Пиридин и его алкильные производные

30.1.1.Строение и номенклатура.

Пиридин a-пиколин b-пиколин g-пиколин 2,4-лутидин 2,4,6-коллидин

(2-метилпи- (3-метилпи- (4-метил- (2,4-диметил- (2,4,6-триме-

ридин) ридин) пиридин) пиридин тилпиридин)

Нумерация атомов в кольце показана на примере пиридина, кроме того, положения можно обозначать греческими буквами: 2 - a, 3 - b, 4 - g.

Пиридин своим строением напоминает бензол, но при этом p-электроны кольца стянуты к электроотрицательному атому азота, а на атомах углерода находится определенный положительный заряд, о чем свидетельствуют резонансные структуры:

При этом положительный заряд в a, b и g-положениях уменьшается в ряду:

d_a+ > d_g+ > d_b+. Молекула пиридина более полярна, чем молекула пиперидина (гексагидропиридина). Энергия резонанса не намного меньше, чем для бензола. Все атомы пиридинового кольца (пять углеродов и один азот) находятся в sp²-гибридном состоянии. Три гибридных орбитали каждого атома углерода используются на образование трех s-связей (две с соседними атомами цикла и одна с атомом водорода), две гибридных орбитали азота используются на образование двух s-связей с соседними углеродами, тогда как третья, лежащая в плоскости кольца и не сопряженная с ним, занята парой свободных электронов, обеспечивающих основные свойства пиридина.

Пиридин – ароматическая система, удовлетворяющая правилу Хюккеля (6 p-электронов, но электрофильное замещение идет с трудом (кольцо дезактивировано) и только в b-положение, где электронная плотность наибольшая. Но зато для пиридина реакции нуклеофильного замещения идут легче, чем в бензоле.

30.1.2. Методы получения.

30.1.2.1. Получение из каменноугольной смолы.

Каменноугольную смолу обрабатывают раствором кислоты, например, серной, из раствора выделяют свободные основания и разделяют (обычно разгонкой). Содержание пиридина в смоле < 0,1%, этого мало для промышленности, поэтому недостающее количество синтезируют.

30.1.2.2. Конденсация ацетилена с синильной килотой.

Реакцию проводят в раскаленных до 450 ^оС металлических трубках:

2 НСºСН + НСºN C₅H₅N

Этот метод не стал промышленным вследствие низкого выхода и ядовитости синильной кислоты.

30.1.2.3. Конденсация альдегидов с аммиаком:

30.1.3. Физические и химические свойства.

Эти соединения - жидкости с неприятным запахом, очень вредны для здоровья.

30.1.3.1. Основность.

Пиридин (рК_ВН =5,25) чуть более основен, чем анилин (рК_ВН =4,6), но менее основен чем аммиак (рК_ВН =9,25) и первичные амины (~10,6). Он более основен, чем анилин, потому что его свободная электронная пара на азоте не сопрягается с кольцом, менее основен чем аммиак и амины, поскольку азот находится в sp²-гибридном состоянии, а sp²-электроны (доля s-орбитали составляет 33%) сильнее притянуты к ядру азота, чем в аминах (азот в sp³-гибридном состоянии, доля s-орбитали составляет 25%). Реакции:

Пиридиний хлорид

Пиридиний гидроксид

30.1.3.2. Реакции электрофильного замещения.

Резонансные структуры показывают, что наибольшая электронная плотность находится в b-положении, поэтому S_E-замещение идет только в b-положение и в очень жестких условиях:

3-бромпиридин 3,5-дибромпиридин

b-пиридинсульфоновая кислота

3-нитропиридин

30.1.3.3. Реакции электрофилов по азоту.

Электрофилы типа галогеналканов с кольцом пиридина не взаимодействуют, но они реагируют с азотом:

пиридинсульфотриоксид

Это мягкий сульфирующий реагент для ацидофобных гетероциклов.

При окислении пиридина перекисью водорода образуется N-пиридиноксид:

Для пиридиноксида имеет место сопряжение отрицательно заряженного кислорода с кольцом, что активирует само кольцо, увеличивая электронную плотность на нем:

Поэтому относительно легко идут (по сравнению с самим пиридином) реакции электрофильного замещения, например, при нитровании концентрированной НNО₃:

4-нитро-N- 4-нитропиридин

пиридиноксид

30.1.3.4. Реакции нуклеофильного замещения.

Нуклеофильное замещение идет в a- и g-положения (если оба a-положения заняты), например:

2-гидроксипиридин

2-Гидроксипиридин вследствие таутомерного равновесия превращается в

пиридон 2:

30.1.3.5. Восстановление.

Пиридин, обладая дефицитом электронов, способен присоединять свободные атомы водорода (образующегося в момент выделения и отдающего электрон), т.е. легче, чем бензол:

1,4-дигид- 1,2,3,4-тетра- пиперидин

ропиридин гидропиридин (гексагидропиридин) Пиперидин имеет основность диалкиламина и входит в состав некоторых природных алкалоидов.

30.1.3.6. Окисление.

Пиридин, подобно бензолу, стоек к окислению (с КMnO₄ не реагирует). Но алкильные производные пиридина окисляются перманганатом в нейтральной среде при нагревании легче, чем толуол:

b-пиколин никотиновая (3-пиридинкарбоновая) кислота

30.1.3.7. Реакции конденсации метилпиридинов.

g- и a- пиколины способны вступать в реакции конденсации в качестве метиленовых компонентов:

2-винилпиридин

(мономер для поли-

меризации)

30.1.4. Производные пиридина.

30.1.4.1. Пиридинкарбоновые кислоты

Пиридинкарбоновые кислоты и их производные – биологически активные соединения широкого спектра действия на человека:

Пиколиновая Никотино- изонико- никотин- изониазид, кардиамин,

(2-пиридинкар- вая к-та тиновая амид, ви- гидразид N,N-диэтил-

боновая) к-та к-та тамин РР изоникоти- никотинамид

новой к-ты

Следует отметить, что изониазид – лекарство от туберкулеза, а кардиамин – стимулятор центральной нервной системы.

30.1.4.1. Алкалоиды.

Никотин (алкалоид табака) анабазин, b-(a¢-пиперидил)пиридин (из

3-[2¢-(N-метилпирролидил)пиридин ежевника безлистого из Средней Азии)

Оба вещества очень ядовиты, но используются как инсектициды в сельском хозяйстве и как сырье для получения никотиновой кислоты.

Дата добавления: 2014-01-11