Kyselina 3-brómizonikotínová CAS 13959-02-9

Molekulový vzorec kyseliny 3-brómizopínovej je C6H4BrNO2, ktorý obsahuje funkčné skupiny, ako je benzénový kruh, pyridínový kruh a karboxylová skupina. Nasleduje analýza štruktúry uhlíkovej väzby:

Uhlíkové väzby v benzénovom kruhu:
V benzénovom kruhu kyseliny 3-brómizopínovej je celkovo 6 atómov uhlíka spojených do kruhovej štruktúry. Každý atóm uhlíka je vytvorený medzi dvoma susednými atómami uhlíka v kľúči σ. Tieto uhlíkové väzby sú kovalentné väzby vytvorené zdieľaním dvoch elektrónových párov. Pretože benzénový kruh má aromatické vlastnosti, uhlíkové uhlíkové väzby existujú v konjugovaných systémoch. Konjugované π elektróny sa môžu voľne pohybovať po celom kruhu, stabilizujúc benzénový kruh a majú jedinečné chemické vlastnosti.

Uhlíkové väzby v pyridínovom kruhu:
Štruktúra kyseliny 3-brómizopínovej tiež zahŕňa pyridínový kruh, ktorý sa skladá z jedného atómu dusíka a štyroch atómov uhlíka. Atóm dusíka tvorí sigma väzbu s dvoma susednými atómami uhlíka a vodíkovú väzbu s atómom vodíka. Uhlík uhlíková väzba v pyridínovom kruhu tiež vykazuje konjugovaný systém, podobný benzénovému kruhu. V dôsledku prítomnosti osamelých párových elektrónov v pyridínovom kruhu sa môže použiť ako elektrofilné činidlo pri chemických reakciách.

Uhlíkové väzby v karboxylových skupinách:
Štruktúra kyseliny 3-brómizopínovej tiež obsahuje karboxylovú skupinu (- COOH). Atóm uhlíka v karboxylovej skupine tvorí väzbu s atómom kyslíka v karboxylovej skupine, zatiaľ čo druhý atóm kyslíka tvorí polárnu väzbu s atómom vodíka v karboxylovej skupine. Táto väzba uhlíka a kyslíka má vysokú polaritu a je charakteristická pre kyslé zlúčeniny.

V súčasnosti je dominantným priemyselným procesom výrobykyselina 3-brómizonikotínováje oxidácia 3-bróm-4-metylpyridínu. Táto zrelá cesta sa vyznačuje vysokou reakčnou selektivitou, malým množstvom vedľajších produktov a vynikajúcou čistotou produktu a je plne použiteľná pre komerčnú výrobu vo veľkom meradle.

Celý proces pozostáva z dvoch základných etáp: príprava brómovaného prekurzora a oxidácia metylovej skupiny na karboxylovú skupinu s miernymi reakčnými podmienkami a vynikajúcou kontrolovateľnosťou.

Prvým stupňom je syntéza prekurzorov. S použitím lacného- a ľahko dostupného 4-metylpyridínu ako východiskového materiálu a kvapalného brómu ako bromačného činidla sa miestne-špecifická bromácia vykonáva pri konštantnej teplote refluxu. Reguláciou dávkového pomeru brómu a reakčnej teploty sa potlačí nežiaduca bromácia v iných polohách pyridínového kruhu, aby sa maximalizoval výťažok 3-brómovaného produktu.

Po dokončení reakcie sa zmes ochladí na teplotu miestnosti a zaleje sa ľadovou vodou. Na neutralizáciu systému sa pridá roztok hydroxidu sodného. Potom sa uskutočnia viacnásobné extrakcie etylacetátom, sušenie nad bezvodým síranom sodným a vákuová destilácia, aby sa získal 3-bróm-4-metylpyridín vysokej -čistoty. Výťažok tohto kroku zostáva stabilne nad 60 %.

Druhým stupňom je katalytická oxidácia. Vyčistený 3-bróm-4-metylpyridín sa rozpustí v deionizovanej vode a potom sa pridá kompozitný katalyzátor kobalt-meď. Zmes sa zahreje na 85 až 90 stupňov a kontinuálne sa zavádza kyslík pri atmosférickom tlaku, aby sa uskutočnila oxidácia, ktorá selektívne premieňa metylovú skupinu na pyridínovom kruhu na karboxylovú skupinu.

Po reakcii sa pevný katalyzátor odstráni filtráciou za horúca, čím sa získa číry filtrát. Filtrát sa pomaly upraví na slabo kyslý, čo vedie k masívnemu vyzrážaniu bielej surovej pevnej látky. Surový produkt sa ďalej čistí rekryštalizáciou z acetónu a suší sa vo vákuu, aby sa odstránili nečistoty, čím sa získa produkt s vysokou -čistotou. Výťažok tohto oxidačného kroku dosahuje približne 88 %. Celkový výťažok a čistota produktu procesu plne spĺňajú štandardy priemyselnej výroby.

Na prípravu v malom-laboratóriu sa bežne používajú dve jednoduché syntetické cesty. Prvým je priama bromácia kyseliny izonikotínovej. N-brómsukcínimid (NBS) sa používa ako mierne bromačné činidlo a reakcia prebieha pri teplote miestnosti v systéme kyslých rozpúšťadiel.

Táto metóda vyžaduje jednoduchú obsluhu a základné vybavenie, no nevykazuje žiadnu regioselektivitu a má tendenciu produkovať polybrómované-produkty, čo vedie k zložitému čisteniu a výťažku pod 40 %. Je vhodný len na predbežný experimentálny výskum.

Druhou metódou je nízkoteplotná{0}}lítiácia a karboxylácia. Vychádzajúc z 3-brómpyridínu, miestne-špecifická litiácia je implementovaná pri ultranízkej teplote so silnou bázou butyllítium, po ktorej nasleduje karboxylácia zavedením oxidu uhličitého.

Táto cesta má menej krokov, ale vyžaduje drahé činidlá a drsné reakčné podmienky s nízkou toleranciou voči chybám. Používa sa iba na prípravu malých množstiev vzoriek s vysokou -čistotou a nemožno ho prispôsobiť na priemyselnú výrobu.

Jeho molekula obsahuje tri hlavné reaktívne štruktúry: pyridínový kruh, atóm brómu v polohe 3 a karboxylovú skupinu v polohe 4. Vyznačuje sa vysokou chemickou reaktivitou a jeho funkčné skupiny môžu podliehať širokému spektru klasických organických reakcií.

Karboxylová skupina vykazuje všeobecné vlastnosti karboxylových kyselín. Môže podstúpiť esterifikáciu a amidáciu katalyzovanú kyselinami alebo kondenzačnými činidlami a môže byť redukovaný na hydroxymetyl redukčnými činidlami, ako je lítiumalumíniumhydrid. Pri pomerne silnej kyslosti sa môže neutralizovať zásadami za vzniku solí vo vodných a alkoholových roztokoch.

Kruhový-atóm brómu slúži ako kľúčové reaktívne miesto. Zúčastňuje sa paládiom-katalyzovanej Suzukiho kopulácie a Buchwaldovej-Hartwigovej aminácie a môže byť tiež nahradený nukleofilnými skupinami vrátane kyano a alkyltio skupín. Preto je široko používaným stavebným kameňom na syntézu polysubstituovaných derivátov pyridínu.

Atóm dusíka na pyridínovom kruhu vykazuje slabú alkalitu a môže tvoriť soli s anorganickými kyselinami. Celková elektrónová hustota pyridínového kruhu je nízka, vďaka čomu je náchylný na elektrofilné substitučné reakcie, ako je nitrácia a sekundárna halogenácia.

Táto chemikália si zachováva dobrú chemickú stabilitu v pevnom stave pri izbovej teplote. Pri skladovaní v suchom, uzavretom a tmavom prostredí jeho čistota nevykazuje v priebehu niekoľkých mesiacov zjavný pokles. Má mierny tepelný odpor a zriedkavo sa rozkladá v rámci rozsahu teplôt topenia. Dlhodobé zahrievanie pri vysokých teplotách však postupne spôsobí debromáciu a dekarboxyláciu, čím sa generujú pyridín-na báze-produktov.

Je odolný voči slabým kyselinám a slabým zásadám a jeho materská štruktúra zostáva neporušená pôsobením zriedených kyselín a slabých zásad pri izbovej teplote. Napriek tomu koncentrované silné alkálie alebo vysoko-teplotné silne alkalické podmienky majú tendenciu spustiť hydrolýzu atómu brómu, zatiaľ čo dlhodobý reflux v koncentrovaných silných kyselinách vedie k dekarboxylácii.

Chemikália je citlivá na svetlo. Dlhodobé-vystavenie ultrafialovému svetlu alebo slnečnému žiareniu spôsobí postupnú fotolýzu, čo vedie k strate brómu, zmene farby a zníženiu čistoty.

Okrem toho má tendenciu reagovať so silnými oxidantmi a silnými redukčnými činidlami a spoločné{0}}skladovanie s takýmito látkami urýchli skazu. Stabilne sa rozpúšťa v bežných organických rozpúšťadlách vrátane metanolu, DMF a DMSO pri teplote miestnosti, avšak stále dochádza k pomalej degradácii, keď sa roztok zahrieva dlhší čas.