3-Bromoizonikotinik Asit CAS 13959-02-9

3-bromoizopin asidin moleküler formülü, benzen halkası, piridin halkası ve karboksil grubu gibi fonksiyonel grupları içeren C6H4BrNO2'dir. Aşağıda karbon bağı yapısının bir analizi yer almaktadır:

Benzen halkasındaki karbon bağları:
3-bromoizopin asidin benzen halkasında dairesel bir yapı oluşturacak şekilde birbirine bağlanan toplam 6 karbon atomu vardır. Her karbon atomu, Anahtar σ'daki iki bitişik karbon atomu arasında oluşturulur. Bu karbon bağları iki elektron çiftinin paylaşılmasıyla oluşan kovalent bağlardır. Benzen halkası aromatik özelliklere sahip olduğundan, konjuge sistemlerde karbon-karbon bağları bulunur. Konjuge π elektronları tüm halka boyunca serbestçe hareket edebilir, benzen halkasını stabilize edebilir ve benzersiz kimyasal özelliklere sahip olabilir.

Piridin halkasındaki karbon bağları:
3-bromoizopin asidin yapısı ayrıca bir nitrojen atomu ve dört karbon atomundan oluşan bir piridin halkası içerir. Bir nitrojen atomu, bitişik iki karbon atomuyla bir sigma bağı ve bir hidrojen atomuyla bir hidrojen bağı oluşturur. Piridin halkasındaki karbon-karbon bağı da benzen halkasına benzer şekilde konjuge bir sistem sergiler. Piridin halkasında yalnız çift elektronların varlığı nedeniyle kimyasal reaksiyonlarda elektrofilik bir reaktif olarak kullanılabilir.

Karboksil gruplarındaki karbon bağları:
3-bromoizopin asidin yapısı aynı zamanda bir karboksil grubu (-COOH) içerir. Karboksil grubundaki karbon atomu, karboksil grubundaki oksijen atomu ile bağ oluştururken, diğer oksijen atomu, karboksil grubundaki hidrojen atomu ile polar bir bağ oluşturur. Bu karbon oksijen bağı yüksek polariteye sahiptir ve asidik bileşiklerin bir özelliğidir.

Şu anda, üretime yönelik baskın endüstriyel süreç3-bromoizonikotinik asit3-bromo-4-metilpiridinin oksidasyonudur. Bu olgun rota, yüksek reaksiyon seçiciliği, az sayıda yan ürün ve mükemmel ürün saflığı özelliklerine sahiptir ve büyük ölçekli ticari üretime tamamen uygulanabilir.

Tüm süreç iki temel aşamadan oluşur: yumuşak reaksiyon koşulları ve baştan sona üstün kontrol edilebilirlik ile bromlanmış öncünün hazırlanması ve metil grubunun karboksil grubuna oksidasyonu.

İlk aşama öncü sentezidir. Başlangıç ​​malzemesi olarak düşük-maliyetli ve kolayca bulunabilen 4-metilpiridin ve brominleme maddesi olarak sıvı brom kullanılarak, sahaya-özel brominasyon, sabit sıcaklıkta geri akış altında gerçekleştirilir. Bromin dozaj oranının ve reaksiyon sıcaklığının düzenlenmesiyle, piridin halkasının diğer konumlarındaki istenmeyen brominasyon bastırılır ve böylece 3-bromlu ürünün verimi maksimuma çıkarılır.

Reaksiyonun tamamlanması üzerine karışım oda sıcaklığına soğutulur ve buzlu su ile söndürülür. Sistemi nötralize etmek için sodyum hidroksit çözeltisi eklenir. Daha sonra, yüksek-saflıkta 3-bromo-4-metilpiridin elde etmek için etil asetatla çoklu ekstraksiyon, susuz sodyum sülfat üzerinde kurutma ve vakumlu damıtma gerçekleştirilir. Bu adımın getirisi sürekli olarak %60'ın üzerinde kalır.

İkinci aşama katalitik oksidasyondur. Saflaştırılmış 3-bromo-4-metilpiridin, deiyonize su içinde çözülür, ardından kobalt-bakır kompozit katalizör eklenir. Karışım 85-90 dereceye kadar ısıtılır ve piridin halkasındaki metil grubunu seçici olarak bir karboksil grubuna dönüştüren oksidasyonu gerçekleştirmek için sürekli olarak atmosfer basıncındaki oksijen verilir.

Reaksiyonun ardından katı katalizör, berrak bir süzüntü elde etmek üzere sıcak filtrasyon yoluyla çıkarılır. Süzüntü yavaş yavaş zayıf asidik hale getirilir, bu da beyaz ham katının büyük oranda çökelmesine neden olur. Ham ürün, asetondan yeniden kristalleştirme yoluyla daha da saflaştırılır ve safsızlıkların giderilmesi için vakum altında kurutularak yüksek-saflıkta ürün elde edilir. Bu oksidasyon adımının verimi yaklaşık %88'e ulaşır. Prosesin genel verimi ve ürün saflığı, endüstriyel üretim standartlarını tamamen karşılamaktadır.

Küçük-ölçekli laboratuvar hazırlığı için genellikle iki kolay sentez yöntemi benimsenir. Birincisi izonikotinik asidin doğrudan bromlanmasıdır. N-bromosüksinimid (NBS), hafif bir brominasyon maddesi olarak kullanılır ve reaksiyon, oda sıcaklığında, asidik bir solvent sistemi içerisinde ilerler.

Bu yöntem, basit bir işlem ve temel ekipman gerektirir, ancak hiçbir bölgesel seçicilik göstermez ve polibromlu yan ürünler üretme eğilimindedir-, bu da saflaştırmanın zor olmasına ve %40'ın altında bir verime yol açar. Yalnızca ön deneysel araştırmalar için uygundur.

İkinci yöntem ise düşük-sıcaklıkta lityumlama ve karboksilasyondur. 3-Bromopiridin'den başlayarak, sahaya-özel lityumlama, güçlü baz butillityum ile ultra düşük sıcaklık altında uygulanır ve ardından karbon dioksit ilavesi yoluyla karboksilasyon yapılır.

Bu rotada daha az adım vardır ancak pahalı reaktifler ve düşük hata toleransıyla zorlu reaksiyon koşulları gerektirir. Yalnızca küçük miktarlarda yüksek-saflıkta numunelerin hazırlanması için kullanılır ve endüstriyel üretime uyarlanamaz.

Molekülünde üç ana reaktif yapı bulunur: bir piridin halkası, 3-pozisyonunda bir brom atomu ve 4-pozisyonunda bir karboksil grubu. Yüksek kimyasal reaktiviteye sahiptir ve fonksiyonel grupları çok çeşitli klasik organik reaksiyonlara maruz kalabilir.

Karboksil grubu, karboksilik asitlerin genel özelliklerini gösterir. Asitler veya yoğunlaştırıcı maddeler tarafından katalize edilen esterleşme ve amidasyona maruz kalabilir ve lityum alüminyum hidrit gibi indirgeyici maddelerle hidroksimetile indirgenebilir. Nispeten güçlü asitliği ile sulu ve alkollü çözeltilerde tuzlar oluşturmak üzere alkalilerle nötrleştirilebilir.

Halkaya-bağlı brom atomu, anahtar reaktif bölge görevi görür. Paladyum-katalizli Suzuki bağlanmasına ve Buchwald-Hartwig aminasyonuna katılır ve ayrıca siyano ve alkiltiyo grupları dahil nükleofilik gruplarla da ikame edilebilir. Bu nedenle, çoklu ikame edilmiş piridin türevlerinin sentezlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yapı taşıdır.

Piridin halkasındaki nitrojen atomu zayıf alkalilik gösterir ve inorganik asitlerle tuzlar oluşturabilir. Piridin halkasının genel elektron yoğunluğu düşüktür, bu da onu nitrasyon ve ikincil halojenasyon gibi elektrofilik ikame reaksiyonlarına duyarlı hale getirir.

Bu kimyasal, oda sıcaklığında katı halde iyi bir kimyasal stabilite sağlar. Kuru, kapalı ve karanlık bir ortamda saklandığında saflığı birkaç ay içinde belirgin bir düşüş göstermez. Orta derecede termal dirence sahiptir ve erime sıcaklığı aralığında nadiren ayrışır. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli ısıtma, kademeli olarak debrominasyona ve dekarboksilasyona neden olacak ve piridin-bazlı yan-ürünlerin oluşmasına neden olacaktır.

Zayıf asitlere ve zayıf bazlara karşı dayanıklıdır ve oda sıcaklığında seyreltik asitlerin ve zayıf bazların etkisi altında ana yapısı bozulmadan kalır. Bununla birlikte, konsantre güçlü alkaliler veya yüksek-sıcaklıktaki güçlü alkalin koşullar, bromin atomunun hidrolizini tetikleme eğilimindeyken, konsantre güçlü asitlerdeki uzun süreli geri akış, dekarboksilasyona yol açar.

Kimyasal ışığa duyarlıdır. Ultraviyole ışığa veya güneş ışığına-uzun süre maruz kalmak, kademeli fotolize neden olur ve bu da brom kaybına, renk bozulmasına ve saflığın azalmasına neden olur.

Ayrıca güçlü oksidanlar ve güçlü indirgeyici maddelerle reaksiyona girme eğilimindedir ve bu tür maddelerle birlikte-depolanması bozulmayı hızlandıracaktır. Metanol, DMF ve DMSO dahil olmak üzere yaygın olarak kullanılan organik çözücülerde oda sıcaklığında stabil bir şekilde çözünür, ancak çözelti uzun bir süre ısıtıldığında yine de yavaş bozunma meydana gelir.