Blog

Sve što treba znati o piridinima

Sve što treba znati o piridinima

Sve što treba da znate Piridini

Piridin je osnovni heterociklični jedinjenje vrste azina. Piridin je izveden iz benzena zamenom CH grupe pomoću N-atoma. Struktura piridina je analogna strukturi benzena, jer se odnosi na zamenu CH grupe za N. Glavne razlike uključuju:

  1. Odlazeći od savršene regularne heksagonalne geometrije zbog prisustva hetero-atoma, da bi bili specifični, kraće azotno-karbonske veze,
  2. Zamena atomova vodonika u ravnini prstena sa nezaštićenim elektronskim parom, kao što je to u ravnini prstena, smješteno u hibridnom orbitalu sp2-a, a nije uključeno u aromatični p-elektronski sekstet. Ovaj azotski lonac upari jedan od onih koji su odgovorni za osnovne osobine piridina,
  3. Jaki stalni dipol sledljiv za veću elektronegativnost atoma azota u odnosu na atom ugljenika.

Piridinski prsten se javlja u nekoliko ključnih jedinjenja, uključujući vitamine niacin, piridoksin, kao i azine.

Škotski hemičar, Thomas Anderson izumio je piridin u 1849-u kao jedno od jedinjenja koja čine koštano ulje. Nakon dve godine, Anderson je dobio čist piridin frakcionom destilacijom koštanog ulja. To je visoko zapaljiva, bezbojna, rastvorljiva u vodi, slabo alkalna tečnost sa neprijatnim karakterističnim mirisom poput ribe.

Piridin se uvek koristi kao lek za farmaceutske proizvode i agrohemikalije, a takođe je ključni reagens i rastvarač. Piridin se može dodati u etanol ako želite da je učinite neprikladnim za ljudsku potrošnju. Takođe se primjenjuje u proizvodnji antihistaminskih lijekova mepyramine i tripelennamina, in vitro sinteza DNK, u proizvodnji sulfapyridina (lek za lečenje virusnih infekcija i bakterijskih infekcija), kao i baktericida, herbicida i vodenih repelenata.

Većina hemijskih jedinjenja, iako nisu proizvedena iz piridina, sadrže prstenastu strukturu. Takva jedinjenja uključuju B vitamine kao što su piridoksin i niacin, nikotin, proizvodi koji sadrže azot i sredstva protiv tuberkuloze poznata pod nazivom izoniazid. Pirin je istorijski proizveden kao nusprodukt gasifikacije uglja i od katrana uglja. Međutim, tražnja za piridinom dovela je do povećanja ekonomskih metoda proizvodnje od amonijaka i acetaldehida, a preko 20,000 tona godišnje se proizvodi širom svijeta.

Nomenklatura piridin

Sistemsko ime piridina, prema Hantzsch-Widmanovoj nomenklaturi koju je predložio IUPAC, jeste azine. Ali sistematična imena za bazična jedinjenja se retko koriste; Umjesto toga, nomenklatura heterocikla prati utvrđena uobičajena imena. IUPAC ne podstiče korišćenje azine kada govorite piridin.

Numerisanje atoma prstena u azinu počinje na azotu. Raspodjela položaja grčkim slovima (α-γ) i šablonom za zamjenu nomenklature tipičnih za homoaromatske sisteme (para ortho, Meta,) se ponekad koriste. Ovde α, β i γ odnose se na dve, tri i četiri položaja, respektivno.

Sistematsko ime za derivate piridina je piridinil, pri čemu broj prethodi poziciji supstituisanog atoma prethodi broju. Ali istorijsko ime piridil preporučuje IUPAC i široko se koristi umesto sistemskog imena. Derivat formiran dodatkom elektrofila na atom azota je poznat kao piridinijum.

4-bromopiridin

2,2'-bipiridin

Dipikolinska kiselina (piridin-2,6-dikarboksilna kiselina)

Osnovni oblik piridinijskog kationa

Proizvodnja piridina

Piridin je dobijen kao nusprodukt gasifikacije uglja ili ekstrahovan iz katrana uglja. Ova metoda je bila neefikasna i potrošnja radne snage: katran uglja ima oko 0.1 procenta piridina, a time je potreban višestepeni prečišćavanje, što je smanjilo proizvodnju dalje. Danas se većina piridina proizvodi sintetički koristeći nekoliko reakcija na ime, a najčešće se ovde govori.

Pyridine Synthesis kroz Bohlmann-Rahtz

Pyridine Synthesis kroz Bohlmann-Rahtz omogućava generisanje supstituisanih piridina u dva glavna koraka. Kondenzacija enamina pomoću etinilketona dovodi do aminodienskog intermedijera koji, nakon toplotno indukovane izomerizacije, prolazi kroz ciklohidrataciju da bi proizveo 2,3,6-trisubstituirane piridine.

Pyridine Synthesis pomoću mehanizma Bohlmann-Rahtz

Mehanizam je vezan za popularnu sintezu Hantzch Dihydropyridine gde jena mjestu-generisane enaminske i enonske vrste proizvode dihidropiridine. Iako je Bohlmann-Rahtz Synthesis izuzetno svestran, pročišćavanje intermedijara i neverovatno visoke temperature potrebne za ciklohidrataciju su izazovi koji su ograničili njegovu korisnost. Većina izazova je prevazišćena, čineći Bohlmann-Rahtz Synthesis više od suštinskog značaja piridini generacije.

Iako nije izvršeno nikakvo mehaničko istraživanje, intermedijari se mogu karakterisati H-NMR. Ovo pokazuje da je glavni proizvod prvog dodatka Michael i sledeći prenos protona može biti 2Z-4E-heptadien-6-on koji se ekstrahuje i prečisti hromatografijom na koloni.

Zbog toga je neophodno izuzetno visoke temperature ciklodahidracije da olakšaju Z/E izomerizacije koje su preduslov za heteroanelaciju.

Nedavno su razvijeni nekoliko metoda koji omogućavaju sintezu tetra i trisubstituiranih piridina u jednom koraku. Umjesto koristeći butynone kao supstrat, Bagley testirao razne otapala za konverziju manje nestabilna i jeftin 4- (trimetilsilil), ali-3-yn-2 jedan. Pokazalo se da su samo DMSO i EtOH idealni rastvarači. EtOH je očito favorizovan kao polarni i protični rastvarač naspram DMSO kao polarni aprotični rastvarač. U dva rastvarača, protodesticilacija se odvijala spontano. Bagli je takođe pokazao da kiselinska kataliza omogućava ciklodehidraciju da se nastavi na nižim temperaturama.

Kiselinska kataliza takođe povećava konjugatni dodatak. Širok spektar enamina reagovao je sa etinil ketonima u mešavini (5: 1) sirćetne kiseline i toluena kako bi se postigli funkcionalizovani piridini u jednom koraku uz odlične prinose.

Nakon uspješnosti kinte kiseline Brønstedt, hemičar je istražio sposobnost katalizatora Lewis kiseonika. Najbolji uslovi Koriste se ili dvostruko mol% ytterbium triflata ili petnaest mol% cink bromida u refluksingu toluena. Iako mehaničko istraživanje nije učinjeno, možemo pretpostaviti da koordinacija katalizatora ubrzava ciklohidrataciju, Michael Addition i korake izomerizacije.

Nedostatak je ograničena kompatibilnost sa substancima osjetljivim na kiselinu. Na primjer, dekompozicija enamina katalizovano kislinom odvija se cijanom i tert-butilester kao grupe za podizanje elektrona. Druga blaga alternativa je primena reagensa za razmjenu jona Amberlyst-15 koji se toleriše tert-butylesters.

Pošto enamini nisu lako dostupni, a za poboljšanje postrojenja procesa, izvedena je reakcija 3-komponente pomoću amonijum acetata kao izvora amino grupe. U ovoj efikasnoj proceduri generiše se enamin na mjestu koji reaguje sa alkinon prisutnim.

U prvom suđenju, ZnBr2 i AcOH su primenjeni kao dodatni katalizatori sa toluenom kao rastvaračem. Međutim, od tada je pokazano da podložni kiselom podlogu uvek reaguju u blagom okruženju sa EtOH kao rastvaračem.

Chichibabin Synthesis

Sinteza Chichibabina piridina je najprije prijavljena u 1924-u i još uvijek je glavna aplikacija u hemijskoj industriji. To je reakcija formiranja prstena, koja uključuje reakciju kondenzacije aldehida, ketona, α, β-nezasićenih karbonilnih jedinjenja. Štaviše, ukupni oblik reakcije može uključivati ​​svaku kombinaciju gore navedenih proizvoda u čistom amonijaku ili njegovim derivatima.

Formiranje Pyridine

Kondenzacija formaldehida i acetaldehida

Formaldehid i acetaldehid su uglavnom izvori nesupstituisanog piridina. Bar su dostupni i prilično dostupni.

  1. Prvi korak uključuje stvaranje akroleina od formaldehida i acetaldehida kondenzacijom Knoevenagela.
  2. Krajnji proizvod se zatim kondenzuje iz akroleina acetaldehidom i amonijakom, formirajući dihidropiridin.
  3. Konačni postupak je reakcija oksidacije sa katalizatorom čvrstog stanja kako bi se dobio piridin.
  4. Gornja reakcija se izvodi u gasnoj fazi sa temperaturnim opsegom 400-450 ° C. Formirano jedinjenje sastoji se od piridina, pikolina ili jednostavnih metiliranih piridina i lutidina. Međutim, kompozicija je podložna katalizatoru u upotrebi iu određenoj mjeri se razlikuje od zahtjeva proizvođača. Tipično, katalizator je soli prelaznog metala. Najčešći su manganov (II) fluorid ili kadmijum (II) fluorid, iako mogu biti alternative talijuma i kobalta.
  5. Piridin se oporavlja od nusproizvoda u višestepenom procesu. Glavno ograničenje sinhida piridina u čičibabinu je njegov nizak prinos, prevođenje na oko 20% od krajnjih proizvoda. Iz tog razloga, nemodifikovani oblici ovog jedinjenja su manje zastupljeni.

Ciklizacija Bönnemann

Ciklizacija Bönnemann je formiranje trimera iz kombinacije dva dela molekula acetilena i dela nitrila. Zapravo, proces je modifikacija Reppe sinteze.

Mehanizam je olakšan ili toplotom od povišenih temperatura i pritiska ili putem foto-indukovane cikloadifikacije. Kada se aktivira svetlost, Bönnemann ciklizacija zahteva CoCp2 (ciklopentadienil, 1,5-ciklooktadien) da djeluju kao katalizator.

Ova metoda može proizvesti lanac derivata piridina u zavisnosti od upotrebljenih jedinjenja. Na primer, acetonitril će dati 2-metilpiridin, koji može da se podvrgne dealkilaciji da bi se formirao piridin.

Ostale metode

Sinteza Kröhnke piridina

Ova metoda koristi piridin kao reagens, iako neće biti uključena u krajnji proizvod. Nasuprot tome, reakcija će generisati supstituisane piridine.

Kada se reaguje sa α-bromoestrima, piridin će proći kroz reakciju sličnu Michaelu sa nezasićenim karbonilima kako bi se formirao supstituisan piridin i piridijum bromid. Reakcija se tretira amonijevim acetatom u blagim uslovima 20-100 ° C.

Preuređivanje Ciamician-Dennstedt

Ovo podrazumijeva ekspresiju pirol-a sa dihlorkarbenom formirajući 3-hloropiridin.

Gattermann-Skita sinteza

U ovoj reakciji soli malonat estara reaguju sa dihlorometilaminom u prisustvu baze.

Bogerova piridinska sinteza

Reakcije piridini

Sledeće reakcije se mogu predvidjeti za piridine iz njihove elektronske strukture:

  1. Heteroatom čini piridine veoma nereaktivnim u odnosu na normalne elektrofilne aromatične supstitucione reakcije. Nasuprot tome, piridini su podložni nukleofilnom napadu. Piridini prolaze reakcije elektrofilne supstancije (SEAr) više nevoljno, ali nukleofilna supstitucija (SNAr) lakše od benzena.
  2. Elektrofilni reagens napadaju poželjno na Natomu i na bC-atome, dok nukleofilni reagens preferiraju a- i cC-atome.

Elektrofilno dodavanje u azotu

U reakcijama koje uključuju formiranje veze pomoću usamljenog para elektrona na azotu prstena, kao što su protonacija i kvaternizacija, piridini se ponašaju isto kao tercijalni alifatski ili aromatični amini.

Kada piridin reaguje kao baza ili nukleofil, formira piridinijum kation u kome se zadržava aromatični sekstet, a azot stiče formalni pozitivni naboj.

Protonacija na azotu

Piridini formiraju kristalne, često higroskopne, soli sa većinom protičnih kiselina.

Nitracija na azotu

Ovo se lako dešava reakcijom piridina sa nitronijum solima, kao što je nitronijum tetrafluoroborat. Protic nitratni agensi kao što je azotna kiselina, naravno, vode isključivo na N-protonaciju.

Acilacija u azotu

Acid hloridi i arilsulfonske kiseline brzo reaguju sa piridinima koji stvaraju 1-acil- i 1-arilsulfonilpiridinijum soli u rastvoru.

Alkil halidi i sulfati lako reaguju sa piridinima koji daju kvarterne soli piridinijuma.

Nukleofilne supstitucije

Za razliku od benzena, brojne nukleofilne supstitucije mogu efikasno i efikasno održavati piridin. To je zato što prsten ima nešto nižu elektronsku gustinu atoma ugljenika. Ove reakcije uključuju zamene uklanjanjem hidridnog jona i dodavanjem elimina da bi se dobila intermedijska konfiguracija ariana i obično nastaviti na poziciju 2 ili 4.

Samo piridin ne može rezultirati formiranjem nekoliko nukleofilnih supstanci. Međutim, modifikacija piridina sa bromom, fragmenti sulfonske kiseline, hlorom i fluorom može rezultirati u odlazećoj grupi. Formiranje organolitijumskih jedinjenja može se iskoristiti od najbolje odlazeće grupe fluora. Kod visokog pritiska, nukleofilna može reagovati sa jedinjenjima alkoksida, tiolata, amina i amonijaka.

Nekoliko heterociklični reakcije mogu nastati zbog upotrebe loše napuštene grupe, kao što je hidridni jon. Derivati ​​piridina na položaju 2 mogu se dobiti putem Chichibabinove reakcije. 2-aminopiridin se može nastaviti postići kada se natrijum-amid koristi kao nukleofil. Molekula vodonika se formira kada se protoni amino grupe kombinuju sa hidridnim jonom.

Slično benzenu, piridini Intermedijeri kao što je heteroarina mogu se dobiti kroz nukleofilne supstitucije piridinu. Upotreba jakih alkalnih sastojaka kao što je terc-butoksid natrijuma i kalijuma može pomoći u otklanjanju derivata piridina prilikom korištenja prava koja napuštaju grupu. Nakon uvođenja nukleofila u trostruku vezu, snižava se selektivnost i dovodi do formiranja smeše koja ima dva moguća addukta.

Elektrofilne zamene

Nekoliko piridinskih elektrofilnih supstitucija može ili nastaviti do neke tačke ili ne nastaviti u potpunosti. S druge strane, heteroaromatični element se može stimulisati funkcionalizacijom elektronskog doniranja. Friedel-Crafts alkilacija (acilacija) je primer alkilacija i acilacija. Aspekt ne prolazi kroz piridin, jer rezultira dodatkom atoma azota. Zamene se uglavnom dešavaju na tročlanoj poziciji koja je jedan od atomskih ugljenika bogatih elektronima, lociranim u prstenu, čineći ga sklonim elektrofilnim dodacima.

Struktura piridin-N-oksida

Elektrofilne zamene mogu rezultirati promjenom položaja piridina na položaju 2- ili 4-a zbog neželjene σ kompleksne snažne reakcije. Međutim, eksperimentalne metode mogu se koristiti pri preuzimanju elektrofilne supstitucije na piridin-N-oksid. Zatim sledi dezoksigenacija azotnog atoma. Zbog toga je poznato da je uvedba kiseonika smanjila gustinu na azotu i povećala zamjenu na pozicijama 2 i 4-položaju ugljenika.

Jedinjenja dvovalentnog sumpora ili trivalentnog fosfora poznata su da se lako oksidiraju, pa se uglavnom koriste za uklanjanje atoma kiseonika. Trifenilfosfin oksid je jedinjenje koje se formira nakon oksidacije trifenilfosfin reagensa. To je još jedan reagens koji se može iskoristiti da se otkloni atom kiseonika iz drugog elementa. Informacije u nastavku opisuju kako obična elektrofilna supstanca reaguje sa piridinom.

Direktna piridinska nitracija zahteva izvesne oštre uslove, i uglavnom ima male prinose. Reakcija dinitrogen pentoksida sa piridinom u prisustvu natrijuma može rezultirati stvaranjem 3-nitropiridina. Derivati ​​piridina mogu se dobiti nitriranjem nitronijum tetrafluoroborata (NO2BF4) odabirom atom azota sterijski i elektronski. Sinteza dva jedinjenja 6-dibromo piridina može rezultirati stvaranjem 3-nitropiridina nakon uklanjanja atoma broma.

Direktna nitracija se smatra ugodnijom od direktne sulfonizacije piridina. Uključivanje piridina na 320 ° C može dovesti do piridin-3-sulfonske kiseline brže od ključanja sumporne kiseline na istim temperaturama. Dodavanje elementa sumpora u atom azota može se dobiti reakcijom SO3 grupe u prisustvu živog (II) sulfata koji deluje kao katalizator.

Direktno hloriranje i bromiranje mogu se nastaviti i za razliku od nitracije i sulfonacije. 3-bromopiridin se može dobiti reakcijom molekulskog broma u sumpornoj kiselini kod 130 ° C sa piridinom. Nakon hlorisanja, rezultat 3-hloropiridina može biti nizak u prisustvu aluminijum hlorida koji deluje kao katalizator u 100 ° C. Direktna reakcija halogena i paladijuma (II) može rezultirati i 2-bromopyridinom i 2-hloropiridinom.

Primjene piridina

Jedna od sirovina koji su prilično presudni za hemijske fabrike je piridin. U 1989-u, ukupna proizvodnja piridina u svetu bila je 26K tona. Od 1999-a, 11 je bio najveći proizvođač piridina u 25-u u Evropi. Najveći proizvođači piridina bili su Koei Chemical, Imperial Chemical Industries i Evonik Industries.

U ranim 2000s-ima, proizvodnja piridina se povećala za visoku marginu. Na primjer, samo kopno u Kini je pogodilo godišnji proizvodni kapacitet 30,000 tona. Danas zajedničko ulaganje između SAD-a i Kine rezultira najvećom svetskom proizvodnjom piridina.

pesticidi

Piridin se uglavnom koristi kao prekursor za dva herbicida dikvata i paraquata. U pripremi fungicida na bazi pirotiona, piridin se koristi kao osnovno jedinjenje.

Reakcija između Zincke i piridina rezultira u proizvodnji dva jedinjenja - laurilpiridinium i cetilpiridinium. Zahvaljujući svojim antiseptičnim svojstvima, ova dva jedinjenja se dodaju u proizvode za zubnu i oralnu njegu.

Napad alkilacijskog agensa u piridin rezultira u N-alkilpiridinijum soli, cetilpiridinijum hlorid je jedan primer.

Paraquat Synthesis

Rastvarač

Druga primena u kojoj se piridin koristi je Knoevenagel kondenzacija, pri čemu se koristi kao nisko reaktivno, polarno i bazično rastvarač. Piridin je posebno idealan za dehalogenaciju, gde služi kao osnova za reakciju eliminacije dok se vezuje rezultujući hidrogen halid u obliku piridinijumove soli.

U acilacijama i esterifikacijama, piridin aktivira halide anhidrida ili karbonske kiseline. Još aktivnije u ovim reakcijama su 4- (1-pirolidinil) piridin i 4-dimethylaminopyridine (DMAP), koji su derivati ​​piridina. U reakcijama kondenzacije, piridin se tipično primenjuje kao baza.

Formiranje piridinijuma kroz reakciju eliminacije sa piridinom

Piridin je takođe važna sirovina u tekstilnoj industriji. Pored toga što se koristi kao rastvarač u proizvodnji gume i boja, koristi se i za povećanje kapaciteta mreže pamuka.

Američka administracija za hranu i lekove odobrava dodavanje piridina u malim količinama hranama kako bi im pružio gorak ukus.

U rješenjima, praga detekcije piridina je oko 1-3 mmol·L-1 (79-237 mg · L-1). Kao baza, piridin se može koristiti kao Karl Fischer reagens. Međutim, imidazol se obično koristi kao zamena za piridin jer imidazol ima prijatan miris.

Precursor za Piperidin

Piridin hidrogenizacija pomoću katalizatora na bazi rutenijuma, kobalta ili nikla na visokim temperaturama rezultira proizvodnjom piperidina. Ovo je esencijalni azotski heterocikl koji je vitalni sintetički građevinski blok.

Specijalizirani reagensi zasnovani na piridinu

U 1975-u, William Suggs i James Corey su razvili piridinijum hlorohromat. Primenjuje se za oksidaciju sekundarnih alkohola na ketone i primarne alkohole aldehidima. Piridinium hlorohromat se obično dobija kada se piridin dodaje u rastvor koncentrovane hlorovodonične i hromne kiseline.

C5H5N + HCl + CrO3 → [C5H5NH] [CrO3Cl]

Sa hromil hloridom (CrO2Cl2) što je kancerogeno, trebalo je tražiti alternativni put. Jedna od njih je upotreba piridinijevog hlorida za tretiranje hroma (VI) oksida.

[C5H5NH+] Cl- + CrO3 → [C5H5NH] [CrO3Cl]

Sarretni reagens (kompleks hroma (VI) oksida sa piridin heterociklom u piridinu), piridinijum hlorohromat (PCC), Cornforthov reagens (piridinium dihromat, PDC) i kolinsov reagens (kompleks hroma (VI) oksida sa piridinom heterocikl u dihlorometanu) su uporedive jedinjenja hrom-piridina. Oni se takođe primenjuju za oksidaciju, kao što je pretvaranje sekundarnih i primarnih alkohola u ketone.

Reagensi Sarret i Collins nisu samo teško pripremiti, već su i opasni. Oni su higroskopni i podložni su paljenju tokom procesa pripreme. Zbog toga je preporučena upotreba PDC i PCC. Dok su dva reagensa bila iskorišćena u 70s i 80s-u, oni se retko koriste trenutno zbog njihove toksičnosti i potvrđene karcinogenosti.

Struktura Crabtree-ovog katalizatora

U koordinacionoj hemiji, piridin se u velikoj mjeri koristi kao ligand. Derivat je, kao i njegov derivat 2,2'-bipiridin, koji se sastoji od molekula 2 piridina vezanih jednim vezom, i terpiridina, molekula 3-ovih piridinskih prstenova povezanih zajedno.

Jaka jačina Lewisa može se koristiti kao zamjena za piridin ligand koji je dio metalnog kompleksa. Ova karakteristika se eksploatiše u katalizi reakcije polimerizacije i hidrogenacije, koristeći, na primer, Carabtree-ov katalizator. Piridin Lingard koji je zamenjen tokom reakcije obnovljen je nakon njegovog završetka.

reference

Nomenklatura organske hemije: Preporuke IUPAC-a i poželjni nazivi 2013 (plava knjiga). Kembridž: Kraljevsko društvo hemije. 2014. str. 141.

Anderson, T. (1851). "Ubeber die Producte der trocknen Destillation thierischer Materien" [O proizvodima suve destilacije životinjskih materija]. Annalen der Chemie und Pharmacie. 80: 44.

Sherman, AR (2004). "Piridin". U Paquette, L. Enciklopedija reagensa za organsku sintezu. e-EROS (Enciklopedija reagensa za organsku sintezu). New York: J. Wiley & Sons.

Behr, A. (2008). Angewandte homogene Katalyse. Weinheim: Wiley-VCH. str. 722.