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I mwbwnitrili sono mwcacomposti organici caratterizzati dal mwcqgruppo funzionale −C≡N.cite-ref-1[1] Nella letteratura industriale al termine nitrile si preferisce il prefisso mwdgciano-. I nitrili sono costituenti di materiali di uso comune come le mwdwcolle cianoacriliche e la mweagomma nitrilica usata in guanti da laboratorio e in sigillanti per uso automobilistico.

I composti inorganici contenenti il gruppo −C≡N sono chiamati, invece, mwegcianuri. Sia i nitrili che i cianuri si possono considerare derivati di cianuri salini tipo mwewNaCN e mwfaKCN, ma in genere i nitrili sono meno tossici.

Il gruppo funzionale −C≡N non va confuso col gruppo −N≡C, caratteristico degli mwfgisocianuri.

• Struttura e proprietà di base

• Storia

• Sintesi industriali

• Ammonossidazione

• Idrocianazione

• Sintesi di laboratorio

• Sintesi di Kolbe

• Disidratazione di ammidi e ossime

• Reazione di Sandmeyer

• Reazione di Rosenmund-von Braun

• Altri metodi

• Reazioni

• Idrolisi

• Riduzione

• Alchilazione

• Addizione nucleofila

• Altre reazioni

• Nitrili di uso comune

• Presenza in natura

• Applicazioni in farmacologia

• Note

• Bibliografia

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Nei nitrili il gruppo R−C≡N ha geometria lineare, dato che il carbonio con mwgglegame triplo è ibridato mwgwsp. La distanza C−N è corta (mwha116 pm),cite-ref-2[2] in accordo con la presenza di un legame triplo. I nitrili sono composti mwiqpolari, come segnalato da valori elevati di mwigmomento dipolare. In fase liquida hanno mwiwpermittività elettrica elevata.

L'mwjgacido cianidrico, nitrile dell'mwjwacido formico, fu il primo nitrile ad essere sintetizzato, ad opera di mwkaCarl Scheele nel 1782.cite-ref-mow48-3-0[3]cite-ref-4[4] Nel 1811 mwmqJoseph Louis Gay-Lussac riuscì a preparare acido cianidrico puro, composto molto tossico e volatile.cite-ref-5[5] Nel 1832 mwngFriedrich Wöhler e mwnwJustus von Liebig prepararono il cianuro di benzoile e il mwoabenzonitrile, ma data la resa bassissima non poterono determinarne le proprietà chimiche e fisiche, né proporne la struttura.cite-ref-6[6] Nel 1834 mwpqThéophile-Jules Pelouze sintetizzò il mwpgpropionitrile.cite-ref-7[7] Nel 1844 mwqwHermann von Fehling sintetizzò il benzonitrile, riuscendo per la prima volta a isolare una quantità sufficiente per determinarne la struttura. Coniò il termine mwranitrile che venne da allora usato per designare questo gruppo di sostanze.cite-ref-8[8] In seguito, per circa un secolo le ricerche in questo campo restarono scarse, presumibilmente a causa della tossicità di questi composti. A partire dagli mwsqanni 1940 vari cianuri inorganici furono facilmente disponibili, e i nitrili organici diventarono composti chimici prodotti industrialmente su larga scala.cite-ref-mow48-3-1[3]

Industrialmente, i metodi principali per la sintesi di nitrili sono mwuaammonossidazione e idrocianazione.

L'ammonossidazione è la parziale ossidazione di un mwvaidrocarburo in presenza di mwvqammoniaca e opportuni mwvgcatalizzatori, di solito a base di vanadio e molibdeno. Questo processo è utilizzato su larga scala per la sintesi di mwvwacrilonitrile a partire da mwwapropene:

CHmwww2=CH–CHmwxa3 + mwxq3⁄mwxg2Omwxw2 + NHmwya3 → CHmwyq2=CH–CN + 3Hmwyg2O

In questo processo si forma anche mwzaacetonitrile come prodotto secondario. L'ammonossidazione è usata su scala industriale per produrre anche altri nitrili, tra i quali derivati di benzonitrile, ftalonitrile e isobutironitrie.cite-ref-ullmanns-9-0[9]

Questo metodo forma nitrili addizionando cianuro di idrogeno o ioni cianuro ad alcheni. Un esempio tipico è la idrocianazione di 1,3-mwbqbutadiene per formare mwbgadiponitrile, precursore del mwbwnylon 6,6:cite-ref-ullmanns-9-1[9]

CHmwdg2=CH−CH=CHmwdw2 + 2HCN → NC(CHmwea2)mweq4CN

Su scala di laboratorio sono possibili svariate sintesi.cite-ref-mow48-3-2[3]cite-ref-ullmanns-9-2[9] Alcune sono:

La mwhgsintesi di Kolbe è basata sulla mwhwsostituzione nucleofila di un mwiaalogenuro alchilico con mwiqcianuro di sodio o di altri metalli alcalini. La reazione è detta di mwigciano-dealogenazione.

R−CHmwjq2−X + NaCN → R−CHmwjg2−CN + NaX

La mwkqdisidratazione di un'mwkgammide primaria (R-CO-NHmwkw2) con rimozione di una molecola d'acqua porta al nitrile. Ad esempio la mwlabenzammide è convertita a benzonitrile in presenza di diclorofosfato di etile e mwlqDBU. Come intermedi della reazione si formano il mwlgtautomero A e il suo addotto fosfato B.cite-ref-10[10]

mwnq

Anche la disidratazione di aldmwoqossime (RCH=NOH) porta ai nitrili. Reagenti tipici per questa reazione sono mwogtrietilammina/mwowdiossido di zolfo, mwpazeoliti o mwpqcloruro di solforile. Questo approccio è sfruttato nella mwpgsintesi one-pot di nitrili a partire da aldeidi e idrossilammina:cite-ref-11[11]

mwrq

La mwsgreazione di Sandmeyer può essere sfruttata per ottenere nitrili aromatici a partire dall'mwswanilina. La reazione procede via mwtasali di diazonio e richiede cianuri dei metalli di transizione.cite-ref-12[12]

ArNmwuw2mwva+ + CuCN → ArCN + Nmwvq2 + Cumwvg+

Anche la mwwqreazione di Rosenmund-von Braun porta a nitrili aromatici, trattando mwwgalogenuri arilici con mwwwcianuro di rame(I).cite-ref-13[13]

mwyg

• La trasformazione di N,N'-dialchilmw0aidrazoni in nitrili è una reazione molto facile ed efficiente. Si ottiene trattando il N,N-dialchilidrazone con mw0qperossido di idrogeno al 30%, in un solvente misto acetonitrile-acido acetico-piridina in rapporto 94,5-5-0,5 ed in presenza dell'1% di mw0gmetiltriossorenio come catalizzatore. La trasformazione rapida dell'idrazone in nitrile è del 90%. La reazione è generale in quanto avviene con idrazoni delle aldeidi alifatiche, aromatiche ed anche insature ed eterocicliche.cite-ref-14[14]

mw2qmw2gRHC=N-N(CHmw2w3)mw3a2 + Hmw3q2Omw3g2 mw3w → metiltriossorenio cat. {\displaystyle {\ce {->[{\text{metiltriossorenio cat.}}]}}} RCN

• I nitrili si possono ottenere anche per mw4gossidazione di ammine primarie. L'ossidazione si può condurre con mw4wperossidisolfato di potassio,cite-ref-15[15] mw6aacido tricloroisocianurico,cite-ref-16[16] o per mw7qelettrosintesi anodica.cite-ref-17[17]

• Nitrili aromatici possono essere ottenuti a partire da chinoni usando trimetilsililcianuro. La cianidrina sililata intermedia viene resa aromatica con tribromuro di fosforo.cite-ref-18[18]

Nei nitrili il gruppo –CN ha proprietà elettrofile. Nei nitrili alifatici il carbonio adiacente al gruppo –CN può dare reazioni di sostituzione catalizzate da basi.

Il gruppo nitrile di un composto organico può dar luogo a varie reazioni a seconda delle condizioni e dei reagenti presenti.

I nitrili possono essere mwaqiidrolizzati ai corrispondenti mwaqmacidi carbossilici. Un acido così ottenuto sarà caratterizzato dall'avere un carbonio in più rispetto all'alogenuro alchilico da cui il nitrile è stato sintetizzato. Il passaggio attraverso il nitrile consente quindi di allungare di un'unità la catena di atomi di carbonio di un substrato.

R-CHmwaqy2-CN + 2 Hmwaqc2O + OHmwaqg– → R-CHmwaqk2-COOmwaqo– + NHmwaqs4OH

La mwaq4riduzione dei nitrili con idrogeno porta alla formazione di mwaq8ammine. A seconda delle condizioni, si possono ottenere anche ammine secondarie e terziarie:cite-ref-19[19]

R-C≡N + 2Hmwary2 → R-CHmwarc2NHmwarg2

2R-C≡N + 4Hmwaro2 → (R-CHmwars2)mwarw2NH + NHmwar03

3R-C≡N + 6Hmwar82 → (R-CHmwasa2)mwase3N + 2NHmwasi3

Si possono usare vari altri riducenti, tipo mwasqtetraidroalluminato di litio, boroidruro di litio,cite-ref-20[20] mwasodiboranocite-ref-21[21] o sodio elementare.cite-ref-22[22]

I nitrili alchilici sono abbastanza acidi da formare carbanioni nitrilici, cioè specie che hanno perso un protone dal carbonio in α al gruppo nitrile, e che possono alchilare una vasta varietà di elettrofili.cite-ref-23[23] L'eccezionale nucleofilia di queste specie è dovuta ai bassi requisiti sterici dell'unità CN e alla sua stabilizzazione induttiva. Per questi motivi i nitrili sono ideali in sintesi di chimica farmaceutica per formare nuovi legami carbonio-carbonio in presenza di stringenti requisiti sterici. Recenti sviluppi hanno mostrato che la natura del controione metallico può provocare differenti coordinazioni all'azoto del nitrile o all'adiacente carbonio nucleofilo, con profonde conseguenze su reattività e stereochimica.cite-ref-24[24]

Il carbonio nitrilico è elettrofilo, ed è quindi suscettibile di mwat8addizione nucleofila. Esempi sono:

• La reazione di Blaise con mwaumreattivi di organo-zinco

• La mwauureazione di Pinner con alcoli

• La mwaucreazione di Houben-Hoesch con composti aromatici per formare arilchetoni.

• Nella mwaukreazione di Thorpe i nitrili alifatici danno auto-condensazione per formare mwauoenammine.cite-ref-25[25]

• Con amine, come la sintesi di mwavacreatina a partire da mwavesarcosina e mwavicianammidecite-ref-26[26]

• I nitrili possono anche reagire con i mwavoreattivi di Grignard formando mwavschetoni attraverso la formazione di una mwavwimmina intermedia che viene sottoposta a idrolisi:

R-CN + R'-MgX → R-C(NH)-R' → R-CO-R'

• I nitrili possono addizionarsi agli alchini in presenza di catalizzatori.cite-ref-27[27]

mwawc

• I nitrili sono precursori di complessi nitrilici dei metalli di transizione usati come reagenti e catalizzatori. Alcuni esempi sono mwaww[Cu(MeCN)4+ e PdClmwaxa2(PhCN)mwaxe2.cite-ref-28[28]

Un nitrile usato molto in laboratorio è l'mwaxgacetonitrile (CHmwaxk3-CN), adoperato come mwaxosolvente biologico mescolato con una mwaxssoluzione tampone, per estrarre mwaxwmetaboliti da mwax0tessuti e misurarne la mwax4concentrazione attraverso la mwax8cromatografia.

L'mwayeacrilonitrile è utilizzato principalmente come mwayimonomero per la produzione di mwaympolimeri sintetici, specialmente il mwayqpoliacrilonitrile per fibre acriliche. È anche un componente della mwayugomma sintetica.

I nitrili si trovano in natura in svariati vegetali e animali. Oltre 120 nitrili sono stati isolati da fonti terrestri e marine. I nitrili si trovano comunemente nell'mwaygendocarpo di alcuni frutti, in particolare nelle mwaykmandorle, e si sviluppano durante la cottura delle colture del genere mwayoBrassica (come cavoli, cavoletti di Bruxelles e cavolfiori) che rilasciano nitrili attraverso l'idrolisi. Il mwaysmandelonitrile è la mwaywcianidrina che rilascia cianuro in seguito all'ingestione di mandorle o altri semi di frutta.cite-ref-29[29]

Sono attualmente commercializzati oltre 30 prodotti farmaceutici contenenti nitrile con svariate indicazioni medicinali, e in ricerche cliniche ci sono più di 20 altri derivati contenenti nitrile. Il gruppo nitrile è abbastanza robusto e, nella maggior parte dei casi, non è facilmente metabolizzato e passa invariato attraverso il corpo.cite-ref-30[30] Alcuni prodotti farmaceutici contenenti nitrili sono mwazcvildagliptin, un farmaco antidiabetico, e mwazganastrozolo, usato nel trattamento del cancro al seno. Altri farmaci contenenti il gruppo nitrile sono illustrati nella galleria.

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