4-меркаптопиридин, Известен също като 4-пиридинетиол. Чистият продукт е бял до светло жълто твърдо вещество. Тя може да бъде разтворима във вода, но разтворимостта му не е висока. При стайна температура само около 6 грама от това съединение могат да бъдат разтворени в 100 грама вода. Въпреки това, с увеличаването на температурата, неговата разтворимост също се увеличава съответно. При отопление повече 4mercaptopyridine може да се разтвори във вода. Молекулната структура съдържа един серен атом и един азотен атом. Сявният атом е свързан с два водородни атома и един азотен атом, образувайки пет член на пръстен. Този пет членове на пръстена е свързан с друг азотен атом, образувайки крайната пиридинова структура. Това е съединение, съдържащо тиолови групи и следователно има някои специални химични свойства. Той е предразположен към сложни реакции с йони на тежки метали, генерирайки стабилни комплекси. Може да се използва за разделяне и обогатяване на йони на тежки метали, както и за етикетиране и откриване в протеинов електрофореза и имуноанализ.
|
|
 |
|
Химическа формула |
C5H5NS |
|
Точна маса |
111.01 |
|
Молекулно тегло |
111.16 |
|
m/z |
111.01 (100.0%), 112.02 (5.4%), 113.01 (4.5%) |
|
Елементарен анализ |
C, 54.02; H, 4.53; N, 12.60; S, 28.84 |
4-меркаптопиридине органично съединение, съдържащо сяра, което има широки приложения в много полета поради уникалната си молекулна структура и химични свойства.
Електрохимия
Като електроактивно вещество за изграждане на високоефективни електрохимични устройства, като батерии, суперкондензатори и сензори. Поради пиридиновия си пръстен и тиолната група в молекулната си структура, той може да претърпи редокс реакции и има електрохимична активност. Следователно, електрохимичните устройства, базирани на 4 меркаптопиридин, могат да бъдат заредени и изхвърлени при ниско напрежение и имат отлична електрохимична характеристика и стабилност на колоездене.
Материално наука
За синтезиране на органични функционални материали и наноструктурирани материали. Поради наличието на пиридинов пръстен и тиолна група в молекулната му структура, той може да претърпи химични реакции с други молекули или групи за генериране на нови органични или наноструктурирани материали. Например, той може да реагира с полимери за генериране на полимерни материали със специфични функции и свойства. В допълнение, той може да се използва и за модифициране на повърхността на наночастиците, за да се променят техните физически и химични свойства.
Биология
Да се изследва структурата и функцията на биомолекулите, както и да се изследват взаимодействията между биомолекулите. Поради способността си да претърпи сложни реакции с йони на тежки метали, той може да се използва за изследване на ролите и ефектите на металните йони в биомолекулите. В допълнение, той може да се използва и за етикетиране и откриване на биомолекули като протеини, нуклеинови киселини и захари. Например, той може да се свърже с антитела за етикетиране и откриване в имуноанализ.
Развитие на наркотици
Служи като лиганд за проектиране на нови лекарства. Поради пиридиновия си пръстен и тиолната група в молекулната си структура, той може силно да взаимодейства с биомолекулите, като по този начин се отрази на тяхната функция и активност. Следователно, лигандите въз основа на 4 меркаптопиридин могат да бъдат използвани за развитие на противоракови лекарства, антибактериални лекарства и други терапевтични лекарства. В допълнение, той може да се използва и за регулиране на метаболитните процеси на биомолекули за лечение на различни заболявания.
Други полета
В допълнение към гореспоменатите полета, той може да се използва и за приложения в други полета. Например, той може да се използва като катализатор за синтеза на полимерни материали и органични съединения. В допълнение, той може да се използва и за изследване на физическите и химичните свойства и квантовите химични изчисления.
в координационната химия
4-меркаптопиридин(4-MPY) е универсален лиганд в координационната химия поради способността му да се координира както с преходни метали, така и с редки метали, образувайки комплекси с различни структури и свойства. Тези метални комплекси са предизвикали значителен интерес за потенциалните си приложения в катализата, магнитните материали и луминисцентните материали. По -долу е подробно проучване на неговото координационно поведение, структурно разнообразие и приложения.
Реактивността на 4-MPY произтича от двата му потенциални донорски атома: азотът на пиридиновия пръстен и сярата на тиолната група. В зависимост от условията на металния йон и реакцията, 4-MPY може да прояви множество режими на координация:
- Монодентатна координация: Лигандът може да се свърже само чрез азот или сярна атом, въпреки че азотната координация често се благоприятства поради по -силната му основа.
- Координация на бидентат: Както азотните, така и сярните атоми могат да участват в свързване, образувайки хелативни пръстени, които повишават стабилността на комплекса.
- Мостова координация: В полимерни или разширени структури 4-MPY може да действа като мост между два или повече метални центъра, допринасяйки за образуването на координационни полимери или метало-органични рамки (MOFs).
Тази адаптивност позволява 4-MPY да стабилизира широк спектър от метални комплекси с различни геометрии, от мононуклеар до полинуклеар.
Многобройни метални комплекси от 4-MPY са синтезирани и структурно характеризирани, като предоставят представа за тяхната координационна среда и свойства.
- Сребърни (i) комплекси: Синтезът на сребърни (I) 4-MPY комплекси често включва реакцията на агно₃ с 4-MPY в разтвор. Тези комплекси обикновено проявяват линейни или тригонални равнинни геометрии около сребърния център, като лигандът се координира чрез азот или сяра. Например, [Ag (4-MPY) ₂] не е съобщено, че 4-MPY действа като монодентат N-донор лиганд.
- Кадмий (ii) комплекси: Кадмийът (ii) образува по-сложни структури с 4-MPY поради по-високия си координационен номер. 4-MPY комплексите са синтезирани полимерни кадмий (II), включващи лиганда в режим на мостове, свързващи CD²⁺ йони в едномерни вериги или двумерни слоеве. Кристалните структури разкриват, че серенният атом често участва в свързване, в допълнение към азота, което води до бидентатна или мостова координация.
Спектроскопските техники, като ЯМР, IR и UV-VIS спектроскопия, се използват за изследване на електронната среда на комплексите, докато рентгеновата кристалография предоставя окончателна структурна информация.
4-MPY-базирани метални комплекси показаха обещание като катализатори при различни органични трансформации. Способността на лиганда да модулира електронните свойства на металния център засилва неговата каталитична активност и селективност.
- Окислителни реакции: Някои метални комплекси от 4 mpy са изследвани като катализатори за окисляването на алкохоли до алдехиди или кетони. Сядният атом може да играе роля за стабилизиране на реактивни междинни съединения или улесняване на преноса на кислород.
- Реакции на свързване на CC: Комплексите на преходните метали на 4-MPY са изследвани за техния потенциал при реакции на кръстосано свързване, като реакции на Suzuki или Heck, поради способността им да активират арил халиди или олефини.
Настройването на координационната среда позволява оптимизиране на каталитичните характеристики чрез промяна на металните йонни или лиганд -заместители.
Определени 4-MPY метални комплекси проявяват интересни магнитни свойства, което ги прави кандидати за молекулни магнити или въртящи се кросоувър материали.
- Полинуклеарни комплекси: Комплексите, съдържащи множество метални йони, мостови от 4-MPY лиганди, могат да показват магнитно свързване между металните центрове, което води до явления като феромагнетизъм или антиферромагнетизъм.
- Спиново кръстосано поведение: Съобщава се, че някои желязо (ii) 4-MPY комплекси претърпяват спин преходи, където металните йони се превключва между състояния с високо спиране и ниско спиране в отговор на температура или светлина, с потенциални приложения при съхранение или сензорно съхранение.
Дизайнът на такива материали разчита на контролиране на силата на полето на лиганда и междумолекулните взаимодействия в комплекса.
4-MPY метални комплекси също показват потенциал при луминисцентни приложения, като сензори, OLED или биоизобразяващи агенти.
- Лантанидни комплекси: Редките земни метални комплекси от 4-MPY, особено тези, съдържащи европий (III) или тербий (III), могат да проявяват интензивна луминесценция поради ефекта на антената, където лигандът абсорбира светлината и прехвърля енергията към металния йон, който след това излъчва при характерна дължина на вълната.
- Комплекси за преходни метали: Някои медни (i) или цинкови (ii) 4-MPY комплекси са открити във видимия регион, с потенциални приложения в технологиите за осветление или показване.
Фотофизичните свойства на тези комплекси могат да бъдат прецизирани чрез промяна на структурата на лиганда или металната среда
Процес и механизъм на основното синтез
Индустриалното производство на4-меркаптопиридинглавно следва основния път на реакцията на заместване между 4-хлоропиридин и тиоамидокарбоксилат. Тази реакция се провежда в полярни разтворители (като DMF) на 80-120 градуса за 6-12 часа. Тиоанионната сяра на тиоамидокарбоксилат атакува 4-въглерода на 4-хлоропиридин, а хлоридният йон действа като напускаща група, която трябва да бъде заменена, генерирайки целевия продукт. Този маршрут има лесно достъпни суровини (4-хлоропиридин е често срещан химичен продукт), леки реакционни условия и скоростта на реакцията може да бъде подобрена чрез оптимизиране на съотношението на разтворителя (като смесване на DMF с толуен). Процесът след лечение приема метода за кристализация на утаяването на водата. Суровият продукт се кристализира отново с етанол и чистотата може да достигне над 98%, което го прави подходящ за мащабно производство.
Сред алтернативните маршрути реакцията на добавяне на 4-бромопиридин с сероводород привлича вниманието поради по-ниската цена на суровините (цената на 4-бромопиридин е приблизително 70% от тази на 4-хлоропиридин). Тази реакция се провежда в реактор с високо налягане, използвайки етанол като разтворител, като се въвежда H₂s газ и реакцията се провежда на 100-150 градуса в продължение на 8-16 часа. Междинният 4-меркаптопиридин водороден сулфат се утаява след неутрализиране от алкален разтвор и продуктът се получава след изсушаване. Този маршрут обаче изисква оборудване с високо налягане, а токсичността на H₂s (граница на професионална експозиция от 10 ppm) налага изключително високи изисквания за контрол на безопасността. В момента само няколко предприятия приемат този маршрут.
Оптимизация на процесите и технологични иновации
Технология за непрекъснато производство на потоци
Zhejiang Xinhecheng Company developed a UV light (365 nm) driven microchannel reactor, which shortened the traditional batch synthesis reaction time from 24 hours to 45 minutes, and increased the yield from 68% to 92%. The high specific surface area of the microchannel (>>5000 m²/m³) повишава ефективността на трансфер на маса, докато UV светлината активира молекулите на реагента, намалявайки енергията на активиране.
Зелен химичен процес
Екипът от университета Jiangnan използва модифицираната трансаминаза (ECOAT-7), за да постигне директно хлорометилиране на пиридиновия пръстен, като избягва използването на силно токсичния хлорометилов етер. Ензимната каталитична система реагира на 37 градуса и рН 7,5 в продължение на 4 часа, с селективност на продукта от 95%и спечели „Наградата за зелена химия“ през 2024 г. Този маршрут отговаря на правилата за постигане на ЕС относно веществата с висока загриженост (SVHC), предоставяйки решение за спазване на експортните предприятия.
Надстройка на технологията за пречистване
Технологията за екстракция на Supercritical Co₂ замества традиционното хроматографско оборудване за пречистване, което дава възможност за вътрешно производство на продукти от фармацевтично ниво. Тази технология използва характеристиките на разтворимостта на CO₂ в критичната точка (31,1 градус, 7,38 MPa) за селективно извличане на примеси, като чистотата на продукта надвишава 99,5%и няма риск от остатъци от разтворител.
Стандарти за контрол на качеството и безопасност
Основни индикатори за качество
Фармацевтичен клас4-меркаптопиридинИзисква контрол на съдържанието на меркаптан (по -голямо или равно на 98,0%), остатъци от тежки метали (<10 ppm), and microbial limits (<100 CFU/g). The HPLC method (C18 column, methanol-water mobile phase) is a commonly used detection method, with the detection wavelength at 254 nm.
Оперативни точки за безопасност
Реакционната система трябва да бъде защитена от азотен газ, за да се предотврати окисляването на меркаптан.
Западният газ H₂s се абсорбира от алкален разтвор и се превръща в натриев сулфид, със скорост на възстановяване до 90%.
Температурата на процеса на сушене трябва да бъде под 60 градуса, за да се избегне разлагането на продукта.
Пазарни тенденции и анализ на веригата на индустрията
Драйвер за растеж на търсенето:
Като ключов междинен продукт за EGFR инхибитора Osimertinib, глобалното търсене на 4-меркаптопиридин надвишава 120 тона през 2024 г., с увеличение на годишна година от 35%. „Новите действия за управление на замърсителите“ в Китай ограничиха използването на хлорометилов етер, принуждавайки предприятията да приемат зелени процеси като ензимна катализа и се очаква, че скоростта на производство на фармацевтични продукти ще се увеличи до 60% от 2025 до 2027 г.
Колебания на цената на суровините:
Цената на пиридин се влияе от търсенето на никотин, с 22% на годишна база на Q 4 2024. Био-базираният път на пиридин синтез (като преобразуване на царевична слама) се превърна в изследователска гореща точка. Този маршрут използва глюкозата като суровина и се произвежда чрез микробна ферментация, с цена с 15% по -ниска от традиционния петролен маршрут.
Геополитическо въздействие:
Американският „Закон за биопроизводството“ ограничава износа на 4-меркаптопиридин до американските фармацевтични предприятия, като подтиква местните предприятия да създадат бази за пълнене в чужбина (като Мексико). В същото време AI платформата „Молекулен строител“ на Zehetinger може да проектира алтернативни структури, принуждавайки предприятията да ускорят патентното оформление за приложения надолу по веригата.
Бъдеща пътна карта на технологията
2025-2027:
Постигнете напълно зелен синтетичен път, използвайки 100% суровини на базата на биологична основа (като глюкозна ферментация към пиридин).
Сътрудничество с DeepMind, за да разработите модел за прогнозиране на ефективността за 4-меркаптопиридинови производни, съкращавайки новия цикъл на разработване на лекарства до 18 месеца.
2028-2030:
Насърчаване на непрекъснатата технология за свързване на катализа на потока-ензима, като производственият капацитет на едноредовата линия се увеличава до 500 тона годишно.
Разработете 4-меркаптопиридин на базата на MOFS материали, за да разширите приложението им при съхранение и отделяне на газ.
Популярни тагове: 4-меркаптопиридин CAS 4556-23-4, доставчици, производители, фабрика, на едро, купуване, цена, насипно състояние, за продажба