Изотиоцианаты

Общая формула изотиоцианатов

Изотиоцианаты (горчичные масла) — органические соединения, содержащие функциональную группу группу —N=C=S, сернистые аналоги изоцианатов R—N=C=O.

Реакционная способность

Изотиоцианаты, подобно изоцианатам, являются гетерокумуленами с электрофильным центром на атоме углерода и для них типичны реакции присоединения нуклеофилов:

R-N=C=S + NuH ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)Nu

( Nu = OR, OAr, SH, SR, NH₂, NR¹R², RNHNH₂, RH=NNH₂, CN )

При взаимодействии изотиоцианатов со спиртами и фенолами образуются тиокарбаматы, с тиолами — дитиокарбаматы, с аминами — N,N'-дизамещенные тиомочевины, с гидразинами — тиосемикарбазиды, с и гидразонами альдегидов — тиосемикарбазоны.

При взаимодействии с C-нуклеофилами изотиоцианаты образуют вторичные амиды, такое присоединение протекает как при взаимодействии изотиоцианатов с карбанионами (реактивы Гриньяра, карбанионы β-дикарбонильных соединений и т.п.):

R-N=C=S + R¹MgX ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)R¹ ,

так и в условиях реакции фриделя-Крафтса:

R-N=C=S + ArH ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)Ar

Изотиоцианаты присоединяются к карбоновым и тиокарбоновым кислотам, от образующихся нестабильных промежуточных соединений затем отщепляется сероуглерод или сероокись углерода, что также ведет к образованию вторичных амидов:

R-N=C=S + R¹COXH ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)XCOR¹

R-NH-C(=S)XCOR¹${\displaystyle \to }$ R-NHCOR¹ + CSX

( X = O, S )

Изотиоцианаты восстанавливаются боргидридом натрия до вторичных тиоформамидов RNHC(S)H, алюмогидридом лития - до соответствующих метиламинов RNHCH₃, цинком в соляной кислоте - до первичных аминов RNH₂.

Под действием оксида ртути изотиоцианаты образуют изоцианаты:

R-N=C=S + HgO ${\displaystyle \to }$ R-N=C=O + HgS

Синтез

Большинство синтезов изотиоцианатов исходят из первичных аминов и сероуглерода.

Одним из наиболее распространенных лабораторных методов синтеза является образование дитиокарбаматов при взаимодействии первичных аминов с сероуглеродом в присутствии оснований и дальнейшим разложении дитиокарбаматов под действием различных агентов, например, солей тяжелых металлов (например, нитрата свинца:

хлоркарбонатов (например, этилхлоркарбоната) или фосгена:

RNHC(=S)S^- + COCl₂${\displaystyle \to }$ RNHC(=S)SCOCl + Cl^-

RNHC(=S)SCOCl ${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + COS + HCl

либо гипохлоритов:

RNHC(=S)S^-H+ 4 NaClO + 2 NaOH ${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + Na₂SO₄ + 4 NaCl + H₂O

Другим широко применяемым методом синтеза изотиоцианатов является взаимодействие первичных аминов с тиофосгеном (получаемым, в свою очередь, хлорированием сероуглерода):

R-NH₂ + CSCl₂${\displaystyle \to }$ R-NHС(=S)Cl + HCl

R-NHС(=S)Cl ${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + HCl

Изотиоцианаты могут также быть синтезированы отщеплением аминов от N,N'-дизамещенных тиомочевин при обработке фосфорным ангидридом или сильными кислотами:

RNHCSNHR + H⁺${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + RNH₃⁺

Нахождение в природе и биологическая активность

Изотиоцианаты встречаются в различных растениях, образуясь в них при гидролизе S-гликозидов — гликозинолатов, катализируемом ферментом мирозиназой:

В растениях семейства капустных — различных сортах капусты, хрене, семенах черной горчицы — содержится гликозилат синигрин (R = -CH₂CH=CH₂), образующий при гидролизе аллилизотиоцианат, обуславливающий жгучий вкус горчицы и хрена.

Некоторые изотиоцианаты растительного происхождения являются биологически активными соединениями. Так, например, сульфорафан, в экспериментальных моделях проявляет широкий спектр активности — включая антибактериальную, противораковую и радиосенсибилизирующую.