Зырить аржан for Хиноны

{{YouTube|QkZjgWRtE7s|width=300|height=250}}

== Общие сведения ==
Хиноны представляют собой класс циклических органических соединений, структурной основой которых является кольцо циклогексадиенона, содержащее два атома кислорода карбонильных групп. В зависимости от структуры углеродного скелета, к которому присоединены карбонильные группы, хиноны получают соответствующие названия, например, бензохиноны, нафтохиноны, антрахиноны или толухиноны. Цифры, стоящие в начале систематического названия соединения, указывают на положение карбонильных групп в ароматическом или алициклическом кольце. Данный класс веществ играет исключительно важную роль в природе и биохимии живых организмов. Многие хиноны и их производные являются биологически активными веществами, выступающими в роли пигментов, антибиотиков и коферментов. К числу жизненно важных соединений хинонового ряда относятся филлохинон (витамин К1), а также убихинон (кофермент Q10), который широко известен благодаря своему участию в процессах клеточного дыхания и метаболизма. 

== Классификация ==
Классификация хинонов традиционно базируется на характере основного углеродного скелета молекулы и взаимном расположении карбонильных групп. По количеству конденсированных колец хиноны делятся на моноядерные (производные бензола — бензохиноны) и полиядерные, которые включают сконденсированные ароматические системы (нафтохиноны, антрахиноны, фенантренхиноны). В зависимости от взаимного расположения атомов кислорода в кольце выделяют пара-хиноны (например, 1,4-бензохинон), в которых карбонильные группы находятся на противоположных сторонах шестичленного цикла, и орто-хиноны (например, 1,2-бензохинон), где кислородсодержащие группы расположены у соседних атомов углерода. Подобное структурное многообразие определяет широкую вариативность их химических и физических свойств, а также окислительно-восстановительных характеристик.

== Способы получения ==
Методы препаративного и промышленного синтеза хинонов отличаются значительным разнообразием и в большинстве своем базируются на реакциях окисления. Наиболее распространенным лабораторным способом является окисление одноатомных фенолов, ароматических аминов и диаминов. Исключительно удобным и эффективным окислителем в данном случае выступает соль Фреми (нитрозодисульфонат калия). Реакция с использованием соли Фреми протекает в мягких условиях в водно-спиртовой среде или ацетоне без необходимости сильного нагревания, обеспечивая высокий выход целевого продукта, достигающий 90 процентов.

Для целенаправленного получения орто-хинонов из одноатомных фенолов или 1,2-дигидроксибензола успешно применяются одноэлектронные окислители, такие как карбонат серебра, а также специфические реагенты на основе селена, хотя использование последних ограничено их высокой стоимостью. Широкое применение в качестве окислителей находят соединения шестивалентного хрома. Оксид хрома(VI) в растворе уксусной кислоты или реагент Килиани (смесь дихромата натрия и серной кислоты) способны окислять фенолы, ароматические амины и гидрохиноны до соответствующих бензохинонов и нафтохинонов. Более того, с помощью хромовых окислителей возможно прямое окисление ароматических углеводородов (нафталина, антрацена, фенантрена) до соответствующих хинонов, минуя стадию предварительного получения фенолов. Однако при использовании хрома выходы целевых продуктов могут быть несколько ниже по сравнению с применением соли Фреми.

В промышленном масштабе синтез полиядерных хинонов осуществляется более рентабельными путями. Одним из ключевых методов является прямое каталитическое окисление ароматических углеводородов кислородом воздуха при высоких температурах в присутствии оксида ванадия(V) в качестве катализатора. Этот процесс позволяет получать антрахинон и фенантренхинон с выходами около 80 процентов. Другим важнейшим промышленным способом получения антрахинона является реакция ацилирования бензола фталевым ангидридом по Фриделю — Крафтсу. Процесс протекает в присутствии катализатора — хлорида алюминия при температуре 70 градусов Цельсия. На первой стадии образуется орто-бензоилбензойная кислота, которая затем подвергается внутримолекулярной циклизации с образованием антрахинона.

== Свойства ==
Химические свойства хинонов обусловлены наличием в их структуре сопряженной системы двойных углерод-углеродных связей и двух электроноакцепторных карбонильных групп. Важнейшей характеристикой хинонов является их способность к обратимому восстановлению до двухатомных фенолов (гидрохинонов). Этот процесс протекает в две стадии. На первой стадии происходит одноэлектронное восстановление с образованием анион-радикалов, называемых семихинонами. Семихиноны могут быть зафиксированы и исследованы методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). На второй стадии семихинон присоединяет второй электрон и протоны, окончательно превращаясь в двухатомный фенол. Термодинамическая способность конкретного хинона к восстановлению количественно оценивается с помощью окислительно-восстановительного (редокс) потенциала, рассчитываемого по уравнению Нернста. 

Процесс восстановления часто осложняется образованием промежуточного темно-зеленого комплекса — хингидрона. Хингидрон представляет собой молекулярный комплекс с переносом заряда, в котором молекула гидрохинона выступает донором электронов, а молекула хинона — акцептором. Восстановление хинонов в лабораторной и промышленной практике осуществляется с применением различных агентов: дитионита натрия в щелочной среде, алюмогидрида лития, боргидрида натрия, хлорида олова(II) в соляной кислоте или цинка в уксусной кислоте. В промышленности для этих целей часто используют смесь оксида серы(IV) и мелкодисперсного железа в воде при 70 градусах Цельсия. В зависимости от применяемого восстановителя, глубина реакции может варьироваться: например, 9,10-антрахинон при действии дитионита натрия восстанавливается до 9,10-антрадиола, а при использовании олова — до антрона (кетона).

Благодаря высокому сродству к электрону, хиноны сами по себе выступают в роли эффективных дегидрирующих (окисляющих) агентов. Особенно активны в этом отношении галоген- и цианозамещенные хиноны, такие как 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон (ДДХ). С их помощью осуществляют дегидрирование циклоалканов и гетероциклов до ароматических систем (бензола, нафталина, антрацена, тропилидена). Механизм дегидрирования заключается в отщеплении хиноном гидрид-иона от субстрата с образованием карбокатиона, который затем стабилизируется путем выброса протона. Реакции дегидрирования часто проводят в бензоле, поскольку образующийся в ходе реакции гидрохинон нерастворим в этом растворителе и выпадает в осадок, что облегчает контроль за ходом процесса.

Хиноны, являясь типичными альфа,бета-ненасыщенными кетонами, активно вступают в реакции нуклеофильного присоединения по сопряженной системе. Например, присоединение хлороводорода к 1,4-бензохинону приводит к образованию 2-хлоргидрохинона. Образовавшийся замещенный гидрохинон способен окисляться исходным бензохиноном до 2-хлор-1,4-бензохинона, который, в свою очередь, может присоединить еще одну молекулу хлороводорода, образуя 2,3-дихлоргидрохинон. Эта последовательность реакций присоединения и окисления лежит в основе многостадийного синтеза сложных функционализированных хинонов, таких как ДДХ, где в структуру последовательно вводятся атомы хлора и цианогруппы.

Кроме того, хиноны проявляют свойства высокоактивных диенофилов в реакциях диенового синтеза (реакция Дильса — Альдера). При взаимодействии 1,4-бензохинона или 1,4-нафтохинона с 1,3-бутадиеном даже при комнатной температуре легко образуются циклические аддукты. В кислой среде эти аддукты подвергаются быстрой енолизации с образованием гидрохиноновых производных, из которых в дальнейшем могут быть синтезированы более сложные полиядерные хиноновые структуры.

== Применение ==
Спектр применения хинонов охватывает медицину, биохимию и промышленность органического синтеза. В фармакологии некоторые хиноны выступают в качестве мощных антибиотиков, а производные убихинона (кофермент Q10) используются для создания лекарственных препаратов, применяемых при лечении и профилактике атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний.

Крупнотоннажное промышленное значение имеют производные 9,10-антрахинона, которые используются в качестве синтетических красителей для хлопка, шерсти и полимерных волокон. Антрахиноновые красители (например, индантрен и бриллиантовый красный) отличаются исключительной яркостью цвета, а также высокой термической и фотохимической устойчивостью. 

Специфическим технологическим процессом применения хиноновых красителей является кубовое крашение. Поскольку сами антрахиноновые красители практически нерастворимы в воде, перед нанесением на ткань их подвергают химическому восстановлению (обычно дитионитом натрия в щелочной среде). В результате краситель переходит в так называемую водорастворимую лейкоформу (динатриевую соль полигидроксипроизводного). Ткань пропитывают раствором этой лейкоформы, после чего выдерживают на открытом воздухе. Под действием атмосферного кислорода растворимая лейкоформа окисляется обратно в исходный нерастворимый хиноновый краситель, который прочно фиксируется в структуре волокон ткани, обеспечивая однородное и долговечное окрашивание. Аналогичный механизм кубового крашения используется и при работе с другими известными красителями, в частности, с индиго.

== См. также ==
[[Циклические органические соединения]]
[[Циклопропан]]

[[Category:Органическая химия]]

[https://www.youtube.com/watch?v=QkZjgWRtE7s Смотреть видео]