2-氯吡啶-4-甲醛（CAS号：101066-61-9）是一种重要的有机合成中间体，属于取代吡啶类化合物。其分子式为C₆H₄ClNO，分子量约为141.56 g/mol。该化合物以无色至淡黄色液体或晶体形式存在，熔点约为45-50°C，沸点在较高温度下（约250°C以上，需减压蒸馏）。结构上，它是由吡啶环在2位取代氯原子、在4位连接醛基（-CHO）形成的。这种结构赋予了它独特的化学活性，常用于制药、农药和精细化工领域的合成，例如作为构建杂环化合物的关键原料。
从化学专业视角来看，2-氯吡啶-4-甲醛的反应性主要源于吡啶环的芳香性和亲核取代特性，以及醛基的亲电性。氯原子的存在增强了吡啶环的电子 withdrawing 效应，使其在亲核取代反应中更易发生位移。此外，醛基可参与缩醛化、Wittig反应或其他碳链延伸反应。这些性质使其在有机合成中备受青睐，但也要求在处理时注意其潜在的刺激性和氧化敏感性。
水溶性的基本概念与影响因素
在讨论2-氯吡啶-4-甲醛的水溶性之前，需回顾溶解度的基本原理。水溶性本质上是溶质与溶剂分子间相互作用的体现，主要受“相似相溶”原则（like dissolves like）支配。对于有机化合物，水溶性取决于分子极性、氢键形成能力以及晶体格子能等因素。
吡啶类化合物通常表现出一定程度的水溶性，因为吡啶氮原子可与水分子形成氢键，且环结构具有部分极性。然而，取代基会显著改变这一特性。氯原子是一种非极性取代基，但其电负性会拉电子，略微增加分子极性；醛基则引入了一个极性羰基（C=O），这有利于与水的偶极子相互作用，形成氢键。总体而言，这种化合物的水溶性介于非极性烃类（不溶）和高极性醇类（高度溶解）之间。
2-氯吡啶-4-甲醛的具体水溶性数据
根据可靠的化学数据库（如Sigma-Aldrich或PubChem）和实验文献，2-氯吡啶-4-甲醛在水中的溶解度有限，属于微溶或低溶解度范畴。具体而言，其在25°C下的水溶解度约为0.5-2 g/L（即0.05-0.2% w/v），远低于易溶标准（通常定义为10 g/L以上）。这一数据来源于标准溶解度测定方法，如摇瓶法或HPLC分析，在中性pH条件下获得。
实验观察显示，该化合物在水中形成乳浊液或微小沉淀，而不是完全透明溶液。这表明其亲水性不足以实现高浓度溶解。相比之下，它在有机溶剂如乙醇、乙醚或二氯甲烷中表现出良好溶解度（>50 g/L），这更符合其两亲性特征。温度升高可略微改善水溶性（溶解度随温度呈正相关），但超过60°C时，醛基可能发生水解或氧化，产生副反应。
影响水溶性的关键因素包括： 分子极性：醛基的氧原子可接受氢键，但氯取代降低了整体亲水性。计算化学模型（如COSMO-RS）显示，其logP值（辛醇-水分配系数）约为1.5-2.0，表明中等疏水性。 立体效应：吡啶环的平面结构利于水分子接近，但2位的氯原子可能造成局部空间位阻，阻碍氢键网络形成。 离子化倾向：在碱性条件下，醛基可能发生Cannizzaro反应，导致溶解度变化；酸性环境中，吡啶氮可质子化，增强水溶性（但pKa约为2-3，需强酸）。
实验验证与实际应用考虑
在实验室中，验证2-氯吡啶-4-甲醛水溶性的标准方法包括：
- 饱和溶液制备：将过量化合物加入蒸馏水中，振荡24小时后过滤，测定上清液浓度（UV-Vis光谱法，λ_max≈280 nm）。
- 相图分析：通过绘制温度-溶解度曲线，评估热力学参数，如溶解焓（ΔH_sol）和熵（ΔS_sol）。
- 表面张力测定：低溶解度化合物常降低水表面张力，间接指示微量溶解。
从应用角度，较低的水溶性意味着在水相反应中需使用助溶剂（如DMF或乙醇）或乳化剂，以提高反应效率。例如，在制药合成中，若涉及水介质，该化合物的低溶解度可能要求分相萃取或使用微反应器来优化混合。
安全而言，该化合物具有中等毒性（LD50约500-1000 mg/kg，口服，大鼠），皮肤接触可能引起刺激。水溶性低减少了意外暴露风险，但操作时仍需在通风橱中使用PPE（个人防护装备），并避免与强氧化剂接触以防爆炸风险。
相关衍生物与比较
与其他吡啶醛类比较，2-氯吡啶-4-甲醛的水溶性低于未取代的吡啶-4-甲醛（溶解度>10 g/L），但高于高度烷基化的衍生物。这反映了氯原子的电子效应主导了溶解行为。类似化合物如2-氯吡啶-3-甲醛显示相似趋势，强调取代位置的影响。
总之，2-氯吡啶-4-甲醛并非易溶于水，其微溶特性源于分子结构的平衡。在实际使用中，化学从业者应据此选择合适溶剂体系，以确保高效合成和安全操作。进一步的定量数据可通过SDS或专业文献获取，以支持特定实验设计。