thumb|A nitrilcsoport szerkezete — a nitril funkció kékkel kiemelve .
A nitrilek olyan szerves vegyületek, amelyek −C≡N funkciós csoportot tartalmaznak.IUPAC Gold Book nitriles A −CN csoportban a szénatom és a nitrogénatom között hármas kötés található. A szerves vegyületek nevezéktana szerint „-(karbo)nitril” végződést kapnak, ha a nitril a legnagyobb prioritású csoport (például akrilnitril), ha nem ez a fő funkció, akkor pedig „ciano-” előtagot (például 2-ciano-2-metilpropánsav).
A -C≡N csoportot tartalmazó szervetlen vegyületeket nem nitrileknek, hanem cianidoknak nevezik.NCBI-MeSH Nitriles
Habár mind a nitrilek, mind a cianidok cianidsókból származtathatóak, a nitrilek túlnyomó többsége sokkal kevésbé mérgező, mint a cianidok. Sok hasznos vegyületben találhatók nitrilek, a metil-cianoakrilátot például a pillanatragasztókban és a butadién-nitril kaucsukban használják, mely többek között a latexmentes laboratóriumi és orvosi gumikesztyűk anyaga.
Szerkezetük és tulajdonságaik A nitrilekben található N−C−C váz lineáris, ami a hármas kötésű szénatom sp hibridizációját tükrözi. A C−N kötéstávolság – a hármas kötéssel összhangban – rövid, 116 pm.Karakida, Ken-ichi, Tsutomu Fukuyama, and Kozo Kuchitsu. "Molecular Structures of Hydrogen Cyanide and Acetonitrile as Studied by Gas Electron Diffraction" Bulletin of the Chemical Society of Japan 1974, vol. 47, pp. 299-304. A nitrilek poláris vegyületek, dipólusmomentumuk nagy. Folyadék halmazállapotban dielektromos állandójuk nagy, nem ritkán 30 körüli érték.
Felfedezésük A nitrilek homológ sorának első tagját, a hangyasav nitriljét, a hidrogén-cianidot elsőként C.W. Scheele szintetizálta 1782-ben.Lásd: * Carl W. Scheele (1782) "Försök, beträffande det färgande ämnet uti Berlinerblå" (Kísérlet a berlini kék színanyagával), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens handlingar (A Svéd Királyi Tudományos Akadémia Közleményei), 3: 264–275 (svéd nyelven). Latin kiadás: "De materia tingente caerulei berolinensis" in: Carl Wilhelm Scheele with Ernst Benjamin Gottlieb Hebenstreit (ed.) and Gottfried Heinrich Schäfer (trans.), Opuscula Chemica et Physica (Leipzig ("Lipsiae"), (Germany): Johann Godfried Müller, 1789), vol. 2, pages 148–174. 1811-ben J. L. Gay-Lussac-nak sikerült tiszta formában előállítania a nagyon mérgező és illékony savat. A benzoesavak nitriljét elsőként Friedrich Wöhler és Justus von Liebig állították elő, de a szintézis alacsony hozama miatt nem tudták meghatározni fizikai és kémiai tulajdonságaikat, és szerkezetükre sem tudtak javaslatot tenni. 1834-ben Théophile-Jules Pelouze propionitrilt szintetizált, és úgy gondolta, hogy az a propil-alkohol és a hidrogén-cianid észtere. A benzonitril Hermann Fehling által 1844-ben kidolgozott – ammónium-benzoát hevítésével történő – szintézise volt az első módszer, mellyel a kémiai kutatáshoz elegendő mennyiségű anyagot sikerült előállítani. Fehling a vegyület szerkezetét úgy határozta meg, hogy saját eredményeit a hidrogén-cianid ammónium-formiát hevítésével végzett szintézisével hasonlította össze. Az újonnan létrehozott anyagnak ő adta a nitril nevet, mely aztán ennek a vegyületcsoportnak a nevévé is vált. A 96. oldalon Fehling ezt írja: „Da Laurent den von ihm entdeckten Körper schon Nitrobenzoyl genannt hat, auch schon ein Azobenzoyl existirt, so könnte man den aus benzoësaurem Ammoniak entstehenden Körper vielleicht Benzonitril nennen.” (Mivel Laurent az általa felfedezett anyagot „nitrobenzoil”-nak nevezte – és már az „azobenzoil” is létezik –, ezért az ammónium-benzoátból származó anyagot talán „benzonitril”-nek nevezhetnénk.)
Szintézisük A nitrilek ipari előállításának két fő módja az oxidatív ammonolízis (ammoxidáció) és a „hidrocianálás”. Mindkét módszer a zöld kémia tárgykörébe illik abban az értelemben, hogy az eljárások során nem keletkezik sztöchiometrikus mennyiségű só. Nitrileket számos más módszerrel is elő lehet állítani, ezeket általában különlegesebb alkalmazások esetén használják.
Ammoxidáció Az ammoxidáció során a szénhidrogént részlegesen oxidálják ammónia jelenlétében. Ezt az eljárást ipari léptékben végzik az akrilnitril előállításához:Peter Pollak, Gérard Romeder, Ferdinand Hagedorn, Heinz-Peter Gelbke "Nitriles" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. CH3CH=CH2 + 3/2 O2 + NH3 → NCCH=CH2 + 3 H2O Az akrilnitril mellett melléktermékként acetonitril keletkezik. A benzonitril, ftalonitril, valamint az izobutironitril legtöbb származékát is ammoxidációval állítják elő. Az eljárás során katalizátorként fém-oxidokat használnak, a reakció feltehetően aldehid köztiterméken keresztül játszódik le.
Hidrocianálás A hidrocianálás gyakori módszer a nitrileknek alkénekből és hidrogén-cianidból történő előállítására. A folyamat homogén katalízissel valósítható meg. A hidrocianálás egyik példája az adiponitril előállítása buta-1,3-diénből kiindulva: CH2=CH-CH=CH2 + 2 HCN → NC(CH2)4CN
Ciánhidrinek A ciánhidrinek a nitrilek különleges csoportja, melyek cianidion aldehidekre történő addíciója során (ciánhidrin-reakció) keletkeznek. A szerves karbonilcsoport polaritása miatt – az alkének hidrocianálásától eltérően – a reakció nem igényel katalizátort.
Szerves halogénvegyületekből és cianidsókból Alifás nitrileket Kolbe-féle nitrilszintézissel alkil-halogenidekből fém-cianidokkal végzett nukleofil szubsztitúció révén állítanak elő. Aril-nitrilek aril-halogenidből réz(I)-cianid segítségével magas hőmérsékleten állíthatók elő, ez a Rosenmund–von Braun-szintézis.
Amidok és oximok dehidratálása Nitrilek előállíthatók primer amidok dehidratálásával. Erre a célra számos reagens használható, ezek egyike a benzamid benzonitrillé történő alakításához használt etil-diklórfoszfát és DBU kombinációja:
Ennek a reakciónak két köztiterméke az A amid tautomer és ennek B foszfát adduktuma.
A szekunder amidok dehidratálása (von Braun-féle amid lebontás) is nitrilt eredményez, e reakció során az egyik C-N kötés felhasad. Az aldoximok (RCH=NOH) dehidratációja során is nitrilek keletkeznek. Ennek az átalakulásnak a jellemző reagensei a trietil-amin/kén-dioxid, zeolitok vagy szulfuril-klorid. Ennek az eljárásnak az egyik felhasználása a nitrilek aldehidekből, hidroxilaminból és nátrium-szulfátból történő one-pot szintézise. 400px|aldehidből kiinduló one-pot szintézis
aril-karbonsavakból (Letts-féle nitrilszintézis)
Sandmeyer-reakció Aromás nitrileket laboratóriumban gyakran anilinből kiindulva állítanak elő diazóniumsón keresztül, ezt nevezik Sandmeyer-reakciónak. A reakcióhoz átmenetifém-cianid szükséges.o-Tolunitrile and p-Tolunitrile" H. T. Clarke and R. R. Read Org. Synth. 1941, Coll. Vol. 1, 514. ArN2+ + Cu2CN2 → ArCN + N2 + 2 Cu+
Egyéb eljárások A cianocsoport egyik kereskedelmileg elérhető forrása a dietilalumínum-cianid (Et2AlCN), mely trietilalumíniumból és HCN-ból állítható elő. Ketonokra történő nukleofil addíciós reakciókban használták. A cianidionok elősegítik a dibromidok gyűrűzárását. α,α'-dibróm adipinsav nátrium-cianiddal etanolban végzett reakciója során ciano-ciklobután származék keletkezik: 300px Az úgynevezett Franchimont-reakció (A. P. N. Franchimont, 1872) során α-brómkarbonsav dimerizálódik a cianocsoport hidrolízisét és dekarboxileződést követőenFranchimont Reaction Aromás nitrileket a Houben–Fischer-szintézissel, triklórmetil-aril-ketiminek (RC(CCl3)=NH) lúgos hidrolízisével is elő lehet állítaniJ. Houben, Walter Fischer (1930) "Über eine neue Methode zur Darstellung cyclischer Nitrile durch katalytischen Abbau (I. Mitteil.)," Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series) 63 (9): 2464 – 2472. http://www.drugfuture.com/OrganicNameReactions/ONR197.htm Merck & Co., Inc., Whitehouse Station
Reakcióik A szerves nitrilek – a reaktánsoktól és a körülményektől függően – sokféle reakcióban vehetnek részt. A cianocsoport hidrolizálható, redukálható, vagy cianidionként távozhat a molekulából.
Hidrolízis Az RCN nitrilek savas vagy bázikus körülmények között végzett hidrolízise külön lépésekben megy végbe, melynek eredménye először RC(=O)NH2 karboxamid, majd RCOOH karbonsav. A nitrilek hidrolízisét általában a karbonsavak előállításának egyik legjobb módszerének tekintik, azonban ezen sav vagy bázis által katalizált reakcióknak vannak bizonyos korlátai és/vagy hátrányai az amidok előállításában. Általános korlát, hogy a sav vagy bázis utolsó lépésben történő semlegesítése jelentős sóképződéssel jár, ami szennyezi a terméket. Konkrét példán bemutatva: Bázis katalizált reakciók. Kinetikai vizsgálatok alapján megbecsülhető a reakció egyes hidratációs lépéseinek relatív sebessége, és egy jellemző példaként az acetonitril és acetamid hidroxidion által katalizált hidrolízisének másodrendű sebességi állandója rendre 1,6, illetve 7,4 M−1s−1. A két érték összehasonlításából látható, hogy a bázis katalizált reakció második lépése gyorsabb, mint az első lépés, így a reakció nem áll meg az amid képződésénél, hanem továbbmegy a végtermékig (a karbonsav sóig). Ez azzal jár, hogy a hagyományos fémmentes bázis katalizált reakcióval előállított amid karbonsavakkal szennyezett lesz, és csak mérsékelt kitermelés érhető el. Sav katalizált reakciók. Erősan savas oldatok alkalmazásakor gondosan ügyelni kell a hőmérséklet és a reagensek arányának szabályozására, hogy – a hidrolízis exoterm jellege által is elősegített – polimerképződést elkerüljék.V. Yu. Kukushkin, A. J. L. Pombeiro, Metal-mediated and metal-catalyzed hydrolysis of nitriles (a review), Inorg. Chim. Acta, 358 (2005) 1–21
Redukció A nitrilek nikkel katalizátor mellett hidrogénnel redukálhatók, a reakció során amin keletkezik (lásd nitril redukció). A Stephen-redukció során a nitril iminné redukálódik, mely hidrolízis során aldehiddé alakul.
Alkilezés Az alkilnitrilek kellően savasak ahhoz, hogy karbaniont tudjanak képezni, mely számos elektrofil alkilezésére képes. E kivételes nukleofilicitásban kulcsfontosságú a -CN egység kis térigénye és negatív induktív effektusa. Mindezen sajátosságok miatt a gyógyszerkémiai szintézisekben a nitrilek ideálisak új szén-szén kötés kialakítására sztérikusan zsúfolt környezetben. Az újabb eredmények szerint a fém ellenion természetétől függően különböző koordináció alakul ki a nitril nitrogénjéhez vagy a szomszédos nukleofil szénatomhoz, ami gyakran alapvető különbséget okoz a reaktivitásban és sztereokémiában.Tetrahedron Volume 61, Issue 4, 24 January 2005, Pages 747–789 doi:10.1016/j.tet.2004.11.012
Nukleofilek A nitrilek szénatomja nukleofil addíciós reakciókban elektrofilként viselkedik: szerves cinkvegyületekkel szemben a Blaise-reakcióban alkoholokkal szemben a Pinner-reakcióban a szarkozin nevű amin ciánamiddal végzett reakciója során kreatin keletkezik Houben–Hoesch-reakció során a nitrilek Friedel–Crafts-acilezéssel ketonokká alakulnak
További reakciók és vegyületek A reduktív deciánozás során a nitrilcsoport helyére proton lép.The reductive decyanation reaction: chemical methods and synthetic applications Jean-Marc Mattalia, Caroline Marchi-Delapierre, Hassan Hazimeh, and Michel Chanon Arkivoc (AL-1755FR) pp 90–118 2006 Article Az egyik hatékony deciánozási módszer a hexametilfoszforamiddal (HMPA) és fémkáliummal terc-butanolban végrehajtott Birch-redukció. α-amino-nitrilek lítium-alumínium-hidriddel deciánozhatók. bázis jelenlétében nukleofil addícióval önmagukkal reagálnak a Thorpe-reakcióban Grignard-vegyülettel ketonná alakíthatóak A fémorganikus kémiában a nitrilekről ismert, hogy a karbociánozás során alkinekre addícionálódnak: 400px|Karbociánozás, Nakao, 2007
A nitrilek származékai Szerves ciánamidok A ciánamidok R1R2N−CN általános szerkezetű N-ciano vegyületek, melyek a szervetlen ciánamid származékainak is tekinthetők.
Nitril-oxidok A nitril-oxidok általános szerkezete R−CNO. 200px|A nitril-oxidok általános szerkezete
Előfordulásuk és felhasználásuk