3-бромоизоникотинова киселина CAS 13959-02-9

Молекулната формула на 3-бромоизопинова киселина е C6H4BrNO2, която съдържа функционални групи като бензенов пръстен, пиридинов пръстен и карбоксилна група. Следва анализ на неговата структура на въглеродна връзка:

Въглеродни връзки в бензеновия пръстен:
В бензеновия пръстен на 3-бромоизопиновата киселина има общо 6 въглеродни атома, свързани, за да образуват кръгова структура. Всеки въглероден атом се образува между два съседни въглеродни атома в ключ σ. Тези въглеродни връзки са ковалентни връзки, образувани от споделянето на две електронни двойки. Тъй като бензеновият пръстен има ароматни свойства, въглеродни въглеродни връзки съществуват в спрегнати системи. Конюгираните π електрони могат да се движат свободно през целия пръстен, стабилизирайки бензеновия пръстен и притежавайки уникални химични свойства.

Въглеродни връзки в пиридинов пръстен:
Структурата на 3-бромоизопиновата киселина включва също пиридинов пръстен, който се състои от един азотен атом и четири въглеродни атома. Азотният атом образува сигма връзка с два съседни въглеродни атома и водородна връзка с водороден атом. Връзката въглерод-въглерод в пиридиновия пръстен също показва спрегната система, подобна на бензеновия пръстен. Поради наличието на несподелена двойка електрони в пиридиновия пръстен, той може да се използва като електрофилен реагент в химични реакции.

Въглеродни връзки в карбоксилни групи:
Структурата на 3-бромоизопинова киселина също съдържа карбоксилна група (- COOH). Въглеродният атом в карбоксилната група образува връзка с кислородния атом в карбоксилната група, докато другият кислороден атом образува полярна връзка с водородния атом в карбоксилната група. Тази въглеродно-кислородна връзка има висока полярност и е характеристика на киселинните съединения.

В момента доминиращият индустриален процес за производство3-бромоизоникотинова киселинае окислението на 3-бромо-4-метилпиридин. Този зрял път се характеризира с висока селективност на реакцията, малко странични продукти и отлична чистота на продукта и е напълно приложим за широкомащабно търговско производство.

Целият процес се състои от два основни етапа: подготовка на бромиран прекурсор и окисление на метилова група до карбоксилна група, с меки реакционни условия и превъзходна контролируемост навсякъде.

Първият етап е синтез на прекурсор. Използвайки евтин-и лесно достъпен 4-метилпиридин като изходен материал и течен бром като бромиращ агент, специфичното за мястото-бромиране се извършва при постоянна температура на обратен хладник. Чрез регулиране на дозираното съотношение на брома и реакционната температура, нежеланото бромиране в други позиции на пиридиновия пръстен се потиска, така че да се увеличи максимално добива на 3-бромиран продукт.

След завършване на реакцията, сместа се охлажда до стайна температура и се гаси с ледена вода. Добавя се разтвор на натриев хидроксид за неутрализиране на системата. След това се извършват множество екстракции с етилацетат, сушене над безводен натриев сулфат и вакуумна дестилация, за да се получи 3-бромо-4-метилпиридин с висока -чистота. Добивът от тази стъпка остава стабилно над 60%.

Вторият етап е каталитично окисление. Пречистен 3-бромо-4-метилпиридин се разтваря в дейонизирана вода, последвано от добавяне на кобалт-меден композитен катализатор. Сместа се нагрява до 85-90 градуса и непрекъснато се въвежда кислород при атмосферно налягане, за да се извърши окисление, което селективно превръща метиловата група на пиридиновия пръстен в карбоксилна група.

След реакцията твърдият катализатор се отстранява чрез горещо филтруване до получаване на бистър филтрат. Филтратът бавно се регулира до слабо киселинност, което води до масивна утайка от бяло сурово твърдо вещество. Суровият продукт се пречиства допълнително чрез прекристализация от ацетон и се суши под вакуум за отстраняване на примесите, като се получава продуктът с висока -чистота. Добивът от този етап на окисление достига приблизително 88%. Общият добив и чистотата на продукта от процеса напълно отговарят на стандартите за индустриално производство.

Обикновено се приемат два лесни синтетични пътя за-лабораторна подготовка в малък мащаб. Първият е директно бромиране на изоникотинова киселина. N-бромосукцинимид (NBS) се използва като мек бромиращ агент и реакцията протича при стайна температура в кисела система от разтворители.

Този метод изисква проста работа и основно оборудване, но въпреки това не показва региоселективност и има тенденция да произвежда полибромирани странични -продукти, което води до трудно пречистване и добив под 40%. Подходящ е само за предварителни експериментални изследвания.

Вторият метод е ниско{0}}температурно литиране и карбоксилиране. Започвайки от 3-бромопиридин, сайт-специфичното литиране се осъществява при ултраниска температура със силен основен бутиллитий, последвано от карбоксилиране чрез въвеждане на въглероден диоксид.

Този път има по-малко стъпки, но изисква скъпи реагенти и сурови реакционни условия с ниска толерантност към грешки. Използва се само за приготвяне на малки количества проби с висока-чистота и не може да се адаптира за промишлено производство.

Неговата молекула съдържа три основни реактивни структури: пиридинов пръстен, бромен атом на 3-та позиция и карбоксилна група на 4-та позиция. Отличава се с висока химическа реактивност и неговите функционални групи могат да претърпят широк спектър от класически органични реакции.

Карбоксилната група проявява общи свойства на карбоксилните киселини. Може да претърпи естерификация и амидиране, катализирано от киселини или кондензиращи агенти, и да се редуцира до хидроксиметил чрез редуциращи агенти като литиево-алуминиев хидрид. При относително силна киселинност може да се неутрализира с алкали, за да образува соли във водни и алкохолни разтвори.

Свързаният с пръстен -бромен атом служи като ключово реактивно място. Той участва в катализираното от паладий-свързване на Suzuki и Buchwald-Hartwig аминиране и може също да бъде заместен от нуклеофилни групи, включително циано и алкилтио групи. Следователно, той е широко използван градивен елемент за синтезиране на полизаместени пиридинови производни.

Азотният атом на пиридиновия пръстен показва слаба алкалност и може да образува соли с неорганични киселини. Общата електронна плътност на пиридиновия пръстен е ниска, което го прави податлив на реакции на електрофилно заместване като нитриране и вторично халогениране.

Този химикал поддържа добра химическа стабилност в твърдо състояние при стайна температура. Когато се съхранява в суха, запечатана и тъмна среда, чистотата му не показва видим спад в рамките на няколко месеца. Има умерена термична устойчивост и рядко се разлага в температурния диапазон на топене. Въпреки това, продължителното нагряване при високи температури постепенно ще доведе до дебромиране и декарбоксилиране, генерирайки пиридин-базирани-съпътстващи продукти.

Той е устойчив на слаби киселини и слаби основи, а основната му структура остава непокътната при действието на разредени киселини и слаби основи при стайна температура. Независимо от това, концентрираните силни алкали или високо{1}}температурните силно алкални условия са склонни да задействат хидролиза на бромния атом, докато продължителният обратен хладник в концентрирани силни киселини води до декарбоксилиране.

Химикалът е чувствителен към светлина. Дългосрочното-излагане на ултравиолетова светлина или слънчева светлина ще причини постепенна фотолиза, водеща до загуба на бром, обезцветяване и намаляване на чистотата.

Освен това той е склонен да реагира със силни окислители и силни редуциращи агенти и съвместното-съхраняване с такива вещества ще ускори влошаването. Той се разтваря стабилно в обикновени органични разтворители, включително метанол, DMF и DMSO при стайна температура, но все пак настъпва бавно разграждане, когато разтворът се нагрява за продължителен период от време.