Nitrile

La struttura di un gruppo nitrile

Un nitrile è qualsiasi composto organico che ha un gruppo funzionale -C≡N. Il gruppo funzionale -C≡N è chiamato gruppo nitrile. Nel gruppo -CN, gli atomi di carbonio e di azoto sono legati tra loro da quello che viene chiamato un “triplo” legame covalente. Per indicare la presenza di un gruppo nitrile in una molecola, i chimici usano il prefisso cyano quando nominano la molecola.

Il gruppo funzionale nitrile deve essere distinto dallo ione cianuro. Quest’ultimo è uno ione negativo con la formula CN-. Tuttavia, il gruppo nitrile è talvolta indicato come gruppo cianuro o gruppo ciano, e i composti contenenti questo gruppo sono talvolta indicati come cianuri. In alcune condizioni, i nitrili possono rilasciare lo ione cianuro (CN-) altamente tossico.

Vari nitrili svolgono funzioni importanti. Per esempio, il benzonitrile è utile come solvente ed è un precursore per la sintesi di altri materiali. Un altro nitrile comune, chiamato acrilonitrile, può essere convertito nel polimero noto come poliacrilonitrile, che costituisce le fibre acriliche. L’acrilonitrile è anche usato nella sintesi di certi nylon e per la produzione industriale di acrilammide e acido acrilico.

Storia

Il cianuro di idrogeno fu sintetizzato per la prima volta nel 1782 da Carl Wilhelm Scheele, che fu ucciso nel tentativo di ottenere il composto anidro. Joseph Louis Gay-Lussac fu il primo a preparare l’acido puro nel 1811, e Friedrich Wöhler e Justus von Liebig furono i primi a preparare i nitrili cianuro di benzoile e benzonitrile nel 1832. Théophile-Jules Pelouze sintetizzò il propionitrile nel 1834.

Sintesi dei nitrili

I nitrili possono essere preparati con uno dei seguenti metodi di chimica organica:

• Reazione (sostituzione alifatica nucleofila) di un alogenuro alchilico con un cianuro di metallo.
• Reazione di disidratazione di un ammide primario. Sono disponibili molti reagenti. Per esempio, la benzamide può essere convertita in benzonitrile:

Due intermedi in questa reazione sono il tautomero amidico A e il suo addotto fosfato B.

• Deidratazione di ammidi secondarie (degradazione dell’ammide di von Braun).
• Deidratazione di aldoximes. (Possibili reagenti sono trietilamina/diossido di zolfo, zeoliti o cloruro di zolfo).
• Sintesi one-pot da un’aldeide, con idrossilammina e solfato di sodio.

In uno studio, un’aldeide aromatica o alifatica viene fatta reagire con idrossilammina e solfato di sodio anidro in una reazione a secco per una quantità molto piccola di tempo sotto irradiazione di microonde attraverso un’aldossima intermedia.

• Reazione di un cianuro metallico con un’aldeide nella reazione cianoidrina.
• Derivazione da acidi carbossilici arilici (sintesi nitrilica di Letts).
• Nitrili aromatici da composti diazonici nella reazione di Sandmeyer.

Reazioni dei nitrili

I gruppi nitrili nei composti organici possono subire varie reazioni se sottoposti a certi reagenti o condizioni. Un gruppo nitrile può essere idrolizzato, ridotto, o espulso da una molecola come ione cianuro.

• Nell’idrolisi, il nitrile viene fatto reagire con un acido e acqua ad alta temperatura, o con una base e acqua. L’idrolisi acida forma un acido carbossilico, l’idrolisi alcalina forma un carbossilato.
• Nella riduzione organica il nitrile è ridotto facendolo reagire con idrogeno con un catalizzatore di nichel; in questa reazione si forma un’ammina. La riduzione all’immina seguita dall’idrolisi all’aldeide avviene nella sintesi aldeidica di Stephen
• Un nitrile è un elettrofilo all’atomo di carbonio in reazioni di addizione nucleofila:
  • con un composto organozinco nella reazione di Blaise
  • e con alcoli nella reazione di Pinner.
  • La reazione dell’ammina sarcosina con cianamide produce creatina.
• Nella “decantazione riduttiva”, il gruppo nitrile è sostituito da un protone. Una decanazione efficace è tramite una riduzione metallica in dissoluzione con HMPA e potassio metallico in alcool tert-butilico. Gli α-ammino-nitrili possono essere decanati con idruro di alluminio e litio.
• I nitrili si auto-reagiscono in presenza di una base nella reazione di Thorpe (un’aggiunta nucleofila).
• Nella chimica organometallica, i nitrili sono noti per aggiungersi agli alchini in una reazione nota come carbocianazione:

Usi di alcuni nitrili

• Benzonitrile: Il benzonitrile è un utile solvente e un versatile precursore di molti derivati.

• Acrilonitrile: L’acrilonitrile è un monomero prezioso per la fabbricazione del polimero noto come poliacrilonitrile, che costituisce le fibre acriliche. La dimerizzazione dell’acrilonitrile produce l’adiponitrile, usato nella sintesi di alcuni nylon. Piccole quantità di acrilonitrile sono usate come fumigante. L’acrilonitrile è anche un precursore nella produzione industriale di acrilamide e acido acrilico.

Vedi anche

• Cianuro
• Cianuro di idrogeno

Note

• Daley, Richard F., e Daley, Sally J. 2005. Chimica organica. OChem4Free.com. Retrieved April 12, 2007.

• McMurry, John. 2004. Chimica organica. 6° ed. Belmont, CA: Brooks/Cole. ISBN 0534420052.

• Morrison, Robert T., and Boyd, Robert N. 1992. Chimica organica. 6a ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. ISBN 0136436692.

• Solomons, T. W. Graham, and Fryhle, Craig B. 2004. Chimica organica. 8° ed. Hoboken, NJ: John Wiley. ISBN 0471417998.

Gruppi funzionali

Classe chimica: Alcool – Aldeide – Alcano – Alchene – Alchine – Amide – Ammina – Azo composto – Derivato del benzene – Acido carbossilico – Cianato – Ester – Etere – Aloalcano – Imina – Isocianuro – Isocianato – Chetone – Nitrile – Nitro composto – Nitroso composto – Perossido – Acido fosforico acido – Derivato della piridina – Solfone – Acido solfonico – Solfossido – Tioetere – Tiolo – Derivato del toluene