腈阴离子是烷基腈的共轭碱。它们与各种亲电试剂进行亲核加成和取代反应。

介绍

尽管腈阴离子在功能上与烯醇化物类似，但丁腈阴离子中的额外π键为它们提供了独特的乙烯酮类几何结构。此外，去质子化的氰醇可以作为掩蔽的酰基阴离子，使产品不可能单独使用烯醇化物。腈阴离子的添加和取代机制已得到充分了解; 但是，通常需要强碱性条件，这会限制反应的合成有用性。

机制与立体化学

生成丁腈阴离子

丁腈阴离子通常通过适当碱的作用产生。但是，的pK _一个腈第跨越宽范围-至少20的pK _一个单位，这取决于取代基的碳阴离子。因此，碱的适当选择通常取决于底物。含有额外稳定吸电子基团（如芳环）的乙腈通常可用氢氧化物或醇盐碱去质子化。另一方面，不稳定的腈通常需要碱金属酰胺碱（例如NaNH ₂）或烷基金属（例如丁基锂）以进行有效的去质子化。在后一种情况下，发生烷基与腈的竞争性添加。

（1）

IR光谱研究已经证明存在至少两种金属腈的互变异构形式（参见上文）。^[2]减少阴离子碳的取代有利于酮亚胺互变异构体。

腈的聚阴离子也可以通过多次去质子化产生，并且这些物质在烷基亲电子试剂存在下产生多烷基化产物。^[3]

产生腈阴离子的替代方法包括α，β-不饱和腈的共轭加成，α- 硫代烷氧基腈的^[4]还原^[5]和α-亚甲基腈的反式金属化^[6]。

腈类阴离子的反应

涉及腈阴离子的反应机理主要取决于所涉及的亲电试剂的性质。通过S _N 2置换发生简单的烷基化。^[7]并且受制于该过程的通常立体电子要求。相转移催化已用于芳基乙腈的烷基化。^[8]腈阴离子也可以参与迈克尔型活化双键的加成和乙烯基化反应与有限数量的极化，无阻碍的乙炔衍生物。^[9]

（2）

腈阴离子的芳基化也是可能的，并且可以根据底物和反应条件通过不同的机理进行。缺乏吸电子基团的芳基卤化物通过涉及苄中间体的消除 - 加成机理反应。^[10]芳基磷酸酯和铵通过S _RN 1途径反应，其涉及产生芳基阴离子，断裂和与亲核试剂形成键。^[11]电子转移到第二分子芳烃上进行自由基链。

（3）

贫电子芳族化合物在腈阴离子存在下经历亲核芳族取代。^[12]

范围和限制

与使用腈阴离子的烷基化反应相关的主要问题是过度烷基化。例如，在乙腈的烷基化中，在大多数情况下，单烷基化产物的产率低。两个例外是使用环氧化物的烷基化（打开的环氧化物的附近负电荷进一步烷基化）和与氰基甲基铜（I）物质的烷基化。副反应也可能存在问题; 腈阴离子的浓度必须高，以减轻涉及自缩合的过程，例如Thorpe-Ziegler反应。其他重要的副反应包括消除烷基氰产物或烷基卤原料和脒的形成。

ω-环氧-1-腈的环化提供了一个有趣的例子，说明立体电子因子如何在分子内取代反应中超越空间因子。例如，在1的环化中，仅观察到环丙烷产物2。^[13]该结果归因于在环形化的S _N2过渡态中更好的轨道重叠。1,1-二取代和四取代的环氧化物也遵循该原理。

（4）

含有γ氢的共轭腈可以在γ位置去质子化，得到插烯基阴离子。这些中间体几乎总是在烷基化反应中与α选择性反应，除了规则是邻 - 甲苯基腈的阴离子。

（5）

由羰基化合物形成氰醇使得前羰基碳呈酸性。在保护羟基之后，氰醇基本上可以作为掩蔽的酰基阴离子起作用。因为酯保护基是碱不稳定的，所以必须使用温和的碱与酯保护的氰醇。α-（二烷基氨基）腈也可用于此上下文。^[14]

（6）

芳基化^[15]和腈的酰化^[16]反应的实例如下所示。虽然使用腈阴离子的分子间芳基化产生适度的产率，但分子内方法有效地产生四元，五元和六元苯并稠合环。酰化可以使用多种酰基亲电子试剂完成，包括碳酸酯，氯甲酸酯，酯，任何酰胺和酰氯。^[17]在这些反应中，2个当量碱被用来驱动向酰化产物-酰化产物的反应比起始材料更酸性。

（7）

合成应用

在Pazalobesia viteana的性信息素的合成中使用腈阴离子的烷基化，然后还原性脱氰。^[18]

（8）

实验条件和程序

典型条件

用于使腈去质子化的最常见的碱是碱金属氨化物，取代的酰胺和氢化物。这些试剂需要惰性，无水条件和小心处理。多烷基化是一级或二级腈的重要问题; 但是，存在许多解决该问题的方案。氰基乙酸酯的烷基化然后脱羧提供了一种解决方案。^[19]伯腈或仲腈的酰化为该序列的起始原料提供了方便的进入。当两者之间的分子量差异很大时，蒸馏和色谱法仅适用于分离单 - 和二烷基化物质。

酰化更简单，因为所得的α-氰基羰基化合物比相应的起始材料酸性更强（并且亲核性更低）。可以容易地获得单酰化产物。

示例程序^[20]

（9）

向24.4g（1.017mol）氢化钠在200mL无水甲苯中的悬浮液中加入122g（1.043mol）苯基乙腈和150g（1.095mol）异丁基溴的混合物。将混合物加热至65°，在该温度下开始反应。除去加热套，冷却烧瓶，以防止反应在最初的0.5小时反应期间变得过于剧烈。将反应混合物再回流5小时，并静置过夜。小心地逐滴加入乙醇（40mL），然后滴加200mL水。分离有机层，水层用苯萃取。依次用稀酸，水，碳酸钠溶液和水洗涤合并的有机层。通过硫酸钠层过滤后，蒸发苯，分馏产物，得到115g（66％）2-苯基-4-甲基戊腈，沸点130-134°（10mm）[点燃]。（540）bp 136-138°（15mm）]。