Хінолін

Мезомерні структури  хіноліну

 

Мезомерні структури  σ-комплексу при елктрофільному заміщенні хіноліну в позиції 5- та 6 (E = Електрофіл).

Реакції електрофільного заміщення  в молекулі хіноліну проходять здебільшого в положеннях 5 і 8. Так, при нітруванні нітруючою сумішшю утворюється суміш 5- і 8‑нітрохінолінів, сульфування концентрованою сірчаною кислотою при 220 °С приводить до утворення 8‑хінолінсульфокислоти, а при 300 °С – термодинамічно вигіднішої 6‑хінолінсульфокислоти (за цих умов 5- і 8-ізомери перегруповуються в 6-ізомер).

Заміщення протікає по механізму приднання-елімінування. Існують, проте, виключення, що мають в деяких випадках велике синтетичне значення. Наприклад, при нітруванні хіноліну азотною кислотою в оцтовому ангідриді утворюється в основному 3-нітрохінолін, хоча і з невеликим виходом. Ізохінолін в цих же умовах дає 4-нітрохінолін з дуже низьким виходом.

Галогенування хіноліну молекулярними  галогенами потребує жорстких умов. Бромування в сірчаній кислоті дає 5- та 8-браомхінолін. Виходячи з гідроброміду хіноліну можна провести заміщення по 3 положенні.

3. Реакції нуклеофільного заміщення

В реакції нуклеофільного заміщення  хінолін вступає легше, ніж піридин. При цьому, як і в кільці піридину, нуклеофільній атаці піддається переважно положення 2. Так, при дії  на хінолін амідом натрію в середовищі рідкого аміаку утворюється 2‑амінохінолін, з гідроксидом калію при 280–300 °С хінолін утворює 2‑гідроксихінолін:

Літій органічні сполуки і реактиви Гріньяра алкілюють і арилюють хінолін по положенню 2 і ізохінолін по положенню 1. Амінування ізохіноліну по Чичибабину при нагріванні з амідом натрію в диметиланіліні або при дії аміда калію в рідкому аміаку з високим виходом призводить виключно до 1 - аміноізохіноліну. За наявності в ізохіноліні замісника в 1 положенні реакція не йде. Амінування хіноліну амідом натрію в диметиланіліні призводить до 2-амінохіноліну з низьким виходом. Використання ж аміда барію в рідкому аміаку дає більший вихід продукту. 2-заміщені хіноліни аминируются в положення 4 легше, ніж піридини.

 

4. Реакції відновлення і окиснення.

Окиснення хіноліну та його гомологів з замісниками в бензольному ядрі дією перманганатом калію в лужному середовищі супроводжується розщепленням бензольного кільця та приводить до утворення 2,3‑піридиндикарбонової кислоти (хінолінова кислота). Аналогічно піридину, в присутності пероксикислот хінолін окислюється по гетероатому з утворенням N‑оксиду.

Відновлення хіноліну проходить передусім  у піридиновому ядрі. При дії більшості  відновників з високим виходом  утворюється 1,2‑дигідрохінолін, у присутності нікелю Ренея хінолін відновлюється воднем до 1,2,3,4‑тетрагідрохіноліну. Каталітичне гідрування за жорстких умов торкається також бензольного кільця.

5. N-оксиди і N-іміди

При дії пероксиду водню в оцтовій кислоті або перкислот та хінолін та ізохінолін утворюються відповідні N-оксиди. N-Оксид хіноліну, так само як і N-оксид піридину, знаходить широке застосування при синтезі різних похідних. Наприклад, нітрування N-оксиду хіноліну нітруючою сумішшю при 70 ° С призводить до утворення 4-нітропохідних. Нуклеофільне заміщення нітрогрупи відкриває широкі синтетичні можливості. N-іміди хіноліну та ізохіноліну отримують аналогічно N- імід піридину. Опроміненні N-оксиду хіноліну у воді або етанолі приводить до хінолонів-2 в якості основного продукту. При опроміненні розчину N-оксиду хіноліну в циклогексані утворюється оксазепін (60%).

 

Властивості похідних хіноліну

Хінолінове ядро є структурним  фрагментом молекул деяких алкалоїдів та лікарських засобів.

8‑Гідроксихінолін. Це безбарвна кристалічна речовина (т. пл. 75–76 °С) з характерним запахом, малорозчинна у воді, розчинна у хлороформі, діетиловому ефірі та бензолі. 8‑Гідроксихінолін добувають нагріванням       о-амінофенолу з гліцерином і сірчаною кислотою в присутності                      о-нітрофенолу (синтез Скраупа) або сплавленням 8‑хінолінсульфокислоти з лугами.

 

З іонами багатьох металів (Mg²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ та ін.) 8‑гідроксихінолін утворює малорозчинні у воді комплекси (хелати).

На цій властивості ґрунтується  застосування 8‑гідроксихіноліну як аналітичного реагенту.

 

Ряд похідних 8‑гідроксихіноліну використовуються в медичній практиці як протимікробні засоби. До них відносяться такі лікарські препарати, як хінозол, нітроксолін і ентеросептол:

  •H₂SO₄         

         хінозол    нітроксолін  ентеросептол

 

Вважають, що їх бактерицидна дія викликана зв'язуванням іонів Со₂₊, необхідних для життєдіяльності мікроорганізмів.

Ізохінолін є ізомером хіноліну. Молекула ізохіноліну, як і хіноліну, складається з конденсованих піридинового та бензольного циклів, але, на відміну від хіноліну, цикли з'єднані вздовж зв'язку С3-С4 піридинового кільця.

Ізохінолін безбарвна кристалічна  речовина (т. пл. 24,6 °С), розчинна у воді, етанолі, діетиловому ефірі, хлороформі та бензолі.

За хімічними властивостями  ізохінолін мало чим відрізняється від хіноліну. За рахунок гетероатома він виявляє основні властивості та легко утворює солі з кислотами, алкіл- і ацилгалогенідами. Як основа ізохінолін трохи сильніше хіноліну.

Реакції електрофільного заміщення, як і в ядрі хіноліну, проходять  здебільшого в положеннях 5 і 8. Нуклеофільне заміщення в ізохіноліновому циклі відбувається переважно у положенні 1.

 

При відновленні ізохіноліну, як і  у молекулі хіноліну, в першу чергу  гідрується піридинове ядро. Так, при  дії натрієм в етанолі або  воднем над нікелевим каталізатором ізохінолін відновлюється до 1,2,3,4‑тетрагідроізохіноліну.

За жорсткіших умов гідруванню піддається і бензольне кільце. При окисненні  ізохіноліну лужним розчином КМпО₄ утворюється суміш фталевої та 3,4‑піридиндикарбонової кислот:

 

Застосування  хінолінів

Хінолінова циклічна система значно поширена в природі. Хіноліновий  кістяк протягом тривалого часу був  основою для пошуку синтетичних  противомалярійних препаратів. Один з таких препаратів – хлорохін. Ціанінові барвники також складають значну частку в комерційній продукції на основі хінолінової сировини. Вони застосовуються для сенсибілізації фотографічних емульсій до червоних і інфрачервоних променів, що не діють на бромисте срібло без сенсибілізації. Найпростішим барвником цього типу є етиловий червоний. Тетрагідропохідна оксамніхін використовується для боротьби із шистосомой, що служить основною причиною захворювання в тропічних регіонах. На основі синтезу похідних хіноліну з ізатину, можна одержати багато інших хіміко-фармацевтичних препаратів. 8‑оксихінолін (оксин) широко використовується в аналітичній хімії для виявлення багатьох металів, що дають з ними внутрікомплексні солі оксинати (хелати) за рахунок участі вільної пари електронів азоту, а також як дезинфікуючі засоби (хіназол), 5‑хлор‑7‑йод‑8‑Оксихінолін (ентеросептол) застосовується для боротьби з кишковими захворюваннями. Він настільки повно зв'язує іонний кобальт (кобаламіну – вітаміну B12), що вижити бактерій не можуть. Хінолін часто використовується в лабораторії в якості висококиплячого основного розчинника.

 

Висновки

Основним методом одержання  хіноліну є синтез Скраупа, що полягає  у взаємодії аніліну або заміщених  анілінів із гліцерином, у присутності  сірчаної кислоти й окислювача, у  якості якого часто використовують нітробензол, мета-нітробензолсульфокислоту, а іноді і просто кисень повітря.

Хіноли і його похідні являють  собою практично самостійний  клас сполук, добре вивчених у теоретичному відношенні. Однак у більшості  хімічних проявів хінолін сильно нагадує піридин. До найбільш відомих методів одержання хіноліну відносяться синтези Скраупа і Дебнера-Мілера. Обидва синтези включають стадію утворення дигідрохінолінових похідних.

Хінолін одержують за допомогою таких синтезів: синтез по Фрідлендеру, синтез хіноліну по Кнорру, синтез Конрада-Лимпаха, синтез хінолінів по Пфитцингеру.

Одним з поширених способів синтезу  ізохіноліну та його похідних є реакція  Бішлера-Напіральського (1893 p.), котра  ґрунтується на циклізації N‑ацильних похідних (3‑фенілетиламінів у 3,4‑дигідроізо-хіноліни та дальшому перетворенні останніх на ізохіноліни шляхом каталітичного дегідрування над паладієм на вугіллі.

 

Список використаної літератури

1. Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений: Пер. с англ.— М.: Мир, 1996..—464 с.
2. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. В 2‑х кн. – М.: Химия, 1974.
3. Петренко Д. С., Пиридиновые и хинолиновые основания, М., 1975
4. http://ua.coolreferat.com/Методи_синтезу_хінолінів