C(CH ₃ )CONH ₂ ·H ₂ SO ₄ + CH ₃ OH → CH ₂ =C(CH ₃ )COOCH ₃ + NH ₄ HSO ₄

:

(CH ₃ ) ₂ C(OH)CN → CH ₂ =C(CH ₃ )CN + H ₂ O

и других соединений, применяемых в качестве мономеров для получения полимеров — полиакрилатов .

Использование в органическом синтезе

Взаимодействие циангидридов альдегидов с альдегидами в присутствии хлороводорода в безводных условиях приводит к образованию , эта реакция идет через присоединение хлороводорода к нитрильной группе циангидрина с образованием имидоилхлорида используется как препаративный метод синтеза ( ) :

Образование циангидринов из альдоз является первой стадии их гомологизации по Килиани-Фишеру :

Синтез циангидринов — нитрилов альдоновых кислот — из оксимов альдоз с дальнейшим отщеплением от них цианистого водорода используется в химии углеводов как метод укорочения углеродной цепи альдоз на одно звено ( ):

:

Циангидрины также используются в модифицированном синтезе α- аминокислот по Штреккеру в модификации Тимана. В этом методе циангидрины вводятся в реакцию с аммиаком с образованием α-аминонитрилов, которые далее гидролизуются до α-аминокислот:

Триметилсилилциангидрины, в отличие от циангидринов, могут быть депротонированы действием диизопропиламида лития до соответствующих карбанионов :

RCH(CN)OSi(CH ₃ ) ₃ → RC ^- (CN)OSi(CH ₃ ) ₃ ,

которые могут быть введены в реакцию с альдегидами или кетонами, образуя после дальнейшего гидролиза ацилоины :

RC ^- (CN)OSi(CH ₃ ) ₃ + R ¹ R ² C=O → R ¹ R ² C(-O ^- )-CR(CN)OSi(CH ₃ ) ₃

R ¹ R ² C(-O ^- )-CR(CN)OSi(CH ₃ ) ₃ + 2H ₂ O → R ¹ R ² C(OH)-COR + HCN + [(CH ₃ ) ₃ SiOH]

Триметилсилилоксинитрил-карбанионы также могут быть алкилированы алкилгалогенидами и далее гидролизованы до кетонов заданной структуры:

RC ^- (CN)OSi(CH ₃ ) ₃ + R ¹ Hal → RR ¹ C(CN)OSi(CH ₃ ) ₃ + Hal ^-

RR ¹ C(CN)OSi(CH ₃ ) ₃ + H ₂ O → RR ¹ CO + HCN + [(CH ₃ ) ₃ SiOH]

Нахождение в природе

Циангидрины являются агликонами цианогенных гликозидов, встречающихся во многих видах растений: бензальдегидциангидрин амигдалина растений рода слива Prunus и сорго , ацетонциангидрин линамарина маниоки и льна , этилметилкетонциангидрин маниоки , клевера ползучего и Lotus australis и др.

Высвобождающиеся при гидролизе цианогенных гликозидов циангидрины в физиологических условиях разлагаются с образованием соответствующего карбонильного соединения и синильной кислоты, что обуславливает токсичность растений, содержащих цианогенные гликозиды.

У двупарноногих многоножек рода Aphelora — A. corrugata и A. trimaculata бензальдегидциангидрин (наряду с бензоилцианидом) синтезируется и накапливается в ядовитых железах и в случае опасности гидролизуется с выделением синильной кислоты .

Примечания

Литература

. — Georg Thieme Verlag, 2014-05-14. — ISBN 978-3-13-171921-8 .