3-Bromoisonikotiinhape CAS 13959-02-9

3-bromoisopiinhappe molekulvalem on C6H4BrNO2, mis sisaldab funktsionaalrühmi nagu benseenitsükkel, püridiinitsükkel ja karboksüülrühm. Järgnev on selle süsiniksideme struktuuri analüüs:

Süsiniksidemed benseenitsüklis:
3-bromoisopiinhappe benseenitsüklis on kokku 6 süsinikuaatomit, mis on ühendatud, moodustades ringikujulise struktuuri. Iga süsinikuaatom moodustub võtmes σ kahe külgneva süsinikuaatomi vahel. Need süsiniksidemed on kovalentsed sidemed, mis moodustuvad kahe elektronpaari jagamisel. Kuna benseenitsüklil on aromaatsed omadused, eksisteerivad süsinik-süsiniku sidemed konjugeeritud süsteemides. Konjugeeritud π elektronid võivad vabalt liikuda kogu ringi ulatuses, stabiliseerides benseenitsüklit ja omades ainulaadseid keemilisi omadusi.

Süsiniksidemed püridiinitsüklis:
3-bromoisopiinhappe struktuur sisaldab ka püridiinitsüklit, mis koosneb ühest lämmastiku- ja neljast süsinikuaatomist. Lämmastikuaatom moodustab kahe külgneva süsinikuaatomiga sigma sideme ja vesinikuaatomiga vesiniksideme. Süsinik-süsinikside püridiinitsüklis omab samuti konjugeeritud süsteemi, mis on sarnane benseenitsükliga. Püridiinitsüklis üksikute elektronpaaride olemasolu tõttu saab seda kasutada keemilistes reaktsioonides elektrofiilse reagendina.

Süsiniksidemed karboksüülrühmades:
3-bromoisopiinhappe struktuur sisaldab ka karboksüülrühma (-COOH). Karboksüülrühmas olev süsinikuaatom moodustab sideme karboksüülrühma hapnikuaatomiga, teine ​​hapnikuaatom aga polaarse sideme karboksüülrühmas oleva vesinikuaatomiga. Sellel süsinik-hapniku sidemel on kõrge polaarsus ja see on iseloomulik happelistele ühenditele.

Praegu domineeriv tööstuslik tootmisprotsess3-bromoisonikotiinhapeon 3-bromo-4-metüülpüridiini oksüdatsioon. Sellel küpsel marsruudil on kõrge reaktsiooniselektiivsus, vähe kõrvalsaadusi ja suurepärane toote puhtus ning see on täielikult kasutatav suuremahulises kaubanduslikus tootmises.

Kogu protsess koosneb kahest põhietapist: broomitud prekursori valmistamine ja metüülrühma oksüdeerimine karboksüülrühmaks koos leebete reaktsioonitingimuste ja suurepärase kontrollitavusega.

Esimene etapp on prekursorite süntees. Kasutades lähteainena odavat ja kergesti kättesaadavat 4-metüülpüridiini ja broomiva ainena vedelat broomi, viiakse kohaspetsiifiline broomimine läbi konstantsel temperatuuril tagasijooksul. Broomi doseerimissuhte ja reaktsioonitemperatuuri reguleerimisega pärsitakse soovimatu broomimine püridiinitsükli teistes positsioonides, et maksimeerida 3-broomitud produkti saagist.

Kui reaktsioon on lõppenud, jahutatakse segu toatemperatuurini ja kustutatakse jääveega. Süsteemi neutraliseerimiseks lisatakse naatriumhüdroksiidi lahust. Seejärel ekstraheeritakse kõrge -puhtusastmega 3-bromo-4-metüülpüridiini saamiseks mitu korda etüülatsetaadiga, kuivatatakse veevaba naatriumsulfaadiga ja vaakumdestilleeritakse. Selle etapi saagis püsib pidevalt üle 60%.

Teine etapp on katalüütiline oksüdatsioon. Puhastatud 3-bromo-4-metüülpüridiin lahustatakse deioniseeritud vees, millele järgneb koobalt-vase komposiitkatalüsaatori lisamine. Segu kuumutatakse 85–90 kraadini ja oksüdatsiooni läbiviimiseks juhitakse pidevalt atmosfäärirõhul hapnikku, mis muudab püridiinitsükli metüülrühma selektiivselt karboksüülrühmaks.

Pärast reaktsiooni tahke katalüsaator eemaldatakse kuumfiltreerimisega, et saada selge filtraat. Filtraat muudetakse aeglaselt nõrgalt happeliseks, mille tulemuseks on valge tahke tooraine massiline sadestumine. Toorprodukti puhastatakse täiendavalt rekristalliseerimisega atsetoonist ja kuivatatakse saasteainete eemaldamiseks vaakumis, saades kõrge puhtusastmega produkti. Selle oksüdatsioonietapi saagis ulatub ligikaudu 88%-ni. Protsessi üldine saagis ja toote puhtus vastavad täielikult tööstusliku tootmise standarditele.

Väikesemahuliseks{0}}laboratoorseks ettevalmistuseks kasutatakse tavaliselt kahte lihtsat sünteesimeetodit. Esimene on isonikotiinhappe otsene broomimine. N-bromosuktsiinimiidi (NBS) kasutatakse nõrga broomiva ainena ja reaktsioon kulgeb toatemperatuuril happelises lahustisüsteemis.

See meetod nõuab lihtsat toimimist ja põhivarustust, kuid see ei näita regioselektiivsust ja kipub tootma polübroomitud kõrvalsaadusi, mis põhjustab raske puhastamise ja saagise alla 40%. See sobib ainult esialgseteks eksperimentaalseteks uuringuteks.

Teine meetod on madalal temperatuuril{0}}liitimine ja karboksüülimine. Alates 3-bromopüridiinist viiakse kohaspetsiifiline litiatsioon läbi ülimadalatel temperatuuridel tugeva alusega butüülliitiumiga, millele järgneb karboksüülimine süsinikdioksiidi sisestamise teel.

Sellel marsruudil on vähem etappe, kuid see nõuab kalleid reaktiive ja karme reaktsioonitingimusi, millel on madal tõrketaluvus. Seda kasutatakse ainult väikeses koguses kõrge puhtusastmega proovide{1}}valmistamiseks ja seda ei saa kohandada tööstuslikuks tootmiseks.

Selle molekul sisaldab kolme peamist reaktiivset struktuuri: püridiinitsüklit, broomi aatomit 3. positsioonis ja karboksüülrühma 4. positsioonis. Sellel on kõrge keemiline reaktsioonivõime ja selle funktsionaalrühmad võivad läbida mitmesuguseid klassikalisi orgaanilisi reaktsioone.

Karboksüülrühmal on karboksüülhapete üldised omadused. See võib läbida esterdamise ja amideerimise, mida katalüüsivad happed või kondenseerivad ained, ning redutseerivate ainete nagu liitiumalumiiniumhüdriid abil redutseerida hüdroksümetüüliks. Suhteliselt tugeva happesusega saab seda neutraliseerida leelistega, moodustades soolad vesi- ja alkoholilahustes.

Ringiga seotud-broomiaatom toimib peamise reaktsioonikohana. See osaleb pallaadium-katalüüsitud Suzuki sidumises ja Buchwald-Hartwigi amiinimises ning seda saab asendada ka nukleofiilsete rühmadega, sealhulgas tsüano- ja alküültiorühmadega. Seetõttu on see polüasendatud püridiini derivaatide sünteesimisel laialdaselt kasutatav ehitusplokk.

Püridiinitsükli lämmastikuaatom on nõrga aluselisega ja võib moodustada sooli anorgaaniliste hapetega. Püridiinitsükli üldine elektrontihedus on madal, mistõttu on see vastuvõtlik elektrofiilsetele asendusreaktsioonidele, nagu nitreerimine ja sekundaarne halogeenimine.

See kemikaal säilitab hea keemilise stabiilsuse tahkes olekus toatemperatuuril. Kuivas, suletud ja pimedas keskkonnas hoidmisel ei näita selle puhtus mitme kuu jooksul ilmset langust. Sellel on mõõdukas soojustakistus ja see laguneb harva sulamistemperatuuri vahemikus. Pikaajaline kuumutamine kõrgel temperatuuril põhjustab aga järk-järgult debroomimist ja dekarboksüülimist, tekitades püridiini-põhiseid kõrvalsaadusi.

See on vastupidav nõrkadele hapetele ja nõrkadele alustele ning selle algstruktuur jääb toatemperatuuril lahjendatud hapete ja nõrkade aluste toimel puutumatuks. Sellegipoolest kipuvad kontsentreeritud tugevad leelised või kõrge temperatuuriga tugevalt leeliselised tingimused käivitama broomiaatomi hüdrolüüsi, samas kui pikaajaline tagasivool kontsentreeritud tugevates hapetes viib dekarboksüülimiseni.

Kemikaal on valgustundlik. Pikaajaline kokkupuude ultraviolett- või päikesevalgusega põhjustab järkjärgulist fotolüüsi, mille tulemuseks on broomi kadu, värvimuutus ja puhtuse vähenemine.

Lisaks kipub see reageerima tugevate oksüdeerijate ja tugevate redutseerivate ainetega ning koos{0}}säilitamine selliste ainetega kiirendab riknemist. See lahustub toatemperatuuril stabiilselt tavalistes orgaanilistes lahustites, sealhulgas metanoolis, DMF-s ja DMSO-s, kuid lahuse pikemaajalisel kuumutamisel toimub siiski aeglane lagunemine.