Главная > История > Полное восстановление нитрила адипиновой кислоты водородом уравнение. Нитрилы карбоновых кислот


Полное восстановление нитрила адипиновой кислоты водородом уравнение. Нитрилы карбоновых кислот




1. Ангидриды карбоновых кислот

Ангидриды карбоновых кислот представляют собой продукты отщепления молекулы воды от двух молекул кислоты.

1.1. Способы получения ангидридов карбоновых кислот

Ангидриды карбоновых кислот, как мы только что видели (3.1), могут быть получены из хлорангидридов и солей карбоновых кислот. Кроме того они могут быть получены из ацилхлоридов и карбоновых кислот в присутствии пиридина:

ацилхлоорид кислота пиридин ангидрид пиридинийхлорид

Ангидриды многих карбоновых кислот образуются при нагревании соответствующих карбоновых кислот, причем при этом часто используются водоотнимающие средства. Так, уксусный ангидрид получают нагреванием уксусной кислоты с концентрированной серной кислотой:

(28)

уксусный ангидрид

В качестве дегидратирующего агента иногда используют дешевый уксусный ангидрид:

Упр.19. Ангидрид бензойной кислоты может быть получен добавлением одного мольэквивалента воды к двум мольэквивалентам бензоилхлорида. Напишите эту реакцию.

Циклические ангидриды дикарбоновых кислот часто образуются при простом их нагревании:

(31)

янтарная кислота янтарный ангидрид

Промышленным методом получения малеинового ангидрида служит окисление бензола или 2-бутена воздухом:

(32)

Фталевый ангидрид получают в промышленности окислением нафталина или о-ксилола:

(33)

Уксусный ангидрид в промышленности получают окислением уксусного альдегида кислородом воздуха в присутствии медно-кобальтового катализатора:

Упр.20. Малеиновая кислота превращается в малеиновый ангидрид при 200 о С. Для получения малеинового ангидрида из фумаровой кислоты требуется значительно более высокая температура. Чем это объясняется? Напишите сооветствующие реакции.

Упр.21. Напишите реакции пропионового ангидрида с (а) водой, (б) этанолом, (в) аммиаком, (г) этиламином и опишите их механизм.

Упр.22. Каковы техничесие методы получения уксусного ангидрида? Каково его промышленное применение?

Упр.23. Завершите реакции

1.2. Реакции ангидридов карбоновых кислот

Ангидриды карбоновых кислот вступают в те же реакции, что и хлорангидриды:

(35)

метилацетат

(М 6)

(37)

ацетамид

Соединения, содержащие ацетильные группы, чаще всего получают из уксусного ангидрида: он дешев, легко доступен, не очень летуч и не выделяет коррозионного HCl.

(38)

уксусный ангидрид нилин ацетанилид

(М 7)

Упр.24. Напишите реакции ацетангидрида (а) с анилином и (б) салициловой кислотой и опишите их механизм.


Формально кетены можно рассматривать как внутренние ангидриды монокарбоновых кислот RCH=C=O. Простейший кетен СН 2 =С=О называют просто кетеном.

Кетен получают высокотемпературной дегидратацией кислот

(39)

или пиролизом ацетона

Кетен вступает в реакции присоединения с образованием тех же продуктов, которые могут быть получены из ацетангидрида и ацетилхлорида:

Упр. 25. Напишите реакции кетена с (а) водой, (б) 1-пропанолом, (в) фенолом, (г) метиламином, (д) анилинном.

Кетен легко димеризуется в дикетен:

Дикетен вступает в реакции присоединения по схеме:

ацетоуксусный эфир

Упр. 26. Напишите реакции дикетена с (а) водой, (б) матанолом, (в) аммиаком, (г) анилином.


3. Нитрилы

Нитрилы называют различными способами:

CH 3 CN CH 2 =CHCN PhCN NC(CH 2) 4 CN

этаннитрил пропеннитрил бензолкарбонитрил адипонитрил

(ацетонитрил) (акрилонитрил) (бензонитрил)

3.1. Способы получение нитрилов

3.1.1. Получение нитрилов дегидратацией амидов

Дегидратация амидов, о которой мы говорили в предыдущем разделе может служить последней стадией в цепи превращений карбоновой кислоты в нитрил этой кислоты:

Все эти реакции часто совмещают в одном процессе, пропуская смесь карбоновой кислоты и аммиака через окись алюминия при 500 о С:

Упр.46. Напишите реакцию промышленного метода получения адипонитрила из адипиновой кислоты.

3.1.2. Получение нитрилов окислительным аммонолизом углеводородов

При изучении окисления углеводородов мы видели, что синильную кислоту (нитрил муравьиной кислоты) и нитрилы других кислот получают окислительным аммонолизом соответствующих углеводородов по схеме:

Упр.47. Напишите реакции получения (а) акрилонитрила, (б) бензонитрила, (в) ацетонитрила и (г) нитрила терефталевой кислоты окислительным амонолизом соответствующих углеводородов.

3.1.3. Получение нитрилов по реакции Кольбе

При взаимодействии галогенуглеводородов с цианидом калия в водном этаноле по механизму S N 2 образуются нитрилы:

Поскольку цианид-анион является амбидентным ионом, в качестве побочного продукта образуются изонитрилы, которые удаляют встряхивая реакционную смесь с разбавленной соляной кислотой.

Упр.48. Напишите реакции получения через соответствующие галогенуглеводо-роды (а) пропионитрила из этилена, (б) бутиронитрила из пропилена, (в) динитрила янтарной кислоты из этилена, (г) нитрила винилуксусной кислоты из пропилена, (д) нитрила фенилуксусной кислоты из толуола, (е) динитрила адипиновой кислоты из ацетилена.

Упр.49. Завершите реакции:

(а)(б)

3.2. Реакции нитрилов

3.2.1. Гидрирование нитрилов

Нитрилы легко гидрируются в амины. Гидрирование осуществляется или водородом в момент выделения (С 2 Н 5 ОН + Na) или каталитически:

Упр.50. Напишите реакции гидрирования (а) пропионитрила, (б) бутиронитрила, (в) динитрила янтарной кислоты, (г) нитрила винилуксусной кислоты, (д) нитрила фенилуксусной кислоты, (е) динитрила адипиновой кислоты.

3.2.2. Гидролиз нитрилов

Нитрилы, получаемые из алкилгалогенидов и цианидов металлов по реакции нуклеофильного замещения, являются хорошими исходными продуктами для получения карбоновых кислот. Для этого их подвергают гидролизу в присутствии кислот или оснований:

Упр.51. Какие кислоты образуются при гидролизе следующих нитрилов:

(а) пропионитрила, (б) бутиронитрила, (в) динитрила янтарной кислоты, (г) нитрила винилуксусной кислоты, (д) нитрила фенилуксусной кислоты, (е) динитрила адипиновой кислоты.

По этой схеме из доступного бензилхлорида получают фенилуксусную кислоту:

(87)

Упр.52. Предложите схему получения фенилуксусной кислоты исходя из толуола. Опишите механизмы соответствующих реакций.

Малоновую кислоту главным образом получают из хлоруксусной кислоты по схеме:

Упр.53. Исходя из этилена и других необходимых реагентов, предложите схему получения бутандиовой (янтарной) кислоты.

Упр.54. Через соответствующие галогенуглеводороды и нитрилы предложите схемы получения следующих кислот: (а) пропионовой из этилена, (б) масляной из пропилена, (в) янтарной кислоты из этилена, (г) винилуксусной кислоты из пропилена, (д) фенилуксусной кислоты из толуола, (е) адипиновой кислоты из ацетилена.

Из доступных циангидринов получают a-оксикислоты:

(89)

Упр.55. Исходя из соответствующих альдегидов и кетонов и других необходимых реагентов, предложите схемы получения (а) 2-гидроксиоксипропионовой кислоты и

(б) 2-метил-2-гидроксипропионовой кислоты.

3.3. Алкоголиз нитрилов

Нитрилы взаимодействуя с хлороводородом превращаются в иминохлориды:

(90)

иминохлорид

Действие на нитрилы хлороводорода в спирте приводит к образованию гидрохлоридов иминоэфиров, дальнейший гидролиз которых дает эфиры:

Метилметакрилат в промышленности получают из ацетона через циангидрин:

ацетон ацетонциангидрин метилметакрилат

Полимер метилметакрилата - полиметилметакрилат используется в изготовлении безосколочных стекол (плексиглас).

Упр. 56. Какой продукт образуется в результате последовательного действия на бензилхлорид цианида калия, этанола в присутствии хлороводорода и наконец водой? Напишите соответствующие реакции.

Упр. 57. Какой продукт образуется в результате последовательного действия на ацетальдегид синильной кислоты, а затем метанола в присутствии серной кислоты? Напишите соответствующие реакции.


4. Цианамид

Большое практическое значение имеет амид синильной кислоты - цианамид. В промышленности его получают из карбида кальция и азота при 1000-1100 о С или же при 650-800 о С в присутствии примерно 10% хлорида кальция.

цианамид кальция

Образующаяся смесь цианамида кальция и сажи непосредственно используется в качестве удобрения. При действии на цианамид кальция серной кислоты получается цианамид:

В твердом состоянии и в растворах цианамид находится в равновесии с карбодиимидом:

цианамид карбодиимид

Частичным гидролизом цианамида получают мочевину:

(94)

При действии на цианамид сероводорода образуется тиомочевина:

(95)

тиомочевина

Его взаимодействие с аммиаком приводит к образованию гуанидина:

(96)

гуанидин

При нагревании цианамид превращается в меламин.

Нитрилы кислот носят еще название цианидов, так как их можно рассматривать как соединение углеводородного радикала с цианогруппой Обычно названия нитрилов производятся от названий соответствующих кислот:

Свойства. Простейшие нитрилы - жидкости с довольно приятным запахом, имеющие температуру кипения несколько ниже, чем соответствующие кислоты. Мало ядовиты, в отличие от чрезвычайно ядовитой синильной кислоты которую можно рассматривать как нитрил муравьиной кислоты. Простейшие нитрилы плохо растворимы в-воде.

Нитрилы - нейтральные вещества. При гидролизе в присутствии кислот или щелочей образуют амиды кислот (с одной молекулой воды) или свободные карбоновые кислоты (с двумя молекулами воды):

При восстановлении нитрилов водородом (в момент выделения) образуются первичные амины:

Способы получения. О получении нитрилов взаимодействием галоидных алкилов с солями синильной кислоты, а также путем отнятая молекулы воды от амидов кислот мы уже упоминали (стр. 67 и 146). Первый из этих способов имеет важное значение для получения карбоновых кислот из галоидных алкилов. В этом случае получаются карбоновые кислоты с большим числом углеродных атомов, чем в исходном галоидном алкиле. Так; например, для получения пропионовой кислоты следует исходить из бромистого этила:

Акрилонитрил Жидкость с темп. кип. 78 Является важным исходным продуктом для получения синтетических каучуков, пластических масс и синтетических волокон, а также для синтеза, других производных акриловой кислоты.

В промышленности акрилонитрил получается тремя основными методами.

1. Получение из окиси этилена и синильной кислоты:

2. Получение из ацётилена и синильной кислоты:

Для получения акрилонитрил а этим методом сначала смешивают ацетилен с цианистым водородом (12:1) и образовавшуюся смесь, нагретую до 80 °С, под небольшим давлением подают в реактор, в котором находится катализатор - подкислённый раствор однохлористой меди, хлористых натрия и калия. Из образовавшейся парогазовой смеси акрилонитрил полностью поглощается далее водой в абсорбционной колонне. Выход акрилонитрил а около 85%, считая на исходный ацетилен.,

3. Прямой синтез из пропилена и аммиака:

Процесс проводится в аппаратах колонного типа при 450 °С и давлении около в присутствии паров воды. В качестве окислителя применяется кислород воздуха. Избыток аммиака в парогазовой смеси нейтрализуется серной кислотой. Акрилонитрил и побочные продукты реакции поглощаются водой; водный раствор подвергается ректификации.

Этот способ получения акрилонитрила являетеся наиболее экономически выгодным и перспективным, вследствие чего два первых способа развиваться в дальнейшем не будут.


Нитрил - синтетический каучук (резина). Характеризуется отличной устойчивостью к воздействию высоких температур, стойкостью к маслам, нефти и нефтепродуктам, кислотам и щелочам слабой концентрации, обладает высокой устойчивостью к скольжению.

Нитрил производится посредством полимеризации, в процессе смеси бутадиена и акрилонитрила. Исходные элементы преобразуются и в результате получается эластомер нитрильный. Основное сырье для производства нитрила – это нефть.

Бутадиен-нитрильный каучук можно применять в комбинации с натуральным, изопреновым, бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуками, которые вводятся для улучшения технологических свойств смесей и повышения морозостойкости вулканизатов. Совмещение их с этиленпропиленовыми и хлоропреновыми каучуками улучшает озоностойкость и стойкость к тепловому старению, а совмещение с тиоколами, поливинилхлоридом, фторкаучуками и фенолформальдегидными смолами улучшает масло- и бензостойкость, озоностойкость.

Благодаря высокой стойкости к действию масел и других агрессивных агентов, бутадиен-нитрильные каучуки нашли широкое применение для изготовлениях различных маслобензостойких резиновых технических изделий - прокладок, рукавов, колец, манжет, сальников, технических пластин МБС , бензотары и др.

Каучуки используются для производства изоляционных и электропроводящих резин, каблуков и подошв обуви, клеев и эбонитов, защитных покрытий, стойких в агрессивных средах.

Подошва обуви основаная на совмещении нитрила и полиуретана

Подошва, изготовленная на основе нитрильного каучука, этот материал, достоин особого внимания!

Преимущества: обладает высокими физико-механическими и антистатическими свойствами, устойчивостью к воздействию высоких температур (до +300°С), эластичностью при низких (до -40°С) температурах.

Нитрильная резина устойчива и к воздействию агрессивных сред (обладает КЩС и МБС свойствами).

К ее недостаткам относится: сравнительно большой вес.

  • прочность;
  • эластичность;
  • устойчивость к химическим веществам.
  • Устойчивые к озону.
  • Устойчивые к маслам.
  • Устойчивы к кислотам.
  • Устойчивы к теплу.
  • Устойчивые к агрессивной среде.

В ряде случаев характеристики могут отличаться от тех, что были приведены выше. Например, если предприниматель ищет рабочие перчатки для сельскохозяйственных работ, то им не обязательно обладать огнеупорными свойствами, следовательно, необязательно должно быть нитриловое покрытие. Из этого можно сделать вывод, что окончательный выбор рабочих перчаток зависит от уникальных особенностей предприятия. Качественные перчатки обеспечат безопасность сотрудников, поэтому подходите к их выбору с умом.

Свойства

Необходимы, если вы медицинский работник из сферы хирургии, косметологии, фармакологии, и т. д. Применяют в любом виде медицины, где нужна стерильность – лабораторные исследования, стоматология, забор крови, и т. д.

нитрилы
Нитри́лы - органические соединения общей формулы R-C≡N, формально являющиеся C-замещенными производными синильной кислоты HC≡N.
  • 1 Номенклатура
  • 2 Строение нитрильной группы
  • 3 Физические и химические свойства
  • 4 Получение
  • 5 Воздействие на организм человека
  • 6 Применение
  • 7 Примечания
  • 8 Литература
  • 9 См. также

Номенклатура

Нитрилы также часто рассматривают как производные карбоновых кислот (продукты дегидратации амидов) и именуют как производные соответствующих карбоновых кислот, например, CH3C≡N - ацетонитрил (нитрил уксусной кислоты), C6H5CN - бензонитрил (нитрил бензойной кислоты). систематической номенклатуре для именования нитрилов используется суффикс карбонитрил, например, пиррол-3-карбонитрил.

Нитрилы, в которых группа -C≡N подвижна либо имеет псевдогалогенный характер обычно называют цианидами, например, C6H5CH2CN - бензилцианид, C6H5COCN - бензоилцианид, (CH3)3SiCN - триметилсилилцианид.

Строение нитрильной группы

Атомы азота и углерода в нитрильной группе находятся в состоянии sp-гибридизации. Длина тройной связи C≡N составляет 0,116 нм, длина связи R-CN 0,1468 нм (для CH3CN). Нитрильная группа обладает отрицательными мезомерным и индукционным эффектами, в частности, константы Гаммета σM = 0,56; σn = 0,66; σn- = 1,00; σn+ = 0,659, а индуктивная константа Тафта σ* = 3,6.

Электронное строение нитрилов можно изобразить в виде двух резонансных структур:

В ИК-спектрах и спектрах комбинационного рассеяния нитрильная группа имеет полосу поглощения в районе 222-2270 см-1.

Физические и химические свойства

Нитрилы являются жидкими или твёрдыми веществами. Они растворяются в органических растворителях. Низшие нитрилы хорошо растворяются в воде, но с увеличением их молярной массы растворимость в воде падает.

Нитрилы способны вступать в реакции как с электрофильными реагентами по атому азота, так и с нуклеофильными реагентами по атому углерода, что обусловлено резонансной структурой нитрильной группы. Неподелённая электронная пара на атоме азота способствует образованию комплексов нитрилов с солями металлов, например, с CuCl, NiCl2, SbCl5. Наличие нитрильной группы приводит к снижению энергии диссоциации связи C-H у α-углеродного атома. Связь C≡N способна присоединять другие атомы и группы.

Гидролиз нитрилов в кислой среде приводит сначала к амидам, потом - к соответствующим карбоновым кислотам:

Гидролиз нитрилов в щелочной среде даёт соли карбоновых кислот.

Реакция нитрилов с пероксидом водорода (реакция Радзишевского) приводит к амидам:

Взаимодействие нитрилов со спиртами в присутствии кислотных катализаторов (реакция Пиннера) позволяет получать гидрогалогениды имидоэфиров, которые далее гидролизуются до сложных эфиров. Взаимодействие с тиолами в аналогичной реакции приводит соответственно к солям тиоимидатов и эфирам тиокарбоновых кислот:

При действии на нитрилы сероводорода образуются тиоамиды RC(S)NH2, при действии аммиака, первичных и вторичных аминов - амидины RC(NHR")=NH, при действии гидроксиламина - амидоксимы RC(NH2)=NOH, при действии гидразона - амидогидразоны RC(NH2)=NNH2.

Реакция нитрилов с реактивами Гриньяра даёт N-магнийзамещённые кетимины, которые в кислой среде гидролизуются до кетонов:

Нитрилы реагируют с ненасыщенными соединениями (реакция Риттера) с образованием замещённых амидов:

С диенами вступают в реакцию Дильса-Альдера:

Восстановление нитрилов идёт постадийно до образования первичных аминов. Чаще всего реакцию проводят водородом на платиновом, палладиевом (при 1-3 атм. 20-50 °C) или никелевом, кобальтовом катализаторах (100-250 атм., 100-200 °C) в присутствии аммиака. лабораторных условиях нитрилы восстанавливают натрием в этаноле, алюмогидридом калия и борогидридом натрия:

Реакция нитрилов с карбонильными соединениями по Кнёвенагелю ведёт к цианоалкенам:

Получение

Нитрилы получают следующими способами:

Дегидратацией амидов, альдоксимов, аммониевых солей карбоновых кислот Алкилированием солей синильной кислоты По реакции Зандмейера Присоединением синильной кислоты (используется в промышленности) Совместным окислением аммиака и углеводородов (окислительный аммонолиз)

Реакция протекает при 400-500 °C, катализаторами служат молибдаты и фосфомолибдаты висмута, молибдаты и вольфраматы церия и др.:

Окислением аминов

Воздействие на организм человека

Нитрилы ядовиты для человека вследствие нарушения действия цитохромоксидазы и угнетения функции переноса кислорода из крови к клеткам. Токсическое действие проявляется как при вдыхании паров нитрилов, так и при попадании в организм через кожу или желудочно-кишечный тракт.

Противоядиями служат амилнитрит, тиосульфат натрия и глюкоза.

Применение

Нитрилы используются в качестве растворителей, инициаторов радикально-цепной полимеризации, сырья для получения мономеров, лекарственных средств, пестицидов, пластификаторов. Имеют широкое применение в реакции Риттера как нуклеофильный реагент.

Наибольшее значение имеют ацетонитрил (растворитель, адсорбент при выделении бутадиена из смеси с бутенами), акрилонитрил (мономер для получения синтетического волокна), адиподинитрил (сырьё для синтеза адипиновой кислоты, капролактама, гексаметилендиамина), бензонитрил.

Примечания

В Викисловаре есть статья «нитрил»
  1. nitriles // IUPAC Gold Book
  2. carbonitriles // IUPAC Gold Book

Литература

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. - М.: Советская энциклопедия, 1992. - Т. 3 (Мед-Пол). - 639 с. - ISBN 5-82270-039-8.
  • О. Я. Нейланд. Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1990. - 751 с. - 35 000 экз. - ISBN 5-06-001471-1.
  • Зильберман Е.Н. Реакции нитрилов. М.: "Химия", 1972. - 448 с.

См. также

  • Аминонитрилы
  • Изонитрилы
  1. Зильберман Е.Н. Реакции нитрилов. - Москва: Химия, 1972. - 448 с.