Asam 3-Bromoisonicotinic CAS 13959-02-9

Rumus molekul asam 3-bromoisopin adalah C6H4BrNO2 yang mengandung gugus fungsi seperti cincin benzena, cincin piridin, dan gugus karboksil. Berikut analisis struktur ikatan karbonnya:

Ikatan karbon pada cincin benzena:
Pada cincin benzena asam 3-bromoisopin, terdapat total 6 atom karbon yang terhubung membentuk struktur melingkar. Setiap atom karbon terbentuk antara dua atom karbon yang berdekatan di Kunci σ. Ikatan karbon ini merupakan ikatan kovalen yang dibentuk oleh pembagian dua pasangan elektron. Karena cincin benzena memiliki sifat aromatik, ikatan karbon ada dalam sistem terkonjugasi. Elektron π terkonjugasi dapat bergerak bebas di seluruh cincin, menstabilkan cincin benzena dan memiliki sifat kimia yang unik.

Ikatan karbon pada cincin piridin:
Struktur asam 3-bromoisopin juga mencakup cincin piridin, yang terdiri dari satu atom nitrogen dan empat atom karbon. Atom nitrogen membentuk ikatan sigma dengan dua atom karbon yang berdekatan dan ikatan hidrogen dengan atom hidrogen. Ikatan karbon karbon pada cincin piridin juga menunjukkan sistem terkonjugasi, mirip dengan cincin benzena. Karena adanya pasangan elektron bebas pada cincin piridin, ia dapat digunakan sebagai reagen elektrofilik dalam reaksi kimia.

Ikatan karbon pada gugus karboksil:
Struktur asam 3-bromoisopin juga mengandung gugus karboksil (-COOH). Atom karbon pada gugus karboksil membentuk ikatan dengan atom oksigen pada gugus karboksil, sedangkan atom oksigen lainnya membentuk ikatan polar dengan atom hidrogen pada gugus karboksil. Ikatan karbon-oksigen ini memiliki polaritas yang tinggi dan merupakan ciri senyawa asam.

Saat ini, proses industri yang dominan untuk memproduksiasam 3-bromoisonicotinicadalah oksidasi 3-bromo-4-metilpiridin. Rute matang ini memiliki selektivitas reaksi yang tinggi, sedikit produk sampingan, dan kemurnian produk yang sangat baik, dan sepenuhnya dapat diterapkan pada produksi komersial skala besar.

Seluruh proses terdiri dari dua tahap inti: persiapan prekursor brominasi dan oksidasi gugus metil menjadi gugus karboksil, dengan kondisi reaksi ringan dan kemampuan pengendalian yang unggul secara keseluruhan.

Tahap pertama adalah sintesis prekursor. Dengan menggunakan 4-metilpiridin yang murah dan tersedia sebagai bahan awal dan bromin cair sebagai zat brominasi, brominasi spesifik lokasi dilakukan pada refluks suhu konstan. Dengan mengatur rasio dosis brom dan suhu reaksi, brominasi yang tidak diinginkan pada posisi lain cincin piridin ditekan, sehingga memaksimalkan hasil produk 3-brominasi.

Setelah reaksi selesai, campuran didinginkan hingga suhu kamar dan didinginkan dengan air es. Larutan natrium hidroksida ditambahkan untuk menetralkan sistem. Setelah itu, beberapa ekstraksi dengan etil asetat, pengeringan dengan natrium sulfat anhidrat, dan distilasi vakum dilakukan untuk mendapatkan 3-bromo-4-metilpiridin dengan kemurnian-tinggi. Hasil dari langkah ini tetap berada di atas 60%.

Tahap kedua adalah oksidasi katalitik. 3-bromo-4-metilpiridin yang dimurnikan dilarutkan dalam air deionisasi, diikuti dengan penambahan katalis komposit kobalt-tembaga. Campuran dipanaskan hingga 85–90 derajat, dan oksigen pada tekanan atmosfer terus menerus dimasukkan untuk melakukan oksidasi, yang secara selektif mengubah gugus metil pada cincin piridin menjadi gugus karboksil.

Setelah reaksi, katalis padat dihilangkan dengan filtrasi panas untuk mendapatkan filtrat jernih. Filtratnya secara perlahan disesuaikan menjadi asam lemah, menghasilkan pengendapan besar-besaran padatan mentah berwarna putih. Produk mentah selanjutnya dimurnikan dengan rekristalisasi dari aseton dan dikeringkan dalam kondisi vakum untuk menghilangkan pengotor, sehingga menghasilkan produk dengan kemurnian-yang tinggi. Hasil dari langkah oksidasi ini mencapai sekitar 88%. Hasil keseluruhan dan kemurnian produk dari proses tersebut sepenuhnya memenuhi standar produksi industri.

Dua rute sintetik yang mudah digunakan biasanya digunakan untuk-persiapan laboratorium skala kecil. Yang pertama adalah brominasi langsung asam isonikotinat. N-bromosuccinimide (NBS) digunakan sebagai zat brominasi ringan, dan reaksi berlangsung pada suhu kamar dalam sistem pelarut asam.

Metode ini memerlukan pengoperasian dan peralatan dasar yang sederhana, namun tidak menunjukkan regioselektivitas dan cenderung menghasilkan produk samping-polibrominasi, sehingga menyulitkan pemurnian dan rendemen di bawah 40%. Ini hanya cocok untuk penelitian eksperimental pendahuluan.

Metode kedua adalah lithiasi dan karboksilasi suhu rendah. Mulai dari 3-bromopyridine, lithiasi spesifik lokasi diterapkan pada suhu sangat rendah dengan basa kuat butillitium, diikuti dengan karboksilasi melalui pemasukan karbon dioksida.

Rute ini memiliki langkah yang lebih sedikit, namun memerlukan reagen yang mahal dan kondisi reaksi yang keras dengan toleransi kesalahan yang rendah. Ini hanya digunakan untuk menyiapkan sampel-dengan kemurnian tinggi dalam jumlah kecil dan tidak dapat diadaptasi untuk produksi industri.

Molekulnya mengandung tiga struktur reaktif utama: cincin piridin, atom brom pada posisi 3 dan gugus karboksil pada posisi 4. Ia memiliki reaktivitas kimia yang tinggi, dan gugus fungsinya dapat mengalami berbagai reaksi organik klasik.

Gugus karboksil menunjukkan sifat umum asam karboksilat. Ia dapat mengalami esterifikasi dan midasi yang dikatalisis oleh asam atau zat kondensasi, dan direduksi menjadi hidroksimetil dengan zat pereduksi seperti litium aluminium hidrida. Dengan keasaman yang relatif kuat, dapat dinetralkan dengan basa untuk membentuk garam dalam larutan berair dan beralkohol.

Atom bromin yang terikat pada cincin-berfungsi sebagai situs reaktif utama. Ia berpartisipasi dalam paladium-penggandengan Suzuki yang dikatalisis dan aminasi Buchwald-Hartwig, dan juga dapat digantikan oleh gugus nukleofilik termasuk gugus siano dan alkylthio. Oleh karena itu, ini adalah bahan penyusun yang banyak digunakan untuk mensintesis turunan piridin terpolisubstitusi.

Atom nitrogen pada cincin piridin menunjukkan alkalinitas lemah dan dapat membentuk garam dengan asam anorganik. Kerapatan elektron keseluruhan cincin piridin rendah, sehingga rentan terhadap reaksi substitusi elektrofilik seperti nitrasi dan halogenasi sekunder.

Bahan kimia ini menjaga stabilitas kimia yang baik dalam keadaan padat pada suhu kamar. Ketika disimpan di lingkungan yang kering, tertutup rapat, dan gelap, kemurniannya tidak menunjukkan penurunan yang nyata dalam beberapa bulan. Ia memiliki ketahanan termal sedang dan jarang terurai dalam kisaran suhu lelehnya. Namun, pemanasan berkepanjangan pada suhu tinggi secara bertahap akan menyebabkan debrominasi dan dekarboksilasi, menghasilkan produk-sampingan-berbasis piridin.

Ia tahan terhadap asam lemah dan basa lemah, dan struktur induknya tetap utuh di bawah pengaruh asam encer dan basa lemah pada suhu kamar. Namun demikian, alkali kuat pekat atau kondisi basa kuat bersuhu tinggi cenderung memicu hidrolisis atom brom, sedangkan refluks berkepanjangan dalam asam kuat pekat menyebabkan dekarboksilasi.

Bahan kimia ini sensitif terhadap cahaya. Paparan-sinar ultraviolet atau sinar matahari dalam jangka panjang akan menyebabkan fotolisis bertahap, yang mengakibatkan hilangnya brom, perubahan warna, dan penurunan kemurnian.

Selain itu, bahan ini cenderung bereaksi dengan oksidan kuat dan zat pereduksi kuat, dan penyimpanan bersama dengan zat tersebut akan mempercepat kerusakan. Ia larut secara stabil dalam pelarut organik umum termasuk metanol, DMF dan DMSO pada suhu kamar, namun degradasi yang lambat masih terjadi ketika larutan dipanaskan dalam waktu lama.