Chinolina: struttura, sintesi, reazioni

La chinolina il cui nome I.U.P.A.C. è 1-azanaftalene è un eterociclo aromatico avente formula C₉H₇N ed è un liquido incolore dall’odore penetrante che tende ad ingiallire e diventare scuro nel tempo. È stato scoperto che l’anello della chinolina possiede attività antimalarica, antibatterica, antimicotica, antielmintica, cardiotonica, anticonvulsivante, antinfiammatoria e analgesica. A causa della loro importanza nelle industrie farmaceutiche e medicinali, sono stati condotti diversi studi per sintetizzare nuovi e innovativi derivati ​​della chinolina e i loro composti  con interessanti applicazioni biologiche

La chinolina, che insieme all’isochinolina è isoelettronica con il naftalene.
Essa fu estratta per la prima volta nel 1834 dal chimico tedesco Friedlieb Ferdinand Runge dal catrame di carbone la cui struttura è quella di anello benzenico e un anello piridinico fusi.

Essa è una base debole e reagisce in modo analogo alla piridina e al benzene e dà reazioni sia di sostituzione elettrofila che nucleofila.

Sintesi della chinolina

Può essere sintetizzata secondo la reazione di Skraup in cui l’anilina viene fatta reagire con acido solforico, glicerolo e un agente ossidante come il nitrobenzene

I derivati, come le 4-idrossichinoline sono ottenute con la sintesi di Conrad–Limpach dalla reazione dell’anilina con un β-chetoestere

Le chinoline sostituite sono ottenute con la:

1)       sintesi di Combes in cui è fatta reagire l’anilina con β-dichetoni in cui avviene la chiusura dell’anello di una base di Schiff catalizzata da un acido

2)       sintesi di Friedländer in cui la 2-amminobenzaldeide è fatta reagire con un chetone. Tale reazione è catalizzata da acido trifuoroacetico, acido toluensolfonico, iodio e una base di Lewis

3)      reazione di Doebner–Miller in cui è fatta reagire l’anilina con un composto carbonilico α,β-insaturo in presenza di un acido di Lewis  come il tetracloruro di stagno e un acido di Brønsted e Lowry, come l’acido p-toluensolfonico

In aggiunta ai metodi classici nell’ambito della chimica verde per eliminare e ridurre la produzione di rifiuti sono state attuati nuovi metodi sintetici che si avvalgono di  microonde che generano campi elettrici e magnetici. Il campo elettrico da solo viene utilizzato per riscaldare un materiale, consentendo di ridurre sia la quantità di energia utilizzata sia il tempo necessario affinché avvenga una reazione

Altri metodi si sono avvalsi dell’irradiazione ultrasonica o di  nanoparticelle di rame usato quale catalizzatore e della click chemistry , nuovo approccio chimico introdotto da Barry Sharpless nel 2001, che si riferisce alla possibilità di sintetizzare sostanze complesse in modo semplice e rapido, unendo molecole più piccole

Reazioni

Dà luogo a reazioni di sostituzione elettrofila sull’anello benzenico in posizione 8 e 5 piuttosto che sull’anello piridinico.

La nitrazione della chinolina dà luogo alla formazione di 5 e 8 nitrochinoline. I prodotti della solfonazione sono diversi a seconda della temperatura: a 220°C si forma in prevalenza l’acido 8-chinolinsolfonico mentre a 300°C si ha la sostituzione in posizione 6.

La sostituzione nucleofila che nella chinolina avviene più rapidamente che non nella piridina si verifica nell’anello piridinico abitualmente in posizione 2.

Può essere ridotta per idrogenazione catalitica con Nichel Raney con rottura dei doppi legami presenti nell’anello piridinico.

Può essere ossidata da permanganato di potassio con formazione dell’acido chinolinico. Esso è poco stabile dà luogo alla formazione di acido nicotinico.

Si riporta uno schema generale delle reazioni della chinolina

La chinolina e i suoi derivati trovano applicazioni nell’industria dei coloranti che sono utilizzati negli alimenti, nei cosmetici e nell’industria.

Inoltre è usata per la preparazione dell’idrossichinolina e della niacina e come solvente per resine e terpeni.