Izonitrily ( isokyanidy , karbylaminy ) jsou organické sloučeniny obecného vzorce , izomerní k nitrilům R—C≡N. IUPAC doporučuje používat název „isokyanidy“ [1] . Izonitrily jsou toxické a mají silný nechutný zápach, nižší isonitrily jsou kapaliny.
Struktura isonitrilové skupiny může být reprezentována jako rezonanční hybrid dvou kanonických forem - bipolární s negativním nábojem na atomu uhlíku a karbenu s dvojmocným uhlíkem:
Izonitrilová skupina je stejně jako nitrilová skupina lineární ( úhel CNC je 180°), délka vazby C=N v izonitrilech - 0,117 nm je rovněž blízká délce nitrilové vazby - 0,116 nm a parametry IR spekter izonitrilů jsou podobné, charakteristický pás při 2100-2200 cm -1 a pro nitrily při 2200-2250 cm- 1 , což ukazuje na větší příspěvek bipolární struktury.
V 13C NMR spektrech dává atom uhlíku isonitrilu signál při 150–160 ppm.
Izonitrilová skupina je jedinou stabilní funkční skupinou obsahující dvojmocný uhlík (ve formě karbenové rezonance), proto je charakterizována 1,1-adičními reakcemi na uhlík, obnovující jeho stabilní čtyřvazný stav, a nikoli 1,2-adicemi do násobku vazba, charakteristická pro nitrily .
Dalším znakem je lokalizace záporného náboje na uhlíku v bipolární rezonanční formě, což způsobuje jejich vysokou reaktivitu vůči elektrofilním činidlům a sníženou, na rozdíl od nitrilů, vůči nukleofilním.
Izonitrily reagují s elektrofilními činidly za vzniku produktů 1,1-adice na atom uhlíku, zatímco isonitrily reagují prudce s halogeny - chlorem, bromem a dokonce i jodem za vzniku iminokarbonyldihalogenidů, v syntetické praxi se reakce provádí za chlazení:
R—N≡C + Hal2 RNC (Hal) 2Interakce isokyanidů s bezvodými halogenovodíky vede k tvorbě formimidoylhalogenidových solí:
R—N=C + HHal RN=CHHal•HHalIzonitrily jsou acylovány chloridy karboxylových kyselin za vzniku α-ketoimidoylchloridů:
R—N≡C + R1COCl RN = C (Cl) COR1Reakce karboxylových kyselin s isonitrily prostřednictvím meziproduktové tvorby acylimidátů vede ke vzniku anhydridů karboxylových kyselin a N-formamidů:
R—N≡C + R1COOH RN = CHOCOR 1 RN= CHOCOR1 + R1COOH RNHCHO + ( R1CO ) 20Elektrofilní útok sp2C - elektrofilů (ketonů a iminových solí) na nukleofilní atom uhlíku izonitrilů je základem Passeriniho a Ugiho reakce .
Izonitrily jsou odolné vůči nukleofilním útokům: nehydrolyzují za alkalických podmínek, nereagují s alkoholy a nereagují s aminy ani při zahřívání.
Když je však atom uhlíku izonitrilové skupiny protonován, vytvoří se vysoce elektrofilní kation:
R—N≡C + H + R—N + ≡CH,který reaguje s nukleofily: za podmínek kyselé katalýzy reagují isonitrily s alkoholy, thioly a aminy; soli některých přechodných kovů (zejména zinek a jednomocná měď) mají také podobný katalytický účinek.
V kyselém prostředí se tedy isonitrily snadno hydrolyzují na N-substituované formamidy a přidávají sirovodík za vzniku N-substituovaných thioformamidů:
R—N=C + H2X RNHCHXV přítomnosti chloridu měďného reagují aminy s isonitrily za vzniku substituovaných formamidinů; podobně hydraziny reagují za těchto podmínek za vzniku formamidrazonů:
R—N≡C + R1NH2HC ( = NR ) NHR1 , R1 \ u003d Ar, Alk, ArNH, AlkNHIzonitrily se oxidují na izokyanáty působením různých oxidačních činidel - dimethylsulfoxidu [2] , oxidu rtuťnatého (II) atd.:
R—N=C + [O] RN=C=OOxidace isonitrilů v přítomnosti odpovídajících nukleofilů je syntetickým ekvivalentem reakce isokyanátu s nukleofilem.
Oxidace izonitrilů trojmocným octanem thallným v přítomnosti alkoholů tedy vede ke vzniku odpovídajících karbamátů [3] :
R —N≡C + Tl(OAc) 3 + R1OH RN=C(OR1 ) Tl(OAc) 3 + AcOH RN=C(OR1 )Tl(OAc) 3 + R1OH RN = C (OR1 ) 2 RN= C ( OR1 ) 2 + AcOH RNHCO2R1 + AcOR1Oxidační adice primárních aminů na isonitrily vede k tvorbě karbodiimidů , molekulární kyslík působí jako oxidační činidlo v takových reakcích [4] :
R-N≡C + R1NH2 + [ O ] RN \ u003d C \u003d NR1 + H2OPodobně isonitrily interagují se sírou a tvoří isothiokyanáty :
R—N=C + [S] RN=C=SRedukce izonitrilů (lithiumaluminiumhydridem, sodíkem v ethanolu, katalyticky přes platinovou čerň atd.) zpravidla vede ke vzniku sekundárních methylaminů:
R— N≡C + [H] RNCH3 ,působením tributylhydridu cínu se však alkylisonitrily redukují na alkany:
R—N=C + [H] RHIzonitrily tvoří komplexy s přechodnými kovy, k objevu isonitrilových komplexů došlo současně se syntézou prvního zástupce isonitrilu - allylisonitrilu - interakcí allyljodidu s kyanidem stříbrným : při této reakci vzniká isokyanidový komplex stříbra.
Izonitrily jsou σ-donorové ligandy střední síly a silné π-akceptorové ligandy, a proto jsou isonitrilové komplexy podobné karbonylům kovů : například isonitrily, jako je oxid uhelnatý, v komplexu stabilizují nižší oxidační stavy kovů a mohou tvořit můstky mezi atomy kovů, tvořící vícejaderné komplexy - včetně vícejaderných nullvalentních komplexů, např. terc - butylizonitrilový komplex železa Fe 2 ( t -BuNC) 9 , podobně jako železo nonakarbonyl Fe 2 (CO) 9 [5] .
Izonitrily byly poprvé syntetizovány v roce 1859, kdy Liecke syntetizoval allylizokyanid reakcí [6] allyljodidu s kyanidem stříbrným. Tento způsob syntézy je podobný syntéze nitrilů alkylací „volného“ kyanidového iontu kyanidů alkalických kovů alkylhalogenidy, avšak v případě použití kyanidů stříbra a jednomocné mědi, které tvoří kyanidové komplexy, ve kterých je atom dusíku kyanidový ion se váže na kov, na atomu uhlíku dochází k alkylaci a tvoří isokyanidový komplex:
AlkI + AgCN AlkN≡C AgIZ takového komplexu se působením kyanidu draselného uvolňuje isonitril :
AlkN≡C AgI + KCN AlkN≡C + K[AgI(CN)]Výtěžky v klasické verzi této reakce jsou relativně nízké (až 55 %), ale lze je zvýšit provedením v aprotických rozpouštědlech za podmínek mezifázové katalýzy v přítomnosti kvartérních fosfoniových nebo amonných solí. Nejlepších výsledků se dosáhne při provádění reakce v homogenním prostředí, například při použití tetramethylammoniumdikyanoargentátu jako donoru kyanidu jsou výtěžky v tomto případě blízké kvantitativním.
Blízká této metodě je interakce epoxidů s trimethylsilylkyanidem, katalyzovaná chloridem zinečnatým, vedoucí ke vzniku alifatických β-trimethylsiloxyisonitrilů, které lze dále hydrolyzovat na β-hydroxyisonitrily, výtěžky v reakci jsou vysoké a přesahují 90 % pro β-hydroxyisonitrily [7] .
Další klasickou metodou syntézy izonitrilů je reakce objevená v roce 1867 Gauthierem [8] a Hoffmannem [9] mezi primárním aminem a chloroformem v alkoholovém roztoku alkálie (Hoffmannova karbylaminová reakce), která probíhá tvorbou dichlorkarbenu a jeho interakce s aminem :
CHCI3 + KOH : CCI2 + KCl + H20 RNH2 +: CCl2 + 2KOH RN≡C + 2KCl + 2H20Interakce primárních aminů s trichloracetátem sodným , který se zahříváním rozkládá na dichlorkarben, probíhá podobným mechanismem .
Izonitrily se také syntetizují dehydratací N-monosubstituovaných formamidů působením různých činidel odstraňujících vodu, například chloridů kyselin [10] nebo kombinací trifenylfosfinu s chloridem uhličitým [11] :
RNHCHO RN≡CDalší obecnou metodou syntézy izonitrilů vycházejících z aldehydů je jejich kondenzace s 5-aminotetrazolem, redukce výsledných iminů na N-substituované 5-aminotetrazoly a jejich oxidace bromnanem sodným [12] :
RCHO + Tetr-NH 2 RCHNTetr RCHNTetr + [H] RCH2NHTetr RCH 2 NHTetr + NaBrO RN≡C + 3N 2 + H 2 O + NaBrIzonitrily mají silný nechutný zápach, této vlastnosti se využívá pro kvalitativní detekci primárních aminů v izonitrilovém testu podle Hoffmanna: roztok testované látky v chloroformu se přidá do alkoholového roztoku alkálie, izonitril vzniklý z primárního aminu se snadno detekovaný silným charakteristickým zápachem; díky silnému zápachu izonitrilů je vzorek vysoce citlivý.
Izonitrily jsou v přírodě poměrně vzácné, první isonitril objevený v přírodních zdrojích byl xanthocilin produkovaný Penicillium notatum a izolován v roce 1957. Následně byla izolována řada dalších izonitrilů s biologickou aktivitou, zejména antibiotikum aerokyanidin z bakterií Chromobacterium violaceum :
a mykotoxin trichoviridin hub rodu Trichoderma spp. :
V mořských bezobratlých – houbách a měkkýšech nahosemenných – byly nalezeny terpenoidní isonitrily a jim biogeneticky příbuzné formamidy, isothiokyanáty a v některých případech dokonce iminokarbonyldichloridy [13] .
![]() |
---|