Изохинолин: свойства, получение и применение алкалоидов

Введение

Изохинолин — это отдельное химическое вещество, гетероциклическое ароматическое органическое соединение, а также название семейства, включающего тысячи природных растительных алкалоидов, каждый из которых может называться "изохинолином". Он является структурным изомером хинолина. Изохинолин и хинолин — это бензопиридины, состоящие из бензольного кольца, соединенного с пиридиновым кольцом. В более широком смысле термин "изохинолин" используется для обозначения производных изохинолина. Бензилизохинолин служит структурной основой для многих природных алкалоидов, таких как папаверин. Изохинолиновое кольцо в этих природных соединениях образуется из ароматической аминокислоты тирозина.

Свойства

Изохинолин — бесцветная гигроскопическая жидкость при температуре выше точки плавления с проникающим неприятным запахом. Нечистые образцы могут иметь коричневатый оттенок, что типично для азотсодержащих гетероциклов. Он кристаллизуется в виде пластинок, малорастворимых в воде, но хорошо растворимых в этаноле, ацетоне, диэтиловом эфире, дисульфиде углерода и других распространенных органических растворителях. Он также растворим в разбавленных кислотах в виде протонированного производного. Будучи аналогом пиридина, изохинолин является слабым основанием с pKa 5,14. Его впервые выделили путем фракционной кристаллизации сульфата кислоты. В 1914 году Вайсгербер разработал более быстрый метод, основанный на селективной экстракции каменноугольной смолы, используя тот факт, что изохинолин более основен, чем хинолин. Изохинолин можно выделить из смеси путем фракционной кристаллизации сульфата кислоты. Хотя производные изохинолина могут быть синтезированы различными способами, относительно немного прямых методов позволяют получить незамещенный изохинолин. Реакция Померанца — Фрича представляет собой эффективный метод получения изохинолина. В этой реакции используются бензальдегид и диэтилацеталь аминоацетальдегида, которые в кислой среде реагируют с образованием изохинолина. В качестве альтернативы можно использовать бензиламин и ацеталь глиоксаля для получения того же результата с использованием модификации Шлиттлера — Мюллера. Для получения различных производных изохинолина полезны и другие методы. В реакции Бишлера — Напиеральского β-фенилэтиламин ацилируется и циклодегидратируется кислотой Льюиса, такой как фосфорилхлорид или пентаоксид фосфора. Полученный 1-замещенный 3,4-дигидроизохинолин затем можно дегидрировать с использованием палладия. Реакция Бишлера — Напиеральского, описанная ниже, приводит к образованию папаверина. Реакции Пикте — Гамса и Пикте — Спенглера являются вариантами реакции Бишлера — Напиеральского. Реакция Пикте — Гамса протекает аналогично реакции Бишлера — Напиеральского; единственное отличие заключается в том, что дополнительная гидроксигруппа в реагенте обеспечивает место для дегидратации в тех же условиях реакции, что и циклизация, что позволяет получить изохинолин без необходимости отдельной реакции для превращения промежуточного продукта дигидроизохинолина. В реакции Пикте — Спенглера конденсация β-фенилэтиламина и альдегида образует имин, который циклизуется с образованием тетрагидроизохинолина вместо дигидроизохинолина. В энзимологии (S)-норкоклауринсинтаза является ферментом, катализирующим биологический синтез по типу Пикте — Спенглера: внутримолекулярные аза-виттиговские реакции также приводят к образованию изохинолинов.

Isoquinoline is a colorless hygroscopic liquid at temperatures above its melting point with a penetrating, unpleasant odor. Impure samples can appear brownish, as is typical for nitrogen heterocycles. It crystallizes in form of platelets that have a low solubility in water but dissolve well in ethanol, acetone, diethyl ether, carbon disulfide, and other common organic solvents. It is also soluble in dilute acids as the protonated derivative. Being an analog of pyridine, isoquinoline is a weak base, with a pKa of 5.14. They isolated it by fractional crystallization of the acid sulfate. Weissgerber developed a more rapid route in 1914 by selective extraction of coal tar, exploiting the fact that isoquinoline is more basic than quinoline. Isoquinoline can then be isolated from the mixture by fractional crystallization of the acid sulfate. Although isoquinoline derivatives can be synthesized by several methods, relatively few direct methods deliver the unsubstituted isoquinoline. The Pomeranz–Fritsch reaction provides an efficient method for the preparation of isoquinoline. This reaction uses a benzaldehyde and aminoacetoaldehyde diethyl acetal, which in an acid medium react to form isoquinoline. Alternatively, benzylamine and a glyoxal acetal can be used, to produce the same result using the Schlittler Müller modification. Several other methods are useful for the preparation of various isoquinoline derivatives. In the Bischler–Napieralski reaction an β phenylethylamine is acylated and cyclodehydrated by a Lewis acid, such as phosphoryl chloride or phosphorus pentoxide. The resulting 1 substituted 3,4 dihydroisoquinoline can then be dehydrogenated using palladium. The following Bischler–Napieralski reaction produces papaverine. The Pictet–Gams reaction and the Pictet–Spengler reaction are both variations on the Bischler–Napieralski reaction. A Pictet–Gams reaction works similarly to the Bischler–Napieralski reaction; the only difference being that an additional hydroxy group in the reactant provides a site for dehydration under the same reaction conditions as the cyclization to give the isoquinoline rather than requiring a separate reaction to convert a dihydroisoquinoline intermediate. In a Pictet–Spengler reaction, a condensation of a β phenylethylamine and an aldehyde forms an imine, which undergoes a cyclization to form a tetrahydroisoquinoline instead of the dihydroisoquinoline. In enzymology, the (S) norcoclaurine synthase is an enzyme that catalyzes a biological Pictect Spengler synthesis:

Intramolecular aza Wittig reactions also afford isoquinolines.

В человеческом теле

Болезнь Паркинсона, медленно прогрессирующее нарушение двигательной функции, предположительно вызывается определенными нейротоксинами. Нейротоксин под названием МТПТ (1[N] метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин), являющийся предшественником МПП+, был обнаружен и связан с болезнью Паркинсона в 1980-х годах. Активные нейротоксины разрушают дофаминергические нейроны, приводя к паркинсонизму и болезни Паркинсона. Было выявлено, что несколько производных тетрагидроизохинолина обладают аналогичными нейрохимическими свойствами, что и МТПТ. Эти производные могут служить предшественниками активных нейротоксинов.

Другие применения

Изохинолины используются в производстве красителей, красок, инсектицидов и фунгицидов. Они также применяются в качестве растворителя для жидкостно-жидкостной экстракции смол и терпенов, а также в качестве ингибитора коррозии.