Хінолін кристалізується в моноклинну ґратку (P21/c) з параметрами a = 992 пм, b = 1085 пм, c = 1337 пм і β = 106,5° (8 молекул на комірку). Слабкі водневі зв'язки C-H-N і C-H-(π-система).[31]
На противагу піридину, хінолін погано розчиняється у воді (6г/л при 20 °C).[1] З органічними розчинниками (етанол, ацетон, вуглеводи) хінолін змішується повністю.[4]
Будова молекули
Хінолін має кон'юговану систему з десятьма π-електронами, аналогічну до нафталінової. Молекула плоска й підпадає під правило Хюкеля (4n+2 електрони) для ароматичних систем. Атом азоту відтягує електронну густину з кільця. Всі атоми кілець хіноліну мають sp2-гібридизацію.
Довжини зв'язків та кути в молекулі хіноліну
Пі-електронна густина в молекулі хіноліну
Хімічні властивості
Хінолін — слабка основа. Він протонується сильними кислотами по азоту, утворюючи солі (наприклад, гідрохлорид (C9H7N·HCl), Т пл. 134 °C.[32] З кислотами Льюїса утворює продукти приєднання (аналогічно піридину).
Атом азоту має sp2 гібридизацію й проявляє відповідні властивості «піридинового азоту».
Ароматична система хіноліну збіднена електронами порівняно з аналогічною пі-системою нафталіну. Він важче вступає в реакції електрофільного заміщення та окислення, які переважно протікають в бензольному ядрі. Натомість реакції нуклеофільного заміщення характерні для позицій 2 та 4 піридинового ядра.
Електрофільне заміщення
Піридинове кільце хіноліну дезактивоване, електрофільне заміщення протікає в положення 5 та 8 бензольного ядра.
Сульфуванняолеумом при помірних температурах (90 °C) відбувається у позицію 8 (і частково 5), оскільки перехідний стан має нижчу енергію (кінетичний контроль реакції). Натомість при температурі 250—300nbsp;°C утворюється термодинамічно стабільніший ізомер заміщений по позиції 6.[33] Відносно чистий продукт сульфування по позиції 5 можна отримати проводячи реакцію в присутності сульфату ртуті(ІІ).
Галогенування хіноліну молекулярними галогенами потребує жорстких умов. Бромування в сірчаній кислоті дає 5- та 8-бромхінолін.[34] Виходячи з гідроброміду хіноліну можна провести заміщення по позиції 3.[35]
Нуклеофільне заміщення
Багато реакцій нуклеофільного заміщення хіноліну протікають аналогічно реакціям піридину, переважно в електронно-дефіцитне положення 2 піридинового кільця.
Хінолін може бути напряму проалкільований бутиллітієм; утворений продукт приєднання по позиції 2гідролізується водою та легко ароматизується (дегідрується) нітробензолом.[38]
У залежності від умов реакції можна селективно прогідрувати як бензольне так і піридинове кільце хіноліну. Водень в метанолі на платиновому каталізаторі відновлює піридинове ядро.[44] Це ж кільце гідрується ціаноборогідридом натрію[45], борогідридом натрію[46], борогідридом цинку(інші мови)[47] в присутності хлориду нікелю(ІІ). Селективне гідрування бензольного ядра можливе в сильнокислому середовищі (H2/Pt).[48] (або TFA/PtO2/H2) При дещо жорсткіших умовах і тривалішому проведенні реакції можна досягти повного гідрування подвійних зв'язків.[44]Літійалюмогідрид може відновити хінолін до 1,2-дигідрохіноліну [49] В той же час обробка літієм в рідкому амоніаку дає 1,4-[50] та/чи 3,4-дигідрохінолін[44]. Останні сполуки легко вступають в подальші реакції та ізомеризуються.
Примітки
↑ абТехнічний лист Хінолін отримано з Merck, 5. September 2010.
↑Brown, H.C., et al., in Baude, E.A. and Nachod, F.C., Determination of Organic Structures by Physical Methods, Academic Press, New York, 1955.
↑Römpp Online — Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
↑ абвгD. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 3-454, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
↑ абA. D. Buckingham, J. Y. H. Chau, H. C. Freeman, R. J. W. Le Fèvre, D. A. A. S. Narayana Rao, J. Tardif: The dipole moments of pyridine, quinoline, and isoquinoline as vapours and as solutes, in: J. Chem. Soc.1956, 1405—1411; DOI:10.1039/JR9560001405.
↑M. Hesse: Alkaloide, S. 375-378, 1. Auflage, Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich, 2000, ISBN 3-906390-19-5.
↑A. Shaabani, E. Soleimani, Z. Badri: Triflouroacetic Acid as an Efficient Catalyst for the Synthesis of Quinoline, in: Synth. Commun.2007, 37, 629—635; DOI:10.1080/00397910601055230.
↑C.-S. Jia, Z. Zhang, S.-J. Tu, G.-W. Wang: Rapid and efficient synthesis of poly-substituted quinolines assisted by p-toluene sulphonic acid under solvent-free conditions: comparative study of microwave irradiation versus conventional heating, in: Org. Biomol. Chem.2006, 4, 104—110; DOI:10.1039/b513721g.
↑J. Wu, H.-G. Xia, K. Gao: Molecular iodine: a highly efficient catalyst in the synthesis of quinolines via Friedländer annulation, in: Org. Biomol. Chem.2006, 4, 126—129; DOI:10.1039/b514635f.
↑R. Varala, R. Enugala, S. R. Adapa: Efficient and Rapid Friedlander Synthesis of Functionalized Quinolines Catalyzed by Neodymium(III) Nitrate Hexahydrate, in: Synthesis2006, 3825-3830; DOI:10.1055/s-2006-950296.
↑R. G. Gould, W. A. Jacobs: The Synthesis of Certain Substituted Quinolines and 5,6-Benzoquinolines, in: J. Am. Chem. Soc.1939, 61, 2890—2895; DOI:10.1021/ja01265a088.
↑Bergstrom, F. W. Chem. Rev.1944, 35, 156. (Review)
↑P. M. Dewick: Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach, 1. Auflage, S. 380-397, John Wiley & Sons, New York, 2009, ISBN 0-470-74167-8.
↑W. H. F. Sasse: Synthetical applications of activated metal catalysts. Part VIII. The action of degassed Raney nickel on quinoline and some of its derivatives, in: J. Chem. Soc.1960, 526—533; DOI:10.1039/JR9600000526.
↑D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 3-675, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
↑D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 6-212, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
↑D. R. Lide (Hrsg.): Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, S. 6-223, CRC Press, Boca Raton, 2009; ISBN 978-1-4200-9084-0.
↑O. Eckstein: Ueber Chinolin-chlorhydrat und die Einwirkung von Säurechloriden auf Chinolin, in: Chem. Ber.1906, 39, 2135—2138; DOI:10.1002/cber.190603902173.
↑T. J. Kress, S. M. Constantino: Selective brominations in nitrobenzene. A convenient synthesis of 3-brornoquinoline, 4-bromoisoquinoline, and 4-phenyl-5-bromopyrimidine, in: J. Heterocycl. Chem.1973, 10, 409—410; DOI:10.1002/jhet.5570100326.
↑J. A. Zoltewicz, L. S. Helmick, T. M. Oestreich, R. W. King, P. E. Kandetzki: Addition of amide ion to isoquinoline and quinoline in liquid ammonia. Nuclear magnetic resonance spectra of anionic σ-complexes, in: J. Org. Chem.1973, 38, 1947—1949; DOI:10.1021/jo00950a036.
↑T. J. Geissmann, M. J. Schlatter, I. D. Webb, J. D. Roberts: The Synthesis of some Intermediates for the Use in the Preparation of Analogs of Salicylaldehyde ethylenediimine cobalt («Salcomine»), in: J. Org. Chem.1946, 11, 741—750; DOI:10.1021/jo01176a015.
↑C. F. Koelsch, A. F. Steinhauer: Synthesis, Nitration, and Oxidation of 3-Azafluoranthene, in: J. Org. Chem.1953, 18, 1516—1522; DOI:10.1021/jo50017a010.
↑ абJ. C. Cochran, W. F. Little: Electrolytic Oxidation of Some Substituted Quinolines to Quinolinic Acids and Acylations with Substituted Quinolinic Anhydrides, in: J. Org. Chem.1961, 21, 808—811; DOI:10.1021/jo01062a039.
↑G. Queguiner, P. Pastour: Synthèse dans la série de la pyridine — I — Les diformylpyridines, in: Bull. Soc. Chim. Fr.(інші мови)1968, 10, 4117-4121.
↑C. O'Murchu: Ozonolysis of Quinolines: A Versatile Synthesis of Polyfunctional Pyridines, in: Synthesis1989, 11, 880—882; DOI:10.1055/s-1989-27423.
↑ абвJ. A. Joules, K. Mills: Heterocyclic Chemistry, 5. Auflage, S. 177—199, Blackwell Publishing, Chichester, 2010, ISBN 978-1-4051-9365-8.
↑G. R. Girard, W. E. Bondinell, L. M. Hillegass, K. G. Holden, R. G. Pendleton, I. Uzinskas: Tetrahydro thiadiazolo isoquinolines: synthesis and inhibition of phenylethanolamine-N-methyltransferase, in: J. Med. Chem.1989, 32, 1566—1571; DOI:10.1021/jm00127a027.
↑A. Nose, T. Kudo: Reduction of Heterocyclic Compounds. II. Reduction of Heterocyclic Compounds with Sodium Borohydride-Transition Metal Salt Systems, in: Chem. Pharm. Bull.(інші мови)1984, 32, 2421—2425; Abstract [Архівовано 16 серпня 2011 у Wayback Machine.].
↑B. C. Ranua, U. Janaa, A. Sarkara: Regioselective Reduction of Quinolines and Related Systems to 1,2,3,4-Tetrahydro Derivatives with Zinc Borohydride, in: Synth. Commun.1998, 28, 485—492; DOI:10.1080/00397919808005103.
↑G. L. Patrick: Synthesis of (±)-[4aα,4bβ,10bβ,12aα]-9-halogeno-2-methyl-1,2,3,4,4a,4b,5,6,10b,11,12,12a-dodecahydronaphtho[2,1-]isoquinolines, in: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 11995, 1273—1279; DOI:10.1039/P19950001273.
↑E. A. Braude, J. Hannah, Sir R. Linstead: Hydrogen transfer. Part XVI. Dihydrides of nitrogenous heterocycles as hydrogen donors, in: J. Chem. Soc.1960, 3249-3257; DOI:10.1039/JR9600003249.