5-ブロモニコチノニトリル通常、白色または淡黄色の固体粉末の形をしています。分子量は約 183.01 g/mol、CAS 35590-37-5、分子式 C6H3BrN2、密度は約 1.72 g/cm 3 です。通常の環境下では安定しており、容易に分解されません。これは、化合物が大きな化学変化を起こすことなく、適切な環境で長期間保存できることを意味します。ただし、高温や紫外線などの悪条件に長時間さらされると、安定性に影響を与える可能性があります。
エタノール、エーテルなどのさまざまな有機溶媒に溶解します。水への溶解度が比較的低いということは、この化合物が水に対して弱い親和性を持っていることを示しています。この化合物はニトリル原子や臭素原子などの活性基を持っているため、さまざまな化学反応に関与できます。たとえば、さまざまな求核試薬との置換反応や付加反応を起こしたり、エステル化、還元、その他の反応を通じて他の価値のある化合物に変換したりすることができます。
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化学式 |
C6H3BrN2 |
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正確な質量 |
182 |
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分子量 |
183 |
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m/z |
182 (100.0%), 184 (97.3%), 183 (6.5%), 185 (6.3%) |
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元素分析 |
C、39.38; H、1.65; Br、43.66; N、15.31 |
環境保護における役割
5-ブロモニコチノニトリル環境保護の分野で重要な役割を果たしています。触媒または反応剤として使用すると、有毒物質や有害物質を変換し、環境への影響を大幅に軽減できます。具体的には、さまざまな化学反応に関与し、有毒化学物質を無害または低毒性の物質に変換し、それによって環境や生物に対するこれらの物質の害を効果的に軽減します。
有毒物質や有害物質を変換し、環境への影響を軽減するための触媒または反応剤として使用できます。たとえば、化学反応に関与して、有毒化学物質を無害または低毒性の物質に変換し、それによって環境や生物への害を軽減します。
廃水処理においては、廃水中の有害物質を除去するための凝集剤や吸着剤として使用できます。
廃水中の有害イオンや有機物と反応し、吸着したり無害な物質に変換します。これにより、廃水中の有害物質の含有量が削減されるだけでなく、排出基準やリサイクルの要件も満たされ、水域の安全と生態環境が保護されます。
3. 土壌浄化
土壌浄化にも可能性を秘めています。土壌中の有毒物質や有害物質のリスクを軽減するための土壌改良剤または化学固定剤として使用できます。
土壌中の有害物質と反応することで、安定した化合物に変換したり、土壌に固定したりすることで、環境や生態系へのリスクを軽減します。これは、土壌汚染を軽減し、土壌の質を改善し、生態系の回復と持続可能な開発を促進するのに役立ちます。
大気汚染対策にも応用できる可能性がある。大気中の有害物質を変換する触媒または反応剤として使用できます。
反応に参加することで、大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物などの有害なガスを無害または低毒性の物質に変えることができます。たとえば、大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物などの有害なガスを無害または低毒性の物質に変換する反応に参加することができ、これらの有害なガスが環境や人間の健康に与える影響を軽減し、大気の質を改善するのに役立ちます。
機能性材料における役割
この生成物は、ハイエンドの複素環機能性材料の合成に不可欠な有機構成要素です。{0}ピリジン環、臭素原子、シアノ基によって形成される複数の反応部位により、この化合物は分子修飾や配位に優れた能力を発揮します。
金属有機フレームワーク（MOF）材料では、ピリジン窒素原子が銅や亜鉛などの金属イオンと配位し、シアノ基と相乗結合を形成して、構造的に規則正しく細孔調整可能な蛍光 MOF を構築できます。-
安定した光学特性を特徴とするこのような材料は、優れた検出精度と耐干渉性能を備え、環境モニタリング、生物蛍光センシング、マイクロ発光コンポーネントに広く応用されています。{{0}{1}}有機オプトエレクトロニクス材料の分野では、電子欠損ピリジン骨格は分子エネルギー レベルを制御し、電子輸送効率を向上させることができます。-
カップリング、環化、その他の反応を介して誘導体化すると、有機電界効果トランジスタや有機光起電力デバイス用の共役有機半導体の合成に使用でき、キャリア移動度や光電変換効率が効果的に向上します。{0}
さらに、ポリマー材料のグラフト修飾の前駆体として機能し、耐熱性、化学的安定性、光電子特性を向上させます。これは、フレキシブル エレクトロニクスと特殊ポリマー材料の研究、開発、産業応用を促進し、有機合成とハイエンド機能材料をつなぐ重要な中間手段として機能します。-
実験室でのさまざまな合成方法があります。5-ブロモニコチノニトリル、次に、一般的に使用される 2 つの合成方法を示します。
方法 1
HClO + NaBr + C2H5ああ→C6H3BrN2+ 塩化ナトリウム + H2O
上の方程式は、エタノール溶媒中での塩化シアンと臭化ナトリウムの置換反応を表しており、5-ブロモニコチンニトリルと塩化ナトリウム、エタノール、水などの副生成物が生成します。
この反応は典型的な求核置換反応であり、塩化シアンが求核試薬として作用して臭化ナトリウム中の臭素原子を攻撃し、新しい炭素窒素結合を生成します。
乾燥したフラスコ中で塩化シアンと臭化ナトリウムを1:1の割合で混合し、溶媒としてエタノールを適量加えます。
混合物を撹拌しながら還流温度（約７０〜８０℃）まで加熱し、混合物が透明になるまで約２〜３時間還流反応させる。
反応終了後、反応液を室温まで冷却し、生成した臭化ナトリウム沈殿をろ過して除去する。
ろ液にアンモニア水を適量加え、pHを酸性に調整します。このとき、溶液から５－ブロモニコチンニトリルの結晶が析出する。
結晶を濾過し、少量のエタノールと水で洗浄して余分な不純物を除去します。
結晶を風乾するか乾燥させて、5-ブロモニコチンニトリル生成物を得る。
方法 2
エタノール溶媒におけるシアン化ナトリウムと臭素の置換反応:NaCN + Br2 + C2H5ああ→C6H3BrN2 + NaBr + HCN + H2O
この反応は典型的な求核置換反応であり、シアン化ナトリウムが求核試薬として作用して臭素分子内の臭素原子を攻撃し、新しい炭素窒素結合を生成します。この反応では溶媒としてエタノールを使用すると反応が促進されます。
塩化マグネシウムを電解溶解してマグネシウム:MgClを生成2(溶融) → Mg + Cl2 ↑
この反応では、溶融塩化マグネシウムを電気分解することにより、マグネシウムイオンが金属マグネシウムに還元されます。塩化マグネシウムは溶融状態で電離し、マグネシウムイオンと塩化物イオンを生成します。電気分解プロセス中、電流は溶融した塩化マグネシウムを通過し、マグネシウムイオンが電子を獲得してマグネシウム金属に還元されます。同時に、塩素イオンは電子を失い、塩素ガスが発生します。
実験の準備
実験室の環境が乾燥していて、整理整頓されており、十分に換気されていることを確認してください。
必要なすべての原料と試薬を準備します: シアン化ナトリウム、臭素、硫酸、エタノールなど。
研究室職員が化学保護メガネ、実験着、化学保護手袋などの適切な個人用保護具を着用していることを確認してください。
シアン化ナトリウムと臭素の混合
乾燥したフラスコにシアン化ナトリウムを適量のエタノールに加え、溶解するまで撹拌します。エタノールの機能は、反応系内でシアン化ナトリウムをよく溶解する溶媒として作用することです。
続いて、臭素をゆっくりと加え、臭素がエタノールに完全に溶解することを確認します。激しい反応による危険を避けるため、ゆっくりと添加するように注意してください。
加熱還流反応
混合物を還流温度（約 70 ～ 80 ℃）まで加熱し、還流状態を維持します。還流反応は反応を促進し、反応物の十分な混合を確実にするのに役立ちます。
還流反応には約 2 ～ 3 時間かかり、その間、反応物の十分な接触と混合を確実にするために継続的な撹拌が必要です。
冷却と濾過
反応が完了したら、混合物を室温まで冷却します。この時点で、5-ブロモニコチンニトリルの結晶が沈殿し始めます。
混合物を濾過し、生成した5-ブロモニコチンニトリル結晶と母液を分離します。母液には未反応の原料やその他の副生成物が含まれています。
洗濯と乾燥
ろ過した生成物結晶を少量のエタノールと水で交互に洗浄し、結晶表面に付着した不純物や未反応物を除去します。
風乾するかオーブンを使用して結晶を適切な温度で乾燥させ、乾燥した 5-ブロモニコチンニトリル生成物を取得します。
実験後の処理
実験場所を清掃し、すべての試薬と廃棄物が実験室の規則に従って廃棄されていることを確認します。特に臭素とシアン化ナトリウムは有毒で腐食性の物質であり、適切に取り扱う必要があります。
実験データと結果を記録し、必要な分析を行います。
さまざまな業界にわたって、5-ブロモニコチノニトリル二官能基の反応性の利点により、かなりの開発可能性を誇ります。製薬分野では、標的薬物、新規抗腫瘍剤、PROTAC 分子の精力的な研究開発が、この中間体に対する市場の需要を継続的に推進しています。{1}農薬業界が低毒性で高効率の製品に移行しているため、ニコチンアミド-ベースの緑色殺菌剤や新しい殺虫剤の商品化により、その適用規模はさらに拡大しています。-
機能性材料業界では、フレキシブルエレクトロニクス、インテリジェントセンサー、新しいオプトエレクトロニクス材料の急速な進歩により、新たな成長の機会が開かれています。一方、業界は臭素化や連続フロー合成などのグリーン生産プロセスの最適化を続けており、これにより廃棄物の排出と製造コストが効果的に削減され、大規模生産が促進されます。-
現在、国内の生産能力は市場競争の激化に伴い徐々に拡大しています。業界は将来、高純度の精製製品、カスタマイズされた合成サービス、高付加価値の下流誘導品-に向けて進化すると予想されます。-全体として、この化合物は医薬品、農薬、機能性材料という 3 つの急成長分野をカバーしています。その市場需要は安定した成長を維持しており、長期的には有望な工業化の見通しと商業的価値を示しています。
この製品の発見は、ピリジン化学およびニコチノニトリル誘導体の研究と密接に関連しています。 19 世紀半ば、スコットランドの化学者トーマス アンダーソンが初めてピリジンを単離し、ピリジン環化学の基礎を築きました。 20世紀初頭、3-シアノピリジン（ニコチノニトリル）が合成され、ビタミンB3の前駆体として注目を集めました。
この生成物は、1960 年代と 1970 年代のハロゲン化ピリジン誘導体の体系的な研究中に初めて合成され、特性が明らかにされました。当初は医薬品および農薬中間体のライブラリーを拡張することを目的としていました。その初期の合成方法には、主に 3-シアノピリジンの臭素化と 5-ブロモニコチンアミドの脱水が含まれていました。
2010 年以降、合成ルートはより環境に優しく、より効率的なものになるよう徐々に最適化されました。カップリング反応や複素環機能性材料の台頭により、多用途の構成要素としてのその価値が継続的に探究され、その用途は実験室研究から工業生産まで発展しました。
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