Хінолін

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Хінолін
Quinoline chemical structure part1.png
Quinoline chemical structure part2.png
Назва за IUPAC Хінолін
Інші назви 1-бензазин, 1-азанафтален, бензо[b]піридин
Властивості
Молекулярна формула C9H7N
Молярна маса 129,16 г/моль
Густина 1,093 г/мл[1]
Тпл −15 °C
Ткип 108—110 °C/11mm Hg
Розчинність (вода) Soluble
Кислотність (pKa) 4.85[2]
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Хінолі́н — органічна речовина, ароматична гетероциклічна сполука. Молекула складається з двох анельваний арроматичний шестичленниз кілець -бензольного та піридинового. Брутто-формула C9H7N. Хінолін може розглядатися як молекула нафталіну у якій один з вуглеців заміщено на азот. Х.- безбарвна, гігроскопічна рідина. [3] [4] 2,29 D[5]

Історія[ред.ред. код]

Поширення у природі[ред.ред. код]

Chinarinde (Cinchona officinalis)

У вільній формі хінолін у природі не зустрічається. Проте хінолінове ядро входить до складу багатьох алкалоїдів.[6]

Номенклатура[ред.ред. код]

Нумерація атомів хінолінового кільця

Хінолін також можна називати Бензопіридин та 1-Азанафтален

Довжина зв'язків і кути в молекулі хінодіну

Отримання[ред.ред. код]

Промислове[ред.ред. код]

Синтез Скраупа (Skraup)[ред.ред. код]

Синтез хіноліну з аніліну та гліцерину (Синтез Скраупа) було проведеноZdenko Hans Skraup в 1880р[7]

Bruttoreaktion der Skraup-Synthese; PhNO2 = Nitrobenzol

  • Friedländer (в присутності кислот Льюіса)[8], [9], [10] [11] .
Friedländer

Інші шіляхи синтезу[ред.ред. код]

Відомо багато синететичних реакцій приготування заміщених хінолінів:[13]

  • Conrad-Limpach-Synthese — Реакція аніліну з β-кетоестерами [14]
The Conrad-Limpach synthesis
  • Реакція Поварова (циклоприєднання активованого алкену до основи Шифа утвоненої анілном та альдегідом [15] [16] [17], [18].
  • Camps-Chinolinsynthese (циклізація о-ациламіно-ацетофенону в лужному середовищі)[19],
  • Синтез Кнора[20] — циклізація β-кетоаніліду в 2-гідроксихінодін в присутності сірчаної кислоти. (Вперше описано Ludwig Knorr в 1886р [21])
Knorr quinoline synthesis
  • Gould-Jacobs-Reaktion[22] (конденсація аніліну з етоексиметиленмалонатами в 3-карбокси-4-гідроксихінолін) [23].
Синтез Комба

Деякі похідні хіноліну є алкалоїдами. Більшість з них в клітинах синтезується виходячи з триптофану [26]

Біосинтез похідних хіноліну

Властивості[ред.ред. код]

Фізичні властивості[ред.ред. код]

За нормалних умов хінолін — безбарвна рідина (Тк=237,2 °C, Тпл= −14,8 °C.[4], з високим показником заломленя світла (1,6262 при 21 °C і λ=589 нм[27] Густина 1,10 г/см³.[4] Хінолін діамагнітний(−86,1·10−6 cm3·mol−1)[28] und weist ein Дипольний момент молекули хіноліну 2,29 D.[5] В'язкість при 25 °C становить 3,337 mPa·s−1[29] а теплопровідність 0,147 W·(m·K)−1.[30]

Хінолін кристалізується в моноклинну гратку (P21/c) з параметрами a = 992 пм, b = 1085 пм, c = 1337 пм und β = 106,5° (8 молекул на комірку). Слабкі водневі зв'язки C-H-N і C-H-(π-система).[31]

На противагу піридину, хінолін погано розчиняється у воді (6г/л при 20 °C).[1] З органічними розчинниками (етанол, ацетон, вуглеводи) хінолін змішується повністю.[4]

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Хінолін — слабка основа. Він протонується сильнгими кислотами по азоту утворюючи солі (скажімо гідрохлорид (C9H7N • HCl), Т пл. 134 °C .[32] З кислотами Льюіса утворює продукти приєднання (анаологічно піридину). Атом азоту має sp2 гібридизацію й проявляє відповідні властивості «піридинового азоту». Ароматична система хіноліну збіднена електронеами порівняно з ананлогічною 10пі системою нафталіну. Він важче вступає в реакції електрофільного заміщення та окислення, які переважно протікають в бензольному ядрі. Натомість реакції нуклеофільного заміщення характерні для позицій 2 та 4 піридинового ядра.

Будова молекули[ред.ред. код]

Пі-електронна густина в молекулі хіноліну

Хінолін має кон'юговану систему десятьма π-електронами, аналогічну до нафталінової. Молекула плоска й підпадає під правило Хюкеля (2n+2 електрони) для ароматичних систем. Атом азоту відтягує електронну густину з кільця .

Довжини зв'язків та кути в молекулі хіноліну.(у комплексі складу Ni[(S2PEt2)][Хінолін])
Pyridine-orbitals.svg

Всі атоми кілець хіноліну мають sp2-гібридизацію.

Мезомерні структури хіноліну

Реакції[ред.ред. код]

Електрофільне заміщення[ред.ред. код]

Мезомерні структури σ-комплексу при елктрофільному заміщенні хіноліну в в позиції 5- та 6 (E = Електрофіл). Червоним позначено структури, де порушено обидів π-системи.

Піридинове кільце хіноліну дезактивоване, електрофільне заміщення протікає в положення 5 та 8 бензольного ядра.

Нітрування хіноліну
  • Сульфування олеумом при помірних температурах (90С) відбувається у позицію '8' (і частково '5'), оскільки перехідний стан має нижчу енергію(кінетичний контроль реакції). Натомість при температурі 250-300nbsp;°C утворюється термодинамічно стабільніший ізомер заміщений по позиції 6.[33] Відносно чистий продукт сульфування по позиції '5' можна отримати проводячи реакцію в присутності сульфату ртуті (ІІ).
  • Галогенування хіноліну молекулярними галогенами потребує жорстких умов. Бромування в сірчаній кислоті дає 5- та 8-браомхінолін.[34] Виходячи з гідроброміду хіноліну можна провести заміщення по позиції 3.[35]

Нуклеофільне заміщення[ред.ред. код]

Мезомерні структури перехідних комплексів при нуклеофільному заміщенні хіноліну в різні позиції

Багато реакцій нуклеофільного заміщення хіноліну протікають аналогічно реакціям піридину, переважно в електронно-дефіцитне положення 2 піридинового кільця. Реакція Чичибабіна (амінування за допомогою аміду калію в рідкому аміаку) при −66 ° С протікає в альфа-положення до азоту[36]. При збільшенні температури реакції до −40 ° C, вцідбувається ізомеризація в термодинамічно більш стабільний 4-заміщений продукт[37]. Така сама закономіреість і для літіювання (2- термодинамічний контроль 4- кінетичний контроль)

Хінолін може бути напряму проалкільваний бутиллітієм; утворений продукт приєднання по позиції '2' гідролізується водою та легко ароматизується (дегідрується) нітробензолом. [38]

Окислення та відновлення[ред.ред. код]

Окислення Хіноліну

Хінолін можна окислити перебензойною кислотою в N-оксид (аналог піридин-N-оксиду).[39] Бензольне ядро багатше пі-електронами й легше окисляється. Так при дії KMnO4 (перманганат калію) утворюється хінолінова кислота[40], MnO2[41] чи азотна кислота[41] дають той же продукт. Озоноліз хіноліну приводить до піридин-2,3-диальдегіду[42], який може бути окиснено використовуючи пероксид водню в хінолінову кислоту.[43]

У залежності від умов реакції можна селективно прогідрувати як бензольне так і піридинове кільце хіноліну. Водень в метанолі на платиновому катаізаторі відновлює піридинове ядро.[44] Це ж кільце гідрується ціаноборгідридом натрію[45] , боргідридом натрію[46], боргідридом цинку[47] в присутності хлориду нікелю (ІІ). Селективне гідрування бензольного ядра можливе в сильнокислому середовищі (H2/Pt).[48] (або TFA/PtO2/H2) При дещо жорсткіших умовах і тривалішому проведенні реакції можна досягти повного гідрування подвійних зв'язків.[44] Літійалюмогідрид може відновити хінолін до 1,2-дигідрохіноліну [49] В той же час обробка літієм в рідкому аміаці дає 1,4-[50] та/чи 3,4-дигідрохінолін[44]. Останні сполуки легко вступають в подальші реакції та ізомеризуються.

Відновлення Хіноліну
Отримання піколінової кислоти окисленням хіноліну й подальшим декарбоксилюванням хінолінової кислоти

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б Datenblatt Хінолін bei Merck, abgerufen am 5. September 2010.
  2. Brown, H.C., et al., in Baude, E.A. and Nachod, F.C., Determination of Organic Structures by Physical Methods, Academic Press, New York, 1955.
  3. Römpp Online — Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
  4. а б в г D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 3-454, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
  5. а б A. D. Buckingham, J. Y. H. Chau, H. C. Freeman, R. J. W. Le Fèvre, D. A. A. S. Narayana Rao, J. Tardif: The dipole moments of pyridine, quinoline, and isoquinoline as vapours and as solutes, in: J. Chem. Soc. 1956, 1405—1411; doi:10.1039/JR9560001405.
  6. M. Hesse: Alkaloide, S. 375-378, 1. Auflage, Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich, 2000, ISBN 3-906390-19-5.
  7. Z. H. Skraup: Eine Synthese des Chinolins, in: Chem. Ber. 1880, 13, 2086—2087; doi:10.1002/cber.188001302195.
  8. A. Shaabani, E. Soleimani, Z. Badri: Triflouroacetic Acid as an Efficient Catalyst for the Synthesis of Quinoline, in: Synth. Commun. 2007, 37, 629—635; doi:10.1080/00397910601055230.
  9. C.-S. Jia, Z. Zhang, S.-J. Tu, G.-W. Wang: Rapid and efficient synthesis of poly-substituted quinolines assisted by p-toluene sulphonic acid under solvent-free conditions: comparative study of microwave irradiation versus conventional heating, in: Org. Biomol. Chem. 2006, 4, 104—110; doi:10.1039/b513721g.
  10. J. Wu, H.-G. Xia, K. Gao: Molecular iodine: a highly efficient catalyst in the synthesis of quinolines via Friedländer annulation, in: Org. Biomol. Chem. 2006, 4, 126—129; doi:10.1039/b514635f.
  11. R. Varala, R. Enugala, S. R. Adapa: Efficient and Rapid Friedlander Synthesis of Functionalized Quinolines Catalyzed by Neodymium(III) Nitrate Hexahydrate, in: Synthesis 2006, 3825-3830; doi: 10.1055/s-2006-950296.
  12. R. H. Manske: The Chemistry of Quinolines., in: Chem. Rev. 1942, 30, 113—144; doi:10.1021/cr60095a006.
  13. V. V. Kouznetsov , L. Y. V. Méndez , L. Y. V. Gómez: Recent Progress in the Synthesis of Quinolines, in: Curr. Org. Chem. 2005, 9, 141—161; doi:10.1002/chin.200516245.
  14. R. H. Reitsema: The Chemistry of 4-Hydroxyquinolines., in: Chem. Rev. 1948, 43, 43-68; doi:10.1021/cr60134a002.
  15. Povarov, L. S.; Mikhailov, B. M. Izv. Akad. Nauk SSR, Ser. Khim. 1963, 953—956.
  16. Povarov, L. S.; Grigos, V. I.; Mikhailov, B. M. Izv. Akad. Nauk SSR, Ser. Khim. 1963, 2039—2041.
  17. Povarov, L. S. Russian Chem. Rev. 1967, 36, 656.
  18. F. W. Bergstrom, Heterocyclic Nitrogen Compounds. Part IIA. Hexacyclic Compounds: Pyridine, Quinoline, and Isoquinoline., in: Chem. Rev. 1944, 35, 77-277; doi:10.1021/cr60111a001.
  19. R. Camps: Synthese von alpha- und gamma-Oxychinolinen, in: Chem. Ber. 1899, 22, 3228; doi:10.1002/cber.18990320389.
  20. L. Knorr: Synthetische Versuche mit dem Acetessigester, in: Liebigs Ann. 1886, 236, 69-115; doi:10.1002/jlac.18862360105.
  21. Synthetische Versuche mit dem Acetessigester Justus Liebig's Annalen der Chemie Volume 236, Issue 1-2, Date: 1886, Pages: 69-115 Ludwig Knorr doi:10.1002/jlac.18862360105
  22. R. G. Gould, W. A. Jacobs: The Synthesis of Certain Substituted Quinolines and 5,6-Benzoquinolines, in: J. Am. Chem. Soc. 1939, 61, 2890—2895; doi:10.1021/ja01265a088.
  23. Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, p.272 (1955); Vol. 28, p.38 (1948). Link
  24. Combes, A. Bull. Chim. Soc. France 1888, 49, 89.
  25. Bergstrom, F. W. Chem. Rev. 1944, 35, 156. (Review)
  26. P. M. Dewick: Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach, 1. Auflage, S. 380-397, John Wiley & Sons, New York, 2009, ISBN 0-470-74167-8.
  27. W. H. F. Sasse: Synthetical applications of activated metal catalysts. Part VIII. The action of degassed Raney nickel on quinoline and some of its derivatives, in: J. Chem. Soc. 1960, 526—533; doi:10.1039/JR9600000526.
  28. D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 3-675, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
  29. D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 6-212, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
  30. D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 6-223, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
  31. J. E. Davies, A. D. Bond: Quinoline, in: Acta Cryst. 2001, E57, S. o947-o949; doi:10.1107/S1600536801014891.
  32. O. Eckstein: Ueber Chinolin-chlorhydrat und die Einwirkung von Säurechloriden auf Chinolin, in: Chem. Ber. 1906, 39, 2135—2138; doi:10.1002/cber.190603902173.
  33. G. E. McCasland: The Preparation of 8-Qinolinesulfonic acid, in: J. Org. Chem. 1946, 11, 277—280; doi:10.1021/jo01173a010.
  34. J. L. Butler, M. Gordon: A reinvestigation of known bromination reactions of quinoline, in: J. Heterocycl. Chem. 1975, 12, 1015—1020; doi:10.1002/jhet.5570120539.
  35. T. J. Kress, S. M. Constantino: Selective brominations in nitrobenzene. A convenient synthesis of 3-brornoquinoline, 4-bromoisoquinoline, and 4-phenyl-5-bromopyrimidine, in: J. Heterocycl. Chem. 1973, 10, 409—410; doi:10.1002/jhet.5570100326.
  36. H. van der Plas: Oxidative Amino-Dehydrogenation of Azines, in: Adv. Heterocycl. Chem. 2004, 86, 1-40; doi:10.1016/S0065-2725(03)86001-4.
  37. J. A. Zoltewicz, L. S. Helmick, T. M. Oestreich, R. W. King, P. E. Kandetzki: Addition of amide ion to isoquinoline and quinoline in liquid ammonia. Nuclear magnetic resonance spectra of anionic σ-complexes, in: J. Org. Chem. 1973, 38, 1947—1949; doi:10.1021/jo00950a036.
  38. T. J. Geissmann, M. J. Schlatter, I. D. Webb, J. D. Roberts: The Synthesis of some Intermediates for the Use in the Preparation of Analogs of Salicylaldehyde ethylenediimine cobalt («Salcomine»), in: J. Org. Chem. 1946, 11, 741—750; doi:10.1021/jo01176a015.
  39. J. Meisenheimer: Über Pyridin-, Chinolin— und Isochinolin-N-oxyd., in: Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1926, 59, 1848—1853; doi:10.1002/cber.19260590828.
  40. C. F. Koelsch, A. F. Steinhauer: Synthesis, Nitration, and Oxidation of 3-Azafluoranthene, in: J. Org. Chem. 1953, 18, 1516—1522; doi:10.1021/jo50017a010.
  41. а б J. C. Cochran, W. F. Little: Electrolytic Oxidation of Some Substituted Quinolines to Quinolinic Acids and Acylations with Substituted Quinolinic Anhydrides, in: J. Org. Chem. 1961, 21, 808—811; doi:10.1021/jo01062a039.
  42. G. Queguiner, P. Pastour: Synthèse dans la série de la pyridine — I — Les diformylpyridines, in: Bull. Soc. Chim. Fr. 1968, 10, 4117-4121.
  43. C. O'Murchu: Ozonolysis of Quinolines: A Versatile Synthesis of Polyfunctional Pyridines, in: Synthesis 1989, 11, 880—882; doi:10.1055/s-1989-27423.
  44. а б в J. A. Joules, K. Mills: Heterocyclic Chemistry, 5. Auflage, S. 177—199, Blackwell Publishing, Chichester, 2010, ISBN 978-1-4051-9365-8.
  45. G. R. Girard, W. E. Bondinell, L. M. Hillegass, K. G. Holden, R. G. Pendleton, I. Uzinskas: Tetrahydro thiadiazolo isoquinolines: synthesis and inhibition of phenylethanolamine-N-methyltransferase, in: J. Med. Chem. 1989, 32, 1566—1571; doi:10.1021/jm00127a027.
  46. A. Nose, T. Kudo: Reduction of Heterocyclic Compounds. II. Reduction of Heterocyclic Compounds with Sodium Borohydride-Transition Metal Salt Systems, in: Chem. Pharm. Bull. 1984, 32, 2421—2425; Abstract.
  47. B. C. Ranua, U. Janaa, A. Sarkara: Regioselective Reduction of Quinolines and Related Systems to 1,2,3,4-Tetrahydro Derivatives with Zinc Borohydride, in: Synth. Commun. 1998, 28, 485—492; doi:10.1080/00397919808005103.
  48. G. L. Patrick: Synthesis of (±)-[4aα,4bβ,10bβ,12aα]-9-halogeno-2-methyl-1,2,3,4,4a,4b,5,6,10b,11,12,12a-dodecahydronaphtho[2,1-]isoquinolines, in: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1995, 1273—1279; doi:10.1039/P19950001273.
  49. E. A. Braude, J. Hannah, Sir R. Linstead: Hydrogen transfer. Part XVI. Dihydrides of nitrogenous heterocycles as hydrogen donors, in: J. Chem. Soc. 1960, 3249-3257; doi:10.1039/JR9600003249.
  50. A. J. Birch, P. G. Lehmann: 1,4-Dihydrochinolin, in: Tetrahedron Lett. 1974, 15, 2395—2396.

Література[ред.ред. код]

  • T. Eicher, S. Hauptmann: The Chemistry of Heterocycles, 2. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30720-6.
  • J. A. Joule, K. Mills: Heterocyclic Chemistry, 3. Auflage, Blackwell Science, Oxford 2004, ISBN 0-632-05453-0.
  • D. T. Davies: Basistexte Chemie: Aromatische Heterocyclen, 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 1995, ISBN 3-527-29289-6.


Бензол Це незавершена стаття про органічну сполуку.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.