Альдегиды и кетоны с пространственно незатрудненной структурой способны присоединять циановодород с образованием циангидринов - соединений содержащих циано и гидрокси группу при одном атоме углерода:
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Рисунок 4.
Реакция карбонильных соединений и циановодородной кислотой $HCN$ широко используется для синтеза карбоновых кислот и их производных. Механизм этой реакции было установлено еще в 1903 А. Лепуортом, и он заключается в нуклеофильной атаке цианид-ионом на карбонильный углерод. Циановодородная кислота - слабый нуклеофил, и в кислой среде реакция проходит чрезвычайно медленно. Для увеличения скорости применяют основной катализ с помощью органических оснований, и веществ, которые ускоряют диссоциацию циановодородной кислоты с образованием сильного нуклеофила $N \equiv C$ : , например:
Рисунок 5.
Механизм присоединения циановодородной кислоты
Главной чертой взаимодействия карбонильных соединений с углеродными нуклеофилами типа циановодородной кислоты является образование между ними новой углерод-углеродной связи. Такое взаимодействие происходит путем как простого присоединения, так и как присоединение-отщепление.
Механизм присоединения циановодородной кислоты был установлен Лепуортом в 1904 г. Фактически это была первая органическая реакция, для которой был детально изучен механизм превращения. Лепуортом было обнаружено, что реакция присоединения циановодородной кислоты обратима, а ее скорость напрямую зависит от концентрации карбонильных соединений, циановодорода и основания. Цианистый водород (синильная кислота) представляет собой слабую кислоту с $pK_a$ 9,2. Образующиеся при ее депротонировании цианид-ионы присоединяются к карбонильным углеродам с образованием анионных интермедиатов, протонирование которых приводит к циангидринам:
Рисунок 6.
То, что скорость реакции зависит от концентрации всех трех компонентов указывает на то, что лимитирующей стадией процесса является присоединение цианид-ионов к карбонильным группам. В лабораторных условиях циановодородную кислоту получают добавлением одного эквивалента какой либо минеральной кислоты к смеси состоящей из избытка цианида калия или натрия и исследуемого карбонильного соединения. Эту реакцию также можно провести при действии жидкого циановодорода (т.кип. = 26 $^\circ$С) напрямую на карбонильное соединение.
Получения цианогидридов при помощи триметилсилил-цианидов
Другим очень удобным методом получения цианогидридных производных карбонильных соединений является их реакция с триметилсилил-цианидом. В результате этого взаимодействия получают триметилсилиловые эфирные производные циангидринов. Эти реакции катализируются цианидами и дают высокие выходы силиловых эфирных производных циангидринов:
Рисунок 7.
Триметилсилилцианид получают взаимодействием триметилхлорсилана с цианидом калия. Снятие же защитной триметилсилильной группы осуществлют с помощью фторида калия.
Применение циангидринов
При помощи циангидринов (их последующей переработкой) получают $\alpha$,$\beta$-ненасыщенные соединения, $\alpha$-оксикислоты и $\alpha$-аминокислоты:
Рисунок 8.
Рисунок 9.
Так как бразование циангидрина является обратимой реакцией, то в присутствии сильных оснований равновесие в реакции смещается в сторону исходных карбонильных соединений и циановодорода:
Рисунок 10.
Действием алюмогидридом лития на циангидрины можно востановить их цианогруппы, что в свою очередь приводит к получению аминоспиртов:
Рисунок 11.
Образование циангидринов из карбонильных соединений и синильной кислоты представляет интерес и в том отношении, что галогеноводороды не образуют стабильных продуктов с альдегидами и кетонами. Для них равновесие смещено в сторону исходных реагентов.
Взаимодействие с ацетиленом
При взаимодействии альдегидов и кетонов и ацетиленом и его монопроизводными образуются ацетиленовые спирты различного строения. Поскольку ацетилен и его монопроизводными, содержащие терминальный водород, относятся к слабым кислотам, то с целью повышения их нуклеофильности применяют основный катализ аналогично примеру с циановодородной кислотой. При этом образуются сильные иуклеофилы. В качестве оснований используют жидкий аммиак, амид натрия, гидроксид калия:
Рисунок 12.
