2,2'-Bipyridin (366-18-7) Physikalische und Chemische Eigenschaften
2,2'-Bipyridin
Ein bidentater, stickstoffhaltiger Ligand, der häufig als analytisches Reagenz und Koordinationsligand in der synthetischen Chemie, Materialwissenschaft und Analytik verwendet wird.
| CAS-Nummer | 366-18-7 |
| Familie | Pyridine |
| Typische Form | Weißer kristalliner Feststoff |
| Übliche Qualitäten | ACS Grade, BP, EP, JP, Reagent Grade, USP |
2,2'-Bipyridin ist ein aromatischer stickstoffhaltiger Heterocyclus der Bipyridin-Strukturklasse, bestehend aus zwei Pyridinringen, die an ihren 2-Positionen über eine Einfachbindung verbunden sind. Die Konnektivität erzeugt einen Liganden, der durch die beiden ringgebundenen Stickstoffatome chelatbildend wirken kann; in seiner neutralen Form ist das Molekül im Wesentlichen neutral und verhält sich als bidentater N,N-Donor, der je nach sterischem und koordinativem Kontext nahezu planare oder leicht verdrehte Konformationen annehmen kann. Die elektronische Struktur wird durch die Pyridyl-π-Systeme dominiert, mit zwei basischen freien Elektronenpaaren an den Ring-Stickstoffatomen; die Konjugation über die Ringsystembindung führt zu einer moderaten Elektronendelokalisation und einer insgesamt niedrigen polarisierten Oberfläche für einen bidentaten Heterocyclus.
Das Säure-Base- und Lösungsverhalten spiegelt die Pyridin-ähnliche Basizität wider: Die konjugierte Säure hat einen gemeldeten \(\mathrm{p}K_a\)-Wert von 4,33, was darauf hindeutet, dass unter neutralen bis basischen Bedingungen der freie Ligand überwiegend unprotoniert vorliegt und für die Metallkoordination verfügbar ist. Die Verbindung weist eine moderate Lipophilie auf (experimentell berichteter log \(K_{ow}\) = 1,50; berechnetes XLogP3 = 1,7) sowie eine topologische polare Oberfläche von 25,8 auf, was mit einer moderaten Wasserlöslichkeit, aber guter Löslichkeit in üblichen organischen Lösungsmitteln (Alkoholen, Ethern, aromatischen Kohlenwasserstoffen) konsistent ist. Es fehlen hydrolysierbare funktionelle Gruppen, und die Verbindung ist nicht hydrolyseanfällig; der Abbau in der Umwelt oder in Lösung erfolgt hauptsächlich durch langsame Oxidation (Reaktion mit photochemisch erzeugten Hydroxylradikalen) und nicht durch Hydrolyse.
2,2'-Bipyridin wird industriell und in der Forschung vielfach als metallchelatisierender Ligand und analytisches Reagenz eingesetzt. Es wirkt als Eisen(II)-Chelator und als kolorimetrischer Indikator/Reagenz zur photometrischen Bestimmung mehrerer Metallionen und ist ein wichtiges Zwischenprodukt in der Herstellung von Spezialchemikalien. Übliche kommerzielle Qualitäten für diese Substanz sind: ACS Grade, BP, EP, JP, Reagent Grade, USP.
Grundlegende Physikalische Eigenschaften
Dichte
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Schmelzpunkt
Gemeldete Schmelzpunktwerte: \(\,72\,^\circ\mathrm{C}\) und \(\,70\,^\circ\mathrm{C}\). Diese stimmen mit einem kristallinen weißen Feststoff überein, der je nach Probenhistorie und Reinheit im Bereich von \(70\)–\(72\,^\circ\mathrm{C}\) sublimiert oder schmilzt.
Siedepunkt
Gemeldete Siedepunkte: \(\,273{,}5\,^\circ\mathrm{C}\) und \(\,272\)–\(\,273\,^\circ\mathrm{C}\). Der hohe Siedepunkt reflektiert die aromatische, konjugierte Struktur und die geringe Flüchtigkeit im Vergleich zu niedermolekularen Lösungsmitteln.
Dampfdruck
Gemeldeter Dampfdruck (experimentell): 0,000013 \(\mathrm{mmHg}\). Ein zusätzlicher atmosphärischer Verteilungswert in physikochemischen Zusammenfassungen ergibt \(1{,}3 \times 10^{-5}\) \(\mathrm{mmHg}\), was darauf hinweist, dass die Verbindung unter Umgebungsbedingungen zwischen Dampf- und Partikelphase aufgeteilt ist, jedoch eine geringe Flüchtigkeit besitzt.
Flammpunkt
Gemeldeter Flammpunkt: \(\,121\,^\circ\mathrm{C}\). Der Flammpunkt zusammen mit dem niedrigen Dampfdruck deutet auf eine begrenzte Entflammbarkeit in massiver Form hin, jedoch auf brennbares Verhalten bei erhöhten Temperaturen oder bei Dispersion als feines Pulver.
Chemische Eigenschaften
Löslichkeit und Phasenverhalten
Experimentelle Löslichkeitsangaben weisen die Substanz als weißen kristallinen Feststoff aus, der "sehr löslich" in Alkohol, Ether und Benzol sowie "löslich in oxygenierten Lösungsmitteln" ist. Gemeldete Wasserlöslichkeitswerte lauten: In Wasser 5,93×10³ \(\mathrm{mg}\,\mathrm{L}^{-1}\) bei \(\,25\,^\circ\mathrm{C}\), sowie "Löslichkeit in Wasser, g/100ml: 6,4". Diese nominalen Werte zeigen eine beträchtliche Wasserlöslichkeit für einen aromatischen Heterocyclus, was mit moderater Lipophilie (log \(K_{ow}\) ≈ 1,50–1,7) und der Anwesenheit von zwei wasserstoffbindungsakzeptierenden Pyridyl-Stickstoffatomen (Anzahl H-Bindungsakzeptoren = 2, Donoren = 0) übereinstimmt. Praktisch lässt sich der Ligand leicht in üblichen polaren organischen Lösungsmitteln lösen und kann in Wasser in Konzentrationen gelöst werden, die für analytische und koordinationschemische Anwendungen sinnvoll sind; die Wahl des Lösungsmittels beeinflusst dabei das Aggregationsverhalten, den Protonierungszustand und das Koordinationsverhalten.
Phasenverhalten: Kristalliner Feststoff unter Umgebungsbedingungen (berichtet werden weiße Kristalle, auch beschrieben als weißer oder gelblicher kristalliner Feststoff), Schmelzpunkt im niedrigen 70er °C-Bereich, Siedepunkt über \(270\,^\circ\mathrm{C}\). Fein verteiltes Material stellt Staub- und Staubexplosionsrisiken dar, wenn es in Luft dispergiert ist.
Reaktivität und Stabilität
2,2'-Bipyridin ist chemisch stabil gegenüber Hydrolyse aufgrund des Fehlens hydrolysierbarer Substituenten; es unterliegt einer langsamen oxidativen Zersetzung (z.B. durch photochemisch erzeugte Hydroxylradikale in wässriger Lösung; unter radikalreichen Bedingungen wurde eine wässrige Halbwertszeit im Bereich von Monaten berichtet). Beim Erhitzen bis zur Zersetzung werden toxische Stickstoffoxidspezies freigesetzt. Es ist brennbar und sollte von starken Oxidationsmitteln ferngehalten werden; Trocknung und Pulverhandhabung erhöhen das Risiko von Staubdispersion und potenziellen Staubexplosionen. Als bidentater N,N-Donor-Ligand bildet es stabile Koordinationskomplexe mit vielen Übergangsmetallen (z.B. bis- und tris-chelatierte Spezies), wobei die Metallbindung die Redox-Eigenschaften und photophysikalischen Eigenschaften deutlich verändern kann.
Säure-Base-Reaktivität: Der gemeldete \(\mathrm{p}K_a\)-Wert der konjugierten Säure beträgt 4,33 und entspricht einer typischen Pyridin-Basizität; die Protonierung erfolgt an den Pyridyl-Stickstoffen und unterdrückt die Metallbindung bis zur Deprotonierung oder zum Ligandenaustausch.
Thermodynamische Daten
Standardenthalpien und Wärmekapazität
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Molekulare Parameter
Molmasse und Formel
Molekulare Formel: C10H8N2.
Molmasse: 156,18.
Weitere berechnete molekulare Identifikatoren: Exakte Masse / monoisotopische Masse = 156.068748264; Anzahl der schweren Atome = 12; formale Ladung = 0; Komplexität = 120.
LogP und Polarität
Gemeldete Verteilungskoeffizienten: experimentell log \(K_{ow}\) = 1,50 (gemeldet als "log Kow= 1.50"); berechnetes XLogP3 = 1,7. Topologische polare Oberfläche (TPSA) = 25,8. Anzahl der Wasserstoffbindungs-Donoren = 0; Anzahl der Wasserstoffbindungs-Akzeptoren = 2. Diese Werte weisen auf eine moderate Lipophilie mit ausreichender Polarität für messbare Wasserlöslichkeit und gute Verträglichkeit mit polaren organischen Medien hin.
Strukturelle Merkmale
2,2'-Bipyridin ist ein symmetrisches, bidentates Ligand, das aus zwei Pyridinringen besteht, die an ihren 2-Positionen verbunden sind. Die N-Atome jedes Rings stellen freie Elektronenpaare für die Koordination bereit; die Chelatbildung erzeugt typischerweise fünfgliedrige Metall-Chelatringe. Die Konformationsflexibilität um die Bindung zwischen den Ringen erlaubt nahezu planare oder verdrehte Anordnungen, welche die Kristallpackung und Koordinationsgeometrie in Komplexen beeinflussen. Umfangreiche kristallographische Daten sind für die Substanz verfügbar (CCDC-Nummer in Strukturdaten: 177724), und zahlreiche Kristallstruktureinträge für freien Liganden und Metallkomplexe wurden veröffentlicht. Die SMILES-, InChI- und InChIKey-Daten sind unten im Abschnitt Identifikatoren für eine eindeutige strukturelle Darstellung angegeben.
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
CAS: 366-18-7
EC (EINECS) Nummer: 206-674-4
UNII: 551W113ZEP
NSC Nummer: 615009 (in einigen Aufzeichnungen auch als 1550 angegeben)
ChEBI: CHEBI:30351
ChEMBL: CHEMBL39879
SMILES: C1=CC=NC(=C1)C2=CC=CC=N2
InChI: InChI=1S/C10H8N2/c1-3-7-11-9(5-1)10-6-2-4-8-12-10/h1-8H
InChIKey: ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N
Synonyme und Strukturbezeichnungen
Gängige Synonyme in Nomenklatureinträgen umfassen: 2,2'-Dipyridyl; 2,2'-Bipyridyl; 2,2-Bipyridin; 2-(2-Pyridyl)pyridin; alpha,alpha-Dipyridyl; Bipyridyl; Bipy; 2-pyridin-2-ylpyridin. Bezeichnungen für analytische und Reagenzien-Qualitäten (z.B. „2,2'-Bipyridine, ACS“) werden häufig in Lieferanten- und Spezifikationskontexten verwendet.
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Vertreteranwendungen und Industriezweige
2,2'-Bipyridin wird als Eisen(II)-Chelator sowie als Indikator/Reagenz für die photometrische Bestimmung von Metallen wie Ag, Cd, Cu, Fe und Mo eingesetzt. Es dient als Zwischenprodukt bei der Herstellung bestimmter Herbizidderivate (beispielsweise in Produktionswegen im Zusammenhang mit Diquat). Es ist ein weit verbreitetes Koordinationsligand in der homogenen Katalyse, synthetischen anorganischen Chemie, Materialsynthese und in Forschungsanwendungen, bei denen fein einstellbare Metall–Ligand-Komplexe benötigt werden.
Berufliche Exposition kann bei Herstellung und Handhabung als Reagenz oder Zwischenprodukt auftreten; die Anwendungsbereiche umfassen die Herstellung von Basischemikalien und die Spezialchemikalienproduktion.
Funktion in Synthesen oder Formulierungen
Funktionell ist die Verbindung ein bidentates Ligand, das stabile Metallkomplexe bildet (z.B. Tris(bipyridin)-Komplexe), welche für Redoxchemie, photophysikalische Studien und als Ausgangsstoffe für heterogene Katalysatoren nach Immobilisierung genutzt werden. In der analytischen Chemie wird es als kolorimetrisches Reagenz für Eisen- und andere Übergangsmetallbestimmungen eingesetzt. In Formulierungen wird es primär als Reagenz oder Zwischenprodukt verwendet und nicht als Endverbrauchszusatz.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Akute und berufsbedingte Toxizität
Toxizitätsdaten weisen auf eine akute Toxizität über orale und dermale Aufnahmewege hin. Gemeldete Nicht-Mensch-Toxizitätswerte umfassen LD50 (Ratte, oral) Werte von \(256\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\) und \(100\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\) in verschiedenen Berichten, LD50 (Ratte, sc) \(155\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\) sowie LD50 (Ratte, ip) \(150\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\). In Gefahrenklassifizierungen sind akute Toxizität (oral und dermal), Augenreizung und spezifische Zielorgan-Toxizität bei einmaliger oder wiederholter Exposition enthalten; nachgewiesene gesundheitliche Schäden umfassen Reizungen von Haut, Augen und Atemwegen, zentrale Nervensystem-Effekte sowie potenzielle Hepatotoxizität am Arbeitsplatz. Tierversuche zeigen neurobehaviorale Effekte bei höheren Dosen und es gibt einige Berichte über Mutagenität in bakteriellen Tests.
Erste-Hilfe-Maßnahmen und akute Maßnahmen laut Sicherheitsanweisungen umfassen: Exponierte Personen bei Inhalation an frische Luft bringen; Haut mit Wasser und Seife spülen bei Hautkontakt; Augen mehrere Minuten mit Wasser spülen bei Augenkontakt; kein Erbrechen bei Verschlucken herbeiführen und ärztliche Hilfe aufsuchen. In der Notfallversorgung werden unterstützende Maßnahmen (Sauerstoffgabe, Überwachung auf Lungenödem, Krampfkontrolle) bei schweren Expositionen beschrieben.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
Von starken Oxidationsmitteln und Zündquellen getrennt lagern. Staubbildung und -ausbreitung vermeiden; fein verteiltes Material kann explosionsfähige Gemische mit Luft bilden. Staubschutzmaßnahmen und geeignete Belüftung verwenden; Einatmen sowie Kontakt mit Haut und Augen vermeiden. Empfohlene persönliche Schutzausrüstung umfasst im Allgemeinen chemikalienbeständige Handschuhe, Augenschutz und geeigneten Atemschutz, wenn luftgetragene Konzentrationen Arbeitsplatzgrenzwerte überschreiten oder Staub entsteht. Bei Brand können reizende oder toxische Stickstoffoxide freigesetzt werden; empfohlene Löschmittel sind Wassernebel, alkoholbeständiger Schaum, Trockenpulver oder Kohlendioxid.
Bei Verschüttungen: Partikelfiltrierende Halbmaske verwenden, wenn Staub entsteht, in abgedeckte Behälter kehren, gegebenenfalls anfeuchten um Staubentwicklung zu minimieren, und gemäß lokalen Umweltvorschriften entsorgen. Für detaillierte Gefahren-, Transport- und regulatorische Informationen sowie produktspezifische Notfallmaßnahmen konsultieren Sie das Sicherheitsdatenblatt (SDS) und geltende lokale Vorschriften.
