Izohinolīnsir daudzas interesantas ķīmiskās īpašības, no kurām visraksturīgākā ir tā, ka tā var veikt dažāda veida reakcijas. Izohinolīnu var arī oksidēt līdz hinolinānam vai reducēt līdz 1- vai 2-metilhinolīnam. Izohinolīns ir arī nedaudz sārmains un tikai nedaudz skābs. Dabiski līdzīgi produkti ir alkaloīdu klase, kas plaši sastopama augos un dzīvniekos. Tiem parasti ir labas farmakoloģiskās aktivitātes, tostarp nomierinoša, pretsāpju, pretvēža, pretvīrusu un antibakteriāla iedarbība. Tipiski piemēri ir morfīns, fenotiazīni, hinolīni un tamlīdzīgi. Dabisko produktu farmakoloģiskās aktivitātes dēļ izohinolīna savienojumi ir kļuvuši par nozīmīgu zāļu izstrādes un sintēzes pamatu. Piemēram, lidokaīns ir lokāls anestēzijas līdzeklis, ko izmanto ķirurģijā, un tā sintēze ietver izohinolīna savienojumu pārvēršanu. Amoksicilīns ir antibiotika, ko lieto bakteriālu infekciju ārstēšanai, kuras galvenais prekursors ir arī izohinolīns. Kopumā izohinolīns ir viens no svarīgākajiem organiskajiem savienojumiem, ko plaši izmanto dabas produktos, farmaceitiskajā sintēzē un organiskajā ķīmijā. Izohinolīna izpēte var ne tikai padziļināti izpētīt tā unikālās ķīmiskās īpašības, bet arī sagaidāms, ka tas radīs kādu labvēlīgu pielietojuma vērtību.
Izohinolīns ir plaši izmantots aromātisks savienojums, kam ir liela nozīme medicīnā un materiālu pielietojumā. Tāpēc tā sintētiskā metode ir piesaistījusi lielu uzmanību. Šajā rakstā tiks apskatītas visas izohinolīna sintēzes metodes, tostarp Pictet-Spengler sintēze, Bišlera-Napieralska sintēze, Gattermann-Skita sintēze, Pd katalizētā CH funkcionalizācija utt.
1. Pikteta-Špenglera sintēze
Izohinolīns ir nozīmīgs slāpekli saturošs heterociklisks savienojums ar plašu bioloģisko aktivitāšu un farmakoloģisko iedarbību. Pictet-Spengler sintēze ir plaši izmantota izohinolīna sintezēšanas metode.
Pictet-Spengler sintēzes metodes soļi:
1. Amīdu savienojumu sintēze. Aromātiskie amīni un skābes anhidrīdi tiek kondensēti reakcijas šķīdinātājā, lai iegūtu amīda savienojumus. Reakciju var veikt istabas temperatūrā, un katalizators var būt DCC (1,3-dicikloheksilkarbodiimīds) vai EEDQ (N-aminobutoksiciano) utt.
2. Aromātisko ciklopropanonu sintēze. Sintezētais amīda savienojums bāziskos apstākļos tiek reaģēts ar citu aromātisku amīnu, lai iegūtu aromātisku cikloacetona starpproduktu. Vispārējie katalizatori ietver subsārmainus oksidētājus, piemēram, CuCl2, vai metālu bāzes, piemēram, NaH.
3. Mērķa produkta ģenerēšana, izmantojot gaismas protonēšanu un ciklizāciju. Pirmkārt, iegūtais aromātiskais ciklopropanona starpprodukts tiek viegli protonēts vāji skābos apstākļos, un pēc tam tiek veikta ciklizācijas reakcija, lai iegūtu izohinolīna produktu. Reakcijas laikā var izdalīties ūdens molekula, un ciklizācijas apstākļos var izmantot skābes, piemēram, HCl, vai reducētājus, piemēram, pirofosforskābi.
Reakcijas mehānisms:
Pictet-Spengler sintēzes reakcijas mehānismu var iedalīt divos galvenajos posmos. Pirmajā posmā aromātiskais amīns un skābes anhidrīds tiek kondensēti reakcijas šķīdinātājā, veidojot amīda savienojumu. Šīs kondensācijas reakcijas mehānisms tiek uzskatīts par nukleofīlo pievienošanas-eliminācijas reakciju. Šajā mehānismā vientuļais elektronu pāris uz slāpekļa heteroatoma darbojas kā nukleofīls uzbrukums anhidrīda hidroksilveida grupai, kura laikā karbonilgrupa tiek pārnesta uz slāpekli, veidojot starpproduktu amīdu un atbrīvojot skudrskābi, kas kalpo kā cita etiķskābes anhidrīda daļa.
Otrais solis, aromātiskā ciklopropanona starpprodukta veidošanās, ir vienkārša divu dažādu molekulu kombinācija, kam seko dekarboksilēšana. Šajā mehānismā amīns pirmajā molekulā darbojas kā nukleofils, lai uzbrūk karbēna ogleklim ketonā, iegūstot starpproduktu A, ar kuru atkarībā no apstākļiem var tikt noņemts. Pēc tam starpproduktu A pakļauj skābes vai reducētāja iedarbībai, lai iegūtu izohinolīna produktu.
Visbeidzot, Pictet-Spengler sintēzes metode ir svarīga ķīmiskās sintēzes metode, kas var efektīvi sintezēt izohinolīnu. Tās darbības ir vienkāršas, reakcijas apstākļi ir viegli, viegli kontrolējami, un iegūtajam produktam ir augsta tīrība, tāpēc to plaši izmanto organiskās sintēzes jomā.
2. Bišlera-Napieraļska sintēze
Bišlera-Napieralska sintēze ir izohinolīna savienojumu sintezēšanas metode, kurā kā izejmateriālus izmanto amīdus un ciklizācijas un dehidratācijas ceļā pārvērš tos mērķa savienojumos. Sintēzes metodi 1893. gadā pirmo reizi izgudroja Bišlers un Napieralskis, un tā ir plaši izmantota augu un sintētisko narkotiku gatavošanā.
Reakcijas mehānisms:
Bišlera-Napieralska reakcija sastāv no skābju katalizēta ciklizācijas posma un bāzes katalizēta dehidratācijas posma. Reakcijas mehānismu var apkopot šādi:
(1) Amīda molekula tiek protonēta skābā katalizatora iedarbībā, lai iegūtu starpproduktu, kas ir organisks katjons, kurā N atoms ir pozitīvi uzlādēts. Šim posmam ir nepieciešams pietiekami spēcīgs skābs katalizators, piemēram, sālsskābe vai dzelzs hlorīds.
(2) Starp starpprodukta N atomu un blakus esošo C atomu notiek elektrofīls uzbrukums, kā rezultātā veidojas piecu locekļu gredzena starpprodukts. Šis solis tiek sasniegts, izmantojot intramolekulāru nukleofīlo aizstāšanu. Grupas π elektroni pārvietojas uz C atomu piecu locekļu gredzenā, lai izveidotu jaunu CC saiti, un C atoms piecu locekļu gredzena centrā ir pozitīvi uzlādēts.
(3) Piecu locekļu gredzena starpprodukts tiek deprotonēts, lai iegūtu sešu locekļu gredzena starpproduktu. Šim solim parasti ir nepieciešama noteikta temperatūra un laiks, lai veicinātu deprotonācijas reakciju.
(4) Ar alkil-aizvietots sešu locekļu gredzena starpprodukts tiek pakļauts bāzei atvieglotai dehidratācijas reakcijai, veidojot gala izohinolīna produktu un vienlaikus atbrīvojot ūdens molekulas.
Vispārīgi runājot, ir daudzas izohinolīna sintēzes metodes, un dažādas metodes ir piemērotas dažādiem reakcijas apstākļiem. Šīs metodes var pielāgot un izvēlēties atbilstoši faktiskajām vajadzībām.