Medicinske stoffer afledt af pyridin. Struktur og egenskaber af pyridin og dets derivater
Pyridin er en repræsentant for seks-leddede heterocykler med et heteroatom, som er et nitrogenatom
Monomethylpyridiner kaldes picoliner, dimethylpyridiner kaldes lutidiner, og trimethylpyridiner kaldes collidiner. Den mættede pyridinring kaldes piperidin.
Pyridin blev kendt i 1851, da det blev isoleret fra knogleolie, og lidt senere - fra stenkulstjære (1854)
Kvitteringsmetoder. Som allerede nævnt frigives pyridin fra stenkulstjære. Desværre overstiger indholdet i denne kilde ikke 0,1 %.
Af de syntetiske metoder til fremstilling af pyridin er de vigtigste dem, der er baseret på omdannelser af acrolein og mættede og umættede aldehyder.
Ifølge Chichibabin-metoden (1937) opnås substituerede pyridiner fra aldehyder og ammoniak (det er bedre at bruge aldehyd-ammoniak) ved opvarmning til 250 o C i nærværelse af ammoniumacetat
Umættede aldehyder kan også reagere med ammoniak
Den praktisk talt vigtige syntese af substituerede pyridiner er baseret på opvarmning af en blanding af dienkulbrinte og nitril ved 400 o C
En metode til fremstilling af pyridin ud fra acetylen og ammoniak blev udviklet Reppe. Reaktionen sker i nærværelse af komplekse nikkel- eller koboltkatalysatorer
En forbindelse med en mættet pyridinring, piperidin, kan fremstilles ved opvarmning af pentamethylendiaminhydrochlorid
Af de mere komplekse synteser præsenterer vi syntesen af collidin iflg Ganchu. I denne syntese opnås 2,4,6-trimethyl-1,4-dihydropyridin-3,5-dicarboxylsyreethylester fra acetoeddikesyreester og aldehyd (i form af ammoniakaldehyd). I det resulterende produkt oxideres to hydrogenatomer med salpetersyrling, hvorved der skabes en substitueret pyridinring. Dette efterfølges af stadiet med hydrolyse og decarboxylering
Kemiske egenskaber. Pyridin er en næsten regulær sekskant, hvis alle atomer ligger i samme plan. De geometriske parametre for pyridinringen svarer til benzenringen
Kulstofatomerne i pyridin er i sp 2-hybrid tilstand. Til dannelsen af en aromatisk sekstet giver fem carbonatomer hver en p-elektron, og den sjette elektron forsynes af et nitrogenatom, det der ikke deltager i hybridiseringen. Aksen for denne orbital er vinkelret på placeringsplanet for alle atomer og bindinger i pyridinringen. Af de tre hybridorbitaler af nitrogen bruges to til at danne σ -bindinger med to nabocarbonatomer, og den tredje orbital indeholder et ensomt elektronpar
I overensstemmelse med den givne struktur er pyridin en cyklisk, flad formation med et Hückel-tal R-elektroner (4n+2=6 ved n=1) og har en aromatisk karakter. Hertil kommer, på grund af det enlige par nitrogenelektroner - basicitet.
Billedet af strukturen af pyridin suppleres af et signifikant dipolmoment (2.26 D) pyridin på grund af nitrogenatomets høje elektronegativitet samt den ujævne tæthedsfordeling π -elektronsky ved de heterocykliske atomer. Ved anvendelse af Hückel molekylær orbital-metoden blev følgende fordeling opnået π -ladninger på atomerne i pyridinringen
Heterocykliske forbindelser Disse er forbindelser, hvis cyklusser, udover carbonatomer, omfatter atomer af andre grundstoffer (N, O, S osv.), kaldet heteroatomer.
Heterocykliske forbindelser inddeles i grupper: 1) efter antallet af atomer i ringen, 2) efter antallet af heteroatomer i ringen; 3) forbindelser med kondenserede cyklusser.
Fem-leddede heterocykliske forbindelser med et heteroatom:
furan 
pyrrol 
thiophen
Seksleddede heterocykliske forbindelser med et heteroatom:
pyridin 
α-pyran 
y-pyran
Heterocykliske forbindelser med to heteroatomer:
pyrazol imidazol thiazol pyrimidin
Heterocykler med fusionerede kerner:
indol quinolin chromon
purin
Heterocykliske forbindelser er udbredte i naturen, de indgår i vitaminer, alkaloider, pigmenter, nogle aminosyrer, farvestoffer, antibiotika osv. Purin- og pyrimidinbaser er en del af nukleinsyrer.
Egenskaber af nogle heterocykliske forbindelser. Fem-leddede heterocykler.
Pyrrol (C 4 H 5 N), hvis kerne er en del af mange vigtige naturlige forbindelser: hæmoglobin, klorofyl, tryptofan (en essentiel aminosyre) osv., er en olieagtig væske med duften af kloroform. I luft bliver pyrrol brun på grund af oxidation, den opløses godt i alkohol og æter, men dårligt i vand. Det opnås ved tør destillation af affedtede knogler eller syntetisk, for eksempel fra ravsyre.
Med en koncentreret opløsning af KOH danner pyrrol pyrrol-kalium, der udviser sure egenskaber.
+H2O
Når den udsættes for mineralsyrer, undergår pyrrol polymerisation.
Når pyrrol reduceres, dannes pyrrolidin.
+2H 2 
Pyrrolidin indeholder aminosyrer:
prolin 
hydroxyprolin 
Biologisk aktive derivater af pyrrol er hæmoglobin og klorofyl.
Hæmoglobin – det er et komplekst protein bestående af en proteinkomponent og en ikke-proteindel - hæm, som omfatter pyrrolkerner - et polycyklisk system indeholdende fire pyrrolkerner - porfin.
Porfin, med en Fe 2+ ion i midten, farvet rød, danner den ved varmebehandling en Fe 3+ ion og bliver grå.
Klorofyl – et grønt plantepigment indeholdende en porfinkerne, der er bundet til Mg 2+ . Klorofyl deltager i dannelsen af organiske forbindelser fra CO 2 og H 2 O.
Iltholdige heterocykliske forbindelser.
Furan – - farveløs væske, opløselig i vand. Furankernen findes i furanoseformerne af kulhydrater (for eksempel ribose). Det vigtigste furanderivat er furfural.
ribose furfural
Furfural – en olieagtig væske med en stikkende lugt, i små koncentrationer lugter det af rugbrød. Anvendes til fremstilling af nylonfibre, opløsningsmidler, antiseptiske stoffer, fungicider.
Forbindelser kondenseret med andre cyklusser.
Benzopyrrol (indol) er et krystallinsk stof, i små koncentrationer lugter det af jasmin, i den æteriske olie, som det er indeholdt i, har det i store koncentrationer en modbydelig lugt. De kemiske egenskaber af indol ligner pyrrol. Indolkernen findes i heteroauxin (plantevæksthormon), tryptofan (essentiel aminosyre), indigo (farvestof) og andre forbindelser.
Seksleddede heterocykliske forbindelser(oxygenholdige heterocykliske forbindelser).
Piran (α- og γ-) er et ustabilt stof, dets derivater er udbredt i naturen, γ-Pyran og benzopyran (chromon) danner grundlaget for molekylerne af plantefarve og tanniner - flavoner, anthocyaniner og catechiner.
Flavoner er gule plantepigmenter (i blomster, frugter) og findes i planter i form af glykosider.
flavone
Anthocyaniner og catechiner minder meget om flavoner i struktur. Anthocyaniner De er også plantepigmenter, deres farve varierer fra blå til lilla. Farven på anthocyaninopløsningen ændrer sig afhængigt af miljøets pH (rød i et surt miljø, gråt i et alkalisk miljø).
Flavoner og anthocyaniner er genetisk beslægtede med hinanden og kan omdannes til hinanden.
flavon, quercetinanthocyanin, cyanidin
(gul) klorid (rød)
Katekiner har garvningsegenskaber (te, humle, fuglekirsebær osv.), forhindrer udviklingen af skimmelsvamp, idet de er polyfenoler.
Flavoner, anthocyaniner og catechiner nedbrydes, mister farve og P-vitaminaktivitet, under påvirkning af temperatur og i nærværelse af metalioner (Fe 3+, Ag+, Cu 2+ osv.). CFeCl3 giver en mørk farve (kvalitativ reaktion på phenolisk hydroxyl).
Pyridin - farveløs væske med en ubehagelig lugt, opløselig i vand. Det er fremstillet af stenkulstjære og syntetisk.
I reaktioner udviser pyridin følgende grundlæggende egenskaber:
C 5 H 5 N + HOH → OH – (pyridiniumhydroxid);
C 5 H 5 N + HCl → Cl – (pyridiniumchlorid).
En vandig opløsning af pyridin reagerer med FeCl 3 og danner jernhydroxid og pyridiniumchlorid
OH – + FeCl 3 → Fe(OH) 3 + 3Cl –
Når pyridin reduceres, dannes piperidin:
Pyridin er modstandsdygtig over for oxidationsmidler, men når pyridinhomologer oxideres, oxideres sidekæderne.
β-picolin nikotinsyre
Nikotinsyreamid er et vitamin PP, som findes i kød, kartofler, boghvede mv.
jeg 
pyridin- og pyrrolidinkerner danner nikotin, som findes i tobak i form af salte af citron- og æblesyre; er en hjertegift.
Pyrimidin- og purinderivater.
Seksleddede heterocykler med to heteroatomer - pyrimidinderivater:
uracil (U) thymin (G) cytosin (C)
Kondenserede heterocykler –purinderivater.
adenin (A) guanin (G)
Alle disse heterocykliske nitrogenbaser er en del af nukleinsyrer, som spiller en yderst vigtig rolle i organismers livsprocesser.
Nukleinsyrer er polymerer dannet ved kondensation af nukleotider - kemiske forbindelser bestående af phosphorsyrerester, en kulhydratkomponent og en af purin- eller pyrimidinbaserne. Der er to typer nukleinsyrer. Deoxyribonukleinsyre (DNA) indeholder deoxyribose som en kulhydratkomponent, og de heterocykliske baser er adenin, guanin, cytosin og thymin:
deoxyribose
R 
ibonukleinsyre (RNA) består af kulhydratet ribose og heterocykliske baser - adenin, guanin, cytosin, uracil.
RNA og DNA adskiller sig ikke kun fra hinanden i kulhydrater, men også i heterocykliske baser: ribonukleinsyre indeholder uracil, og deoxyribonukleinsyre indeholder thymin.
Polymerisering af nukleotider sker på grund af dannelsen af en esterbinding mellem H 3 PO 4 af et nukleotid og den tredje hydroxyl i pentosen:
nitrogenholdig base - sukker
resten H 3 PO 4
nitrogenholdig base - sukker
resten H 3 PO 4
Polynukleotid(DNA eller RNA). En celles arvelige information kodes af en bestemt sekvens af baser i et DNA-molekyle, bygget i form af en dobbelt helix af RNA, og sekvensen af nukleotider i den ene helix afspejles så at sige i den anden. RNA dannes som en enkelt helix.
Kulbrinte 8
Acykliske kulbrinter 9
Alicykliske kulbrinter 15
Aromatiske kulbrinter 17
HALOGENDERIVATER AF KULBRINT 21
ORGELELEMENTS FORBINDELSER 22
ORGANISKE SYRER 33
OXYSYRER (HYDROXYSYRER) 39
Fosfatider 51
Stearins 54
KULHYDRATER 57
Monosakkarider 57
Disakkarider 62
Polysaccharider 67
Aminosyrer 79
FARVE 90
Azofarvestoffer 90
Triphenylmethan farvestoffer 91
Indigoid farvestoffer 93
Anthraquinon farvestoffer 94
Teknisk klassificering af farvestoffer 95
HETEROCYKLISKE FORBINDELSER 96
Foredrag nr. 9
Sammenhæng mellem struktur og biologisk handling
Pyridin: et meget giftigt stof. Har et ensomt elektronpar, et tertiært nitrogenatom, har stærke grundlæggende egenskaber
Dihydropyridin: koronar dilatator
Pyridin-3-carboxylsyre: antipellagrisk middel
Pyridin-4-carboxylsyre: har anti-tuberkulose effekt
Pyridin methanol derivater har B6 vitamin aktivitet.
Medicinske stoffer afledt af pyridinmethanol
Pyridoxinhydrochlorid
Methyl-3-hydroxy-4,5-dioxymethyl-pyridin-hydrochlorid
Vitamin B 6 er et hvidt, lugtfrit, fint krystallinsk pulver med en bitter-sur smag. T pl. - 204 - 206 °C (med nedbrydning). Letopløseligt i vand, svært - i alkohol og acetone.
Pyridoxalphosphat
Phosphorester af 2-methyl-3-hydroxy-4-fornyl-5-hydroxymethylpyridin.
Fysiske egenskaber: Lysegult krystallinsk pulver. Lidt opløseligt i vand, ustabilt i lys.
Emoxipin
Ethyl-3-hydroxy-6-methyl-pyridin-hydrochlorid
Fysiske egenskaber: hvidt, lugtfrit, fint krystallinsk pulver. Letopløseligt i vand.
Autenticitet:
Generelle reaktioner
Reaktion med 2,6-dichloroquinon chlorimid - blå indophenol farvestof dannes
3. Reaktion af dannelse af azofarvestof (alle lægemidler). Reaktion på phenolisk hydroxyl.
4. Reaktion med FeCl3 til phenolisk hydroxyl
Reaktion med generelle alkaloidreagenser (silikonwolframsyre og phosphowolframsyre danner hvide bundfald).
Differentieringsreaktioner
1. Pyridoxinhydrochlorid og Emoxipin giver en reaktion på Cl -.
HCl + AgNO3 AgCl + HNO3
2. Pyridoxalphosphat indeholder en aldehydgruppe, som findes:
A-reaktion med Fellings reagens 1 og 2
B- reaktion med en ammoniakopløsning af sølvnitrat
Pyridoxal phosphat, efter hydrolyse, reagerer med phosphorsyre. Der dannes et gult bundfald af sølvfosfat.
H3PO4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + 3HPO4
Pyridoxinhydrochlorid udviser blå fluorescens under UV-lys
5. Spektrofotometrisk metode (for alle lægemidler). Tag UV-spektret for teststoffet. Tag UV-spektret for standardstoffet. De skal være identiske.
kvantificering
Til pyridoxinhydrochlorid og emoxypin
Ikke-vandig titreringsmetode
Metode: direkte titrering
Metoden er baseret på en syre-base-reaktion i et ikke-vandigt medium
Medium: iseddike, tilsæt Hg(CH 3 COO) 2 - for at binde saltsyre frigivet under titrering
Kemi
R3N HCl + HClO4 R3NHClO4 + HCl
HCl+ Hg(CH3COO)2 →HgCl2+CH3COOH
Pyridoxal fosfat
Spektrofotometrisk i UV-området, gennem en standardopløsning.
Alkalimetrisk metode
Direkte titreringsmetode for phosphorsyrerester. Metoden er baseret på en syre-base reaktion.
Argentometri
Mercuro- og mercurimeria
Ansøgning
Pyridoxin 0,02 og 0,1 g
Pyridoxalfosfat 0,01-0,02 g mod toksikose hos gravide kvinder, forskellige former for parkinsonisme, pellagra og kronisk hepatitis
Emoxipin er en antioxidant og har angiobeskyttende aktivitet.
Tilgængelig i form af en 3% opløsning af 5 ml i ampuller.
Pyricarbat (Prodectin) 2,6-pyridinidethanolabismethylcarbamat
Fysiske egenskaber: hvidt krystallinsk pulver, lugtfri. Dårligt opløseligt i vand.
T-smelte = 137 – 140 o C
Autenticitet
1. Med eddikesyreanhydrin i nærværelse af citronsyre, når den ikke opvarmes → gul farve bliver kirsebærrød.
Omsætning af pyridinringen med 2,4-dinitrochlorbenzen. Der dannes et pyridinfarvestof.
Alkalisk hydrolyse udføres. Methylamin frigives. Rødt lakmuspapir bliver blåt.
| parmidin |
UV- og IR-spektroskopimetoder
A. UV-spektroskopimetode.
Teststoffets UV-spektrum tages.
UV-spektret for standardstoffet tages. De skal være identiske.
I UV-spektroskopi absorberes elektromagnetisk stråling af elektronerne i hele molekylet, og i spektrogrammet observerer vi ét lysabsorptionsmaksimum.
λ, nm
B. IR-spektroskopimetode.
kvantificering
Ikke-vandig titreringsmetode
Metode: direkte titrering
Dihydropyridinderivater
Nifedipin (Corinfar)
2,6-dimethyl-4-(2/-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin-3,5-dicarboxylsyre-dimethylester
Fysiske egenskaber: grønlig-gult krystallinsk pulver. Praktisk talt uopløselig i vand, vanskelig i alkohol. Nedbrydes i lys. T-smelte = 169-174 oC.
Autenticitet
UV spektroskopi metode
IR-spektroskopimetode
kvantificering
Der opnås kromatogrammer.
H, mm h, mm
t,min t,min
Autenticitet
kvantificering
Autenticitet
UV og IR spektroskopi
2. reaktion til en alifatisk NH2-gruppe med ninhydrin. Der dannes en blåviolet farve.
kvantificering
Foredrag nr. 9
Medicinske stoffer afledt af pyridin
Pyridin er seksleddet aromatisk heterocyklus med et nitrogenatom, farveløs væske med en stærk ubehagelig lugt; blandbar med vand og organiske opløsningsmidler.
Pyridin er en svag base, giver salte med stærke mineralsyrer, danner let dobbeltsalte og komplekse forbindelser.
Den elektroniske struktur af pyridinmolekylet ligner strukturen af benzen. Kulstof- og nitrogenatomerne er i en tilstand af sp2-hybridisering. Alle σ-bindinger C–C, C–H og C–N er dannet af hybridorbitaler, vinklerne mellem dem er cirka 120°. Derfor har cyklussen en flad struktur. Seks elektroner i ikke-hybride p-orbitaler danner et π-elektronaromatisk system.
Af nitrogenatomets tre hybridorbitaler danner to C-N σ-bindinger, og den tredje indeholder et ensomt elektronpar, der ikke deltager i π-elektronsystemet. Derfor udviser pyridin, ligesom aminer, egenskaberne af en base. Dens vandige opløsning bliver lakmusblå. Når pyridin reagerer med stærke syrer, dannes pyridiniumsalte.
P iridin udviser egenskaber, der er karakteristiske for tertiære aminer: det danner N-oxider, N-alkylpyridiniumsalte og kan fungere som en sigma-donorligand.
Samtidig har pyridin åbenlyse aromatiske egenskaber. Tilstedeværelsen af et nitrogenatom i konjugeringsringen fører imidlertid til en alvorlig omfordeling af elektrondensiteten, hvilket fører til et stærkt fald i aktiviteten af pyridin i elektrofile aromatiske substitutionsreaktioner. I sådanne reaktioner reagerer ringens metapositioner overvejende.
Den grundlæggende forskel mellem pyridin og benzen er, at på grund af nitrogens større elektronegativitet sammenlignet med kulstof, i tilfælde af pyridin, i det sæt af begrænsende strukturer, der beskriver fordelingen af p-elektrondensitet, bidraget af strukturer med adskilt negativ og positive ladninger er signifikante:
Fra deres undersøgelse er det klart, at den negative ladning er lokaliseret på nitrogenatomet, og den positive ladning er hovedsageligt fordelt mellem carbonatomerne i position 2,4 og 6 (a- og g-positioner). I denne henseende er pyridin klassificeret som en elektron-deficient aromatisk heterocyklus i modsætning til furan, pyrrol og thiophen diskuteret ovenfor. Dette betyder, at pyridinringen som et aromatisk system er deaktiveret med hensyn til elektrofilt angreb og omvendt aktiveret med hensyn til nukleofilt angreb sammenlignet med benzen.
Tilstedeværelsen af et ensomt elektronpar og overskydende p-elektrondensitet på nitrogenatomet gør det imidlertid til et meget aktivt centrum for angreb fra en elektrofil, især da dannelsen af en s-binding ikke påvirker det aromatiske system. Således er pyridin en aktiv N-nukleofil, og denne egenskab realiseres altid indledningsvis under et elektrofilt angreb.
Andre mulige reaktionsretninger forbundet med manifestationen af C-nukleofilicitet med pyridin - elektrofilt angreb på carbonatomer - er ekstremt vanskelige og kræver meget stringente betingelser for deres implementering. Ud over p-elektronsystemets ovennævnte elektronmangelfulde karakter bør dette inden for rammerne af en generel tilgang til en kvalitativ forklaring af mønstrene for elektrofil substitution i den aromatiske ring være forbundet med det faktum, at tilstedeværelsen af nitrogen i cyklussen, som er mere elektronegativ end carbonatomet, destabiliserer det mellemformede kationiske s-kompleks.
Således kombinerer pyridin egenskaberne af en højaktiv n-nukleofil og en i det væsentlige deaktiveret p-nukleofil. Som det vil ses af eksemplerne nedenfor, er et produkt, der let dannes som et resultat af et elektrofilt angreb på nitrogenatomet, ofte ustabilt, og dets dannelse er, selvom det er kinetisk at foretrække, en reversibel proces. I modsætning hertil er elektrofilt angreb på carbonatomer meget vanskeligere, men fører til dannelsen af mere stabile substitutionsprodukter, som er termodynamisk foretrukne. Som et resultat kan mange reaktioner af pyridinderivater udføres under kinetiske betingelser, det vil sige ved heteroatomet, eller termodynamisk, det vil sige ved carbonatomerne i ringen, kontrol, hvilket gør dem ligner lignende reaktioner af oxyarener og aromatiske aminer.
Som tidligere nævnt er pyridin en base og protoneres til dannelse af stabile pyridiniumsalte. N-alkylering af pyridin med alkylhalogenider forekommer på samme måde, hvilket fører til alkylpyridiniumsalte. Lignende reaktioner med elektrofiler ved det enlige elektronpar af nitrogenatomet omfatter oxidation med persyrer med dannelse af pyridin-N-oxid.
På lignende måde interagerer pyridin med brom for at danne N-brompyridiniumsalt - pyridiniumbromidperbromid og med oleum ved afkøling for at danne pyridinsulfotrioxid.
Reaktionen af carboxylsyrechlorider med pyridin sker på lignende måde. Imidlertid er det resulterende N-acylpyridiniumsalt et så aktivt elektrofilt, i dette tilfælde acylerende, reagens, at det ikke kan isoleres i en fri tilstand.
Pyridin er karakteriseret ved aromatiske nukleofile substitutionsreaktioner, der overvejende forekommer ved ringens ortho-para-positioner. Denne reaktivitet indikerer pyridinringens elektronmangelfulde natur, hvilket kan opsummeres i følgende tommelfingerregel: reaktiviteten af pyridin som en aromatisk forbindelse svarer nogenlunde til reaktiviteten af nitrobenzen.
Pyridin udviser egenskaberne af en aromatisk forbindelse, men i modsætning til benzen er det vanskeligt at gennemgå elektrofile substitutionsreaktioner - det nitreres, sulfoneres og bromeres kun ved omkring 300 ° C med dannelse af overvejende b-derivater. Nukleofil substitution forekommer lettere end i benzen.
Således giver pyridin med NaNH2 a-aminopyridin, med KOH - a-hydroxypyridin. Pyridin reduceres med natrium i alkohol eller H2 over Ni ved 120 °C til piperidin. Når den udsættes for for eksempel pyridiniumsaltbaser, brydes pyridinringen til dannelse af glutacon-dialdehyd HOCCH = CHCH2COH eller derivater deraf.
Med uorganiske syrer danner det stabile salte, med alkylhalogenider - pyridiniumsalte, med metalhalogenider, SO2, SO3, Br2, H2O - komplekse forbindelser.
Elektrofil substitution sker med stor besvær (pyridin er tæt på nitrobenzen i sin evne til at gennemgå elektrofil substitution) og går til position 3. De fleste af disse reaktioner sker i et surt miljø, hvor udgangsforbindelsen ikke er pyridin i sig selv, men dets salt.
Sammen med dets grundlæggende egenskaber udviser pyridin egenskaberne af en aromatisk forbindelse. Imidlertid er dets aktivitet i elektrofile substitutionsreaktioner lavere end benzens. Dette forklares med, at nitrogen som et mere elektronegativt grundstof trækker elektroner mod sig selv og reducerer tætheden af elektronskyen i ringen, især i position 2, 4 og 6 (ortho og para positioner).
Derfor foregår f.eks. nitreringsreaktionen af pyridin under barske forhold (ved 300 °C) og med lavt udbytte. Den orienterende indflydelse af nitrogenatomet på indtrængen af en ny substituent under elektrofil substitution i pyridin svarer til indflydelsen af nitrogruppen i nitrobenzen: reaktionen fortsætter til position 3.
Ligesom benzen kan pyridin tilføje hydrogen i nærvær af en katalysator for at danne den mættede forbindelse piperidin.
Piperidin udviser egenskaberne af en sekundær amin (stærk base).
Pyridin nitreres kun under påvirkning af NaNO3 eller KNO3 i rygende H2SO4 ved en temperatur på 300 °C, hvilket danner 3-nitropyridin med et lille udbytte; sulfoneret med oleum i nærvær af Hg-sulfat ved 220-270°C til pyridin-3-sulfonsyre.
Når kviksølvacetat virker på pyridin ved 155°C, dannes 3-pyridylkviksølvacetat; ved højere temperaturer - di- og polysubstituerede derivater.
Virkningen af Br2 i oleum ved 300°C fører til en blanding af 3-brom- og 3,5-dibrom-pyridiner. Ved højere temperaturer (ca. 5000°C) forløber reaktionen ved en radikal mekanisme; reaktionsprodukterne er 2-brom- og 2,6-dibrompyridiner.
Radikale reaktioner omfatter også interaktionen af pyridin med phenyldiazoniumhydrat (Gomberg-Bachmann-Hay-reaktion), hvilket resulterer i dannelsen af en blanding indeholdende 55% 2-phenyl-, 30% 3-phenyl- og 15% 4-phenyl-pyridin.
Nukleofil substitution i pyridin forekommer i position 2 og 4 og er lettere end i benzen, for eksempel syntesen af 2-aminopyridin ved at reagere pyridin med natriumamid. (Chichibabinas reaktion).
Pyridin er som regel modstandsdygtig over for oxidationsmidler, men når det udsættes for persyrer, danner det let pyridin N-oxid, hvor elektrontætheden på C-2 og C-4 atomerne øges sammenlignet med pyridin.
Ved 300°C, under påvirkning af FeCl3, oxideres pyridin til en blanding af isomere dipyridyler med den almene formel C5H4N-C5H4N.
Katalytisk hydrogenering i nærvær af Pt eller Ni, reduktion af Na i alkohol, såvel som elektrokemisk reduktion fører til piperidin (sidstnævnte metode bruges i industrien). En mere alvorlig reduktion af pyridin er ledsaget af ringspaltning og deaminering.
Nitrering af pyridin sker under påvirkning af kaliumnitrat og svovlsyre ved 370 °C, hvilket fører til b-nitropyridin. Sulfonering af pyridin udføres med oleum i nærvær af kviksølvsulfat ved 220 °C bromering kan udføres ved indvirkning af en opløsning af brom i oleum ved 300 °C. Det er ikke muligt at indføre en anden substituent i ringen på denne måde. Pyridin gennemgår ikke Friedel-Crafts-reaktioner.
I kemien af pyridin generelt, og i den del, der vedrører dets funktionalisering ved hjælp af elektrofile substitutionsreaktioner, er muligheden for dets omdannelse til N-oxid af stor betydning. Lad os overveje den elektroniske struktur af denne forbindelse.
Analyse af disse resonansstrukturer fører til den overraskende konklusion, at N-oxidgruppen kan virke i forhold til ringens p-elektronsystem både som donor (øverste række af strukturer) og som elektronacceptor, dvs. bidrage til forekomsten af både elektrofile substitutionsreaktioner ved a- og g-positioner, samt tilføjelse af en nukleofil på de samme positioner! Hvad observeres egentlig?
Den faktiske elektroniske påvirkning, som denne gruppe udviser, afhænger af reagensens art. Nitrering af pyridin-N-oxid forløber meget lettere end for pyridin selv - under påvirkning af en blanding af rygende salpetersyre og svovlsyre ved 90 ° C, hvilket fører til et g-nitro-derivat med et udbytte på 90 %, hvilket er i overensstemmelse med den aktiverende virkning af N-oxidgruppen. I modsætning hertil forekommer sulfoneringsreaktionen under betingelser svarende til dem for sulfoneringen af pyridin selv, hvilket resulterer i en b-sulfonsyre. Denne retning af sulfoneringsreaktionen forklares ved koordinationen af SO3 ved oxygenatomet i N-oxidgruppen, der omdanner denne gruppe til en acceptor og derfor en meta-orientant.
Konvertering af pyridin til dets N-oxid, udsættelse af det for elektrofile substitutionsreaktioner og efterfølgende reduktiv fjernelse af N-oxidoxygenatomet er en generel tilgang til syntesen af en lang række funktionelt substituerede pyridinderivater, som ikke kan fremstilles direkte ud fra pyridin. Reduktionen af g-nitropyridin-N-oxid med triphenylphosphin fører således til fjernelse af N-oxid-iltatomet, hvilket gør det muligt at opnå 4-nitropyridin i godt udbytte. Når g-nitropyridin N-oxid reduceres med jern i eddikesyre, reduceres nitrogruppen og N-oxidgruppen samtidigt, hvilket fører til 4-aminopyridin. Som nævnt tidligere letter N-oxidgruppen også forekomsten af nukleofile substitutionsreaktioner. Så når N-oxidet af g-nitropyridin reagerer med hydrogenchlorid eller hydrogenbromid, dannes N-oxidet af g-halogeneret pyridin (foreslå mekanismen for denne reaktion), fører den efterfølgende reaktion med PCl3 til eliminering af N-oxidgruppe.
Når pyridin-N-oxid reagerer med organometalliske forbindelser, sker addition overvejende ved position 2, det vil sige, i denne reaktion aktiverer N-oxidgruppen faktisk denne position med hensyn til nukleofilt angreb. Efter behandling af reaktionsblandingen med vand dannes 2-substituerede pyridinderivater i højt udbytte.
Når pyridin-N-oxid reagerer med alkalier i nærvær af atmosfærisk oxygen (oxidationsmiddel), dannes a-hydroxypyridinoxid. Det er interessant at bemærke, at denne forbindelse eksisterer i tautomer ligevægt med N-hydroxypyridon.
Alkylpyridiniumsalte reagerer endnu lettere med nukleofile reagenser.
Interaktionen af pyridiniumsalte med nukleofile reagenser kan også føre til ringåbning. Således fører reaktionen af methylpyridiniumiodid med anilin til et acyklisk konjugeret heterotriensystem. Denne reaktion har præparativ værdi.
Pyridin selv er også i stand til at gennemgå nukleofile additionsreaktioner, men naturligvis under mere stringente betingelser. Af disse transformationer er Chichibabin-reaktionen af største forberedende betydning - interaktion med natriumamid ved 130 ° C. Denne reaktion sker ved en addition-elimineringsmekanisme, og dens produkt er a-aminopyridin. Når pyridin reagerer med kaliumamid, dannes der sammen med a-aminopyridin også g-aminopyridin.
Ved opvarmning til 400 °C reagerer pyridin med KOH til dannelse af a-hydroxypyridin, reaktionen med phenyllithium sker ved 110 °C i 8 timer og fører efter behandling med vand til a-phenylpyridin.
Reduktionen af pyridin og dets derivater sker enten under indvirkning af metallisk natrium i alkohol eller under betingelser med katalytisk hydrogenering. I dette tilfælde dannes hexahydroderivater af pyridin, og i tilfælde af pyridin selv piperidin.
b-Aminopyridin danner ved diazotering ret stabile diazoniumsalte, som kan undergå de sædvanlige omdannelser for denne klasse af forbindelser, både med og uden frigivelse af nitrogen. Derimod danner a- og g-aminopyridiner med vanskelighed diazoniumsalte, og disse salte er i sig selv meget ustabile.
Det er interessant at drage en parallel mellem hydroxypyridinernes og hydroxyarenernes evne til at eksistere i den tautomere oxoform. Formelt set skulle processen med at etablere en sådan ligevægt i pyridin- og benzenderivater forløbe efter samme mekanisme og består i overførsel af en proton fra hydroxygruppen til den aromatiske eller heteroaromatiske ring. Denne proces er ikke synkron, men foregår i to trin, hvoraf den første er deprotonering, sker med deltagelse af et opløsningsmiddel eller et andet arenmolekyle og forløber naturligvis lettere, jo stærkere syre hydroxylgruppen er. I betragtning af pyridinkernens elektronmangelfulde natur kan det hævdes, at surheden af hydroxypyridiner er mærkbart højere end surheden af hydroxyarener, og derfor vil aktiveringsbarrieren i tilfælde af pyridinderivater være lavere. Den anden fase er protonering. Da det enlige elektronpar af nitrogenatomet i pyridinringen er tilgængeligt for elektrofilt angreb, især til protonering, og der er en delvis negativ ladning på selve nitrogenatomet (jf. s. 43), kan det antages, at dette trin bør udføres lettere i tilfælde af derivater af pyridin. Lad os overveje, hvad disse transformationer skal føre til afhængigt af positionen af hydroxygruppen i pyridinringen.
Som det kan ses af det præsenterede diagram, i tilfælde af a- og g-hydroxypyridiner, fører sekvensen af protonations-deprotonationstrin til ketoformen med b-stillingen af hydroxygruppen, en sådan transformation er umulig - det resulterer i dannelsen af en zwitterion. Faktisk eksisterer b-hydroxypyridin i denne form, hvilket fremgår af dets unormalt høje smeltepunkt og lave opløselighed i organiske opløsningsmidler. Naturligvis fører den pågældende transformation både i tilfælde af hydroxyarener og i tilfælde af hydroxypyridiner til molekylets tab af aromaticitet, men af de ovenfor anførte grunde er denne tautomere ligevægt meget mere karakteristisk for pyridinderivater.
Det skal bemærkes, at når yderligere donorgrupper indføres i den aromatiske ring, hvilket letter protonering, realiseres den keto-enol-tautomere ligevægt også for hydroxyarener. Phleroglucinol - 1,3,5-trihydroxybenzen - findes således hovedsageligt i ketoformen.
Pyridin er en svagere base end alifatiske aminer (Kb = 1.7.10-9). Dens vandige opløsning bliver lakmusblå:
Når pyridin reagerer med stærke syrer, dannes pyridiniumsalte:
Aromatiske egenskaber. Ligesom benzen gennemgår pyridin elektrofile substitutionsreaktioner, men dets aktivitet i disse reaktioner er lavere end benzen på grund af nitrogenatomets høje elektronegativitet. Pyridin nitreres ved 300 °C med lavt udbytte:
Nitrogenatomet i elektrofile substitutionsreaktioner opfører sig som en substituent af 2. art, derfor forekommer elektrofil substitution i metapositionen.
I modsætning til benzen er pyridin i stand til at gennemgå nukleofile substitutionsreaktioner, da nitrogenatomet trækker elektrontæthed fra det aromatiske system, og ortho-para-positionerne i forhold til nitrogenatomet er elektronudtømte. Således kan pyridin reagere med natriumamid og danne en blanding af ortho- og para-aminopyridiner (Chichibabin-reaktion):
Hydrogenering af pyridin producerer piperidin, som er en cyklisk sekundær amin og er en meget stærkere base end pyridin:
Pyridinhomologer ligner benzenhomologer i egenskaber. Når sidekæderne oxideres, dannes de tilsvarende carboxylsyrer:
