stringtranslate.com

1,4-Бензохинон

1,4-Бензохинон , обычно известный как пара -хинон , представляет собой химическое соединение с формулой C 6 H 4 O 2 . В чистом состоянии он образует ярко-желтые кристаллы с характерным раздражающим запахом, напоминающим запах хлора , отбеливателя , горячего пластика или формальдегида. Это шестичленное кольцевое соединение является окисленным производным 1,4- гидрохинона . [4] Молекула многофункциональна: она проявляет свойства кетона , будучи способной образовывать оксимы ; окислителя, образуя дигидроксипроизводное; и алкена, подвергаясь реакциям присоединения, особенно типичным для α,β-ненасыщенных кетонов . 1,4-Бензохинон чувствителен как к сильным минеральным кислотам, так и к щелочам, которые вызывают конденсацию и разложение соединения. [5] [6]

Подготовка

1,4-Бензохинон получают в промышленности путем окисления гидрохинона , который может быть получен несколькими способами. Один из способов включает окисление диизопропилбензола и перегруппировку Хока . Чистая реакция может быть представлена ​​следующим образом:

C 6 H 4 (CHMe 2 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 O 2 + 2 OCMe 2 + H 2 O

Реакция протекает через бис( гидропероксид ) и гидрохинон. Ацетон является побочным продуктом. [7]

Другой важный процесс включает прямое гидроксилирование фенола кислым пероксидом водорода : C 6 H 5 OH + H 2 O 2 → C 6 H 4 (OH) 2 + H 2 O. Образуются как гидрохинон, так и катехол . Последующее окисление гидрохинона дает хинон. [8]

Хинон первоначально получали промышленным способом путем окисления анилина , например, диоксидом марганца . [9] Этот метод в основном практикуется в КНР, где экологические нормы более мягкие.

Окисление гидрохинона происходит легко. [4] [10] Один из таких методов использует перекись водорода в качестве окислителя и йод или соль йода в качестве катализатора для окисления, происходящего в полярном растворителе ; например, изопропиловом спирте . [11]

При нагревании до температуры, близкой к точке плавления, 1,4-бензохинон возгоняется , даже при атмосферном давлении, что позволяет проводить эффективную очистку. Неочищенные образцы часто имеют темный цвет из-за присутствия хингидрона, темно-зеленого комплекса переноса заряда хинона с гидрохиноном в соотношении 1:1 . [12]

Структура и окислительно-восстановительный потенциал

Расстояния связей C–C и C–O в бензохиноне (Q), его восстановленном производном 1e (Q ) и гидрохиноне (H 2 Q). [13]

Бензохинон — плоская молекула с локализованными, чередующимися связями C=C, C=O и C–C. Восстановление дает анион семихинона C 6 H 4 O 2 }, который принимает более делокализованную структуру. Дальнейшее восстановление в сочетании с протонированием дает гидрохинон, в котором кольцо C6 полностью делокализовано. [13]

Реакции и приложения

Хинон в основном используется как предшественник гидрохинона, который используется в фотографии и производстве резины в качестве восстановителя и антиоксиданта. [8] Бензохиноний — это релаксант скелетных мышц, блокатор ганглиев, который производится из бензохинона. [14]

Органический синтез

Он используется как акцептор водорода и окислитель в органическом синтезе . [15] 1,4-Бензохинон служит реагентом дегидрирования . Он также используется как диенофил в реакциях Дильса-Альдера . [16]

Бензохинон реагирует с уксусным ангидридом и серной кислотой , образуя триацетат гидроксихинола . [17] [18] Эта реакция называется реакцией Тиле или реакцией Тиле–Винтера [19] [20] в честь Иоганна Тиле , который впервые описал ее в 1898 году, и в честь Эрнста Винтера, который дополнительно описал механизм ее реакции в 1900 году. Применение найдено на этом этапе полного синтеза метахромина А: [21]

Применение реакции Тиле с участием производного бензохинона.
Применение реакции Тиле с участием производного бензохинона.

Бензохинон также используется для подавления миграции двойных связей в реакциях метатезиса олефинов .

Кислотный раствор йодида калия восстанавливает раствор бензохинона до гидрохинона, который можно снова окислить до хинона раствором нитрата серебра .

Благодаря своей способности функционировать как окислитель, 1,4-бензохинон можно найти в методах, использующих окисление Ваккера-Цудзи , где соль палладия катализирует превращение алкена в кетон. Эта реакция обычно проводится с использованием сжатого кислорода в качестве окислителя, но иногда может быть предпочтительнее бензохинон. Он также используется в качестве реагента в некоторых вариантах окисления Ваккера .

1,4-Бензохинон используется в синтезе Бромадола и родственных аналогов.

Структура Cp*Rh(пара-хинон). [22]

Родственные 1,4-бензохиноны

2,3-Дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон (DDQ) является более сильным окислителем и дегидрирующим агентом, чем 1,4-бензохинон. [23] Хлоранил 1,4-C 6 Cl 4 O 2 является еще одним мощным окислителем и дегидрирующим агентом. Монохлор-п-бензохинон является еще одним, но более мягким окислителем. [24]

Метаболизм

1,4-Бензохинон — токсичный метаболит, обнаруженный в крови человека, который может использоваться для отслеживания воздействия бензола или смесей, содержащих бензол и соединения бензола, такие как бензин. [25] Соединение может влиять на клеточное дыхание, а у животных, подвергшихся сильному воздействию, было обнаружено повреждение почек. Он выводится в своей первоначальной форме, а также в виде вариаций своего собственного метаболита, гидрохинона. [9]

Безопасность

Жук-бомбардир распыляет 1,4-бензохинон для отпугивания хищников

1,4-Бензохинон способен окрашивать кожу в темно-коричневый цвет, вызывать эритему (покраснение, сыпь на коже) и приводить к локализованному некрозу тканей . Он особенно раздражает глаза и дыхательную систему. Его способность сублимироваться при обычных температурах допускает больший риск воздействия в воздухе, чем можно было бы ожидать от твердого вещества при комнатной температуре. МАИР не нашло достаточных доказательств, чтобы прокомментировать канцерогенность соединения, но отметило, что оно может легко проникать в кровоток и что оно проявляет активность в подавлении продукции костного мозга у мышей и может ингибировать ферменты протеазы, участвующие в клеточном апоптозе . [9]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. 723–724. doi :10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ abcdef Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0542". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ "Хинон". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  4. ^ ab Underwood, HW Jr.; Walsh, WL (1936). "Хинон". Органические синтезы . 16 : 73. doi :10.15227/orgsyn.002.0085; Собрание томов , т. 2, стр. 553.
  5. ^ Патай, Саул; Раппопорт, Цви, ред. (1988). Хиноноидные соединения: Том 1 (1988) . doi :10.1002/9780470772119. ISBN 978-0-470-77211-9.
  6. ^ Патай, Саул; Раппопорт, Цви, ред. (1988). Хиноноидные соединения: Том 2 (1988) . doi :10.1002/9780470772126. ISBN 978-0-470-77212-6.
  7. ^ Герхард Франц, Роджер А. Шелдон «Окисление» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Вайнхайм, 2000 doi :10.1002/14356007.a18_261
  8. ^ ab Филип М. Хадналл «Гидрохинон» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. 2005 Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a13_499.
  9. ^ abc "1,4-Бензохинон (пара-Хинон)". Переоценка некоторых органических химикатов, гидразина и перекиси водорода (часть 1, часть 2, часть 3) (PDF) . Монографии МАИР.
  10. ^ Vliet, EB (1922). "Хинон". Органические синтезы . 2 : 85. doi :10.15227/orgsyn.016.0073; Собрание томов , т. 1, стр. 482.
  11. ^ Патент США 4973720, «Способ получения п-бензохинона» 
  12. ^ Sakurai, T. (1968). «Об уточнении кристаллических структур фенохинона и моноклинного хингидрона». Acta Crystallographica Section B. 24 ( 3): 403–412. Bibcode :1968AcCrB..24..403S. doi :10.1107/S0567740868002451.
  13. ^ ab Lü, Jian-Ming; Rosokha, Sergiy V; Neretin, Ivan S; Kochi, Jay K (2006). "Хиноны как акцепторы электронов. Рентгеновские структуры, спектральные (ЭПР, УФ-видимые) характеристики и реакционная способность их восстановленных анион-радикалов с переносом электронов в виде разделенных и контактных ионных пар". Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16708–19. doi :10.1021/ja066471o. PMID  17177421.
  14. ^ Каваллито, Честер Дж.; Сория, Альберт Э.; Хоппе, Джеймс О. (1950). «Амино- и аммоний-алкиламинобензохиноны как кураримиметики». Журнал Американского химического общества . 72 (6): 2661–2665. дои : 10.1021/ja01162a088. ISSN  0002-7863.
  15. ^ Yang, T.-K.; Shen, C.-Y. (2004). "1,4-Бензохинон". В L. Paquette (ред.). Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Нью-Йорк: J. Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rb033. ISBN 978-0-471-93623-7.
  16. ^ Ода, М.; Кавасе, Т.; Окада, Т.; Эномото, Т. (1996). «2-Циклогексен-1,4-дион». Органические синтезы . 73 : 253. дои : 10.15227/orgsyn.073.0253; Собрание томов , т. 9, стр. 186.
  17. ^ Влиет, ЭБ (1941). «Триацетат гидрохинона». Органические синтезы . 1 : 317. doi :10.15227/orgsyn.004.0035.
  18. ^ Ноулз, МБ (1952). "Процесс производства 2,4,5-тригидроксиацетофенона" (PDF) . Google Patents . Eastman Kodak Co . Получено 24 декабря 2014 г. .
  19. ^ МакОми, Дж. Ф. У.; Блэтчли, Дж. М. (2011). «Ацетоксилирование хинонов по Тиле-Винтеру». Органические реакции . Том 19. С. 199–277. doi :10.1002/0471264180.or019.03. ISBN 978-0-471-19619-8.
  20. ^ Тиле, Дж. (1898). «Ueber die Einwirkung von Essigsäure-ангидрид из хинона и дибензоилстирола». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 31 (1): 1247–1249. дои : 10.1002/cber.189803101226.
  21. ^ Almeida, WP; Correia, CRD (1999). "Стереоселективный полный синтез и энантиоселективный формальный синтез противоопухолевого сесквитерпенового хинона метахромина A" (PDF) . Журнал Бразильского химического общества . 10 (5): 401–414. doi : 10.1590/S0103-50531999000500011 .
  22. ^ Мусса, Джамал; Гайяр-Дюайон, Карин; Херсон, Патрик; Амури, Хани; Рагер, Мари Ноэль; Ютанд, Энни (2004). «η 5 -комплексы семихинона и родственный η4-бензохинон (пентаметилциклопентадиенил)родия и -иридия: синтез, структуры, водородные связи и электрохимическое поведение». Organometallics . 23 (26): 6231–6238. doi :10.1021/om049292t.
  23. ^ Фогель, Э.; Клюг, В.; Брейер, А. (1974). «1,6-Метано[10]аннулен». Органические синтезы . 54 : 11. дои : 10.15227/orgsyn.054.0011; Собрание томов , т. 6, стр. 731.
  24. ^ Harman, RE (1955). "Хлор-п-бензохинон". Органические синтезы . 35 : 22. doi :10.15227/orgsyn.035.0022; Собрание томов , т. 4, стр. 148.
  25. ^ Lin, YS; McKelvey, W.; Waidyanatha, S.; Rappaport, SM (2006). «Изменчивость аддуктов альбумина 1,4-бензохинона, токсичного метаболита бензола, у людей-добровольцев». Биомаркеры . 11 (1): 14–27. doi :10.1080/13547500500382975. PMID  16484134. S2CID  13198966.