4-merkaptopyridin, Také známý jako 4-pyridinethiol. Čistý produkt je bílá až světle žlutá pevná látka. Může být rozpustný ve vodě, ale jeho rozpustnost není vysoká. Při teplotě místnosti může být pouze asi 6 gramů této sloučeniny rozpuštěno ve 100 gramech vody. Jak se však teplota zvyšuje, její rozpustnost se také odpovídajícím způsobem zvyšuje. Při vytápění se může více 4mercaptopyridin rozpustit ve vodě. Molekulární struktura obsahuje jeden atom síry a jeden atom dusíku. Atom síry je připojen ke dvěma atomům vodíku a jedním atomem dusíku, který tvoří pěti členský prsten. Tento pěti členský prsten je připojen k jinému atomu dusíku, který tvoří konečnou strukturu pyridinu. Jedná se o sloučeninu obsahující thiolové skupiny, a proto má některé speciální chemické vlastnosti. Je náchylný ke složitým reakcím s ionty těžkých kovů a vytváří stabilní komplexy. Může být použit pro separaci a obohacení iontů těžkých kovů, jakož i značení a detekci v proteinové elektroforéze a imunoanalýze.
|
|
 |
|
Chemický vzorec |
C5H5NS |
|
Přesná hmota |
111.01 |
|
Molekulová hmotnost |
111.16 |
|
m/z |
111.01 (100.0%), 112.02 (5.4%), 113.01 (4.5%) |
|
Elementární analýza |
C, 54.02; H, 4.53; N, 12.60; S, 28.84 |
4-merkaptopyridinje organická sloučenina obsahující síru, která má široké aplikace v mnoha oblastech díky své jedinečné molekulární struktuře a chemické vlastnosti.
Elektrochemie
Jako elektroaktivní látka pro konstrukci vysoce výkonných elektrochemických zařízení, jako jsou baterie, superkondenzátory a senzory. Vzhledem ke svému pyridinovým kruhu a thiolovým skupině ve své molekulární struktuře může podstoupit redoxní reakce a má elektrochemickou aktivitu. Proto mohou být elektrochemická zařízení založená na 4 merkaptopyridinu nabitá a vypouštěna při nízkém napětí a mají vynikající elektrochemický výkon a stabilitu cyklistiky.
Věda o materiálech
Syntetizovat organické funkční materiály a nanostrukturované materiály. Vzhledem k přítomnosti pyridinového kruhu a thiolové skupiny ve své molekulární struktuře může podstoupit chemické reakce s jinými molekulami nebo skupinami za vzniku nových organických nebo nanostrukturovaných materiálů. Například může reagovat s polymery a generovat polymerní materiály se specifickými funkcemi a vlastnostmi. Kromě toho může být také použita k úpravě povrchu nanočástic ke změně jejich fyzikálních a chemických vlastností.
Biologie
Studovat strukturu a funkci biomolekul a prozkoumat interakce mezi biomolekuly. Díky své schopnosti podstoupit komplexní reakce s ionty těžkých kovů může být použit ke studiu rolí a účinků kovových iontů v biomolekulách. Kromě toho může být také použit pro značení a detekci biomolekul, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny a cukry. Například se může vázat na protilátky pro značení a detekci v imunoanalýze.
Vývoj léčiv
Slouží jako ligand pro navrhování nových léků. Vzhledem k svému pyridinového kruhu a thiolové skupiny ve své molekulární struktuře může silně interagovat s biomolekuly, čímž ovlivňuje jejich funkci a aktivitu. Ligandy založené na 4 merkaptopyridinu proto mohou být použity k vývoji protirakovinných léčiv, antibakteriálních léků a dalších terapeutických léků. Kromě toho jej lze také použít k regulaci metabolických procesů biomolekul pro léčbu různých onemocnění.
Další pole
Kromě výše uvedených polí může být také použit pro aplikace v jiných polích. Například může být použit jako katalyzátor pro syntézu polymerních materiálů a organických sloučenin. Kromě toho jej lze také použít ke studiu fyzikálních a chemických vlastností a kvantových chemických výpočtů.
v koordinační chemii
4-merkaptopyridin(4-MPY) je všestranný ligand v koordinační chemii kvůli jeho schopnosti koordinovat se s přechodnými kovy a kovy vzácných zemin a vytváří komplexy s různými strukturami a vlastnostmi. Tyto kovové komplexy získaly významný zájem o jejich potenciální aplikace v katalýze, magnetických materiálech a luminiscenčních materiálech. Níže je podrobný průzkum jeho koordinačního chování, strukturální rozmanitosti a aplikací.
Reaktivita stonků 4-MPY z jeho dvou potenciálních atomů dárců: dusík pyridinového kruhu a síra thiolové skupiny. V závislosti na kovových iontů a reakčních podmínkách může 4-MPY vykazovat několik koordinačních režimů:
- Monodenteová koordinace: Ligand se může vázat buď samotným atomem dusíku nebo síry, ačkoli koordinace dusíku je často upřednostňována kvůli jeho silnější základní úrovni.
- Koordinace bidentate: Atomy dusíku i síry se mohou podílet na lepení a vytvářet chelatační kroužky, které zvyšují stabilitu komplexu.
- Přemostění koordinace: V polymerních nebo prodloužených strukturách může 4-MPY působit jako most mezi dvěma nebo více kovovými centry, což přispívá k tvorbě koordinačních polymerů nebo kovově organických rámců (MOF).
Tato adaptabilita umožňuje 4-MPY stabilizovat širokou škálu kovových komplexů s různými geometriemi, od mononukleárních po polynukleární druhy.
Bylo syntetizováno a strukturálně charakterizováno mnoho kovových komplexů 4-MPY, což poskytuje vhled do jejich koordinačních prostředí a vlastností.
- Silver (i) komplexy: Syntéza komplexů 4-MPY stříbra (I) často zahrnuje reakci agno₃ s roztokem 4-mpy v roztoku. Tyto komplexy obvykle vykazují lineární nebo trigonální rovinné geometrie kolem stříbrného centra, přičemž ligand koordinuje dusík nebo síru. Například [Ag (4-MPY) ₂] NO₃ byl hlášen, kde 4-MPY působí jako monodentický N-donorový ligand.
- Komplexy kadmia (II): Kadmium (II) tvoří složitější struktury s 4-mpy kvůli jeho vyššímu koordinačnímu číslu. Byly syntetizovány komplexy polymerního kadmia (II) 4-MPY, které obsahovaly ligand v přemoženém režimu a propojily ionty CD²⁺ do jednorozměrných nebo dvourozměrných vrstev. Krystalové struktury ukazují, že atom síry se často účastní lepení, kromě dusíku, což vede k koordinaci bidentátu nebo přemostění.
Spektroskopické techniky, jako je NMR, IR a UV-vis spektroskopie, se používají k prozkoumání elektronického prostředí komplexů, zatímco rentgenová krystalografie poskytuje definitivní strukturální informace.
Kovové komplexy založené na 4-MPY se ukázaly slibné jako katalyzátory v různých organických transformacích. Schopnost ligandu modulovat elektronické vlastnosti kovového centra zvyšuje jeho katalytickou aktivitu a selektivitu.
- Oxidační reakce: Některé kovové komplexy 4-MPY byly prozkoumány jako katalyzátory pro oxidaci alkoholů na aldehydy nebo ketony. Atom síry může hrát roli při stabilizaci reaktivních meziproduktů nebo usnadnění přenosu kyslíku.
- CC spojovací reakce: Přechodové kovové komplexy 4-MPY byly zkoumány z hlediska jejich potenciálu v reakcích křížových vazeb, jako jsou reakce Suzuki nebo Heck, díky jejich schopnosti aktivovat arylhalogenidy nebo olefiny.
Naladění koordinačního prostředí umožňuje optimalizaci katalytického výkonu změnou kovového iontů nebo substituentů ligandu.
Některé kovové komplexy 4-MPY vykazují zajímavé magnetické vlastnosti, díky nimž jsou kandidáty na molekulární magnety nebo materiály pro točení.
- Polynukleární komplexy: Komplexy obsahující více kovových iontů přemožených ligandy 4-MPY mohou vykazovat magnetickou vazbu mezi kovovými centry, což vede k jevům, jako je feromagnetismus nebo antiferomagnetismus.
- Spin Crossover Chování: Bylo popsáno, že některé komplexy železa (II) 4-MPY podléhají přechodům na spiny, kde kovové iontové spínače mezi stavy s vysokým a nízkým spin v reakci na teplotu nebo světlo, s potenciálními aplikacemi při ukládání nebo snímání dat.
Konstrukce takových materiálů se spoléhá na řízení síly pole ligandu a intermolekulární interakce v komplexu.
Kovové komplexy 4-MPY také vykazují potenciál ve luminiscenčních aplikacích, jako jsou senzory, OLED nebo bioimagingové látky.
- Lanthanidové komplexy: Kovové komplexy vzácných zemin 4-MPY, zejména komplexy obsahující europium (III) nebo terbium (III), mohou vykazovat intenzivní luminiscenci v důsledku anténního efektu, kde ligand absorbuje světlo a přenáší energii na kovový ion, což pak vydává při charakteristické vlnové délce.
- Přechodové kovové komplexy: Bylo zjištěno, že v viditelné oblasti emitují některé komplexy mědi (I) nebo zinku (II) 4-MPY, s potenciálními aplikacemi v technologiích osvětlení nebo zobrazení.
Fotofyzikální vlastnosti těchto komplexů mohou být doladěny úpravou struktury ligandu nebo kovového prostředí
Proces a mechanismus syntézy jádra
Průmyslová produkce4-merkaptopyridinHlavně sleduje hlavní trasu substituční reakce mezi 4-chloropyridinem a thioamidokarboxylátem. Tato reakce se provádí v polárních rozpouštědlech (jako je DMF) při 80-120 stupňů po dobu 6-12 hodin. Thioanionická síra thioamidokarboxylátu útočí na 4-uhlík 4-chloropyridinu a chloridový iont působí jako nahrazení odchodů, která má být nahrazena a generuje cílový produkt. Tato trasa má snadno dostupné suroviny (4-chloropyridin je běžný chemický produkt), mírné reakční podmínky a rychlost reakce lze zlepšit optimalizací poměru rozpouštědla (jako je míchání DMF s toluenem). Proces po ošetření přijímá metodu krystalizace srážení vody. Surový produkt je znovu krystalizován ethanolem a čistota může dosáhnout více než 98%, což je vhodné pro rozsáhlou výrobu.
Mezi alternativními trasami přitahovala pozornost ading-eliminační reakce 4-bromopyridinu se sirovodíkem v důsledku nižších nákladů na suroviny (cena 4-bromopyridinu je přibližně 70% ceny 4-chloropyridinu). Tato reakce se provádí ve vysokotlakém reaktoru za použití ethanolu jako rozpouštědla, přičemž zavádí plyn H₂S a reakce se provádí 100-150 stupňů po dobu 8-16 hodin. Střední 4-merkaptopyridinový sírovodík je vysrážen po neutralizaci alkalickým roztokem a produkt se získá po sušení. Tato trasa však vyžaduje vysokotlaké zařízení a toxicita H₂S (limit expozice pracovních kapací 10 ppm) ukládá extrémně vysoké požadavky na kontrolu bezpečnosti. V současné době tuto trasu přijme pouze několik podniků.
Optimalizace procesů a technologické inovace
Technologie produkce kontinuálního toku
Zhejiang Xinhecheng Company developed a UV light (365 nm) driven microchannel reactor, which shortened the traditional batch synthesis reaction time from 24 hours to 45 minutes, and increased the yield from 68% to 92%. The high specific surface area of the microchannel (>>5000 m²/m³) zvýšilo účinnost přenosu hmoty, zatímco UV záření aktivovalo molekuly reaktantů, čímž se snižovalo aktivační energii.
Zelený chemický proces
Tým z Jiangnan University použil modifikovanou transaminázu (ECOAT-7) k dosažení přímé chlormethylace pyridinového kruhu, čímž se zabránilo použití vysoce toxického chlormethyletheru. Enzymový katalytický systém reagoval při 37 stupních a pH 7,5 po dobu 4 hodin, se selektivitou produktu 95%a získal cenu „Green Chemistry Award“ v roce 2024. Tato trasa splňuje předpisy EU Reach o látkách s vysokými zájmy (SVHC), což poskytuje řešení pro dodržování předpisů pro vývozní podniky.
Upgrade technologie čištění
Superkritická extrakční technologie CO₂ nahrazuje tradiční chromatografické čisticí zařízení, což umožňuje domácí produkci farmaceutických produktů. Tato technologie využívá charakteristiky rozpustnosti CO₂ v kritickém bodě (31,1 stupně, 7,38 MPa) pro selektivní extrakci nečistot, s čistotou produktu přesahující 99,5%a žádné riziko zbytků rozpouštědla.
Standardy kontroly kvality a bezpečnosti
Klíčové ukazatele kvality
Farmaceutický stupeň4-merkaptopyridinVyžaduje kontrolu obsahu merkaptanu (větší nebo roven 98,0%), zbytky těžkých kovů (<10 ppm), and microbial limits (<100 CFU/g). The HPLC method (C18 column, methanol-water mobile phase) is a commonly used detection method, with the detection wavelength at 254 nm.
Bezpečnostní provozní body
Reakční systém musí být chráněn plynem dusíku, aby se zabránilo oxidaci merkaptanu.
Ocasní plyn H₂S je absorbován alkalickým roztokem a přeměněn na sulfid sodný s rychlostí zotavení až 90%.
Teplota procesu sušení musí být pod 60 stupňů, aby se zabránilo rozkladu produktu.
Trendy na trhu a analýza průmyslového řetězce
Řidič růstu poptávky:
Jako klíčový meziprodukt pro inhibitor EGFR osimertinib, globální poptávka po 4-merkaptopyridinu v roce 2024 překročila 120 tun, s meziročním nárůstem o 35%. „Nová akce řízení znečišťujících látek“ v Číně omezila použití chlormethyletheru a nutilo podniky přijímat zelené procesy, jako je enzymová katalýza, a očekává se, že domácí produkce farmaceutických produktů se zvýší na 60% od roku 2025 až 2027.
Kolísání cen surovin:
Cena pyridinu je ovlivněna poptávkou po nikotinu, s 22% meziročním nárůstem Q 4 2024. Trasa syntézy pyridinu na bázi bio (jako je přeměna kukuřičné slámy) se stala výzkumným hotspotem. Tato trasa používá glukózu jako surovinu a je produkována mikrobiální fermentací, s cenou o 15% nižší než tradiční ropná trasa.
Geopolitický dopad:
Americký „zákon o biomanufakturingu“ omezuje vývoz 4-merkaptopyridinu na americké farmaceutické podniky, což vede domácí podniky, aby založily základny v zámoří (jako je Mexiko). Současně může platforma AI „Molecule Builder“ Zehetingera navrhnout alternativní struktury a nutí podniky k urychlení rozložení patentu pro následné aplikace.
Budoucí technologický plán
2025-2027:
Dosáhněte plně zelené syntetické cesty pomocí 100% surovin na bázi bio (jako je fermentace glukózy na pyridin).
Spolupracujte s DeepMind na vývoji modelu predikce výkonu pro 4-merkaptopyridinové deriváty a zkrácení nového cyklu vývoje léčiva na 18 měsíců.
2028-2030:
Propagujte technologii spojování katalýzy s kontinuálním tokem-enzymem, přičemž jednorázová výrobní kapacita se zvyšuje na 500 tun ročně.
Vyvíjejte 4-merkaptopyridinové materiály MOFS, aby se rozšířily jejich použití při skladování a oddělení plynu.
Populární Tagy: 4-Mercaptopyridin CAS 4556-23-4, dodavatelé, výrobci, továrna, velkoobchod, nákup, cena, hromadná, na prodej