4-mercaptopyridine, Còn được gọi là 4-pyridinethiol. Sản phẩm tinh khiết là một chất rắn màu trắng đến vàng. Nó có thể hòa tan trong nước, nhưng độ hòa tan của nó không cao. Ở nhiệt độ phòng, chỉ có khoảng 6 gram hợp chất này có thể được hòa tan trong 100 gram nước. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của nó cũng tăng theo. Khi sưởi ấm, thêm 4Mercaptopyridine có thể hòa tan trong nước. Cấu trúc phân tử chứa một nguyên tử lưu huỳnh và một nguyên tử nitơ. Nguyên tử lưu huỳnh được kết nối với hai nguyên tử hydro và một nguyên tử nitơ, tạo thành một vòng năm thành viên. Chiếc nhẫn năm thành viên này được kết nối với một nguyên tử nitơ khác, tạo thành cấu trúc pyridine cuối cùng. Nó là một hợp chất chứa các nhóm thiol và do đó có một số tính chất hóa học đặc biệt. Nó dễ bị phản ứng phức tạp với các ion kim loại nặng, tạo ra các phức hợp ổn định. Nó có thể được sử dụng để tách và làm giàu các ion kim loại nặng, cũng như ghi nhãn và phát hiện trong điện di protein và xét nghiệm miễn dịch.
|
|
 |
|
Công thức hóa học |
C5H5ns |
|
Khối lượng chính xác |
111.01 |
|
Trọng lượng phân tử |
111.16 |
|
m/z |
111.01 (100.0%), 112.02 (5.4%), 113.01 (4.5%) |
|
Phân tích nguyên tố |
C, 54.02; H, 4.53; N, 12.60; S, 28.84 |
4-mercaptopyridinelà một hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh có các ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực do cấu trúc phân tử và tính chất hóa học độc đáo của nó.
Điện hóa
Là một chất điện động để xây dựng các thiết bị điện hóa hiệu suất cao, chẳng hạn như pin, siêu tụ điện và cảm biến. Do vòng pyridine và nhóm thiol của nó trong cấu trúc phân tử của nó, nó có thể trải qua các phản ứng oxi hóa khử và có hoạt động điện hóa. Do đó, các thiết bị điện hóa dựa trên 4 mercaptopyridine có thể được sạc và xả ở điện áp thấp, và có hiệu suất điện hóa tuyệt vời và độ ổn định đạp xe.
Khoa học vật liệu
Để tổng hợp các vật liệu chức năng hữu cơ và vật liệu cấu trúc nano. Do sự hiện diện của một vòng pyridine và một nhóm thiol trong cấu trúc phân tử của nó, nó có thể trải qua các phản ứng hóa học với các phân tử hoặc nhóm khác để tạo ra các vật liệu hữu cơ hoặc cấu trúc nano mới. Ví dụ, nó có thể phản ứng với các polyme để tạo ra các vật liệu polymer với các chức năng và tính chất cụ thể. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để sửa đổi bề mặt của hạt nano để thay đổi tính chất vật lý và hóa học của chúng.
Sinh vật học
Để nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các phân tử sinh học, cũng như khám phá sự tương tác giữa các phân tử sinh học. Do khả năng trải qua các phản ứng phức tạp với các ion kim loại nặng, nó có thể được sử dụng để nghiên cứu vai trò và tác động của các ion kim loại trong các phân tử sinh học. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để ghi nhãn và phát hiện các phân tử sinh học như protein, axit nucleic và đường. Ví dụ, nó có thể liên kết với các kháng thể để ghi nhãn và phát hiện trong xét nghiệm miễn dịch.
Phát triển thuốc
Phục vụ như một phối tử để thiết kế các loại thuốc mới. Do nhóm pyridine và nhóm thiol của nó trong cấu trúc phân tử của nó, nó có thể tương tác mạnh mẽ với các phân tử sinh học, do đó ảnh hưởng đến chức năng và hoạt động của chúng. Do đó, các phối tử dựa trên 4 mercaptopyridine có thể được sử dụng để phát triển thuốc chống ung thư, thuốc kháng khuẩn và các loại thuốc điều trị khác. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh các quá trình trao đổi chất của các phân tử sinh học để điều trị các bệnh khác nhau.
Các lĩnh vực khác
Ngoài các trường đã đề cập ở trên, nó cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, nó có thể được sử dụng như một chất xúc tác để tổng hợp các vật liệu polymer và các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu các tính chất vật lý và hóa học và tính toán hóa học lượng tử.
trong Hóa học phối hợp
4-mercaptopyridine. Các phức kim loại này đã thu được sự quan tâm đáng kể cho các ứng dụng tiềm năng của chúng trong xúc tác, vật liệu từ tính và vật liệu phát quang. Dưới đây là một cuộc thăm dò chi tiết về hành vi phối hợp, đa dạng cấu trúc và ứng dụng của nó.
Khả năng phản ứng của các thân cây 4-mpy từ hai nguyên tử tài trợ tiềm năng của nó: nitơ của vòng pyridine và lưu huỳnh của nhóm thiol. Tùy thuộc vào ion kim loại và điều kiện phản ứng, 4-MPY có thể thể hiện nhiều chế độ phối hợp:
- Phối hợp đơn sắc: Ligand có thể liên kết thông qua nguyên tử nitơ hoặc lưu huỳnh, mặc dù sự phối hợp nitơ thường được ưa chuộng do tính cơ bản mạnh hơn của nó.
- Phối hợp Bidentate: Cả hai nguyên tử nitơ và lưu huỳnh có thể tham gia vào liên kết, tạo thành các vòng chelating giúp tăng cường tính ổn định của phức hợp.
- Phối hợp bắc cầu: Trong các cấu trúc polymer hoặc mở rộng, 4-MPy có thể hoạt động như một cầu nối giữa hai hoặc nhiều trung tâm kim loại, góp phần hình thành các polyme phối hợp hoặc khung hữu cơ kim loại (MOF).
Khả năng thích ứng này cho phép 4-MPY ổn định một loạt các phức kim loại với các hình học khác nhau, từ các loài đơn nhân đến đa nhân.
Nhiều phức kim loại của 4-MPY đã được tổng hợp và đặc trưng về cấu trúc, cung cấp cái nhìn sâu sắc về môi trường và tính chất phối hợp của chúng.
- Bạc (i) phức hợp: Việc tổng hợp các phức hợp 4-MPy bạc (I) thường liên quan đến phản ứng của AgNO₃ với 4-MPY trong dung dịch. Những phức hợp này thường thể hiện hình học phẳng tuyến tính hoặc lượng giác xung quanh trung tâm bạc, với phối tử phối hợp thông qua nitơ hoặc lưu huỳnh. Ví dụ, [Ag (4-mpy) ₂] đã được báo cáo, trong đó 4-mpy hoạt động như một phối tử N-donor đơn độc.
- Phức hợp cadmium (II): Cadmium (II) tạo thành các cấu trúc phức tạp hơn với 4-mpy do số lượng phối hợp cao hơn. Các phức chất cadmium (II) 4-MPy đã được tổng hợp, có phối tử trong chế độ bắc cầu, liên kết các ion cd²⁺ thành các chuỗi một chiều hoặc các lớp hai chiều. Các cấu trúc tinh thể cho thấy nguyên tử lưu huỳnh thường tham gia vào liên kết, ngoài nitơ, dẫn đến sự phối hợp bidentate hoặc bắc cầu.
Các kỹ thuật quang phổ, như NMR, IR và quang phổ UV-Vis, được sử dụng để thăm dò môi trường điện tử của các phức hợp, trong khi tinh thể học tia X cung cấp thông tin cấu trúc dứt khoát.
Các phức kim loại dựa trên 4-MPY đã cho thấy lời hứa là chất xúc tác trong các biến đổi hữu cơ khác nhau. Khả năng của phối tử để điều chỉnh các tính chất điện tử của trung tâm kim loại giúp tăng cường hoạt động và tính chọn lọc của nó.
- Phản ứng oxy hóa: Một số phức kim loại 4-MPY đã được khám phá như là chất xúc tác cho quá trình oxy hóa rượu thành aldehyd hoặc ketone. Nguyên tử lưu huỳnh có thể đóng một vai trò trong việc ổn định các chất trung gian phản ứng hoặc tạo điều kiện chuyển oxy.
- Phản ứng khớp nối CC: Các phức kim loại chuyển tiếp của 4-MPY đã được nghiên cứu về tiềm năng của chúng trong các phản ứng ghép chéo, chẳng hạn như các phản ứng Suzuki hoặc Heck, do khả năng kích hoạt halogen hoặc olefin của chúng.
Khả năng điều chỉnh của môi trường phối hợp cho phép tối ưu hóa hiệu suất xúc tác bằng cách thay đổi ion kim loại hoặc các nhóm thế phối tử.
Một số phức kim loại 4-MPY thể hiện các tính chất từ tính thú vị, làm cho chúng là ứng cử viên cho nam châm phân tử hoặc vật liệu chéo spin.
- Phức hợp đa nhân: Các phức hợp chứa nhiều ion kim loại được bắc cầu bởi các phối tử 4-MPY có thể hiển thị khớp nối từ tính giữa các trung tâm kim loại, dẫn đến các hiện tượng như ferromagnetism hoặc chất chống chủ từ.
- Hành vi chéo quay: Một số phức chất sắt (II) 4-MPY đã được báo cáo để trải qua quá trình chuyển đổi spin, trong đó các ion kim loại chuyển đổi giữa trạng thái spin cao và spin thấp để đáp ứng với nhiệt độ hoặc ánh sáng, với các ứng dụng tiềm năng trong lưu trữ hoặc cảm biến dữ liệu.
Thiết kế của các vật liệu như vậy phụ thuộc vào việc kiểm soát cường độ trường phối tử và các tương tác liên phân tử trong khu phức hợp.
Các phức kim loại 4-MPY cũng cho thấy tiềm năng trong các ứng dụng phát quang, chẳng hạn như cảm biến, OLED hoặc tác nhân sinh học.
- Phức hợp lanthanide: Các phức kim loại đất hiếm của 4-mpy, đặc biệt là các phức hợp có chứa europium (III) hoặc terbium (III), có thể biểu hiện sự phát quang mạnh do hiệu ứng ăng-ten, trong đó phối tử hấp thụ ánh sáng và chuyển năng lượng đến ion kim loại, sau đó phát ra bước sóng đặc trưng.
- Chuyển đổi các phức kim loại: Một số phức chất đồng (I) hoặc kẽm (II) đã được tìm thấy phát ra trong vùng có thể nhìn thấy, với các ứng dụng tiềm năng trong các công nghệ chiếu sáng hoặc hiển thị.
Các tính chất quang của các phức hợp này có thể được tinh chỉnh bằng cách sửa đổi cấu trúc phối tử hoặc môi trường kim loại
Quy trình tổng hợp cốt lõi và cơ chế
Sản xuất công nghiệp của4-mercaptopyridineChủ yếu theo con đường chính của phản ứng thay thế giữa 4-chloropyridine và thioamidocarboxylate. Phản ứng này được thực hiện trong các dung môi cực (như DMF) ở 80-120 độ trong 6-12 giờ. Lưu huỳnh thioanionic của thioamidocarboxylate tấn công 4 carbon của 4-chloropyridine và ion clorua đóng vai trò là nhóm rời đi được thay thế, tạo ra sản phẩm đích. Tuyến đường này có sẵn nguyên liệu thô (4-chloropyridine là một sản phẩm hóa học phổ biến), điều kiện phản ứng nhẹ và tốc độ phản ứng có thể được cải thiện bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ dung môi (như trộn DMF với toluene). Quá trình sau điều trị áp dụng phương pháp kết tinh kết tủa nước. Sản phẩm thô được kết tinh lại với ethanol và độ tinh khiết có thể đạt hơn 98%, làm cho nó phù hợp cho sản xuất quy mô lớn.
Trong số các tuyến đường thay thế, phản ứng loại bỏ bổ sung của 4-bromopyridine với hydro sunfua đã thu hút sự chú ý do chi phí thấp hơn của nguyên liệu thô (giá 4-bromopyridine là khoảng 70% so với 4 chloropyridine). Phản ứng này được thực hiện trong một lò phản ứng áp suất cao sử dụng ethanol làm dung môi, với khí H₂ được đưa ra và phản ứng được tiến hành ở 100-150 độ trong 8-16 giờ. Các hydro hydro sulfate trung gian 4-mercaptopyridine được kết tủa sau khi được trung hòa bằng dung dịch kiềm, và sản phẩm thu được sau khi sấy khô. Tuy nhiên, tuyến đường này đòi hỏi thiết bị áp suất cao và độc tính của H₂S (giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp là 10 ppm) áp đặt các yêu cầu cực kỳ cao đối với kiểm soát an toàn. Hiện tại, chỉ có một vài doanh nghiệp áp dụng con đường này.
Tối ưu hóa quy trình và đổi mới công nghệ
Công nghệ sản xuất dòng chảy liên tục
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 mét vuông/m³) tăng cường hiệu suất truyền khối, trong khi ánh sáng UV kích hoạt các phân tử chất phản ứng, làm giảm năng lượng kích hoạt.
Quá trình hóa học xanh
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Giang Tây đã sử dụng transaminase đã sửa đổi (ECOAT-7) để đạt được hóa học trực tiếp của vòng pyridine, tránh việc sử dụng ether chloromethyl độc hại cao. Hệ thống xúc tác enzyme đã phản ứng ở 37 độ và pH 7,5 trong 4 giờ, với độ chọn lọc của sản phẩm là 95%và giành được "Giải thưởng Hóa học xanh" vào năm 2024. Tuyến đường này tuân thủ các quy định của EU về các chất quan tâm cao (SVHC), cung cấp giải pháp tuân thủ cho doanh nghiệp xuất khẩu.
Nâng cấp công nghệ thanh lọc
Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn thay thế các thiết bị tinh chế sắc ký truyền thống, cho phép sản xuất các sản phẩm cấp dược trong nước. Công nghệ này sử dụng các đặc tính hòa tan của Co₂ tại điểm quan trọng (31,1 độ, 7,38 MPa) để chiết xuất các tạp chất có chọn lọc, với độ tinh khiết của sản phẩm vượt quá 99,5%và không có nguy cơ dư lượng dung môi.
Kiểm soát chất lượng và tiêu chuẩn an toàn
Chỉ số chất lượng chính
Lớp dược phẩm4-mercaptopyridineYêu cầu kiểm soát hàm lượng Mercaptan (lớn hơn hoặc bằng 98,0%), dư lượng kim loại nặng (<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.
Điểm hoạt động an toàn
Hệ thống phản ứng cần được bảo vệ bởi khí nitơ để ngăn chặn quá trình oxy hóa Mercaptan.
Khí đuôi H₂ được hấp thụ bởi dung dịch kiềm và được chuyển thành natri sulfide, với tỷ lệ thu hồi lên tới 90%.
Nhiệt độ quá trình sấy cần phải dưới 60 độ để tránh phân hủy sản phẩm.
Xu hướng thị trường và phân tích chuỗi ngành
Trình điều khiển tăng trưởng nhu cầu:
Là trung gian quan trọng đối với chất ức chế EGFR osimertinib, nhu cầu toàn cầu về 4-mercaptopyridine đã vượt quá 120 tấn vào năm 2024, với mức tăng 35%so với năm. "Hành động quản trị chất ô nhiễm mới" ở Trung Quốc đã hạn chế việc sử dụng ether chloromethyl ether, buộc các doanh nghiệp phải áp dụng các quy trình xanh như xúc tác enzyme, và dự kiến tỷ lệ sản xuất trong nước của các sản phẩm cấp dược phẩm sẽ tăng lên 60% từ năm 2025 đến 2027.
Biến động giá nguyên liệu thô:
Giá của pyridine bị ảnh hưởng bởi nhu cầu về nicotine, với mức tăng 22% so với năm trong Q 4 2024. con đường tổng hợp pyridine dựa trên sinh học (như chuyển đổi rơm ngô) đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu. Tuyến đường này sử dụng glucose làm nguyên liệu thô và được sản xuất thông qua quá trình lên men vi sinh vật, với chi phí thấp hơn 15% so với tuyến dầu khí truyền thống.
Tác động địa chính trị:
"Đạo luật sản xuất sinh học" của Hoa Kỳ hạn chế xuất khẩu 4-mercaptopyridine cho các doanh nghiệp dược phẩm của Hoa Kỳ, khiến các doanh nghiệp trong nước phải thành lập các cơ sở lấp đầy ở nước ngoài (như Mexico). Đồng thời, nền tảng AI "Phân tử" của Zehetinger có thể thiết kế các cấu trúc thay thế, buộc các doanh nghiệp phải tăng tốc bố cục bằng sáng chế cho các ứng dụng hạ nguồn.
Lộ trình công nghệ trong tương lai
2025-2027:
Đạt được một đường tổng hợp hoàn toàn màu xanh lá cây bằng cách sử dụng nguyên liệu thô dựa trên sinh học 100% (như lên men glucose thành pyridine).
Phối hợp với DeepMind để phát triển mô hình dự đoán hiệu suất cho các dẫn xuất 4-mercaptopyridine, rút ngắn chu kỳ phát triển thuốc mới xuống còn 18 tháng.
2028-2030:
Thúc đẩy công nghệ khớp nối xúc tác lưu lượng dòng chảy liên tục, với năng lực sản xuất một dòng tăng lên 500 tấn mỗi năm.
Phát triển các vật liệu MOFS dựa trên 4-mercaptopyridine để mở rộng ứng dụng của chúng trong việc lưu trữ và phân tách khí.
Chú phổ biến: 4-Mercaptopyridine CAS 4556-23-4, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, bán buôn, mua, giá, số lượng lớn, để bán