Лечебни вещества, получени от пиридин. Структура и свойства на пиридина и неговите производни
Пиридинът е представител на шестчленни хетероцикли с един хетероатом, който е азотен атом
Монометилпиридините се наричат пиколини, диметилпиридините се наричат лутидини, а триметилпиридините се наричат колидини. Наситеният пиридинов пръстен се нарича пиперидин.
Пиридинът става известен през 1851 г., когато е изолиран от костно масло, а малко по-късно - от каменовъглен катран (1854 г.)
Методи за получаване. Както вече беше отбелязано, пиридинът се отделя от каменовъглен катран. За съжаление, съдържанието му в този източник не надвишава 0,1%.
От синтетичните методи за получаване на пиридин най-важни са тези, които се основават на превръщането на акролеин и наситени и ненаситени алдехиди.
Съгласно метода на Чичибабин (1937 г.), заместени пиридини се получават от алдехиди и амоняк (по-добре е да се използва алдехид амоняк) чрез нагряване при 250 o C в присъствието на амониев ацетат
Ненаситените алдехиди също могат да реагират с амоняк
Практически важният синтез на заместени пиридини се основава на нагряване на смес от диенов въглеводород и нитрил при 400 o C
Разработен е метод за получаване на пиридин от ацетилен и амоняк Репе. Реакцията протича в присъствието на сложни никелови или кобалтови катализатори
Съединение с наситен пиридинов пръстен, пиперидин, може да се получи чрез нагряване на пентаметилендиамин хидрохлорид
От по-сложните синтези представяме синтеза на колидин според Ганчу. При този синтез етилов естер на 2,4,6-триметил-1,4-дихидропиридин-3,5-дикарбоксилна киселина се получава от ацетооцетен естер и алдехид (под формата на амониев алдехид). В получения продукт два водорода се окисляват с азотиста киселина, като по този начин се създава заместен пиридинов пръстен. Това е последвано от етапа на хидролиза и декарбоксилиране
Химични свойства. Пиридинът е почти правилен шестоъгълник, всички атоми на който лежат в една и съща равнина. Геометричните параметри на пиридиновия пръстен са подобни на бензеновия пръстен
Въглеродните атоми в пиридина са вътре sp 2 -хибридно състояние. За образуването на ароматен секстет пет въглерода осигуряват по един p-електрон, а шестият електрон се доставя от азотен атом, който не участва в хибридизацията. Оста на тази орбитала е перпендикулярна на равнината на местоположението на всички атоми и връзки на пиридиновия пръстен. От трите хибридни орбитали на азота, две се използват за образуване σ -връзки с два съседни въглеродни атома, а третата орбитала съдържа несподелена двойка електрони
В съответствие с дадената структура, пиридинът е циклична, плоска формация с число на Хюкел r-електрони (4n+2=6 при n=1) и има ароматен характер. В допълнение, поради несподелената двойка азотни електрони - основност.
Картината на структурата на пиридина се допълва от значителен диполен момент (2.26 г) пиридин, поради високата електроотрицателност на азотния атом, както и неравномерното разпределение на плътността π -електронен облак при хетероцикличните атоми. Следното разпределение е получено с помощта на метода на молекулярната орбита на Hückel π -заряди на атомите на пиридиновия пръстен
Хетероциклични съединения Това са съединения, чиито цикли, в допълнение към въглеродните атоми, включват атоми на други елементи (N, O, S и др.), Наречени хетероатоми.
Хетероцикличните съединения се разделят на групи: 1) според броя на атомите в пръстена, 2) според броя на хетероатомите в пръстена; 3) съединения с кондензирани цикли.
Петчленни хетероциклични съединения с един хетероатом:
фуран 
пирол 
тиофен
Шестчленни хетероциклени съединения с един хетероатом:
пиридин 
α-пиран 
γ-пиран
Хетероциклични съединения с два хетероатома:
пиразол имидазол тиазол пиримидин
Хетероцикли със слети ядра:
индол хинолин хромон
пурин
Хетероцикличните съединения са широко разпространени в природата, влизат в състава на витамини, алкалоиди, пигменти, някои аминокиселини, багрила, антибиотици и др. Пуриновите и пиримидиновите бази са част от нуклеиновите киселини.
Свойства на някои хетероциклични съединения. Петчленни хетероцикли.
Пирол (C 4 H 5 N), чието ядро е част от много важни природни съединения: хемоглобин, хлорофил, триптофан (есенциална аминокиселина) и др., е мазна течност с мирис на хлороформ. Във въздуха пиролът става кафяв поради окисление; той се разтваря добре в алкохол и етер, но слабо във вода. Получава се чрез суха дестилация на обезмаслени кости или синтетично, например от янтарна киселина.
С концентриран разтвор на KOH, пиролът образува пирол-калий, проявяващ киселинни свойства.
+H2O
Когато е изложен на минерални киселини, пиролът претърпява полимеризация.
Когато пиролът се редуцира, се образува пиролидин.
+2H 2 
Пиролидин съдържа аминокиселини:
пролин 
хидроксипролин 
Биологично активни производни на пирола са хемоглобинът и хлорофилът.
Хемоглобин – това е сложен протеин, състоящ се от протеинов компонент и небелтъчна част - хем, който включва пиролови ядра - полициклична система, съдържаща четири пиролови ядра - порфин.
Порфин, с Fe 2+ йон в центъра, оцветен в червено, при термична обработка образува Fe 3+ йон и става сив.
Хлорофил – зелен растителен пигмент, съдържащ порфиново ядро, което е свързано с Mg 2+. Хлорофилът участва в образуването на органични съединения от CO 2 и H 2 O.
Кислородсъдържащи хетероциклени съединения.
Фуран – - безцветна течност, разтворима във вода. Фурановото ядро се намира във фуранозните форми на въглехидратите (напр. рибоза). Най-важното производно на фуран е фурфуролът.
рибоза фурфурол
Фурфурол – мазна течност с остра миризма, в малки концентрации мирише на ръжен хляб. Използва се за производство на найлонови влакна, разтворители, антисептични вещества, фунгициди.
Съединения, кондензирани с други цикли.
Бензопирол (индол) е кристално вещество, в малки концентрации има мирис на жасмин, в чието етерично масло се съдържа, в големи концентрации има отвратителна миризма. Химичните свойства на индола са подобни на пирола. Индоловото ядро се намира в хетероауксин (хормон на растежа на растенията), триптофан (есенциална аминокиселина), индиго (багрило) и други съединения.
Шестчленни хетероциклични съединения(кислородсъдържащи хетероциклени съединения).
Пиран (α- и γ-) е нестабилно вещество, неговите производни са широко разпространени в природата, γ-Пиран и бензопиран (хромон) формират основата на молекулите на растителния цвят и танините - флавони, антоцианини и катехини.
Флавони са жълти растителни пигменти (в цветя, плодове) и се намират в растенията под формата на гликозиди.
флавон
Антоцианините и катехините са много сходни по структура с флавоните. Антоцианини Те също са растителни пигменти, цветът им варира от син до лилав. Цветът на разтвора на антоцианина се променя в зависимост от pH на околната среда (червен в кисела среда, сив в алкална среда).
Флавоните и антоцианините са генетично свързани един с друг и могат да се превръщат един в друг.
флавон, кверцетин антоцианин, цианидин
(жълт) хлорид (червен)
Катехини имат дъбилни свойства (чай, хмел, череша и др.), предотвратяват развитието на мухъл, като полифеноли.
Флавони, антоцианини и катехини се разлагат, губейки цвят и Р-витаминна активност, под въздействието на температурата и в присъствието на метални йони (Fe 3+, Ag +, Cu 2+ и др.). CFeCl3 дава тъмен цвят (качествена реакция към фенолен хидроксил).
Пиридин – безцветна течност с неприятна миризма, разтворима във вода. Получава се от въглищен катран и синтетично.
В реакциите пиридинът проявява следните основни свойства:
C 5 H 5 N + HOH → OH – (пиридиниев хидроксид);
C 5 H 5 N + HCl → Cl – (пиридиниев хлорид).
Воден разтвор на пиридин реагира с FeCl3, образувайки железен хидроксид и пиридиниев хлорид
OH – + FeCl 3 → Fe(OH) 3 + 3Cl –
Когато пиридинът се редуцира, пиперидинът се образува:
Пиридинът е устойчив на окислители, но когато хомолозите на пиридин се окисляват, страничните вериги се окисляват.
β-пиколин никотинова киселина
Амидът на никотиновата киселина е витамин РР, който се съдържа в месото, картофите, елдата и др.
аз 
пиридиновите и пиролидиновите ядра образуват никотин, който се съдържа в тютюна под формата на соли на лимонена и ябълчена киселина; е сърдечна отрова.
Пиримидинови и пуринови производни.
Шестчленни хетероцикли с два хетероатома -пиримидинови производни:
урацил (U) тимин (G) цитозин (C)
Кондензирани хетероцикли –пуринови производни.
аденин (A) гуанин (G)
Всички тези хетероциклични азотни бази са част от нуклеиновите киселини, които играят изключително важна роля в жизнените процеси на организмите.
Нуклеинови киселиниса полимери, образувани от кондензацията на нуклеотиди - химични съединения, състоящи се от остатъци от фосфорна киселина, въглехидратен компонент и една от пуриновите или пиримидиновите бази. Има два вида нуклеинови киселини. Дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) съдържа дезоксирибоза като въглехидратен компонент, а хетероцикличните бази са аденин, гуанин, цитозин и тимин:
дезоксирибоза
Р 
ибонуклеиновата киселина (РНК) се състои от въглехидрат рибоза и хетероциклични бази - аденин, гуанин, цитозин, урацил.
РНК и ДНК се различават една от друга не само по въглехидрати, но и по хетероциклични основи: рибонуклеиновата киселина съдържа урацил, а дезоксирибонуклеиновата киселина съдържа тимин.
Полимеризацията на нуклеотидите възниква поради образуването на етерна връзка между H 3 PO 4 на един нуклеотид и третия хидроксил на пентозата:
азотна основа - захар
остатък H 3 PO 4
азотна основа - захар
остатък H 3 PO 4
Полинуклеотид(ДНК или РНК). Наследствената информация на клетката е кодирана от определена последователност от бази в ДНК молекула, изградена под формата на двойна спирала на РНК, като последователността от нуклеотиди на едната спирала се отразява в другата. РНК се образува като единична спирала.
ВЪГЛЕВОДОРОДИ 8
Ациклични въглеводороди 9
Алициклични въглеводороди 15
Ароматни въглеводороди 17
ХАЛОГЕН ПРОИЗВОДНИ НА ВЪГЛЕВОДОРОДИТЕ 21
ОРГАНИЧНИ ЕЛЕМЕНТНИ СЪЕДИНЕНИЯ 22
ОРГАНИЧНИ КИСЕЛИНИ 33
ОКСИ КИСЕЛИНИ (ХИДРОКСИ КИСЕЛИНИ) 39
Фосфатиди 51
Стеарини 54
ВЪГЛЕХИДРАТИ 57
Монозахариди 57
Дизахариди 62
Полизахариди 67
Аминокиселини 79
БАГИ 90
Азобагрила 90
Трифенилметанови багрила 91
Индигоидни багрила 93
Антрахинонови багрила 94
Техническа класификация на багрилата 95
ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ 96
Лекция No9
Връзка между структура и биологично действие
Пиридин: силно токсично вещество. Има несподелена електронна двойка, третичен азотен атом, има силни основни свойства
Дихидропиридин: коронароразширител
Пиридин-3-карбоксилна киселина: антипелагрично средство
Пиридин-4-карбоксилна киселина: има противотуберкулозен ефект
Производните на пиридин метанол имат активност на витамин B6.
Лекарствени вещества, получени от пиридин метанол
Пиридоксин хидрохлорид
Метил 3-хидрокси-4,5 диоксиметил-пиридин хидрохлорид
Витамин B 6 е бял, без мирис, финокристален прах с горчиво-кисел вкус. Т мн.ч. - 204 - 206 °C (с разлагане). Лесно разтворим във вода, трудно - в алкохол и ацетон.
Пиридоксалфосфат
Фосфорен естер на 2-метил-3-хидрокси 4-форнил 5-хидроксиметил пиридин.
Физични свойства: Светложълт кристален прах. Слабо разтворим във вода, нестабилен на светлина.
Емоксипин
Етил 3-хидрокси-6-метил-пиридин хидрохлорид
Физични свойства: бял, финокристален прах без мирис. Лесно разтворим във вода.
Автентичност:
Общи реакции
Реакция с 2,6-дихлорохинон хлорид - образува се синьо индофенолно багрило
3. Реакция на образуване на азобагрило (всички лекарства). Реакция на фенолен хидроксил.
4. Реакция с FeCl3 до фенолен хидроксил
Реакция с общи алкалоидни реагенти (силиконволфрамова и фосфорноволфрамова киселина образуват бели утайки).
Реакции на диференциация
1. Пиридоксин хидрохлорид и емоксипин реагират на Cl -.
HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3
2. Пиридоксал фосфатът съдържа алдехидна група, която се намира:
А- реакция с реагент на Фелинг 1 и 2
B- реакция с амонячен разтвор на сребърен нитрат
Пиридоксал фосфат, след хидролиза, реагира с фосфорна киселина. Образува се жълта утайка от сребърен фосфат.
H3PO4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + 3HPO4
Пиридоксин хидрохлорид проявява синя флуоресценция под UV светлина
5. Спектрофотометричен метод (за всички лекарства). Вземете UV спектъра на тестваното вещество. Вземете UV спектъра на стандартното вещество. Те трябва да са идентични.
Количествено определяне
За пиридоксин хидрохлорид и емоксипин
Метод на неводно титруване
Метод: директно титруване
Методът се основава на киселинно-алкална реакция в неводна среда
Среда: ледена оцетна киселина, добавете Hg(CH 3 COO) 2 - за свързване на солна киселина, освободена по време на титруването
Химия
R 3 N HCl + HClO 4 R3NHClO4 + HCl
HCl+ Hg(CH3COO)2 →HgCl2 +CH3COOH
Пиридоксал фосфат
Спектрофотометрично в UV областта, чрез стандартен разтвор.
Алкалиметричен метод
Метод на директно титруване за остатък от фосфорна киселина. Методът се основава на киселинно-алкална реакция.
Аргентометрия
Меркуро- и меркуримерия
Приложение
Пиридоксин 0,02 и 0,1 g
Пиридоксал фосфат 0,01-0,02 g при токсикоза при бременни, различни видове паркинсонизъм, пелагра и хроничен хепатит
Емоксипин е антиоксидант и има ангиопротективно действие.
Предлага се под формата на 3% разтвор от 5 ml в ампули.
Пирикарбат (продектин) 2,6-пиридинидетанолабисметилкарбамат
Физични свойства: бял кристален прах, без мирис. Слабо разтворим във вода.
T на топене = 137 – 140 o C
Автентичност
1. С оцетен анхидрин в присъствието на лимонена киселина, когато не се нагрява → жълт цвят, преминаващ във вишневочервен.
Взаимодействие на пиридиновия пръстен с 2,4-динитрохлоробензен. Образува се пиридиново багрило.
Провежда се алкална хидролиза. Отделя се метиламин. Червената лакмусова хартия става синя.
| пармидин |
UV и IR спектроскопски методи
А. Метод на UV спектроскопия.
Взема се UV спектърът на тестваното вещество.
Взема се UV спектър на стандартното вещество. Те трябва да са идентични.
При UV спектроскопията електромагнитното лъчение се абсорбира от електроните на цялата молекула, а в спектрограмата наблюдаваме един максимум на абсорбция на светлина.
λ, nm
Б. ИЧ спектроскопски метод.
Количествено определяне
Метод на неводно титруване
Метод: директно титруване
Дихидропиридинови производни
Нифедипин (Коринфар)
Диметилов естер на 2,6-диметил-4-(2/-нитрофенил)-1,4-дихидропиридин-3,5-дикарбоксилна киселина
Физични свойства: зеленикаво-жълт кристален прах. Практически неразтворим във вода, трудно в алкохол. Разлага се на светлина. Т на топене = 169-174 o C.
Автентичност
Метод на UV спектроскопия
ИЧ спектроскопски метод
Количествено определяне
Получават се хроматограми.
H, mm h, mm
t,мин t,мин
Автентичност
Количествено определяне
Автентичност
UV и IR спектроскопия
2. реакция към алифатна NH 2 - група с нинхидрин. Образува се синьо-виолетов цвят.
Количествено определяне
Лекция No9
Лечебни вещества, получени от пиридин
Пиридинът ешестчленен ароматен хетероцикъл с един азотен атом, безцветна течност със силна неприятна миризма; смесва се с вода и органични разтворители.
Пиридинът е слаба основа, дава соли със силни минерални киселини, лесно образува двойни соли и сложни съединения.
Електронната структура на молекулата на пиридина е подобна на структурата на бензена. Въглеродните и азотните атоми са в състояние на sp2 хибридизация. Всички σ връзки C–C, C–H и C–N са образувани от хибридни орбитали, като ъглите между тях са приблизително 120°. Следователно цикълът има плоска структура. Шест електрона в нехибридни p орбитали образуват π електронна ароматна система.
От трите хибридни орбитали на азотния атом две образуват C–N σ връзки, а третата съдържа несподелена двойка електрони, които не участват в π-електронната система. Следователно пиридинът, подобно на амините, проявява свойствата на основа. Водният му разтвор се оцветява в лакмусово синьо. Когато пиридинът реагира със силни киселини, се образуват пиридиниеви соли.
Пиридинът проявява свойства, характерни за третичните амини: образува N-оксиди, N-алкилпиридиниеви соли и може да действа като сигма-донорен лиганд.
В същото време пиридинът има очевидни ароматни свойства. Въпреки това, присъствието на азотен атом в конюгационния пръстен води до сериозно преразпределение на електронната плътност, което води до силно намаляване на активността на пиридина в реакциите на електрофилно ароматно заместване. При такива реакции метапозициите на пръстена реагират предимно.
Основната разлика между пиридин и бензен е, че поради по-голямата електроотрицателност на азота в сравнение с въглерода, в случая на пиридин, в набора от ограничаващи структури, които описват разпределението на p-електронната плътност, приносът на структурите с разделени отрицателни и положителните заряди са значителни:
От тяхното изследване става ясно, че отрицателният заряд е локализиран върху азотния атом, а положителният заряд е разпределен главно между въглеродните атоми в позиции 2, 4 и 6 (a- и g-позиции). В това отношение пиридинът се класифицира като ароматен хетероцикъл с дефицит на електрони, за разлика от фурана, пирола и тиофена, обсъдени по-горе. Това означава, че пиридиновият пръстен като ароматна система е дезактивиран по отношение на електрофилна атака и, обратно, активиран по отношение на нуклеофилна атака в сравнение с бензена.
Въпреки това, наличието на несподелена електронна двойка и излишната p-електронна плътност върху азотния атом го прави много активен център на атака от електрофил, особено след като образуването на s-връзка не засяга ароматната система. Така пиридинът е активен N-нуклеофил и това свойство винаги се реализира първоначално по време на електрофилна атака.
Други възможни посоки на реакция, свързани с проявата на С-нуклеофилност от пиридин - електрофилна атака върху въглеродни атоми - са изключително трудни и изискват много строги условия за тяхното изпълнение. В допълнение към горния електронен дефицит на p-електронната система, в рамките на общия подход към качествено обяснение на моделите на електрофилно заместване в ароматния пръстен, това трябва да се свърже с факта, че наличието на азот в цикъла, който е по-електроотрицателен от въглеродния атом, дестабилизира междинно образувания катионен s-комплекс.
По този начин пиридинът съчетава свойствата на силно активен n-нуклеофил и значително дезактивиран p-нуклеофил. Както ще се види от примерите по-долу, продукт, който се образува лесно в резултат на електрофилна атака върху азотния атом, често е нестабилен и неговото образуване, въпреки че е кинетично за предпочитане, е обратим процес. Обратно, електрофилната атака върху въглеродните атоми е много по-трудна, но води до образуването на по-стабилни продукти на заместване, които са термодинамично предпочитани. В резултат на това много реакции на пиридинови производни могат да се извършват при условия на кинетичен, т.е. при хетероатом, или термодинамичен, т.е. при въглеродните атоми на пръстена, контрол, което ги прави подобни на подобни реакции на оксиарени. и ароматни амини.
Както беше отбелязано по-рано, пиридинът е основа и се протонира, за да образува стабилни пиридиниеви соли. N-алкилирането на пиридин с алкил халогениди протича по подобен начин, което води до алкилпиридиниеви соли. Подобни реакции с електрофили при несподелената електронна двойка на азотния атом включват окисление с перкиселини с образуването на пиридин N-оксид.
По подобен начин пиридинът взаимодейства с брома, за да образува N-бромопиридиниева сол - пиридиниев бромид пербромид, и с олеум при охлаждане, за да образува пиридин сулфотриоксид.
Реакцията на хлориди на карбоксилни киселини с пиридин протича по подобен начин. Въпреки това, получената N-ацилпиридиниева сол е толкова активен електрофилен, в този случай ацилиращ реагент, че не може да бъде изолиран в свободно състояние.
Пиридинът се характеризира с реакции на ароматно нуклеофилно заместване, които се появяват предимно в орто-пара позициите на пръстена. Тази реактивност показва естеството на пиридиновия пръстен с дефицит на електрони, което може да се обобщи в следното основно правило: реактивността на пиридина като ароматно съединение приблизително съответства на реактивността на нитробензена.
Пиридинът проявява свойствата на ароматно съединение, но за разлика от бензена е трудно да претърпи реакции на електрофилно заместване - той се нитрира, сулфонира и бромира само при около 300 ° C с образуването предимно на b-производни. Нуклеофилното заместване става по-лесно, отколкото в бензена.
Така пиридинът с NaNH2 дава а-аминопиридин, с КОН - а-хидроксипиридин. Пиридинът се редуцира от натрий в алкохол или H2 над Ni при 120 °C до пиперидин. Когато е изложен на, например, бази на пиридинова сол, пиридиновият пръстен се разрушава, за да се образува глутаконов диалдехид HOCCH = CHCH2COH или негови производни.
Образува стабилни соли с неорганични киселини, пиридиниеви соли с алкил халиди и комплексни съединения с метални халиди, SO2, SO3, Br2, H2O.
Електрофилното заместване се извършва с голяма трудност (пиридинът е близо до нитробензена в способността му да претърпи електрофилно заместване) и отива в позиция 3. Повечето от тези реакции протичат в кисела среда, в която изходното съединение не е самият пиридин, а неговата сол.
Наред с основните си свойства, пиридинът проявява свойствата на ароматно съединение. Въпреки това, неговата активност в реакциите на електрофилно заместване е по-ниска от тази на бензена. Това се обяснява с факта, че азотът, като по-електроотрицателен елемент, привлича електрони към себе си и намалява плътността на електронния облак в пръстена, особено в позиции 2, 4 и 6 (орто и пара позиции).
Следователно, например, реакцията на нитриране на пиридин протича при тежки условия (при 300 °C) и с нисък добив. Ориентировъчното влияние на азотния атом върху навлизането на нов заместител по време на електрофилно заместване в пиридин е подобно на влиянието на нитрогрупата в нитробензена: реакцията протича до позиция 3.
Подобно на бензена, пиридинът може да добави водород в присъствието на катализатор, за да образува наситеното съединение пиперидин.
Пиперидинът проявява свойствата на вторичен амин (силна основа).
Пиридинът се нитрира само под въздействието на NaNO3 или KNO3 в димяща H2SO4 при температура 300 0C, образувайки 3-нитропиридин с малък добив; сулфониран с олеум в присъствието на Hg сулфат при 220-270°С до пиридин-3-сулфонова киселина.
Когато живачният ацетат действа върху пиридина при 1550°C, се образува 3-пиридилживачен ацетат; при по-високи температури - ди- и полизаместени производни.
Действието на Br2 в олеум при 3000°C води до смес от 3-бромо- и 3,5-дибромо-пиридини. При по-високи температури (около 5000С) реакцията протича по радикален механизъм; реакционните продукти са 2-бромо- и 2,6-дибромопиридини.
Радикалните реакции също включват взаимодействието на пиридин с фенилдиазониев хидрат (реакция на Gomberg-Bachmann-Hay), което води до образуването на смес, съдържаща 55% 2-фенил-, 30% 3-фенил- и 15% 4-фенил-пиридин.
Нуклеофилното заместване в пиридина се извършва в позиции 2 и 4 и е по-лесно, отколкото в бензена, например синтезата на 2-аминопиридин чрез взаимодействие на пиридин с натриев амид. (реакцията на Чичибабина).
Пиридинът, като правило, е устойчив на окислители, но когато е изложен на перкиселини, той лесно образува пиридин N-оксид, в който електронната плътност на C-2 и C-4 атомите се увеличава в сравнение с пиридина.
При 300 0C, под въздействието на FeCl3, пиридинът се окислява до смес от изомерни дипиридили с обща формула C5H4N-C5H4N.
Каталитичното хидрогениране в присъствието на Pt или Ni, редукция на Na в алкохол, както и електрохимична редукция води до пиперидин (последният метод се използва в промишлеността). По-сериозното намаляване на пиридина е придружено от разцепване на пръстена и дезаминиране.
Нитрирането на пиридин става под действието на калиев нитрат и сярна киселина при 370 °C, което води до b-нитропиридин. Сулфонирането на пиридина се извършва с олеум в присъствието на живачен сулфат при 220 °C; бромирането може да се извърши чрез действието на разтвор на бром в олеум при 300 °C; Не е възможно да се въведе втори заместител в пръстена по този начин. Пиридинът не претърпява реакции на Фридел-Крафтс.
В химията на пиридина като цяло и в частта, която се отнася до неговата функционализация чрез реакции на електрофилно заместване, възможността за превръщането му в N-оксид е от голямо значение. Нека разгледаме електронната структура на това съединение.
Анализът на тези резонансни структури води до изненадващото заключение, че N-оксидната група може да действа по отношение на p-електронната система на пръстена както като донор (горния ред структури), така и като акцептор на електрони, т.е. допринасят за възникването както на реакции на електрофилно заместване на a и g-позиции, така и на добавянето на нуклеофил на същите позиции! Какво всъщност се наблюдава?
Действителното електронно влияние, проявено от тази група, зависи от естеството на реагента. Нитрирането на пиридин N-оксид протича много по-лесно, отколкото за самия пиридин - под действието на смес от димяща азотна киселина и сярна киселина при 90 ° C, което води до g-нитро производно с добив 90%, което е в съответствие с активиращия ефект на N-оксидната група. Обратно, реакцията на сулфониране протича при условия, подобни на тези за сулфонирането на самия пиридин, което води до b-сулфонова киселина. Тази посока на реакцията на сулфониране се обяснява с координирането на SO3 при кислородния атом на N-оксидната група, превръщайки тази група в акцептор и следователно в метаориентант.
Превръщането на пиридин в неговия N-оксид, подлагането му на реакции на електрофилно заместване и последващото редукционно отстраняване на кислородния атом на N-оксид е общ подход към синтеза на широка гама от функционално заместени производни на пиридин, които не могат да бъдат получени директно от пиридин. Така редукцията на g-нитропиридин N-оксид с трифенилфосфин води до отстраняване на кислородния атом на N-оксида, което прави възможно получаването на 4-нитропиридин с добър добив. Когато g-нитропиридин N-оксид се редуцира от желязо в оцетна киселина, нитро групата и N-оксидната група се редуцират едновременно, което води до 4-аминопиридин. Както беше отбелязано по-рано, N-оксидната група също улеснява възникването на реакции на нуклеофилно заместване. Така че, когато N-оксидът на g-нитропиридин реагира с хлороводород или бромоводород, се образува N-оксидът на g-халогениран пиридин (предложете механизма на тази реакция), последващата реакция с PCl3 води до елиминиране на N-оксидна група.
Когато пиридин N-оксидът реагира с органометални съединения, добавянето се извършва предимно в позиция 2, т.е. в тази реакция N-оксидната група всъщност активира тази позиция по отношение на нуклеофилната атака. След третиране на реакционната смес с вода се образуват 2-заместени пиридинови производни с висок добив.
Когато пиридин N-оксид реагира с алкали в присъствието на атмосферен кислород (окислител), се образува а-хидроксипиридин оксид. Интересно е да се отбележи, че това съединение съществува в тавтомерно равновесие с N-хидроксипиридон.
Алкилпиридиниевите соли реагират още по-лесно с нуклеофилни реагенти.
Взаимодействието на пиридиниеви соли с нуклеофилни реагенти също може да доведе до отваряне на пръстена. Така реакцията на метилпиридиниев йодид с анилин води до ациклична конюгирана хетеротриенова система. Тази реакция има подготвителна стойност.
Самият пиридин също е способен да претърпи реакции на нуклеофилно присъединяване, но, естествено, при по-строги условия. От тези трансформации най-голямо подготвително значение има реакцията на Чичибабин - взаимодействие с натриев амид при 130 °C. Тази реакция протича чрез механизъм на добавяне-елиминиране и нейният продукт е a-аминопиридин. Когато пиридинът реагира с калиев амид, заедно с a-аминопиридин се образува и g-аминопиридин.
При нагряване до 400 °C пиридинът реагира с КОН, за да образува а-хидроксипиридин, реакцията с фениллитий протича при 110 °C за 8 часа и след третиране с вода води до а-фенилпиридин.
Редукцията на пиридин и неговите производни става или под действието на метален натрий в алкохол, или при условия на каталитично хидрогениране. В този случай се образуват хексахидропроизводни на пиридина, а в случая на самия пиридин - пиперидин.
b-аминопиридинът, когато се диазотира, образува доста стабилни диазониеви соли, които могат да претърпят обичайните трансформации за този клас съединения, както със, така и без освобождаване на азот. Обратно, a- и g-аминопиридините трудно образуват диазониеви соли, а самите тези соли са много нестабилни.
Интересно е да се направи паралел между способността да съществуват в тавтомерната оксо форма на хидроксипиридини и хидроксиарен. Формално, процесът на установяване на такова равновесие в производните на пиридин и бензен трябва да протича по същия механизъм и се състои в прехвърляне на протон от хидрокси групата към ароматния или хетероароматния пръстен. Този процес не е синхронен, а протича в два етапа, първият от които е депротониране, протича с участието на разтворител или друга молекула на арен и естествено протича по-лесно, колкото по-силна е киселината на хидроксилната група. Като се има предвид електрон-дефицитната природа на пиридиновото ядро, може да се твърди, че киселинността на хидроксипиридините е значително по-висока от киселинността на хидроксиарените и следователно бариерата за активиране в случай на пиридинови производни ще бъде по-ниска. Вторият етап е протониране. Тъй като несподелената електронна двойка на азотния атом в пиридиновия пръстен е достъпна за електрофилна атака, по-специално за протониране, и има частичен отрицателен заряд върху самия азотен атом (вж. стр. 43), може да се предположи, че този етап трябва да се извърши по-лесно в случай на производни на пиридин. Нека разгледаме до какво трябва да доведат тези трансформации в зависимост от позицията на хидрокси групата в пиридиновия пръстен.
Както може да се види от представената диаграма, в случай на a- и g-хидроксипиридини, последователността от етапи на протониране-депротониране води до кетоформата; с b-позиция на хидрокси групата, такава трансформация е невъзможна - то води до образуването на цвитерион. Наистина b-хидроксипиридинът съществува в тази форма, както се вижда от необичайно високата му точка на топене и ниската му разтворимост в органични разтворители. Разбира се, както в случая на хидроксиарените, така и в случая на хидроксипиридините, въпросната трансформация води до загуба на ароматност от молекулата, но поради посочените по-горе причини това тавтомерно равновесие е много по-характерно за пиридиновите производни.
Трябва да се отбележи, че когато в ароматния пръстен се въвеждат допълнителни донорни групи, улесняващи протонирането, кето-енолното тавтомерно равновесие се реализира и за хидроксиарените. По този начин флероглюцинът - 1,3,5-трихидроксибензен - съществува главно в кето форма.
Пиридинът е по-слаба основа от алифатните амини (Kb = 1.7.10-9). Неговият воден разтвор се оцветява в лакмусово синьо:
Когато пиридинът реагира със силни киселини, се образуват пиридиниеви соли:
Ароматни свойства. Подобно на бензена, пиридинът претърпява реакции на електрофилно заместване, но неговата активност в тези реакции е по-ниска от тази на бензена поради високата електроотрицателност на азотния атом. Пиридинът се нитрира при 300 °C с нисък добив:
Азотният атом в реакциите на електрофилно заместване се държи като заместител от 2-ри вид, следователно електрофилното заместване се извършва в мета позиция.
За разлика от бензена, пиридинът е способен да претърпи реакции на нуклеофилно заместване, тъй като азотният атом извлича електронна плътност от ароматната система, а орто-пара позициите спрямо азотния атом са изчерпани с електрони. Така пиридинът може да реагира с натриев амид, образувайки смес от орто- и пара-аминопиридини (реакция на Чичибабин):
Хидрогенирането на пиридин произвежда пиперидин, който е цикличен вторичен амин и е много по-силна основа от пиридина:
Пиридиновите хомолози са подобни по свойства на бензеновите хомолози. Така, когато страничните вериги се окисляват, се образуват съответните карбоксилни киселини:
