3-Bromisonikotinsyra CAS 13959-02-9

Molekylformeln för 3-bromoisopinsyra är C6H4BrNO2, som innehåller funktionella grupper som bensenring, pyridinring och karboxylgrupp. Följande är en analys av dess kolbindningsstruktur:

Kolbindningar i bensenringen:
I bensenringen av 3-bromoisopinsyra finns det totalt 6 kolatomer anslutna för att bilda en cirkulär struktur. Varje kolatom bildas mellan två intilliggande kolatomer i Key σ. Dessa kolbindningar är kovalenta bindningar som bildas genom att dela två elektronpar. Eftersom bensenringen har aromatiska egenskaper existerar kol-kolbindningar i konjugerade system. Konjugerade π-elektroner kan röra sig fritt genom hela ringen, stabilisera bensenringen och har unika kemiska egenskaper.

Kolbindningar i pyridinringen:
Strukturen av 3-bromoisopinsyra inkluderar också en pyridinring, som är sammansatt av en kväveatom och fyra kolatomer. En kväveatom bildar en sigmabindning med två intilliggande kolatomer och en vätebindning med en väteatom. Kol-kolbindningen i pyridinringen uppvisar också ett konjugerat system, liknande bensenringen. På grund av närvaron av ensamma elektronpar i pyridinringen kan den användas som ett elektrofilt reagens i kemiska reaktioner.

Kolbindningar i karboxylgrupper:
Strukturen av 3-bromoisopinsyra innehåller också en karboxylgrupp (-COOH). Kolatomen i karboxylgruppen bildar en bindning med syreatomen i karboxylgruppen, medan den andra syreatomen bildar en polär bindning med väteatomen i karboxylgruppen. Denna kolsyrebindning har hög polaritet och är karakteristisk för sura föreningar.

För närvarande är den dominerande industriella processen för att producera3-bromoisonikotinsyraär oxidationen av 3-bromo-4-metylpyridin. Denna mogna väg har hög reaktionsselektivitet, få biprodukter och utmärkt produktrenhet och är fullt användbar för storskalig kommersiell produktion.

Hela processen består av två kärnsteg: framställning av bromerad prekursor och oxidation av metylgrupp till karboxylgrupp, med milda reaktionsförhållanden och överlägsen kontrollerbarhet genomgående.

Det första steget är prekursorsyntes. Med hjälp av låg- och lättillgänglig 4-metylpyridin som utgångsmaterial och flytande brom som bromeringsmedel, utförs platsspecifik bromering under konstant temperaturåterflöde. Genom att reglera dosförhållandet av brom och reaktionstemperatur, undertrycks oönskad bromering vid andra positioner av pyridinringen, för att maximera utbytet av 3-bromerad produkt.

Efter fullbordad reaktion kyls blandningen till rumstemperatur och släcks med isvatten. Natriumhydroxidlösning tillsätts för att neutralisera systemet. Därefter utförs flera extraktioner med etylacetat, torkning över vattenfritt natriumsulfat och vakuumdestillation för att erhålla hög-ren 3-brom-4-metylpyridin. Utbytet av detta steg förblir stadigt över 60%.

Det andra steget är katalytisk oxidation. Renad 3-brom-4-metylpyridin löses i avjoniserat vatten, följt av tillsats av kobolt-kopparkompositkatalysator. Blandningen värms upp till 85–90 grader och syre vid atmosfärstryck införs kontinuerligt för att genomföra oxidation, som selektivt omvandlar metylgruppen på pyridinringen till en karboxylgrupp.

Efter reaktionen avlägsnas den fasta katalysatorn genom varmfiltrering för att erhålla ett klart filtrat. Filtratet justeras långsamt till svagt surt, vilket resulterar i massiv utfällning av vitt orent fast ämne. Råprodukten renas ytterligare genom omkristallisation från aceton och torkas under vakuum för att avlägsna föroreningar, vilket ger produkten med hög -renhet. Utbytet av detta oxidationssteg når ungefär 88 %. Processens totala utbyte och produktrenhet uppfyller helt industriella produktionsstandarder.

Två enkla syntetiska vägar används vanligtvis för små-laboratorieförberedelser. Den första är direkt bromering av isonicotinsyra. N-bromsuccinimid (NBS) används som ett milt bromeringsmedel och reaktionen fortskrider vid rumstemperatur i ett surt lösningsmedelssystem.

Denna metod kräver enkel användning och grundläggande utrustning, men den visar ingen regioselektivitet och tenderar att producera polybromerade-biprodukter, vilket leder till svår rening och ett utbyte under 40 %. Den är endast lämplig för preliminär experimentell forskning.

Den andra metoden är litiering och karboxylering vid låg-temperatur. Med utgångspunkt från 3-brompyridin implementeras-platsspecifik litium under ultralåg temperatur med stark basbutyllitium, följt av karboxylering via koldioxidintroduktion.

Denna väg har färre steg, men den kräver dyra reagens och hårda reaktionsförhållanden med låg feltolerans. Det används bara för att förbereda små mängder av hög-prover och kan inte anpassas för industriell produktion.

Molekylen av den innehåller tre huvudreaktiva strukturer: en pyridinring, en bromatom i 3-positionen och en karboxylgrupp i 4-positionen. Den har hög kemisk reaktivitet och dess funktionella grupper kan genomgå ett brett utbud av klassiska organiska reaktioner.

Karboxylgruppen uppvisar allmänna egenskaper hos karboxylsyror. Den kan genomgå förestring och amidering katalyserad av syror eller kondensationsmedel, och reduceras till hydroximetyl genom reduktionsmedel såsom litiumaluminiumhydrid. Med relativt stark surhet kan den neutraliseras med alkalier för att bilda salter i vattenhaltiga och alkoholhaltiga lösningar.

Den ringbundna-bromatomen fungerar som en viktig reaktiv plats. Den deltar i palladium-katalyserad Suzuki-koppling och Buchwald-Hartwig-aminering och kan även ersättas med nukleofila grupper inklusive cyano- och alkyltiogrupper. Därför är det en allmänt använd byggsten för att syntetisera polysubstituerade pyridinderivat.

Kväveatomen på pyridinringen visar svag alkalinitet och kan bilda salter med oorganiska syror. Den totala elektrontätheten för pyridinringen är låg, vilket gör den mottaglig för elektrofila substitutionsreaktioner såsom nitrering och sekundär halogenering.

Denna kemikalie bibehåller god kemisk stabilitet i fast tillstånd vid rumstemperatur. När den förvaras i en torr, förseglad och mörk miljö visar dess renhet ingen tydlig minskning inom flera månader. Det har måttligt termiskt motstånd och sönderdelas sällan inom sitt smälttemperaturområde. Men långvarig uppvärmning vid höga temperaturer kommer gradvis att orsaka debromering och dekarboxylering, vilket genererar pyridin-baserat på-produkter.

Den är resistent mot svaga syror och svaga baser, och dess moderstruktur förblir intakt under inverkan av utspädda syror och svaga baser vid rumstemperatur. Icke desto mindre tenderar koncentrerade starka alkalier eller starkt alkaliska förhållanden vid hög-temperatur att utlösa hydrolys av bromatomen, medan förlängt återflöde i koncentrerade starka syror leder till dekarboxylering.

Kemikalien är känslig för ljus. Lång-exponering för ultraviolett ljus eller solljus kommer att orsaka gradvis fotolys, vilket resulterar i bromförlust, missfärgning och minskning av renheten.

Dessutom tenderar det att reagera med starka oxidanter och starka reduktionsmedel, och sam{0}}lagring med sådana ämnen kommer att påskynda försämringen. Det löser sig stabilt i vanliga organiska lösningsmedel inklusive metanol, DMF och DMSO vid rumstemperatur, men långsam nedbrytning sker fortfarande när lösningen värms upp under en längre period.