3-ブロモイソニコチン酸 CAS 13959-02-9

3-ブロモイソピン酸の分子式はC6H4BrNO2であり、ベンゼン環、ピリジン環、カルボキシル基などの官能基を含んでいます。以下はその炭素結合構造の分析です。

ベンゼン環の炭素結合:
3-ブロモイソピン酸のベンゼン環には、合計6個の炭素原子が結合して環状構造を形成しています。各炭素原子は、Key σ 内の 2 つの隣接する炭素原子の間に形成されます。これらの炭素結合は、2 つの電子対の共有によって形成される共有結合です。ベンゼン環は芳香族の性質を持っているため、共役系には炭素炭素結合が存在します。共役π電子は環全体を自由に移動できるため、ベンゼン環が安定化し、独特の化学的性質を持ちます。

ピリジン環の炭素結合:
3-ブロモイソピン酸の構造には、1 つの窒素原子と 4 つの炭素原子で構成されるピリジン環も含まれています。窒素原子は、隣接する 2 つの炭素原子とシグマ結合を形成し、水素原子と水素結合を形成します。ピリジン環の炭素炭素結合もベンゼン環と同様に共役系を示します。ピリジン環には非共有電子対が存在するため、化学反応において求電子試薬として使用できます。

カルボキシル基の炭素結合:
3-ブロモイソピン酸の構造にはカルボキシル基 (-COOH) も含まれています。カルボキシル基の炭素原子はカルボキシル基の酸素原子と結合を形成し、もう一方の酸素原子はカルボキシル基の水素原子と極性結合を形成します。この炭素と酸素の結合は極性が高く、酸性化合物の特徴です。

現在、工業的に主流となっている生産プロセスは、3-ブロモイソニコチン酸3-ブロモ-4-メチルピリジンの酸化です。この成熟したルートは、高い反応選択性、少ない副生成物、優れた生成物純度を特徴としており、大規模な商業生産に完全に適用できます。

プロセス全体は、臭素化前駆体の調製とメチル基のカルボキシル基への酸化という 2 つの主要な段階で構成されており、全体を通して穏やかな反応条件と優れた制御性を備えています。

最初の段階は前駆体合成です。低コストで容易に入手できる 4- メチルピリジンを出発原料として、液体臭素を臭素化剤として使用し、一定温度還流下で部位特異的な臭素化が行われます。-臭素の投与量比と反応温度を制御することにより、ピリジン環の他の位置での望ましくない臭素化が抑制され、3-臭素化生成物の収率が最大化されます。

反応が完了したら、混合物を室温まで冷却し、氷水で急冷する。水酸化ナトリウム溶液を加えて系を中和する。その後、酢酸エチルで複数回抽出し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、真空蒸留を行って、高純度の 3-ブロモ-4-メチルピリジンを取得します。このステップの収率は安定して 60% を超えています。

第 2 段階は接触酸化です。精製した 3- ブロモ-4-メチルピリジンを脱イオン水に溶解し、コバルト銅複合触媒を添加します。混合物を85〜90度に加熱し、大気圧の酸素を連続的に導入して酸化を行うと、ピリジン環のメチル基が選択的にカルボキシル基に変換されます。

反応後、固体触媒を熱濾過により除去し、透明な濾液を得る。濾液をゆっくりと弱酸性に調整すると、白色の粗固体が大量に沈殿する。粗生成物はアセトンからの再結晶によってさらに精製され、真空下で乾燥されて不純物が除去され、高純度の生成物が得られます。-。この酸化ステップの収率は約 88% に達します。プロセスの全体的な収率と製品純度は、工業生産基準を完全に満たしています。

小規模な実験室での準備には、2 つの簡単な合成ルートが一般的に採用されています。- 1 つ目はイソニコチン酸の直接臭素化です。 N- ブロモスクシンイミド (NBS) は穏やかな臭素化剤として使用され、反応は酸性溶媒系中、室温で進行します。

この方法は簡単な操作と基本的な設備を必要としますが、位置選択性がなく、ポリ臭素化生成物が生成する傾向があるため、精製が困難になり、収率が 40% 未満になります。{0}予備的な実験研究にのみ適しています。

2 番目の方法は、低温でのリチウム化とカルボキシル化です。{0} 3-ブロモピリジンから開始し、-強塩基ブチルリチウムを使用して超低温下で部位特異的なリチウム化が行われ、続いて二酸化炭素の導入によるカルボキシル化が行われます。

このルートの手順は少ないですが、高価な試薬とフォールト トレランスの低い過酷な反応条件が必要です。これは、少量の高純度サンプルを調製するためにのみ使用されるものであり、工業生産には適用できません。-

その分子には、ピリジン環、3 位の臭素原子、4 位のカルボキシル基という 3 つの主要な反応性構造が含まれています。高い化学反応性を特徴としており、その官能基は幅広い古典的な有機反応を起こすことができます。

カルボキシル基はカルボン酸の一般的な性質を示します。酸や縮合剤の触媒作用によりエステル化やアミド化が起こり、水素化アルミニウムリチウムなどの還元剤によりヒドロキシメチルに還元されます。比較的強い酸性を持ち、水溶液やアルコール溶液中でアルカリで中和して塩を形成します。

環に結合した臭素原子は、重要な反応部位として機能します。{0}パラジウム-触媒によるスズキカップリングやブッフヴァルト-ハートウィッヒアミノ化に関与し、シアノ基やアルキルチオ基などの求核基で置換することもできます。したがって、多置換ピリジン誘導体を合成するための構成要素として広く使用されています。

ピリジン環の窒素原子は弱アルカリ性を示し、無機酸と塩を形成することがあります。ピリジン環全体の電子密度は低く、ニトロ化や二次ハロゲン化などの求電子置換反応を受けやすくなっています。

この化学物質は、室温で固体状態で良好な化学的安定性を維持します。乾燥した密封された暗所で保管した場合、その純度は数か月以内に明らかな低下を示しません。適度な耐熱性を持ち、溶融温度範囲内ではほとんど分解しません。ただし、高温で長時間加熱すると、徐々に脱臭素化と脱炭酸が起こり、ピリジン-ベースの副生成物が生成されます。-

弱酸や弱塩基に対して耐性があり、室温で希酸や弱塩基の作用下でも親構造はそのまま残ります。それにもかかわらず、濃縮された強アルカリまたは高温の強アルカリ条件では臭素原子の加水分解が引き起こされる傾向があり、一方、濃縮された強酸中での長時間の還流は脱炭酸を引き起こします。

この化学物質は光に敏感です。 -紫外線や太陽光に長期間さらされると、徐々に光分解が起こり、臭素の損失、変色、純度の低下が生じます。

さらに、強力な酸化剤や強力な還元剤と反応する傾向があり、そのような物質と一緒に保管すると劣化が促進されます。{0}}室温ではメタノール、DMF、DMSO などの一般的な有機溶媒に安定に溶解しますが、溶液を長時間加熱すると依然としてゆっくりと分解が起こります。