Хинолин: синтез и применение¶

Хинолин — гетероциклическое ароматическое органическое соединение состава C9H7N, молекула которого представляет собой бензольное кольцо, конденсированное с пиридиновым. При нормальных условиях это бесцветная гигроскопичная жидкость с характерным резким запахом, темнеющая на воздухе. Хинолин является важным промышленным полупродуктом и структурным фрагментом множества биологически активных веществ, включая алкалоиды, лекарственные препараты и красители.

¶История открытия

Впервые хинолин был выделен в 1834 году немецким химиком Фридлибом Фердинандом Рунге из каменноугольной смолы. Первоначально соединение называли «лейколин» или «цианин». В 1842 году французский химик Огюст Лоран получил хинолин при перегонке хинина с едким кали, что и определило современное название вещества (от исп. quina — хинная кора). Структурная формула была окончательно установлена в 1879 году, когда немецкий химик Вильгельм Кёрнер предложил корректную схему строения молекулы. К концу XIX века хинолин стал одним из ключевых объектов исследований в органической химии, что привело к разработке многочисленных методов его синтеза.

¶Физические и химические свойства

Хинолин — бесцветная жидкость с температурой кипения 237,7 °C и температурой плавления −15,6 °C. Плотность составляет 1,093 г/см³. Соединение ограниченно растворимо в воде (около 6 г/л при 20 °C), хорошо смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром и большинством органических растворителей. Хинолин проявляет слабые основные свойства (pKa конъюгированной кислоты ≈ 4,9), образует соли с минеральными кислотами и комплексы с ионами металлов.

Молекула хинолина обладает ароматичностью (10 π-электронов). Электронная плотность распределена неравномерно: пиридиновое кольцо обеднено электронами, а бензольное — обогащено. Это определяет направленность реакций электрофильного замещения, которые протекают преимущественно в положения 5 и 8 бензольного кольца, тогда как нуклеофильное замещение происходит в положение 2 пиридинового фрагмента. Хинолин устойчив к действию окислителей, но легко восстанавливается по гетероциклическому кольцу с образованием 1,2,3,4-тетрагидрохинолина.

¶Методы синтеза

¶Синтез Скраупа

Наиболее известный метод получения хинолина — реакция Скраупа (1880), заключающаяся в конденсации анилина с глицерином в присутствии серной кислоты и окислителя (нитробензола или мышьяковой кислоты). Механизм включает дегидратацию глицерина до акролеина, присоединение которого к анилину с последующей циклизацией и окислением даёт хинолин. Выход целевого продукта составляет 70–90 %. Метод модифицирован для синтеза замещённых хинолинов.

¶Синтез Фридлендера

Реакция Фридлендера (1882) основана на конденсации 2-аминобензальдегида с соединениями, содержащими активную метиленовую группу (например, ацетальдегидом или кетонами) в присутствии основания. Метод позволяет получать хинолины с разнообразными заместителями в положениях 2 и 3 и отличается высокой селективностью.

¶Синтез Кнорра

Синтез Кнорра (1884) включает конденсацию β-кетоэфиров с анилинами с последующей циклизацией в присутствии серной кислоты. Метод применяется для получения 2-гидрокси- и 4-гидроксихинолинов, которые трудно синтезировать другими способами.

¶Синтез Комба

Реакция Комба (1888) представляет собой конденсацию анилинов с β-дикетонами в кислой среде. Метод даёт 2,4-дизамещённые хинолины и отличается мягкими условиями проведения.

¶Промышленные методы

В промышленности хинолин преимущественно выделяют из каменноугольной смолы, где его содержание достигает 0,3–0,5 %. Фракцию с температурой кипения 230–240 °C обрабатывают серной кислотой, затем осаждают хинолин в виде сульфата и регенерируют щёлочью. Дополнительно применяют синтетические методы на основе анилина и этиленгликоля, а также каталитическую циклизацию N-алкиланилинов.

¶Применение

¶Фармацевтика

Хинолиновое ядро входит в структуру многих лекарственных средств. Наиболее известны противомалярийные препараты: хинин, хлорохин, примахин и мефлохин. Производные 8-гидроксихинолина (например, нитроксолин) применяются как уроантисептики. Фторхинолоны — крупный класс антибактериальных средств (ципрофлоксацин, левофлоксацин, моксифлоксацин), используемых для лечения инфекций дыхательных и мочевыводящих путей.

¶Красители

Хинолиновые красители (хинолиновый жёлтый, цианиновые красители) применяются в текстильной промышленности, производстве чернил и пищевых добавок (E104 — хинолиновый жёлтый). Цианиновые красители на основе хинолина используются в фотографии как сенсибилизаторы.

¶Агрохимия

Производные хинолина входят в состав фунгицидов (хиноксифен), гербицидов и регуляторов роста растений. Некоторые соединения применяются как репелленты.

¶Прочие области

Хинолин используется как растворитель, ингибитор коррозии, компонент флотационных реагентов. Производные хинолина применяются в производстве каучука, оптических отбеливателей и хелатирующих агентов (8-гидроксихинолин).

¶Биологическая роль и токсикология

Хинолин и его производные обладают выраженной биологической активностью. Природные алкалоиды (хинин, цинхонин) содержатся в коре хинного дерева. Сам хинолин умеренно токсичен: LD50 для крыс при пероральном введении составляет около 330 мг/кг. Соединение обладает раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки, при длительном воздействии может вызывать поражение печени. Хинолин классифицируется как вещество 3-го класса опасности. В окружающей среде хинолин медленно разлагается микроорганизмами, что требует контроля его выбросов в промышленных сточных водах.

¶Источники

• Джоуль Дж., Миллс К. Химия гетероциклических соединений. — М.: Мир, 2004.
• Гилкрист Т. Химия гетероциклических соединений. — М.: Мир, 1996.
• Пожарский А. Ф. Теоретические основы химии гетероциклов. — М.: Химия, 1985.
• Comprehensive Heterocyclic Chemistry II / ed. A. R. Katritzky. — Oxford: Pergamon Press, 1996. — Vol. 5.