NITRILEN: EIGENSCHAPPEN, NOMENCLATUUR, GEBRUIK, VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De nitrillen zijn die organische verbindingen die de CN-functionele groep hebben, waartoe het ook wel cyaangroep wordt genoemd, of cyanide met betrekking tot anorganische chemie. Alifatische nitrilen worden weergegeven door de algemene formule RCN, terwijl aromatische nitrilen door de formule ArCN.

Hoewel waterstofcyanide-, HCN- en metaalcyanidezouten zeer giftige verbindingen zijn, is dit niet precies hetzelfde met nitrilen. De CN-groep in een koolstofskelet van elke soort (vertakt, lineair, aromatisch, etc.), gedraagt schuin anders dan een cyanide anion, CN ^- .

Algemene formule voor een alifatisch nitril. Bron: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

Nitrilen worden op grote schaal gedistribueerd in de wereld van kunststoffen, aangezien verschillende daarvan zijn afgeleid van acrylonitril, CH ₂ CHCN, een nitril waarmee polymeren zoals nitrilrubbers, die worden gebruikt om chirurgische of laboratoriumhandschoenen te maken, worden gesynthetiseerd. Nitrilen zijn ook aanwezig in veel natuurlijke en farmaceutische producten.

Aan de andere kant zijn nitrilen voorlopers van carbonzuren, aangezien hun hydrolyse een alternatieve synthesemethode is om de laatste te verkrijgen.

Kenmerken en eigenschappen

Structuur

De moleculaire structuren van nitrilen variëren als functie van de identiteit van R of Ar in respectievelijk de RCN- of ArCN-verbindingen.

De geometrie van de CN-groep is echter lineair vanwege de drievoudige binding, C≡N, die het product is van sp-hybridisatie. De CC≡N-atomen bevinden zich dus op dezelfde lijn. Buiten deze atomen kan er elke soort structuur zijn.

Polariteit

Nitrilen zijn polaire verbindingen, aangezien de stikstof van de CN-groep erg elektronegatief is en elektronen naar zich toe trekt. Daarom hebben ze hogere smelt- of kookpunten dan hun alkaan-tegenhangers.

Acetonitril , CH ₃ CN, is bijvoorbeeld een vloeistof die kookt bij 82 ° C; terwijl ethaan, CH ₃ CH ₃ , een gas is dat kookt bij -89 ºC. Let daarom op het grote effect dat de CN-groep heeft op intermoleculaire interacties.

Dezelfde redenering is van toepassing op grotere verbindingen: als ze een of meer CN-groepen in hun structuur hebben, is het vrij waarschijnlijk dat hun polariteit toeneemt en ze meer lijken op polaire oppervlakken of vloeistoffen.

Basiciteit

Men zou kunnen denken dat nitrilen vanwege de hoge polariteit relatief sterke basen zijn in vergelijking met aminen. Men moet echter rekening houden met de covalente C≡N-bindingen en het feit dat zowel koolstof als waterstof sp-hybridisatie hebben.

De basiciteit van RCN: het wordt vertegenwoordigd door de acceptatie van een proton dat meestal uit water komt:

RCN: + H ₂ O ⇌ RCNH ⁺ + OH ^-

Om RCN te protoneren: het vrije elektronenpaar op stikstof moet een binding vormen met het H ⁺ -ion . Maar er is een nadeel: de sp-hybridisatie van stikstof maakt het te elektronegatief, zo erg zelfs dat het dit elektronenpaar heel sterk aantrekt en het zelfs niet mogelijk maakt een binding te vormen.

Daarom wordt gezegd dat het elektronenpaar stikstof sp niet beschikbaar is, en dat de basiciteit van nitrilen erg laag is. Nitrilen zijn in feite miljoenen keren minder basisch dan amines.

Reactiviteit

Onder de meest representatieve reacties van nitrilen hebben we hun hydrolyse en reductie. Deze hydrolyse wordt gemedieerd door de zuurgraad of basiciteit van het waterige medium, waardoor respectievelijk een carbonzuur of een carboxylaatzout ontstaat:

RCN + 2H ₂ O + HCl → RCOOH + NH ₄ Cl

RCN + H ₂ O + NaOH → RCOONa + NH ₃

Daarbij wordt ook een amide gevormd.

Nitrilen worden gereduceerd tot aminen met behulp van waterstof- en metaalkatalysatoren:

RCN → RCH ₂ NH ₂

Nomenclatuur

Volgens de IUPAC-nomenclatuur worden nitrilen genoemd door het achtervoegsel -nitril toe te voegen aan de naam van de alkaanketen waarvan het is afgeleid, inclusief het koolstofatoom van de cyaangroep. Zo wordt CH ₃ CN ethanonitril genoemd en CH ₃ CH ₂ CH ₂ CN butanonitril.

Evenzo kunnen ze worden genoemd vanaf de naam van het carbonzuur, waaruit het woord 'zuur' is verwijderd, en de achtervoegsels -ico of -oic worden vervangen door het achtervoegsel -onitril. Bijvoorbeeld voor CH ₃ CN zou zijn acetonitril (uit azijnzuur); voor C ₆ H ₅ CN, zou het benzonitril (van benzoëzuur); en (CH ₃ ) ₂ CHCN, 2-methylpropaannitril.

Als alternatief, als de namen van de alkylsubstituenten in aanmerking worden genomen, kunnen de nitrillen worden vermeld met het woord 'cyanide'. Bijvoorbeeld, CH ₃ CN zouden dan methylcyanide en (CH zogenaamde ₃ ) ₂ CHCN, isopropyl cyanide.

Toepassingen

Nitrilen maken deel uit van natuurlijke producten en worden aangetroffen in bittere amandelen, in de botten van verschillende soorten fruit, in zeedieren, planten en bacteriën.

De CN-groepen vormen de structuren van cyanogene lipiden en glycosiden, biomoleculen die, wanneer ze worden afgebroken, waterstofcyanide, HCN, een zeer giftig gas afgeven. Daarom hebben ze een op handen zijnde biologisch gebruik voor bepaalde wezens.

Eerder werd gezegd dat CN-groepen veel polariteit verlenen aan moleculen en in feite niet onopgemerkt blijven wanneer ze aanwezig zijn in verbindingen met farmacologische activiteit. Dergelijke nitrilmedicijnen zijn gebruikt om hyperglykemie, borstkanker, diabetes, psychose, depressie en andere aandoeningen te bestrijden.

Naast een rol in de biologie en geneeskunde, vormen ze industrieel een handvol nitrilplastics, waarmee chirurgische en laboratoriumhandschoenen, afdichtingen voor auto-onderdelen, slangen en pakkingen worden gemaakt vanwege hun weerstand tegen corrosie en vet, materialen zoals tupperware, muziekinstrumenten of legoblokken.

Voorbeelden van nitrilen

Vervolgens en tot slot worden enkele voorbeelden van nitrilen vermeld.

Nitrilrubbers

Moleculaire structuur van het acrylonitril-butadieencopolymeer. Bron: Klever via Wikipedia.

Nitrilrubber, waarvan de bovengenoemde handschoenen en vetbestendige materialen zijn gemaakt, is een copolymeer dat bestaat uit acrylonitril en butadieen (hierboven). Merk op hoe lineair de CN-groep eruitziet.

Ciamemazine

Moleculaire structuur van ciamemazine. Bron: Epop / publiek domein

Ciamemazine is een voorbeeld van een nitril in de apotheek dat wordt gebruikt als antipsychoticum, specifiek om angststoornissen en schizofrenie te behandelen. Let opnieuw op de lineariteit van de CN-groep.

Citalopram

Een ander nitrilmedicijn is citalopram, dat als antidepressivum wordt gebruikt

Amygdalin

Moleculaire structuur van amygdaline. Bron: Wesalius / publiek domein

Amygdalin is een voorbeeld van een cyanogene glycoside. Het wordt gevonden in bittere amandelen, pruimen, abrikozen en perziken. Merk op hoe klein de CN-groep eruitziet in vergelijking met de rest van de structuur; toch is zijn aanwezigheid voldoende om dit koolhydraat een unieke chemische identiteit te geven.

Referenties

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. (10 ^e editie.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organische chemie. (Zesde editie). Mc Graw Hill.
3. Morrison en Boyd. (1987). Organische chemie. (Vijfde editie). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Nitril. Hersteld van: en.wikipedia.org
5. Chemie LibreTexts. (05 juni 2019). Chemie van nitrillen. Hersteld van: chem.libretexts.org
6. Jim Clark. (2016). Hydrolyserende nitrilen. Hersteld van: chemguide.co.uk
7. Ivy Rose holistisch. (2020). Nitrilen een naam geven. Hersteld van: ivyroses.com
8. Germán Fernández. (sf). Nitrilnomenclatuur: IUPAC-regels. Hersteld van: quimicaorganica.org