Nitriilid

Nitriilid on −C≡N funktsionaalrühma sisaldavad orgaanilised ühendid. Kirjanduses kasutatakse nitriiliga vaheldumisi eesliidet tsüano-. Nitriilid leiduvad paljudes kasulikes ühendites nagu näiteks metüültsüanoakrülaat, mis sisaldub superliimis, ja nitriilbutadieenkummi, nitriile sisaldav polümeer, mida kasutatakse lateksivabades laboratoorsetes ja meditsiinilistes kinnastes. Mitut nitriilirühma sisaldavaid orgaanilisi ühendeid nimetatakse tsüanosüsinikeks. Anorgaanilisi −C≡N sidet sisaldavaid rühmi nimetatakse tsüaniidideks, mitte nitriilideks. Kuigi nii tsüaniide kui ka nitriile saab toota tsüaniidsooladest, ei ole nitriilid kaugeltki nii mürgised.
Struktuur ja omadused.
Nitriilide N-C-C skelett on lineaarne, viidates süsiniku kolmekordse sideme sp hübridisatsioonile. Kolmiksidemele omaselt on C-N side lühike, kõigest 1,16 Å. Suure dipoolmomendi tõttu on nitriilid polaarsed ja vedelikena on neil suur dielektriline konstant.
Ajalugu.
Esimese nitriili, milleks oli metaanhappe nitriil, sinihape, sünteesis Carl Wilhelm Scheele aastal 1782.&lt;ref_name="Mowry"/&gt; Bensoehappe nitriili valmistasid esimestena Friedrich Wöhler ja Justus von Liebig, kuid väikese saagise tõttu ei saanud selle keemilisi ja füüsikalisi omadusi määrata ega struktuuri ennustada. 1834. aastal sünteesis Théophile-Jules Pelouze etüültsüaniidi, pakkudes, et tegu võib olla propanooli ja sinihappe eetriga. 1844. aastal avastas Hermann Fehling bensonitriili sünteesiraja, kuumutades ammooniumbensoaati. See oli esimene piisavalt suure saagisega meetod, mis võimaldas keemilist analüüsi. Ta määras bensonitriili struktuuri, võrreldes oma tulemusi juba varem teadaoleva vesiniktsüaniidi sünteesiga, kuumutades ammooniummetanoaati. Ta nimetas leitud ühendi nitriiliks, millest sai ka selle ühendi rühma nimetus.&lt;ref_name="Fehling"/&gt; Fehling kirjutab lk 96: "Da Laurent den von ihm entdeckten Körper schon Nitrobenzoyl genannt hat, auch schon ein Azobenzoyl existirt, so könnte man den aus benzoësaurem Ammoniak entstehenden Körper vielleicht Benzonitril nennen." (Kuna Laurent nimetas leitud aine "nitrobensoüüliks" ja "asobensoüül" juba eksisteeris, võiks ammoonium bensoaadist pärinevat ainet nimetada "bensonitriiliks".)&lt;/ref&gt;
Süntees.
Peamised nitriilide tööstuslikud tootmise meetodid on ammoksüdatsioon ja hüdrotsüanatsioon. Mõlemaid radasid saab pidada rohelisteks, kuna need ei tekita stöhhiomeetrilisi soolakoguseid.
Ammoksüdatsioon.
Ammoksüdatsiooni korral oksüdeeritakse osaliselt süsivesinik ammoniaagi juuresolekul. Sellist metoodikat kasutatakse praktikas akrüülnitriilide suuremahuliseks tootmiseks:
CH3CH=CH2 + 3/2 O2 + NH3 → NCCH=CH2 + 3 H2O
Selle protsessi kõrvalproduktiks on atsetonitriil. Ammoksüdatsiooniga toodetakse enamik bensonitriili, ftalonitriili ning ka isobutüürnitriili derivaatidest. Seda protsessi katalüüsitakse metalli oksiididega ja eeldatakse, et reaktsioon kulgeb mööda aldehüüdi rada.
Hüdrotsüonatsioon.
Hüdrotsüonatsioon on levinud nitriili tootmise meetod sinihappest ja alkeenidest. See süntees vajab homogeenset katalüsaatorit. Hüdrotsüonatsiooni näiteks on heksaandinitriili süntees 1,3-butadieenist: 
CH2=CH-CH=CH2 + 2 HCN → NC(CH2)4CN
Tsüanohüdriinid.
Tsüanohüdriinid on nitriilide klass, mis on moodustunud aldehüüdidele metallitsüaniidide lisamise kaudu tsüanohüdriinreaktsiooni käigus. Tänu orgaanilise karbonüüli polaarsusele ei vaja see reaktsioon katalüsaatorit, erinevalt alkeenide hüdrotsüanisatsioonist.
Amiidide ja oksiimide dehüdratsioon.
Nitriile saab valmistada dehüdraatimise kaudu primaarsetest amiididest. Selleks saab kasutada mitmeid reagente, näiteks kombinatsioon etüüldiklorofosfaadist ja DBU-st, bensonitriili tootmiseks bensamiidist:
Kaks intermediaati sellel pildil on amiidi tautomeeridtautomeer A ja selle fosfaatadukt B.
Sarnase dehüdraatimise teel saab Von Brauni amiiddegradatsiooni reaktsiooni kaudu nitriile sekundaarsetest amiididest. Sellisel juhul lõhutakse üks C-N sidemetest. Nitriile saab ka aldoksiimide (RCH=NOH) dehüdraatimise teel. Sellisel juhul on tüüpilisteks reagentideks trietüülamiin/vääveldioksiid, tseoliidid või sulfurüülkloriid. Seda lähenemist kasutades on võimalik nitriili süntees aldehüüdist ja hüdroksüülamiinist naatriumsulfaadi juuresolekul. 
Sandmeyeri reaktsioon.
Laboratoorselt valmistatakse aromaatseid nitriile tihti aniliinist diasooniumi ühendite abil. Sellist reaktsiooni nimetatakse Sandmeyeri reaktsiooniks ning see vajab üleminekumetalli tsüaniide.
ArN2+ + CuCN → ArCN + N2 + Cu+
Et3Al + HCN → Et2AlCN + Et-H
Muud meetodid.
Saadud ainet kasutatakse nukleofiilse liitujana ketoonidele.
Reaktsioonid.
Orgaaniliste ühendite nitriilrühmad võivad läbida mitmeid reaktsioone kindlates tingimustes või kindlate reagentidega. −C≡N rühma on võimalik hüdrolüüsida, redutseerida või eraldada molekulist tsüaniidioonina.
Hüdrolüüs.
Et saada karboksamiide RC(=O)NH2 ja nendest karboksüülhappeid RCOOH, on vaja nitriile RCN hüdrolüüsida. Üldiselt peetakse nitriilide hüdrolüüsi parimaks karboksüülhapete tootmise saamise viisiks, kuigi selle meetodi happe või aluse katalüütilistel reaktsioonidel on omad piirangud ja/või puudused. Peamine puudus on see, et viimane happe või aluse neutralisatsioon viib suure hulga soola tekkimiseni, mis analüüti saastab.
Redutseerimine.
Nitriile redutseeritakse vesinikuga, kasutades katalüüdina niklit. Selle tulemusena moodustub amiin. Edasist redutseerimist imiiniks ja hüdrolüüsi aldehüüdiks nimetatakse Stepheni aldehüüdi reaktsiooniks.
Alkülatsioon.
Alküülnitriilid on piisavalt happelised, et moodustada karbanioone, mis alküleerivad mitmeid elektrofiile. Taolise suure nukleofiilsuse tagab CN rühma väike steeriline takistus kombineeritud induktiivse stabilisatsiooniga. Need omadused muudavad nitriilid sobivaks meditsiinilises keemias uute süsinik-süsinik-sidemete loomiseks steeriliselt takistatud süsteemides. Hiljutised uurimused on näidanud, et erinevad metallist vastasioonid põhjustavad erinevat koordinatsiooni kas siis nitriili lämmastikule või vastasolevale nukleofiilsele süsinikule, omandades märgatavalt erinevat reaktsioonivõimelisust ja stereokeemiat.
Nukleofiilid.
Nitriili süsiniku aatom on elektrofiiliks nukleofiilsel liitumisreaktsioonil:
Nitriilide derivaadid.
Orgaanilised tsüaanamiidid.
Tsüaanamiidid on N-CN ühendid üldise struktuuriga R1R2N-CN.
Nitriiloksiidid.
Nitriiloksiididel on üldine struktuur R-CNO.
Leidumine ja kasutamine.
Nitriile leidub looduslikult nii mitmetes taimsetes kui ka loomsetes organismides. Üle 120 erineva looduses esineva nitriili on suudetud eraldada. Nitriile on võimalik leida puuviljade kividest, eeskätt mandlitest aga ka ristõieliste sugukonda (näiteks kapsas, lillkapsas, rooskapsas) kuuluvate viljade küpsetamisel, milles tekivad nitriilid hüdrolüüsi teel. Mandlite ja mõnede puuviljade kivide seedimisel tekkiv tsüanohüdriin mandelonitriil vabastab vesiniktsüaniidi ja on tsüanogeensete glükosiidide mürgisuse põhjuseks.
Tänapäeval on turul üle kolmekümne nitriile sisaldava ravimi ning üle 20 nitriile sisaldava ravimi on arenduses. Nitriilrühm on küllaltki robustne ning üldiselt läbib ta keha muutumatult. Ravimid, milles nitriilrühm esineb on vägagi erinevad, alustades vildagliptiinist, mis on antidiabeetiline ravim, kuni anastrasoolini, mida kasutatakse rinnavähi ravimisel. Mitmel juhul matkib nitriilrühm ensüümides esinevate substraatide tööülesandeid. Samas kasutatakse seda ka ravimi vees lahustuvuse suurendamiseks ja vähendamaks vastuvõtlikkust maksa oksüdatiivsele lagundamisele.
Kasutamine Eestis.
Uurimustes kasutatakse eeskätt atsetonitriili tänu tema heale polaarsusele, seejuures vesiniksidet moodustamata.