4-mercaptopyridin, Også kendt som 4-pyridinethiol. Rent produkt er et hvidt til lysegult fast stof. Det kan være opløseligt i vand, men dens opløselighed er ikke høj. Ved stuetemperatur kan kun ca. 6 gram af denne forbindelse opløses i 100 gram vand. Når temperaturen øges, øges dens opløselighed imidlertid også i overensstemmelse hermed. Under opvarmning kan mere 4mercaptopyridin opløses i vand. Molekylstrukturen indeholder et svovlatom og et nitrogenatom. Svovlatomet er forbundet til to hydrogenatomer og et nitrogenatom, der danner en fem medlemmet ring. Denne fem medlemmerede ring er forbundet til et andet nitrogenatom, der danner den endelige pyridinstruktur. Det er en forbindelse, der indeholder thiolgrupper og har derfor nogle specielle kemiske egenskaber. Det er tilbøjeligt til komplekse reaktioner med tungmetalioner, der genererer stabile komplekser. Det kan bruges til adskillelse og berigelse af tungmetalioner samt mærkning og påvisning i proteinelektroforese og immunoassay.
|
|
 |
|
Kemisk formel |
C5H5NS |
|
Nøjagtig masse |
111.01 |
|
Molekylvægt |
111.16 |
|
m/z |
111.01 (100.0%), 112.02 (5.4%), 113.01 (4.5%) |
|
Elementær analyse |
C, 54.02; H, 4.53; N, 12.60; S, 28.84 |
4-mercaptopyridiner en svovlholdig organisk forbindelse, der har brede anvendelser på mange felter på grund af dens unikke molekylstruktur og kemiske egenskaber.
Elektrokemi
Som et elektroaktivt stof til konstruktion af højtydende elektrokemiske enheder, såsom batterier, superkapacitorer og sensorer. På grund af sin pyridinring og thiolgruppe i sin molekylære struktur kan den gennemgå redoxreaktioner og har elektrokemisk aktivitet. Derfor kan elektrokemiske anordninger baseret på 4 mercaptopyridin oplades og udledes ved lav spænding og har fremragende elektrokemisk ydeevne og cykelstabilitet.
Materialevidenskab
At syntetisere organiske funktionelle materialer og nanostrukturerede materialer. På grund af tilstedeværelsen af en pyridinring og en thiolgruppe i dens molekylære struktur kan den gennemgå kemiske reaktioner med andre molekyler eller grupper for at generere nye organiske eller nanostrukturerede materialer. For eksempel kan det reagere med polymerer for at generere polymermaterialer med specifikke funktioner og egenskaber. Derudover kan det også bruges til at ændre overfladen af nanopartikler for at ændre deres fysiske og kemiske egenskaber.
Biologi
At studere strukturen og funktionen af biomolekyler samt udforske interaktionerne mellem biomolekyler. På grund af dens evne til at gennemgå komplekse reaktioner med tungmetalioner kan det bruges til at undersøge roller og virkninger af metalioner i biomolekyler. Derudover kan det også bruges til mærkning og påvisning af biomolekyler, såsom proteiner, nukleinsyrer og sukker. For eksempel kan det binde til antistoffer til mærkning og detektion i immunoassay.
Lægemiddeludvikling
Server som en ligand til design af nye lægemidler. På grund af sin pyridinring og thiolgruppe i sin molekylære struktur kan den stærkt interagere med biomolekyler og derved påvirke deres funktion og aktivitet. Derfor kan ligander baseret på 4 mercaptopyridin bruges til at udvikle anticancer -lægemidler, antibakterielle lægemidler og andre terapeutiske lægemidler. Derudover kan det også bruges til at regulere de metaboliske processer af biomolekyler til behandling af forskellige sygdomme.
Andre felter
Ud over de ovennævnte felter kan det også bruges til applikationer inden for andre felter. For eksempel kan det bruges som en katalysator til syntese af polymermaterialer og organiske forbindelser. Derudover kan det også bruges til at studere fysiske og kemiske egenskaber og kvantekemiske beregninger.
I koordinationskemi
4-mercaptopyridin(4-MPY) er en alsidig ligand i koordinationskemi på grund af dens evne til at koordinere med både overgangsmetaller og sjældne jordmetaller, der danner komplekser med forskellige strukturer og egenskaber. Disse metalkomplekser har fået en betydelig interesse for deres potentielle anvendelser i katalyse, magnetiske materialer og selvlysende materialer. Nedenfor er en detaljeret udforskning af dens koordinationsadfærd, strukturel mangfoldighed og applikationer.
Reaktiviteten af 4-MPY stammer fra dets to potentielle donoratomer: nitrogenet i pyridinringen og svovl i thiolgruppen. Afhængig af metalion- og reaktionsbetingelserne kan 4-MPY udvise flere koordinationstilstande:
- Monodentatkoordination: Liganden kan binde gennem enten nitrogen- eller svovlatomet alene, skønt nitrogenkoordination ofte favoriseres på grund af dens stærkere basis.
- Bentat koordinering: Både nitrogen- og svovlatomer kan deltage i binding og danne chelerende ringe, der forbedrer kompleksets stabilitet.
- Bridging Coordination: I polymere eller udvidede strukturer kan 4-MPY fungere som en bro mellem to eller flere metalcentre, hvilket bidrager til dannelsen af koordinationspolymerer eller metalorganiske rammer (MOF'er).
Denne tilpasningsevne giver 4-MPY mulighed for at stabilisere en lang række metalkomplekser med forskellige geometrier, fra mononukleære til polynukleære arter.
Talrige metalkomplekser af 4-MPY er blevet syntetiseret og strukturelt karakteriseret, hvilket giver indsigt i deres koordinationsmiljøer og egenskaber.
- Sølv (i) komplekser: Syntesen af sølv (I) 4-MPY-komplekser involverer ofte reaktionen af agno₃ med 4-MPY i opløsning. Disse komplekser udviser typisk lineære eller trigonale plane geometrier omkring sølvcentret, hvor liganden koordinerer gennem nitrogen eller svovl. For eksempel er [AG (4-MPY) ₂] NO₃ rapporteret, hvor 4-MPY fungerer som en monodentat N-donor ligand.
- Cadmium (II) -komplekser: Cadmium (II) danner mere komplekse strukturer med 4-MPY på grund af dets højere koordineringsnummer. Polymere cadmium (II) 4-MPY-komplekser er blevet syntetiseret, med liganden i en brodannende tilstand, der forbinder CD²⁺-ioner i en-dimensionelle kæder eller to-dimensionelle lag. Krystallstrukturerne afslører, at svovlatomet ofte deltager i binding, ud over nitrogen, hvilket fører til bidentat eller brodannende koordinering.
Spektroskopiske teknikker, såsom NMR, IR og UV-Vis-spektroskopi, anvendes til at undersøge det elektroniske miljø i komplekserne, mens røntgenkrystallografi giver definitiv strukturel information.
4-MPY-baserede metalkomplekser har vist løfte som katalysatorer i forskellige organiske transformationer. Ligands evne til at modulere de elektroniske egenskaber ved metalcentret forbedrer dens katalytiske aktivitet og selektivitet.
- Oxidationsreaktioner: Nogle 4-MPY metalkomplekser er blevet undersøgt som katalysatorer til oxidation af alkoholer til aldehyder eller ketoner. Svovlatomet kan spille en rolle i stabilisering af reaktive mellemprodukter eller lette iltoverførsel.
- CC -koblingsreaktioner: Overgangsmetalkomplekser af 4-MPY er blevet undersøgt for deres potentiale i tværgående koblingsreaktioner, såsom Suzuki- eller Heck-reaktioner, på grund af deres evne til at aktivere arylhalogenider eller olefiner.
Tøjbarheden af koordinationsmiljøet muliggør optimering af katalytisk ydeevne ved at variere metalion- eller ligandsubstituenterne.
Visse 4-MPY metalkomplekser udviser interessante magnetiske egenskaber, hvilket gør dem til kandidater til molekylære magneter eller spin crossover-materialer.
- Polynukleære komplekser: Komplekser, der indeholder flere metalioner, der er broet af 4-MPY-ligander, kan vise magnetisk kobling mellem metalcentrene, hvilket fører til fænomener, såsom ferromagnetisme eller antiferromagnetisme.
- Spin crossover -opførsel: Nogle jern (II) 4-MPY-komplekser er rapporteret at gennemgå spin-overgange, hvor metalionen skifter mellem højspin og lav-spin-tilstande som respons på temperatur eller lys, med potentielle anvendelser i datalagring eller sensing.
Designet af sådanne materialer er afhængig af at kontrollere ligandfeltstyrken og intermolekylære interaktioner inden for komplekset.
4-MPY-metalkomplekser viser også potentiale i selvlysende applikationer, såsom sensorer, OLED'er eller bioimagemidler.
- Lanthanid -komplekser: Sjældne jordmetalmetalkomplekser af 4-MPY, især dem, der indeholder Europium (III) eller terbium (III), kan udvise intens luminescens på grund af antenneeffekten, hvor liganden absorberer lys og overfører energien til metalionen, som derefter udsender ved en karakteristisk bølgelængde.
- Overgangsmetalkomplekser: Nogle kobber (I) eller zink (II) 4-MPY-komplekser har vist sig at udsende i det synlige område med potentielle anvendelser inden for belysning eller display-teknologier.
De fotofysiske egenskaber ved disse komplekser kan finjusteres ved at ændre ligandstrukturen eller metalmiljøet
Kernesynteseproces og mekanisme
Den industrielle produktion af4-mercaptopyridinFølger hovedsageligt mainstream-ruten for substitutionsreaktionen mellem 4-chloropyridin og thioamidocarboxylat. Denne reaktion udføres i polære opløsningsmidler (såsom DMF) ved 80-120 grad i 6-12 timer. Den thioanioniske svovl af thioamidocarboxylatet angriber 4-carbon af 4-chloropyridin, og chloridionen fungerer som den forladte gruppe, der skal udskiftes, hvilket genererer målproduktet. Denne rute har let tilgængelige råmaterialer (4-chloropyridin er et almindeligt kemisk produkt), milde reaktionsbetingelser og reaktionshastigheden kan forbedres ved at optimere opløsningsmiddelforholdet (såsom at blande DMF med toluen). Post-behandlingsprocessen vedtager krystallisationsmetoden for vandudfældning. Råproduktet krystalliseres igen med ethanol, og renheden kan nå over 98%, hvilket gør det velegnet til storstilet produktion.
Blandt de alternative ruter har tilsætning-elimineringsreaktionen af 4-bromopyridin med hydrogensulfid tiltrukket opmærksomhed på grund af de lavere omkostninger ved råmaterialerne (prisen på 4-bromopyridin er ca. 70% af 4-chloropyridin). Denne reaktion udføres i en højtryksreaktor ved anvendelse af ethanol som opløsningsmiddel, hvor H₂S-gas indføres, og reaktionen udføres ved 100-150 grad i 8-16 timer. Det mellemliggende 4-mercaptopyridine-hydrogensulfat udfældes efter at være neutraliseret af en alkalisk opløsning, og produktet opnås efter tørring. Imidlertid kræver denne rute med højtryksudstyr, og toksiciteten af H₂S (erhvervsmæssig eksponeringsgrænse på 10 ppm) pålægger ekstremt høje krav til sikkerhedskontrol. I øjeblikket vedtager kun nogle få virksomheder denne rute.
Procesoptimering og teknologisk innovation
Kontinuerlig strømningsproduktionsteknologi
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) forbedrede masseoverførselseffektiviteten, mens UV -lyset aktiverede reaktantmolekylerne, hvilket reducerede aktiveringsenergien.
Grøn kemisk proces
Holdet fra Jiangnan University brugte den modificerede transaminase (ecoat-7) til at opnå direkte chlormethylering af pyridinringen og undgik brugen af den meget giftige chlormethylether. Det enzymkatalytiske system reagerede ved 37 grader og pH 7,5 i 4 timer med en produktselektivitet på 95%og vandt "Green Chemistry Award" i 2024. Denne rute overholder EU -rækkevidde for regler om høje bekymringsstoffer (SVHC), hvilket giver en overholdelsesløsning for eksportvirksomheder.
Opgradering af oprensningsteknologi
Superkritisk co₂-ekstraktionsteknologi erstatter traditionelt kromatografisk rensningsudstyr, hvilket muliggør den indenlandske produktion af farmaceutiske kvalitetsprodukter. Denne teknologi anvender opløselighedskarakteristika for CO₂ på det kritiske punkt (31,1 grad, 7,38 MPa) til selektiv ekstraktion af urenheder, med produktrenhed over 99,5%og ingen risiko for opløsningsmiddelrester.
Kvalitetskontrol og sikkerhedsstandarder
Indikatorer for nøglekvalitet
Farmaceutisk kvalitet4-mercaptopyridinKræver kontrol af Mercaptan -indholdet (større end eller lig med 98,0%), tungmetalrester (<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.
Sikkerhedsdriftspunkter
Reaktionssystemet skal beskyttes af nitrogengas for at forhindre mercaptan -oxidation.
H₂S -haleegassen absorberes af alkalisk opløsning og omdannes til natriumsulfid med en genvindingshastighed på op til 90%.
Tørringsprocesstemperaturen skal være under 60 grader for at undgå nedbrydning af produktet.
Markedstendenser og industrikædeanalyse
Efterspørgsel vækst driver:
Da det centrale mellemprodukt for EGFR-hæmmer Osimertinib, oversteg den globale efterspørgsel efter 4-mercaptopyridin 120 ton i 2024, med en stigning på 35%år til år. "Nye forurenende styringshandling" i Kina begrænsede brugen af chlormethylether, hvilket tvang virksomheder til at indføre grønne processer såsom enzymkatalyse, og det forventes, at den indenlandske produktionshastighed for farmaceutiske kvalitetsprodukter vil stige til 60% fra 2025 til 2027.
Råmateriale prisudsving:
Prisen på pyridin påvirkes af efterspørgslen efter nikotin, med en stigning på 22% år til år i q 4 2024. den biobaserede pyridinsyntese (såsom omdannelse af majsstrå) er blevet en forskningshotspot. Denne rute bruger glukose som råmateriale og produceres gennem mikrobiel gæring med en omkostning på 15% lavere end den traditionelle petroleumsrute.
Geopolitisk påvirkning:
Den amerikanske "bioproduktionslov" begrænser eksporten af 4-mercaptopyridin til amerikanske farmaceutiske virksomheder, hvilket får indenlandske virksomheder til at etablere oversøiske fyldningsbaser (såsom Mexico). På samme tid kan Zehetinger's "Molecule Builder" AI -platform designe alternative strukturer, hvilket tvinger virksomheder til at fremskynde patentlayoutet til downstream -applikationer.
Fremtidig teknologi køreplan
2025-2027:
Opnå en fuldt grøn syntetisk sti ved hjælp af 100% biobaserede råvarer (såsom glukosefermentering til pyridin).
Samarbejd med DeepMind for at udvikle en præstationsforudsigelsesmodel for 4-mercaptopyridinderivater, der forkorter den nye lægemiddeludviklingscyklus til 18 måneder.
2028-2030:
Fremme kontinuerlig flow-enzymkatalysekoblingsteknologi, med en-linjeproduktionskapacitet stigende til 500 ton om året.
Udvikle 4-mercaptopyridin-baserede MOFS-materialer til at udvide deres anvendelse i gaslagring og adskillelse.
Populære tags: 4-mercaptopyridine CAS 4556-23-4, leverandører, producenter, fabrik, engros, køb, pris, bulk, til salg