Kwas 3-bromoizonikotynowy CAS 13959-02-9

Wzór cząsteczkowy kwasu 3-bromoizopiny to C6H4BrNO2, który zawiera grupy funkcyjne, takie jak pierścień benzenowy, pierścień pirydynowy i grupa karboksylowa. Poniżej znajduje się analiza struktury wiązań węglowych:

Wiązania węglowe w pierścieniu benzenowym:
W pierścieniu benzenowym kwasu 3-bromoizopiny znajduje się łącznie 6 atomów węgla połączonych w strukturę kołową. Każdy atom węgla powstaje pomiędzy dwoma sąsiadującymi atomami węgla w kluczu σ. Te wiązania węglowe są wiązaniami kowalencyjnymi utworzonymi przez współdzielenie dwóch par elektronów. Ponieważ pierścień benzenowy ma właściwości aromatyczne, wiązania węgiel-węgiel występują w układach sprzężonych. Sprzężone elektrony π mogą swobodnie poruszać się po całym pierścieniu, stabilizując pierścień benzenowy i posiadając unikalne właściwości chemiczne.

Wiązania węglowe w pierścieniu pirydynowym:
Struktura kwasu 3-bromoizopiny obejmuje również pierścień pirydynowy, który składa się z jednego atomu azotu i czterech atomów węgla. Atom azotu tworzy wiązanie sigma z dwoma sąsiednimi atomami węgla i wiązanie wodorowe z atomem wodoru. Wiązanie węgiel-węgiel w pierścieniu pirydynowym również wykazuje układ sprzężony, podobny do pierścienia benzenowego. Ze względu na obecność wolnych par elektronowych w pierścieniu pirydynowym może być stosowany jako odczynnik elektrofilowy w reakcjach chemicznych.

Wiązania węglowe w grupach karboksylowych:
Struktura kwasu 3-bromoizopiny zawiera również grupę karboksylową (- COOH). Atom węgla w grupie karboksylowej tworzy wiązanie z atomem tlenu w grupie karboksylowej, podczas gdy drugi atom tlenu tworzy wiązanie polarne z atomem wodoru w grupie karboksylowej. To wiązanie węgiel-tlen ma wysoką polarność i jest charakterystyczne dla związków kwasowych.

Obecnie dominującym procesem przemysłowym do produkcjiKwas 3-bromoizonikotynowyoznacza utlenianie 3-bromo-4-metylopirydyny. Ta dojrzała metoda charakteryzuje się wysoką selektywnością reakcji, niewielką liczbą produktów ubocznych i doskonałą czystością produktu i ma pełne zastosowanie w produkcji komercyjnej na dużą skalę.

Cały proces składa się z dwóch głównych etapów: przygotowania bromowanego prekursora i utleniania grupy metylowej do grupy karboksylowej, przy łagodnych warunkach reakcji i doskonałej kontroli przez cały czas.

Pierwszym etapem jest synteza prekursorów. Stosując tanią-i łatwo dostępną 4-metylopirydynę jako materiał wyjściowy i ciekły brom jako środek bromujący, bromowanie-specyficzne dla miejsca przeprowadza się w temperaturze wrzenia pod chłodnicą zwrotną. Regulując stosunek dawki bromu i temperaturę reakcji, eliminuje się niepożądane bromowanie w innych pozycjach pierścienia pirydynowego, tak aby zmaksymalizować wydajność 3-bromowanego produktu.

Po zakończeniu reakcji mieszaninę schładza się do temperatury pokojowej i reakcję zatrzymuje wodą z lodem. W celu zneutralizowania układu dodaje się roztwór wodorotlenku sodu. Następnie przeprowadza się wielokrotne ekstrakcje octanem etylu, suszenie nad bezwodnym siarczanem sodu i destylację próżniową w celu otrzymania-3-bromo-4-metylopirydyny o wysokiej czystości. Wydajność tego etapu utrzymuje się stale powyżej 60%.

Drugi etap to utlenianie katalityczne. Oczyszczoną 3-bromo-4-metylopirydynę rozpuszcza się w wodzie dejonizowanej, a następnie dodaje katalizator kompozytowy kobalt-miedź. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury 85–90 stopni i w sposób ciągły wprowadza się tlen pod ciśnieniem atmosferycznym w celu przeprowadzenia utleniania, które selektywnie przekształca grupę metylową w pierścieniu pirydynowym w grupę karboksylową.

Po reakcji stały katalizator usuwa się przez filtrację na gorąco, otrzymując klarowny przesącz. Przesącz powoli doprowadza się do słabo kwaśnego odczynu, co powoduje masowe wytrącanie się białego, surowego ciała stałego. Surowy produkt oczyszcza się dalej przez rekrystalizację z acetonu i suszy pod próżnią w celu usunięcia zanieczyszczeń, uzyskując produkt-o wysokiej czystości. Wydajność tego etapu utleniania sięga około 88%. Ogólna wydajność i czystość produktu w procesie w pełni odpowiadają standardom produkcji przemysłowej.

Do preparatów laboratoryjnych na małą skalę powszechnie stosuje się dwie proste drogi syntezy. Pierwszym z nich jest bezpośrednie bromowanie kwasu izonikotynowego. Jako łagodny środek bromujący stosuje się N-bromosukcynimid (NBS), a reakcja przebiega w temperaturze pokojowej w kwaśnym układzie rozpuszczalników.

Metoda ta wymaga prostej obsługi i podstawowego wyposażenia, ale nie wykazuje regioselektywności i zwykle powoduje powstawanie polibromowanych produktów ubocznych-, co prowadzi do trudnego oczyszczania i wydajności poniżej 40%. Nadaje się jedynie do wstępnych badań eksperymentalnych.

Drugą metodą jest-litowanie i karboksylacja w niskiej temperaturze. Zaczynając od 3-bromopirydyny, przeprowadza się-specyficzne litowanie miejscowe w ultraniskiej temperaturze z użyciem mocnej zasady butylolitu, a następnie karboksylację poprzez wprowadzenie dwutlenku węgla.

Ta trasa składa się z mniejszej liczby etapów, ale wymaga drogich odczynników i trudnych warunków reakcji przy niskiej odporności na błędy. Służy jedynie do przygotowywania małych ilości-próbek o wysokiej czystości i nie można go przystosować do produkcji przemysłowej.

Jego cząsteczka zawiera trzy główne struktury reaktywne: pierścień pirydynowy, atom bromu w pozycji 3 i grupę karboksylową w pozycji 4. Charakteryzuje się wysoką reaktywnością chemiczną, a jego grupy funkcyjne mogą ulegać szerokiemu spektrum klasycznych reakcji organicznych.

Grupa karboksylowa wykazuje ogólne właściwości kwasów karboksylowych. Może ulegać estryfikacji i amidowaniu katalizowanemu przez kwasy lub środki kondensujące i redukować do hydroksymetylu za pomocą środków redukujących, takich jak wodorek litowo-glinowy. Przy stosunkowo silnej kwasowości można go zobojętnić zasadami, tworząc sole w roztworach wodnych i alkoholowych.

Atom bromu związany-z pierścieniem służy jako kluczowe miejsce reaktywne. Bierze udział w katalizowanym palladem-sprzęganiu Suzuki i aminowaniu-Hartwiga Buchwalda, a także może być podstawiony przez grupy nukleofilowe, w tym grupy cyjanowe i alkilotio. Dlatego jest szeroko stosowanym elementem konstrukcyjnym do syntezy polipodstawionych pochodnych pirydyny.

Atom azotu w pierścieniu pirydynowym wykazuje słabą zasadowość i może tworzyć sole z kwasami nieorganicznymi. Całkowita gęstość elektronowa pierścienia pirydynowego jest niska, co czyni go podatnym na reakcje podstawienia elektrofilowego, takie jak nitrowanie i wtórne halogenowanie.

Ta substancja chemiczna utrzymuje dobrą stabilność chemiczną w stanie stałym w temperaturze pokojowej. Kiedy jest przechowywany w suchym, zamkniętym i ciemnym miejscu, jego czystość nie wykazuje wyraźnego spadku w ciągu kilku miesięcy. Ma umiarkowaną odporność termiczną i rzadko rozkłada się w zakresie temperatur topnienia. Jednakże długotrwałe ogrzewanie w wysokich temperaturach będzie stopniowo powodować odbromowanie i dekarboksylację, w wyniku czego powstają produkty uboczne-na bazie pirydyny.

Jest odporny na słabe kwasy i słabe zasady, a jego struktura macierzysta pozostaje nienaruszona pod działaniem rozcieńczonych kwasów i słabych zasad w temperaturze pokojowej. Niemniej jednak stężone silne zasady lub silnie zasadowe-temperatury mają tendencję do wywoływania hydrolizy atomu bromu, podczas gdy przedłużony refluks w stężonych mocnych kwasach prowadzi do dekarboksylacji.

Substancja chemiczna jest wrażliwa na światło. Długotrwałe-narażenie na światło ultrafioletowe lub światło słoneczne spowoduje stopniową fotolizę, w wyniku której nastąpi utrata bromu, odbarwienie i zmniejszenie czystości.

Ponadto ma tendencję do reagowania z silnymi utleniaczami i silnymi środkami redukującymi, a wspólne-przechowywanie z takimi substancjami przyspiesza niszczenie. Rozpuszcza się stabilnie w zwykłych rozpuszczalnikach organicznych, w tym w metanolu, DMF i DMSO, w temperaturze pokojowej, jednak nadal następuje powolna degradacja, gdy roztwór jest ogrzewany przez dłuższy czas.