Nitroverbindings

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Jump to navigation Jump to search
Stuktuur van die nitrogroep

Nitroverbindings is organiese verbindings wat een of meer nitrofunksionele groepe (−NO2) bevat. Die nitrogroep is een van die algemeenste funksionele groepe wat 'n plofstofverbinding maak en word wêreldwyd gebruik. Die nitrogroep trek ook elektrone sterk terug en daarom kan C-H-bindings aangrensend (α) aan die nitrogroep as 'n suur optree. Die aanwesigheid van nitrogroepe in aromatiese verbinding vertraag elektrofiele aromatiese substitusie, maar vergemaklik nukleofiele aromatiese substitusie. Nitrogroepe kom selde in die natuur voor, en word byna altyd geproduseer deur nitrasiereaksies wat met salpetersuur begin.

Voorkoms[wysig | wysig bron]

Indigofera tinctoria

In die natuur[wysig | wysig bron]

Voorbeelde van nitroverbindings is skaars van aard. 3-Nitropropioniensuur word in sekere swamme en plante (bv. Indigofera wat tot die ertjiesfamilie behoort) gevind. Nitropentadeseen is 'n verdedigingsverbinding wat in termiete voorkom. Nitrofenieletaan kom voor in Aniba canelilla, wat aan die lourierplant familie behoort.[1] Nitrofenieletaan kom ook voor by lede van die Annonaceae (lianas), Lauraceae (lourier) en Papaveraceae (papawer).[2] 2-Nitrofenol is 'n bymekaarkomende feromoon van bosluise.

In farmaseutiese middels[wysig | wysig bron]

Ten spyte van die af en toe gebruik in farmaseutiese middels, word die nitrogroep geassosieer met permanente veranderinge in genetiese materiaal, wat mutasies tot gevolg het, en selfs die genetiese inligting binne 'n sel kan beskadig wat kanker kan veroorsaak. Dit word dus dikwels beskou as 'n ongerief of oorlas in die ontdekkingsproses vir farmaseutiese middels.[3]

Sintese[wysig | wysig bron]

Bereiding van aromatiese nitroverbindings[wysig | wysig bron]

Aromatiese nitroverbindings word gewoonlik deur nitrasie gesintetiseer. Nitrasie word bereik met behulp van 'n mengsel van salpetersuur en swaelsuur, wat die nitroniumioon (NO+2) produseer. Die nitroniumioon is die elektrofiel in die reaksie:

B  +  NNitrob  +  H+

Baie plofstowwe word geproduseer deur nitrasie, waaronder trinitrofenol (pikriensuur), trinitrotolueen (TNT) en trinitroresorcinol (stifniensuur).[4]

Bereiding van alifatiese nitroverbindings[wysig | wysig bron]

Alifatiese nitroverbindings kan op verskillende maniere gesintetiseer word. Een metode is deur vryradikale nitrasie van alkane. Die reaksie lewer fragmente van die ouer-alkaan, wat 'n uiteenlopende mengsel van produkte skep. Byvoorbeeld, nitrometaan, nitro-etaan, 1-nitropropaan en 2-nitropropaan word geproduseer deur propaan met salpetersuur in die gasfase te behandel.[5]

'n Tweede metode behels nukleofiele substitusiereaksies tussen halogeenokoolstowwe[6] of organosulfate[7] met silwernitriet- of alkalienitrietsoute.

Reaksies[wysig | wysig bron]

Reduksie[wysig | wysig bron]

Nitroverbindings neem deel aan verskeie organiese reaksies, waarvan die belangrikste die reduksie tot die ooreenstemmende amiene is:

R-NO2 + 3 H2 → R-NH2 + 2 H2O
Die meganisme van die Henry-reaksie

Suur-basis reaksies[wysig | wysig bron]

Die α-koolstof van nitroalkane is ietwat suur. Met ander woorde, hierdie koolstofsure kan in 'n waterige oplossing gedeprotoneer word. Die gekonjugeerde basis word 'n nitronaat genoem, hulle word gevorm as tussenprodukte in die Henry-reaksie (nitroaldolreaksie) en Nef-reaksies.

Kondensasie reaksies[wysig | wysig bron]

Nitrometaan ondergaan basisgekataliseerde addisie tot aldehiede in 1,2-toevoeging in die nitroaldolreaksie (Henry-reaksie). Net so dra dit by tot alfa-beta onversadigde karbonielverbindings as 'n 1,4-toevoeging in die Michael-reaksie as 'n Michael-skenker. Nitroalkene is Michael-aanvaarders in die Michael-reaksie met enolaatverbindings.[8][9]

Biochemiese reaksies[wysig | wysig bron]

Sekere ensieme kan alifatiese nitroverbindings oksideer tot minder giftige aldehiede en ketone.[10]

Reaksies van aromatiese nitroverbindings[wysig | wysig bron]

Reduksie van aromatiese nitroverbindings met waterstof oor metaalkatalisators gee aniliene. Feitlik alle aromatiese amiene (aniliene) is afkomstig van aromatiese nitroverbindings. 'n Variasie is die vorming van 'n dimetielaminoareen met palladium op koolstof en formaldehied:[11]

Hidrogenering van nitroverbindings

Ontploffings[wysig | wysig bron]

Plofbare ontbinding van organiese nitroverbindings is redoksreaksies, waarin beide die oksidant (nitrogroep) en die brandstof (koolwaterstofsubstituent) binne dieselfde molekule gebind is. Die ontploffingsproses genereer hitte deur hoogs stabiele produkte te vorm, insluitend molekulêre stikstof (N2), koolstofdioksied (CO2) en water (H2O). Die ontploffingskrag van hierdie redoksreaksie word verhoog omdat hierdie stabiele produkte gasse is teen matige temperature.

Verwysings[wysig | wysig bron]

  1. Maia, José Guilherme S.; Andrade, Eloísa Helena A. (2009). "Database of the Amazon aromatic plants and their essential oils" (PDF). Química Nova (in Engels). FapUNIFESP (SciELO). 32 (3): 595–622. doi:10.1590/s0100-40422009000300006. ISSN 0100-4042.
  2. Kramer, K.U.; Kubitzki, K.; Rohwer, J.G.; Bittrich, V. (1993). Flowering Plants, Dicotyledons: Magnoliid, Hamamelid, and Caryophyllid Families. Families and genera of vascular plants (in Engels). Springer-Verlag, Berlin. ISBN 978-3-540-55509-4.
  3. Nepali K, Lee HY, Liou JP (Maart 2019). "Nitro-Group-Containing Drugs". J. Med. Chem. (in Engels). 62 (6): 2851–2893. doi:10.1021/acs.jmedchem.8b00147. PMID 30295477.
  4. Booth, Gerald (15 Junie 2000). Nitro Compounds, Aromatic (in Engels). Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. doi:10.1002/14356007.a17_411. ISBN 3-527-30673-0.
  5. Markofsky, Sheldon; Grace, W.G. (2000). Nitro Compounds, Aliphatic. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (in Engels). doi:10.1002/14356007.a17_401. ISBN 978-3527306732.
  6. Kornblum, N.; Ungnade, H. E. (1963). "1-Nitroöctane". Organic Syntheses (in Engels). 4: 724. doi:10.15227/orgsyn.038.0075.
  7. Walden, P. (1907). "Zur Darstellung aliphatischer Sulfocyanide, Cyanide und Nitrokörper" [Vir die voorstelling van alifatiese sulfosianiede, sianiede en nitro liggame]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (in Duits). 40 (3): 3214–3217. doi:10.1002/cber.19070400383.
  8. Ranganathan, Darshan; Rao, Bhushan; Ranganathan, Subramania; Mehrotra, Ashok; Iyengar, Radha (1980). "Nitroethylene: a stable, clean, and reactive agent for organic synthesis". The Journal of Organic Chemistry (in Engels). 45 (7): 1185–1189. doi:10.1021/jo01295a003.
  9. Jubert, Carole; Knochel, Paul (1992). "Preparation of polyfunctional nitro olefins and nitroalkanes using the copper-zinc reagents RCu(CN)ZnI". The Journal of Organic Chemistry (in Engels). 57 (20): 5431–5438. doi:10.1021/jo00046a027.
  10. Nagpal, Akanksha; Valley, Michael P.; Fitzpatrick, Paul F.; Orville, Allen M. (2006). "Crystal Structures of Nitroalkane Oxidase: Insights into the Reaction Mechanism from a Covalent Complex of the Flavoenzyme Trapped during Turnover". Biochemistry (in Engels). 45 (4): 1138–50. doi:10.1021/bi051966w. PMC 1855086. PMID 16430210.
  11. Organic Syntheses (1967) Vol. 5, bl.552 (1973); Vol. 47, bl.69