異喹啉
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| 異喹啉 | |
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| IUPAC名 Isoquinoline |
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| 別名 | 苯并[c]吡啶 |
| 識別 | |
| CAS號 | 119-65-3 |
| SMILES |
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| EINECS | 204-341-8 |
| 性質 | |
| 化學式 | C9H7N |
| 摩爾質量 | 129.16 g·mol?1 |
| 外觀 | 無色片狀低熔點固體 |
| 密度 | 1.099 g/cm3 |
| 熔點 | 26～28 °C |
| 沸點 | 242 °C |
| 溶解性（水） | 微溶于水 |
| 蒸氣壓 | 5 Pa (20°C) |
| 折光度n D |
1.62078 (30°C) |
| 危險性 | |
歐盟危險性符號 有毒 T |
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| 警示術語 | R：R22, R24 |
| 安全術語 | S：S24/25, S36/37, S45 |
| 閃點 | 107 °C |
| LD50 | 360 mg/kg (大鼠經口)[1] 180 mg/kg (大鼠經皮) |
| 若非注明，所有數據均出自一般條件（25 ℃，100 kPa）下。 | |
異喹啉（Isoquinoline）即苯并
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吡啶，是由萘中的一個 β-CH 基團被氮替換衍生出來的雜環化合物，與喹啉互為同分異構體，有芳香性。
目錄 |
物理性質
異喹啉是無色低熔點片狀結晶、固體或液體，有類似茴香油和苯甲醛混合物的香味，通常存放后顏色會發黃。存在于煤焦油和骨油中。微溶于水，溶于稀酸，能與多種有機溶劑混溶。能隨水蒸氣蒸發。具吸水性。有堿性，pKa = 5.4，堿性較喹啉強，比吡啶略強，能與各種酸成鹽，其鹽酸鹽熔點 209°C。
歷史
1885年 Hoogewerff 和 van Dorp[2] 從煤焦油喹啉餾分中用分級結晶法獲得了硫酸異喹啉。同年 Gabriel[3] 完成了異喹啉的合成。1914年 Wei?gerber[4] 利用異喹啉和喹啉之間的堿性差異，發展了一種更為有效的分離方法。
生產
工業上主要以煤焦油粗喹啉餾分為原料，通過磺化、分級結晶、過濾、重結晶、氨水分解、洗滌和精餾生產異喹啉。
化學性質
異喹啉的化學性質與吡啶和喹啉相似，質子化、烷基化、酰化以及被過氧酸氧化都在 N 原子上進行，親電芳香取代和親核芳香取代反應主要在環上的 C 原子上進行。
取代反應
異喹啉的親電芳香取代活性高于吡啶，優先發生在異喹啉環的 5- 和 8-位，以 5-位產物為主。[5][6] 通過N-質子化進行苯環上C-質子化然后進行質子交換，需要硫酸這樣的強酸，而且反應在 C-5 上比 C-8 上快。[7] 親核芳香取代在異喹啉的雜環進行，優先發生在 1-位。例如，異喹啉經過 Chichibabin反應可得1-氨基異喹啉；[8] 與正丁基鋰發生 Ziegler反應得到1-正丁基異喹啉，這個反應的一級加成產物1-正丁基-1,2-二氫異喹啉受稠合苯環的影響而得到穩定，可被分離出來，經硝基苯氧化可在碳上取代，并恢復異喹啉環的芳香性。
異喹啉可以在高溫下通入氫氣流與氫氧化鉀反應而直接羥基化，產物是1-異喹啉酮。[9]
異喹啉 3-位的鹵素表現出與鹵代苯相似的性質，但 1-位的鹵素具有與 α- 和 γ-鹵代吡啶相似的敏感性，很容易發生親核芳香取代。例如，1,3-二氯異喹啉可選擇性地被甲氧基取代為 1-甲氧基-3-氯異喹啉。然而，3-鹵代異喹啉惰性的一個明顯例外是 3-溴代異喹啉與氨基鈉通過ANRORC機理發生的取代反應，在這個反應中環氮原子變為取代基上的氮原子，生成3-氨基異喹啉。[10]
異喹啉在苯甲酰氯等酰化試劑的作用下，與氰化鉀或三甲基氰硅烷發生 Reissert反應，生成 Reissert 化合物 2-酰基-1-氰基-1,2-二氫異喹啉。Reissert 化合物可以發生一系列在合成上有用的轉換。[11][12]
異喹啉可以與過氧化苯甲酰作用，生成多種苯基異喹啉的混合物。如果用異喹啉正離子為作用物，則可通過它在酸性溶液中與親核性更強的自由基的取代反應，在異喹啉的 1-位引入酰基和酰胺基。
氧化還原反應
異喹啉被堿性高錳酸鉀氧化，兩個環都可被降解，得到的是吡啶-3,4-二甲酸和鄰苯二甲酸的混合物。[13] 而在中性介質中用高錳酸鉀氧化，不氧化苯環，只生成鄰苯二甲酰亞胺。苯環上的取代基可以影響氧化反應的結果。
用過氧酸氧化異喹啉，得異喹啉N-氧化物。
異喹啉可以被催化氫化、氫化試劑或金屬還原；也可以實現選擇性完全還原或部分還原異喹啉的吡啶環或苯環。催化氫化的產物受反應介質酸性的影響很大：在乙酸中，吡啶環選擇性還原生成1,2,3,4-四氫異喹啉；而在濃鹽酸中，苯環被選擇性還原生成5,6,7,8-四氫異喹啉，進一步還原則生成順式和反式十氫異喹啉的混合物。
異喹啉用二乙基氫化鋁或氫化鋁鋰[14] 還原可以得到很活潑的1,2-二氫異喹啉；在液氨中用鋰還原則得到3,4-二氫異喹啉[15]。異喹啉鎓離子被質子溶劑中的硼氫化鈉迅速還原生成1,2,3,4-四氫異喹啉，該反應是確定生物堿結構的一個重要反應。雜環部分迅速被還原，其它可被還原的官能團如羰基可以不受影響。
其他反應
異喹啉雜環上的甲基具有 CH 酸性，1-位甲基氫酸性大于3-位，因此能夠發生酸或堿催化的 C-C 鍵形成反應。
異喹啉鎓鹽中的吡啶鎓環較容易進行親核加成，可與富電子的親雙烯體如乙烯基乙醚發生環加成反應。[16]
合成
從異喹啉 1 的逆合成分析可以看出，如果從亞胺鍵的斷裂回推，可以通過二羰基化合物 10 作為環合原料。如果算上還原步驟，可用氨基羰基化合物 8 和 4 作為二氫異喹啉的制取原料。另一方面，3,4-二氫異喹啉 5 的 C-1 和 C-4 鍵斷裂可以產生合成子 α-親電性烯胺 7 以及 β-親電性烯胺 6，它們也可用作親電芳香取代環化的原料。
因此，異喹啉及其衍生物的合成方法有：
1、(2-甲酰苯基)乙醛及類似的二羰基化合物與氨發生環化反應生成異喹啉（合成子 10）。如果用羥胺、肼或伯胺代替氨，則可分別得到異喹啉N-氧化物、N-內銨鹽和N-取代的異喹啉鎓離子。
2、Bischler-Napieralski反應：2-芳基乙胺與酰氯或酸酐反應生成酰胺，然后在失水劑作用下環化生成3,4-二氫異喹啉，然后脫氫生成1-取代的異喹啉（合成子 7）。
Pictet-Gams反應：上述反應的改進法，用 β-甲氧基或 β-羥基芳乙胺進行反應，可不經氧化或脫氫，直接得到異喹啉類化合物。反應中有惡唑啉中間體生成。
3、Pictet-Spengler反應：2-芳基乙胺與醛在酸催化下生成亞胺，然后亞胺在酸催化下環化生成1,2,3,4-四氫異喹啉，脫氫得到異喹啉（合成子 7）。
4、Pomeranz-Fritsch合成：芳醛與氨基乙縮醛縮合生成亞胺，亞胺在酸催化下環化為雜環上無取代基的異喹啉（合成子 6）。
用途
異喹啉衍生物廣泛存在于自然界中，[17] 目前已知的異喹啉生物堿有1000多種，是已知生物堿中最大的一類。它們多以異喹啉或四氫異喹啉為母核，又可根據連接基團而細分為異喹啉類、芐基異喹啉類、雙芐基異喹啉類、阿撲芬類、原小檗堿類、普羅托品類、吐根堿類、α-萘菲啶類和嗎啡類生物堿等九類。
有許多藥物是異喹啉的衍生物。著名的異喹啉類生物堿罌粟堿，至今仍是重要的解痙藥。抗抑郁藥諾米芬辛和抗血吸蟲藥吡喹酮是從四氫異喹啉衍生而來。
內文注釋
- ↑ Smyth et al., Arch. Ind. Hyg. Occup. Med. 4, 119 (1951)
- ↑ S. Hoogewerff and W. A. van Dorp, Rec. Trav. Chim. Pays-Bas, 4, 125 (1885).
- ↑ S. Gabriel. Synthese von Derivaten des Isochinolins. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1885, 18 (2): 3470–3480. doi:10.1002/cber.188501802334.
- ↑ R. Wei?gerber. über das Isochinolin im Steinkohlenteer. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1914, 47 (3). doi:10.1002/cber.191404703123.
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參考資料
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- T. Kametani, Edited by John ApSimon. The Total Synthesis of Isoquinoline Alkaloids. from "The Total Synthesis of Natural Products", Volume 3. Toronto: John Wiley & Sons, Inc.. 1977: pp. 3–251. ISBN 0-471-02392-2.
- 徐仁生主編，葉陽、趙維民副主編. 《天然產物化學》（第二版）. 北京: 科學出版社. 9 2004: pp. 115–127. ISBN 7-03-012518-5.
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