L’addizione nucleofila al gruppo ciano -C≡N dei nitrili è analoga a quella che avviene tra un nucleofilo e un gruppo carbonilico con l’eccezione che le addizioni nucleofile ai nitrili tendono ad essere irreversibili.
L’addizione di nucleofili forti come i reagenti organometallici e il litio alluminio idruro ai nitrili avviene rapidamente per dare i prodotti in cui si addiziona un equivalente di nucleofilo. La reazione pertanto differisce rispetto a quella che avviene con le aldeidi e i chetoni per il fatto che il prodotto della reazione contiene ancora un legame π.
I nucleofili anionici si addizionano direttamente al gruppo ciano per dare un sale di imminio intermedio che si protona successivamente per dare un’immina
I nucleofili neutri deboli possono addizionarsi a un nitrile solo se è attivato in ambiente acido
Reazione di addizione nucleofila
Idrolisi dei nitrili
L’addizione di acqua a un nitrile può essere condotta sia in condizioni acide che in condizioni basiche per dare, come prodotto iniziale un’ammide. A seconda delle condizioni di reazione l’ammide ottenuta può essere isolata o può ulteriormente reagire per dare:
- l’acido carbossilico e lo ione ammonio se si opera in condizioni acide
- l’anione carbossilato e ammoniaca se si opera in condizioni basiche.
Lo stadio iniziale della reazione in ambiente basico prevede l’addizione del nucleofilo a uno dei legami C-N con formazione della base coniugata di un’immina.
In questo intermedio la carica negativa è localizzata sull’azoto piuttosto che sull’ossigeno. Vi è un legame O-H che è notevolmente più acido del corrispondente legame N-H dell’immina. La migrazione del protone dall’ossigeno all’azoto consente la formazione di un anione stabilizzato per risonanza in cui la forma che dà il maggior contributo presenta la carica negativa sull’ossigeno e dove il legame O-H è sostituito dal legame N-H meno acido. L’estrazione di un protone dall’acqua da parte di tale anione completa l’idrolisi del nitrile ad ammide.
Lo stadio iniziale dell’idrolisi in ambiente acido prevede la protonazione dell’azoto. Essa avviene tramite legame dativo con ottenimento di uno ione nitrilio e successiva addizione nucleofila dell’acqua al catione. Lo ione ossonio ottenuto si deprotona per dare la forma enolica dell’ammide che si protona sull’azoto. Il prodotto dell’idrolisi di un nitrile in ambiente acido è un acido carbossilico
Reazione dei nitrili con nucleofili organometallici
I nitrili reagiscono con nucleofili organometallici per dare i chetoni in modo analogo a quanto avviene con i composti contenenti il gruppo carbonilico. Il prodotto iniziale è un sale di imminio che è successivamente idrolizzato.
Riduzione dei nitrili
Il legame π presente nei nitrili ha una polarità intermedia tra quello del gruppo carbonilico e quello di un alchene. I nitrili possono essere ridotti per idrogenazione catalitica in ambiente acido per dare un’ammina primaria:
RC≡N + H2 → RCH=NH
RCH=NH + H2 → RCH2NH2