Piridīns ir sešu locekļu aromātisks heterocikls ar vienu slāpekļa atomu, bezkrāsains šķidrums ar asu nepatīkamu smaku; sajaucas ar ūdeni un organiskiem šķīdinātājiem.
Piridīns ir vāja bāze, dod sāļus ar stiprām minerālskābēm, viegli veido dubultsāļus un kompleksos savienojumus.
Piridīna molekulas elektroniskā struktūra ir līdzīga benzola struktūrai. Oglekļa un slāpekļa atomi atrodas sp2 hibridizācijas stāvoklī. Visas C–C, C–H un C–N σ saites veido hibrīda orbitāles, leņķi starp tām ir aptuveni 120°. Tāpēc ciklam ir plakana struktūra. Seši elektroni, kas atrodas nehibrīdās p-orbitālēs, veido π-elektronu aromātisko sistēmu.
No trim slāpekļa atoma hibrīda orbitālēm divas veido C–N σ saites, bet trešā satur vientuļu elektronu pāri, kas nepiedalās π. - elektroniskā sistēma. Tāpēc piridīnam, tāpat kā amīniem, piemīt bāzes īpašības. Tās ūdens šķīdums kļūst lakmusa zils. Piridīnam reaģējot ar stiprām skābēm, veidojas piridīnija sāļi.
P iridīnam piemīt terciārajiem amīniem raksturīgas īpašības: tas veido N-oksīdus, N-alkilpiridīnija sāļus un spēj darboties kā sigma donora ligands.
Tajā pašā laikā piridīnam ir skaidras aromātiskas īpašības. Tomēr slāpekļa atoma klātbūtne konjugācijas gredzenā izraisa nopietnu elektronu blīvuma pārdali, kas izraisa spēcīgu piridīna aktivitātes samazināšanos elektrofīlās aromātiskās aizvietošanas reakcijās. Šādās reakcijās pārsvarā tiek reaģētas gredzena metapozīcijas.
Būtiskā atšķirība starp piridīnu un benzolu ir tāda, ka, pateicoties lielākai slāpekļa elektronegativitātei salīdzinājumā ar oglekli, piridīna gadījumā ierobežojošo struktūru kopā, kas apraksta p-elektronu blīvuma sadalījumu, to struktūru devums, kuriem ir atdalīts negatīvs un Pozitīvie lādiņi ir nozīmīgi:
No viņu apsvērumiem var redzēt, ka negatīvais lādiņš ir lokalizēts uz slāpekļa atoma, bet pozitīvais ir sadalīts galvenokārt starp oglekļa atomiem pozīcijās 2, 4 un 6 (a- un g-pozīcijās). Šajā sakarā piridīns ir klasificēts kā aromātisks heterocikls ar elektronu deficītu, atšķirībā no iepriekš minētajiem furāna, pirola un tiofēna. Tas nozīmē, ka piridīna kodols kā aromātiska sistēma ir deaktivizēts attiecībā pret elektrofilo sistēmu un, gluži pretēji, tiek aktivizēts attiecībā uz nukleofīlo uzbrukumu, salīdzinot ar benzolu.
Tomēr fakts, ka slāpekļa atomam ir vientuļš elektronu pāris un pārmērīgs p-elektronu blīvums, padara to par ļoti aktīvu elektrofila uzbrukuma centru, jo īpaši tāpēc, ka s-saites veidošanās neietekmē aromātisko sistēmu. Tādējādi piridīns ir aktīvs N-nukleofils, un šī tā īpašība vienmēr tiek realizēta sākotnēji elektrofīlā uzbrukuma laikā.
Citi iespējamie reakcijas virzieni, kas saistīti ar piridīna C-nukleofilitātes izpausmi - elektrofīlo uzbrukumu oglekļa atomiem - ir ārkārtīgi sarežģīti, un to īstenošanai ir nepieciešami ļoti smagi apstākļi. Papildus iepriekš norādītajam p-elektronu sistēmas elektronu deficīta raksturam vispārējās pieejas ietvaros aromātiskā kodola elektrofilās aizvietošanas modeļu kvalitatīvai izskaidrošanai tas būtu jāsaista ar faktu, ka gredzenā esošais slāpeklis, kas ir elektronnegatīvāks par oglekļa atomu, destabilizē starpveidoto katjonu s-kompleksu .
Tādējādi piridīns apvieno ļoti aktīva n-nukleofila un būtiski dezaktivēta p-nukleofila īpašības. Kā redzams no tālāk sniegtajiem piemēriem, prece, kas viegli veidojas elektrofīla uzbrukuma rezultātā slāpekļa atomam, bieži ir nestabila, un tās veidošanās, lai gan kinētiski ir vēlama, ir atgriezenisks process. Turpretim elektrofīlais uzbrukums oglekļa atomiem ir daudz grūtāks, taču tas noved pie stabilāku aizvietošanas produktu veidošanās, kas ir termodinamiski vēlami. Tā rezultātā daudzas piridīna atvasinājumu reakcijas var veikt kinētiskos apstākļos, tas ir, ar heteroatomu vai termodinamisku, tas ir, ar gredzena oglekļa atomiem, kontrolējot, kas padara tās līdzīgas līdzīgām oksiarēnu un aromātiskām reakcijām. amīni.
Kā minēts iepriekš, piridīns ir bāze un tiek protonēts, veidojot stabilus piridīnija sāļus. Līdzīgi notiek piridīna N-alkilēšana ar alkilhalogenīdiem, kā rezultātā veidojas alkilpiridīnija sāļi. Oksidāciju ar perskābēm, veidojot piridīna N-oksīdu, var attiecināt arī uz līdzīgām reakcijām ar elektrofiliem uz vientuļo slāpekļa atoma elektronu pāri.
Līdzīgā veidā piridīns mijiedarbojas ar bromu, veidojot N-brompiridīnija sāli - piridīnija bromīda perbromīdu, un ar oleumu, atdzesējot, veidojot piridīna sulfotrioksīdu.
Karbonskābes hlorīdu reakcijas ar piridīnu notiek līdzīgi. Tomēr iegūtais N-acilpiridīnija sāls ir tik aktīvs elektrofīls, šajā gadījumā acilējošs reaģents, ka to nevar izolēt brīvā stāvoklī.
Piridīnu raksturo aromātiskas nukleofīlas aizvietošanas reakcijas, kas notiek galvenokārt gredzena orto-para pozīcijās. Šī reaktivitāte liecina par piridīna gredzena elektronu deficīta raksturu, ko var apkopot šādā īkšķa noteikumā: piridīna kā aromātiska savienojuma reaktivitāte aptuveni atbilst nitrobenzola reaktivitātei.
Piridīnam piemīt aromātiska savienojuma īpašības, taču atšķirībā no benzola tas gandrīz neiekļūst elektrofīlās aizvietošanas reakcijās - tas tiek nitrēts, sulfonēts un bromēts tikai aptuveni 300 ° C temperatūrā, veidojot pārsvarā b-atvasinājumus. Nukleofīlā aizstāšana notiek vieglāk nekā benzolā.
Tātad piridīns ar NaNH2 dod a-aminopiridīnu, ar KOH - a-hidroksipiridīnu. Piridīnu reducē nātrijs spirtā vai H2 virs Ni 120°C temperatūrā līdz piperidīnam. Piemēram, bāzēm iedarbojoties uz piridīnija sāli, piridīna gredzens tiek sadalīts, veidojot glutakondialdehīdu HOCCH = CHCH2COH vai tā atvasinājumus.
Tas veido stabilus sāļus ar neorganiskām skābēm, piridīnija sāļus ar alkilhalogenīdiem un kompleksus savienojumus ar metālu halogenīdiem, SO2, SO3, Br2, H2O.
Elektrofīlā aizstāšana notiek ar lielām grūtībām (piridīns ir tuvu nitrobenzolam pēc elektrofilās aizvietošanas spējas) un nonāk 3. pozīcijā. Lielākā daļa šo reakciju notiek skābā vidē, kurā izejas savienojums vairs nav pats piridīns, bet gan tā. sāls.
Līdztekus pamata īpašībām piridīnam piemīt aromātiska savienojuma īpašības. Tomēr tā aktivitāte elektrofīlās aizvietošanas reakcijās ir zemāka nekā benzolam. Tas ir saistīts ar to, ka slāpeklis kā vairāk elektronegatīvs elements velk elektronus pret sevi un samazina elektronu mākoņa blīvumu gredzenā, īpaši 2., 4. un 6. pozīcijā (orto un para pozīcijas).
Tāpēc, piemēram, piridīna nitrēšanas reakcija notiek skarbos apstākļos (300 °C temperatūrā) un ar zemu iznākumu. Slāpekļa atoma orientējošā iedarbība uz jauna aizvietotāja ieviešanu elektrofilās aizvietošanas laikā piridīnā ir līdzīga nitrogrupas iedarbībai nitrobenzolā: reakcija notiek 3. pozīcijā.
Tāpat kā benzols, piridīns var pievienot ūdeņradi katalizatora klātbūtnē, veidojot piesātinātu piperidīna savienojumu.
Piperidīnam piemīt sekundārā amīna (spēcīgas bāzes) īpašības.
Piridīns tiek nitrēts tikai NaNO3 vai KNO3 iedarbībā kūpošā H2SO4 300 0C temperatūrā, veidojot 3-nitropiridīnu ar nelielu iznākumu; sulfonēts ar oleumu Hg sulfāta klātbūtnē 220-2700C temperatūrā līdz piridīn-3-sulfonskābei.
Apstrādājot piridīnu ar dzīvsudraba acetātu 1550C temperatūrā, veidojas 3-piridilmerkuracetāts; augstākās temperatūrās di- un poliaizvietoti atvasinājumi.
Br2 iedarbība oleumā 3000C temperatūrā rada 3-brom- un 3,5-dibrompiridīnu maisījumu. Augstākā temperatūrā (apmēram 5000C) reakcija notiek ar radikālu mehānismu; reakcijas produkti - 2-brom- un 2,6-dibrompiridīni.
Radikālās reakcijas ietver arī piridīna mijiedarbību ar fenildiazonija hidrātu (Gomberg-Bachmann-Hey reakcija), kā rezultātā tiek iegūts maisījums, kas satur 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- un 15% 4-fenil-piridīna.
Nukleofīlā aizvietošana piridīnā notiek 2. un 4. pozīcijā un ir vieglāka nekā benzolā, piemēram, 2-aminopiridīna sintēze piridīnam reaģējot ar nātrija amīdu. (Čičibabīnas reakcija).
Piridīns, kā likums, ir izturīgs pret oksidētājiem, taču perskābju iedarbībā tas viegli veido piridīna N-oksīdu, kurā elektronu blīvums uz C-2 un C-4 atomiem ir palielināts, salīdzinot ar piridīnu.
300 0C temperatūrā FeCl3 iedarbībā piridīns tiek oksidēts par izomēru dipiridilu maisījumu ar vispārīgo formulu C5H4N-C5H4N.
Katalītiskā hidrogenēšana Pt vai Ni klātbūtnē, Na reducēšana spirtā, kā arī elektroķīmiskā reducēšana noved pie piperidīna (pēdējo metodi izmanto rūpniecībā). Smagāku piridīna samazināšanos pavada gredzena šķelšanās un deaminācija.
Piridīna nitrēšana notiek kālija nitrāta un sērskābes iedarbībā 370 °C temperatūrā, izraisot b-nitropiridīnu. Piridīna sulfāciju veic ar oleumu dzīvsudraba sulfāta klātbūtnē 220 °C, bromēšanu var veikt, iedarbojoties ar broma šķīdumu oleumā 300 °C temperatūrā. Šādā veidā gredzenā nav iespējams ievadīt otru aizvietotāju. Piridīns neietilpst Frīdela-Krafta reakcijās.
Piridīna ķīmijā kopumā un daļā, kas attiecas uz tā funkcionalizāciju ar elektrofīlo aizvietošanas reakciju palīdzību, liela nozīme ir tā pārvēršanās iespējai N-oksīdā. Apsveriet šī savienojuma elektronisko struktūru.
Šo rezonanses struktūru analīze noved pie pārsteidzoša secinājuma, ka N-oksīda grupa var darboties attiecībā pret gredzena p-elektronu sistēmu gan kā donors (augšējā struktūru rinda), gan kā elektronu akceptors, tas ir, tā var veicināt gan elektrofīlo aizvietošanas reakciju rašanos a un g pozīcijās, gan arī nukleofila pievienošanos tajās pašās pozīcijās! Kas patiesībā tiek novērots?
Šīs grupas elektroniskā ietekme ir atkarīga no reaģenta veida. Piridīna N-oksīda nitrēšana notiek daudz vieglāk nekā pašam piridīnam, kūpošas slāpekļskābes un sērskābes maisījuma iedarbībā 90 ° C temperatūrā, kā rezultātā tiek iegūts g-nitro atvasinājums ar 90% iznākumu, kas ir saskaņā ar N-oksīda grupas aktivējošo efektu. Turpretim sulfonēšanas reakcija notiek apstākļos, kas līdzīgi piridīna apstākļiem, kā rezultātā veidojas b-sulfonskābe. Šāds sulfonēšanas reakcijas virziens ir izskaidrojams ar SO3 koordināciju ar N-oksīda grupas skābekļa atomu, kas šo grupu pārvērš par akceptoru un līdz ar to par meta-orientējošu aģentu.
Piridīna pārvēršana par tā N-oksīdu, elektrofilās aizvietošanas reakcijas ar to un sekojoša N-oksīda skābekļa atoma reducējoša atdalīšana ir vispārēja pieeja dažādu funkcionāli aizvietotu piridīna atvasinājumu sintēzei, ko nevar tieši iegūt. no piridīna. Tādējādi g-nitropiridīna N-oksīda reducēšana ar trifenilfosfīnu noved pie N-oksīda skābekļa atoma atdalīšanas, kas ļauj iegūt 4-nitropiridīnu ar labu ražu. Kad g-nitropiridīna N-oksīds tiek reducēts ar dzelzi etiķskābē, nitrogrupa un N-oksīda grupa tiek reducētas vienlaicīgi, kā rezultātā veidojas 4-aminopiridīns. Kā minēts iepriekš, N-oksīda grupa veicina arī nukleofīlo aizvietošanas reakciju rašanos. Tātad, g-nitropiridīna N-oksīdam reaģējot ar ūdeņraža hlorīdu vai bromūdeņradi, veidojas g-halogēna aizvietotā piridīna N-oksīds (iesakiet šīs reakcijas mehānismu), sekojošā reakcija ar PCl3, lai likvidētu N-oksīda grupa.
Kad piridīna N-oksīds mijiedarbojas ar metālorganiskajiem savienojumiem, piesaiste galvenokārt notiek 2. pozīcijā, tas ir, šajā reakcijā N-oksīda grupa faktiski aktivizē šo pozīciju attiecībā uz nukleofīlo uzbrukumu. Pēc reakcijas maisījuma apstrādes ar ūdeni lielā iznākumā veidojas 2-aizvietoti piridīna atvasinājumi.
Piridīna N-oksīdam reaģējot ar sārmiem atmosfēras skābekļa (oksidētāja) klātbūtnē, veidojas a-hidroksipiridīna oksīds. Interesanti, ka šis savienojums pastāv tautomērā līdzsvarā ar N-hidroksipiridonu.
Alkilpiridīnija sāļi vēl vieglāk mijiedarbojas ar nukleofīlajiem reaģentiem.
Piridīnija sāļu mijiedarbība ar nukleofīlajiem reaģentiem var izraisīt arī gredzena atvēršanos. Tātad metilpiridīnija jodīda reakcija ar anilīnu noved pie acikliskas konjugētas heterotriēnas sistēmas. Šai reakcijai ir sagatavošanās vērtība.
Pats piridīns arī spēj iesaistīties nukleofīlās pievienošanās reakcijās, bet, protams, stingrākos apstākļos. No šīm pārvērtībām vislielākā sagatavošanas nozīme ir čičibabīna reakcijai, reakcijai ar nātrija amīdu 130°C temperatūrā. Šī reakcija notiek ar pievienošanas-šķelšanās mehānismu, un tās produkts ir a-aminopiridīns. Piridīnam reaģējot ar kālija amīdu, kopā ar a-aminopiridīnu veidojas arī g-aminopiridīns.
Sildot līdz 400°C, piridīns reaģē ar KOH, veidojot a-hidroksipiridīnu, reakcija ar fenillitiju notiek 110°C temperatūrā 8 stundas un pēc apstrādes ar ūdeni rada a-fenilpiridīnu.
Piridīna un tā atvasinājumu reducēšana notiek vai nu metāliskā nātrija iedarbībā spirtā, vai katalītiskās hidrogenēšanas apstākļos. Šajā gadījumā veidojas piridīna heksahidroatvasinājumi, bet paša piridīna gadījumā - piperidīns.
b-aminopiridīns diazotizācijas laikā veido diezgan stabilus diazonija sāļus, kas var nonākt parastajās transformācijās šai savienojumu klasei gan ar slāpekļa izdalīšanos, gan bez tā. Turpretim a- un g-aminopiridīni viegli neveido diazonija sāļus, un paši šie sāļi ir ļoti nestabili.
Interesanti ir vilkt paralēles starp spēju eksistēt hidroksipiridīnu un hidroksiarēnu tautomērā okso formā. Formāli šāda līdzsvara izveidošanas procesam piridīna un benzola atvasinājumos jānotiek saskaņā ar to pašu mehānismu, un tas sastāv no protona pārnešanas no hidroksigrupas uz aromātisku vai heteroaromātisku gredzenu. Šis process nav sinhrons, bet notiek divos posmos, no kuriem pirmais, deprotonēšana, notiek ar šķīdinātāja vai citas arēnas molekulas piedalīšanos un dabiski norisinās, jo vieglāk, jo stiprāka skābe ir hidroksilgrupa. Ņemot vērā piridīna kodola elektrondeficītu, var apgalvot, ka hidroksipiridīnu skābums ir ievērojami augstāks nekā hidroksiarēnu skābums un līdz ar to aktivācijas barjera piridīna atvasinājumu gadījumā būs zemāka. Otrais solis ir protonēšana. Tā kā vientuļais slāpekļa atoma elektronu pāris piridīna gredzenā ir pieejams elektrofīliskajam uzbrukumam, jo īpaši protonēšanai, un pašam slāpekļa atomam ir daļējs negatīvs lādiņš (sal. 43. lpp.), var pieņemt, ka arī piridīna atvasinājumiem šis posms būtu jāveic vienkāršāk. Apskatīsim, pie kā šīm pārvērtībām vajadzētu novest atkarībā no hidroksigrupas stāvokļa piridīna gredzenā.
Kā redzams no piedāvātās shēmas, a- un g-hidroksipiridīnu gadījumā protonēšanas-deprotonēšanas posmu secība noved pie keto formas, ar hidroksigrupas b-pozīciju, šāda transformācija nav iespējama - tā rezultātā veidojas cviterions. Patiešām, b-hidroksipiridīns pastāv šajā formā, par ko liecina tā neparasti augsta kušanas temperatūra un zemā šķīdība organiskajos šķīdinātājos. Protams, gan hidroksiarēnu, gan hidroksipiridīnu gadījumā attiecīgā transformācija noved pie molekulas aromātiskuma zuduma, taču iepriekš minēto iemeslu dēļ šis tautomēriskais līdzsvars ir daudz raksturīgāks piridīna atvasinājumiem.
Jāatzīmē, ka tad, kad aromātiskajā gredzenā tiek ievadītas papildu donoru grupas, kas veicina protonēšanu, keto-enola tautomēru līdzsvars tiek realizēts arī hidroksiarēniem. Tātad fleroglucinols - 1,3,5-trihidroksibenzols - galvenokārt pastāv keto formā.
Piridīns ir vājāka bāze nekā alifātiskie amīni (Kb = 1,7,10-9). Tā ūdens šķīdums kļūst lakmusa zils:
Piridīnam reaģējot ar stiprām skābēm, veidojas piridīnija sāļi:
aromātiskās īpašības. Tāpat kā benzols, arī piridīns nonāk elektrofīlās aizvietošanas reakcijās, taču tā aktivitāte šajās reakcijās ir zemāka nekā benzolam, jo slāpekļa atomam ir augsta elektronegativitāte. Piridīnu nitrē 300°C ar zemu ražu:
Slāpekļa atoms elektrofīlās aizvietošanas reakcijās uzvedas kā 2. veida aizvietotājs, tāpēc elektrofīlā aizvietošana notiek meta pozīcijā.
Atšķirībā no benzola, piridīns spēj iesaistīties nukleofīlās aizvietošanas reakcijās, jo slāpekļa atoms iegūst elektronu blīvumu no aromātiskās sistēmas, un orto-para pozīcijas attiecībā pret slāpekļa atomu ir noplicinātas ar elektroniem. Tātad piridīns var reaģēt ar nātrija amīdu, veidojot orto- un para-aminopiridīnu maisījumu (čičibabīna reakcija):
Piridīna hidrogenēšana rada piperidīnu, kas ir ciklisks sekundārs amīns un ir daudz spēcīgāka bāze nekā piridīns:
Piridīna homologi pēc īpašībām ir līdzīgi benzola homologiem. Tātad sānu ķēžu oksidēšanas laikā veidojas atbilstošās karbonskābes:
Mol. m 79,1; bezkrāsains šķidrums ar īpašām iezīmēm. smarža; m.p. -42,7 0 C, bp 115,4°C/760 mmHg Art., 13,2 ° C / 10 mmHg; 0,9819: 1,5095; m 7,30 x x 10 -30 C m; g 3,7 10 -2 N/m (25 0 C); h 0,885 mPa s (25 0 C); Ar p 135,62 kJ / mol K) (17 0 C), - 2783 kJ / mol. Visādā ziņā sajaucams ar ūdeni un lielāko daļu org. r-aizbildņi; veido azeotropu maisījumu ar ūdeni (bp 94 0 C, 58 % pēc svara P.).
P.-bāze (
R K a 5.20). No inorg. to-tami veido stabilus sāļus ar alkilhalogenīdiem -piridīnija sāļi ,
ar metālu halogenīdiem, SO 2, SO 3, Br 2, H 2 O-kompleksiem savienojumiem. Tipiski atvasinājumi: (C 5 H 5 N HCl) 2 PtCl 2 (temp. 262-264 0 C, ar sadalīšanos), C 5 H 5 N HCl 2HgCl 2 (temp. 177-178 0 C).
Piemīt aromātisks. Svētais tu; satur 6p-elektronus, veidojot vienotu slēgtu sistēmu, barā negatīvā dēļ. indukcija N atoma iedarbības rezultātā samazinās C atomu elektronu blīvums, īpaši 2., 4. un 6. pozīcijās (p-deficīts heterocikls).
Electtrof. aizstāšana notiek ar lielām grūtībām (P. ir tuvu nitrobenzolam pēc elektroph. aizstāšanas spējas) un nonāk 3. pozīcijā. Lielākā daļa šo rajonu notiek skābā vidē, sākotnējā Comm. P. vairs nav viņš pats, bet gan viņa sāls. P. tiek nitrēts tikai NaNO 3 vai KNO 3 iedarbībā kūpošā H 2 SO 4 t-re 300 0 C temperatūrā, veidojot 3-nitropiridīnu ar nelielu iznākumu; sulfonēts ar oleumu Hg sulfāta klātbūtnē 220-270 0 C temperatūrā līdz piridīn-3-sulfonskābei. Dzīvsudraba acetāta iedarbībā uz P. 155 0 C temperatūrā veidojas 3-piridilmerkuracetāts; pie augstākiem t-rah-di- un poliaizvietotiem atvasinājumiem. Br 2 iedarbība oleumā pie 300 0 C rada 3-brompiridīnu un 3,5-dibrompiridīnu maisījumu. Pie lielākas t-re (apmēram 500 0 C) reakcija norit pēc radikālas mehānisma; p-tion produkti - 2-brom- un 2,6-dibrompiridīni. Radikālās reakcijas ietver arī P. mijiedarbību ar fenildiazonija hidrātu (Gomberg-Bachmann-Hey reakcija), kā rezultātā tiek iegūts maisījums, kas satur 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- un 15% 4-fenil-piridīna.
Nukleofīlā aizvietošana P. notiek 2. un 4. pozīcijā un ir vieglāka nekā benzolā, piemēram, 2-aminopiridīna sintēze P. mijiedarbības laikā ar nātrija amīdu (sk. Chichibabina reakcija
).
P., kā likums, ir izturīgs pret oksidētājiem, tomēr perskābju iedarbībā tas viegli veido piridīna N-oksīdu (sk. Amīna N-oksīdi)
Kromā elektronu blīvums uz C-2 un C-4 atomiem ir palielināts, salīdzinot ar P. 300 0 C temperatūrā FeCl 3 iedarbībā P. tiek oksidēts kopējā f-ly izomēru dipiridilu maisījumā. C5H4N-C5H4N. Katalītiskais hidrogenēšana Pt vai Ni klātbūtnē, Na reducēšana spirtā, kā arī elektroķīmiskā. atgūšana noved pie piperidīna (pēdējā metode tiek izmantota rūpniecībā). Stingrākai P. atjaunošanai seko cikla sadalīšana un deaminācija.
Karbēnu pievienošana P. vai N-alkilpiridīnija jonu deprotonēšana izraisa vispārīgās f-ly I piridīnija ilīdus, P. mijiedarbība ar nitrēniem vai N-aminopiridīnija sāļu deprotonēšana noved pie vispārējās f-ly piridīnija imīniem. II.
Comm. abi veidi viegli nonāk p-tion cikloaddīcijā, kas raksturīga 1,3-dipolārām sistēmām. P. izdalīt galvenokārt no Kam.-ug. sveķi (saturs apm. 0,08%), koksnes, kūdras vai kaula sausie destilācijas produkti. Sintētiski viņš varētu. saņemtas pēdas. reakcijas:
P. un tā atvasinājumi-bāze piridīna alkaloīdi ,
kā arī daudzi citi. zāles Wed-in. P. izmanto arī krāsvielu, insekticīdu sintēzē, kā arī spirta denaturēšanai. P. komplekss ar SO 3 -piridīnsulfotrioksīdu ir viegls sēru veidojošs līdzeklis; C5H5NBr2HBr-bromēšanas līdzeklis; C 5 H 5 N HCl reaģents epoksīdu dehidratācijai un N-dealkilēšanai, C 5 H 5 N H 2 Cr 2 O 7 -oksidētājs. P. ir labs šķīdinātājs, t.sk. daudziem inorg. sāļi (AgBr, Hg 2 Cl 2 utt.). MPC tvaiki P. gaisā ~ 0,005 mg / l, tāpēc viegli uzliesmojošs. 23,3 0 C.
Pirmo reizi P. T. Andersens izolēja 1849. gadā no kaulu eļļas; P. struktūru izveidoja J. Dewar un P. Kerner 1869. gadā.
Par P. atvasinājumiem sk
Cikliskos savienojumus, kuros ciklus veido ne tikai oglekļa atomi, bet arī citu elementu atomi - heteroatomi (O, S, N) - sauc par heterocikliskiem. Heterocikliskos savienojumus iedala pēc gredzena izmēra un heteroatomu skaita gredzenā.
Starp šiem savienojumiem vislielākā nozīme ir piecu un sešu locekļu heterocikliskajiem savienojumiem. Tipiski heterocikliskie savienojumi ir aromātiski. Tomēr heteroatoma klātbūtne ietekmē elektronu blīvuma sadalījumu. Piemēram, piecu locekļu heterociklos (furānā, tiofēnā, pirolā) elektronu blīvums tiek novirzīts no heteroatoma uz gredzenu un ir maksimālais a-pozīcijās. Tāpēc a-pozīcijās elektrofilās aizvietošanas reakcija (S E) notiek visvieglāk.
Sešu locekļu ciklos (piemēram, piridīnā) ar oglekli ar dubultsaiti saistītais heteroatoms piesaista cikla p-elektronu blīvumu sev, tāpēc elektronu blīvums piridīna molekulā ir pazemināts a un g pozīcijās. Tas atbilst vēlamajai orientācijai uz šīm reaģentu pozīcijām nukleofīlajā aizvietojumā (SN). Tā kā piridīnā elektronu blīvums ir lielāks b - pozīcijā, elektrofilais reaģents ir orientēts b - pozīcijā.
Pētot heterociklus ar diviem heteroatomiem, īpašu uzmanību pievērsiet pirimidīnam un tā atvasinājumiem: uracilam, timīnam, citozīnam. Pirimidīna kodols ir atrodams daudzos dabīgos produktos: vitamīnos, koenzīmos un nukleīnskābēs:
Pirimidīna elektrofīlā aizstāšana notiek 5. pozīcijā; nukleofils (tāpat kā piridīnam) ir grūti, un oglekļa atoms 4. un 6. pozīcijā tiek uzbrukts.
Sarežģītu heterociklisku sistēmu, kas sastāv no diviem sapludinātiem heterocikliem - pirimidīna un imidazola, sauc par purīna kodolu.
Purīnu grupa ir daudzu savienojumu pamatā, galvenokārt nukleīnskābes, kurās tā ir iekļauta purīna bāzu veidā: adenīns (6-aminopurīns) un guanīns (2-amino-6-oksipurīns).
Interesants ir purīna skābekļa atvasinājums - urīnskābe (2,6,8 - trioksipurīns).
Mērķis: heterociklisko savienojumu ķīmisko īpašību izpēte
Reaģenti un aprīkojums:
1) antipirīns,
2) FeCl 3 - 0,1 n,
3) amidopirīns,
4) H2SO4 - 2n,
5) NaNO 2 - 0,5 n,
6) piridīns, NaOH - 2n,
7) urīnskābe, HCl - 2n,
8) NH4Cl piesātināts šķīdums,
9) pikrīnskābe sat. risinājums,
10) lakmusa papīrs,
11) bromtimola zilais,
12) mikroskops,
13) mēģenes.
Pieredze 8.1 Antipirīna un amidopirīna (piramidona) reakcijas
Ar dzelzs(III) hlorīdu
Mēģenē ievieto vairākus antipirīna kristālus, pievieno divus pilienus ūdens un pilienu 0,1 N. FeCl3. Intensīva un noturīga oranži sarkana krāsa veidojas uzreiz un nepazūd stāvot. Salīdzinājumam ievietojiet vairākus amidopirīna (piramidona) kristālus citā mēģenē. Pievienojiet divus pilienus ūdens un vienu pilienu 0,1 N. FeCl3. Parādās violeta krāsa un ātri pazūd. Uzreiz pievienojiet vēl trīs pilienus dzelzs (III) hlorīda. Krāsa atkal parādīsies, saglabāsies nedaudz ilgāk, bet pakāpeniski izbalēs. Antipirīna iekrāsošanās no dzelzs (III) hlorīda ir saistīta ar kompleksa savienojuma - feropirīna - veidošanos.
Amidopirīns ir antipirīna atvasinājums. Mobilais ūdeņraža atoms 4. pozīcijā šajā gadījumā tiek aizstāts ar dimetilaminogrupu.
Krāsas izskats ir saistīts ar amidopirīna oksidēšanu ar dzelzs (III) hlorīdu. Tāpēc krāsa ir nestabila, un dzelzs (III) hlorīda pārpalikums kaitē reakcijai.
Šīs reakcijas tiek izmantotas farmaceitiskajā praksē, lai atpazītu antipirīnu un amidopirīnu un atšķirtu tos vienu no otra. Ņemot to vērā, šīs reakcijas ir jāveic salīdzināšanai paralēli divās mēģenēs.
Pieredze 8.2 Antipirīna un amidopirīna reakcijas ar slāpekļskābi
Mēģenē ievieto vairākus antipirīna kristālus, pievieno divus pilienus ūdens, vienu pilienu 2n. H 2 SO 4 un viens piliens 0,5n. NaNO 2 . Parādīsies smaragdzaļa krāsa, kas pakāpeniski izzūd, īpaši ātri ar relatīvu nātrija nitrīta pārpalikumu. Salīdzinājumam ielieciet vairākus amidopirīna kristālus citā mēģenē, pievienojiet divus pilienus ūdens, vienu pilienu 2n. H 2 SO 4 un viens piliens 0,5n. NaNO 2. Parādās ļoti nestabila violeta krāsa. Ja krāsa pazūd pārāk ātri, pievienojiet vēl nedaudz amidopirīna. Reakcija ar antipirīnu notiek saskaņā ar vienādojumu:
Ar amidopirīnu veidojas krāsaini oksidācijas produkti.
Tāpat kā iepriekš minētās reakcijas ar dzelzs (III) hlorīdu, abas reakcijas tiek izmantotas farmaceitiskajā praksē, lai atpazītu antipirīnu un amidopirīnu un atšķirtu tos vienu no otra. Tāpēc tie jāveic paralēli divās mēģenēs.
Pieredze 8.3 Dzelzs (III) hidroksīda izgulsnēšana ar ūdens šķīdumu
Piridīns
Ievietojiet divus pilienus piridīna ūdens šķīduma mēģenē un pievienojiet pilienu 0,1 N FeCl 3. Brūnas dzelzs hidroksīda Fe(OH) 3 pārslas nekavējoties izgulsnējas, veidojot piridīna hidrohlorīda sāli (piridīna hidrohlorīdu), kas viegli šķīst ūdenī.
Dzelzs (III) hidroksīda veidošanās apstiprina piridīna pamatīpašības.
Uzrakstiet piridīna hidrohlorīda (piridīnija hlorīda) veidošanās shēmu piridīna oksīda hidrāta mijiedarbības laikā ar dzelzs (III) hlorīdu.
Pieredze 8.4 Piridīna pikrīna veidošanās
Izmantojot pipeti, mēģenē iepilina vienu pilienu piridīna ūdens šķīduma un pievieno trīs pilienus piesātināta pikrīnskābes ūdens šķīduma. Kratot, pakāpeniski izceļas skaidri izteikti adatveida piridīna pikrāta kristāli. Piridīna pārpalikumā kristāli izšķīst.
Novietojiet daļu kristālu uz stikla priekšmetstikliņa, pārbaudiet tos mikroskopā un darba žurnālā uzzīmējiet iegūtā preparāta kristālu formu.
Salīdzinoši vāji šķīstoša piridīna pikrāta veidošanās arī apstiprina piridīna pamata raksturu. Šo reakciju izmanto piridīna identificēšanai (piridīna pikrāts kūst 167 0 C temperatūrā).
Uzrakstiet piridīna pikrāta veidošanās shēmu.
Pieredze 8.5Urīnskābes un tās vidējā nātrija sāls šķīdība ūdenī
Ievietojiet mēģenē nelielu daudzumu (uz lāpstiņas gala) urīnskābes. Pilienu pa pilienam pievienojiet ūdeni, katru reizi kratot mēģeni.
Pievērsiet uzmanību urīnskābes sliktajai šķīdībai ūdenī. Aukstā ūdenī urīnskābe gandrīz nešķīst: 1 daļa tās izšķīst 39 000 daļās ūdens.
Pēc 8 ūdens pilienu pievienošanas izšķīšana joprojām nav manāma. Tomēr ir vērts pievienot tikai 1 pilienu 2n. NaOH, kā duļķains šķīdums, momentā noskaidrojas, jo veidojas salīdzinoši viegli šķīstošs vidēji disaizvietots nātrija sāls. Saglabājiet iegūto šķīdumu turpmākajiem eksperimentiem.
Urīnskābe pastāv divās tautomērās formās:
No laktim-enola formas ar sārmu veidojas tā sauktie urīnskābes sāļi jeb urāti. Patiesībā tie nav sāļi, bet gan enolāti.
Ļoti vāji izteiktā urīnskābes skābā daba nosaka, ka no trim teorētiski iespējamās enola formas ūdeņraža atomiem tikai divus var aizstāt ar nātriju. Urīnskābes trīsaizvietotie sāļi nav zināmi.
Pieredze 8.6 Maz šķīstoša amonija urāta veidošanās
Četriem pilieniem dzidra urīnskābes vidēji divbāziska nātrija sāls šķīduma (8.5. eksperiments) pievieno divus pilienus piesātināta amonija hlorīda šķīduma. Tūlīt izgulsnējās baltas amonija urāta nogulsnes. Saglabājiet šīs nogulsnes nākamajam brīvās urīnskābes izolēšanas eksperimentam (8.7. eksperiments).
Uzrakstiet reakcijas shēmu, ņemot vērā, ka nātrija urātā abi nātrija joni tiek aizstāti ar amonija joniem.
Pieredze 8.7 Urātu sadalīšanās minerālskābes ietekmē (kristāliskās urīnskābes izolācija)
Izmantojot pipeti, uz stikla priekšmetstikliņa uzklāj vienu pilienu duļķaina šķīduma, kas satur amonija urātu (8.6. eksperiments). Piliena centrā pievienojiet vienu pilienu 2n. HCl. Novēro daļēju nogulšņu izšķīšanu.
Skatoties mikroskopā, ir redzami dzeltenīgi vēl nesadalījušies amonija urāta gabaliņi un jaunizveidoti raksturīgi urīnskābes kristāli iegarenu prizmu veidā, kas atgādina smilšu akmeņus. Darba žurnālā uzzīmējiet iegūtā preparāta kristālu formu.
Urīnskābes kristālu nogulsnēšanās organismā (urīnakmeņi, podagras mezgli utt.) notiek vides reakcijas izmaiņu ietekmē uz skābuma palielināšanos.
Uzrakstiet shēmu urīnskābes izdalīšanai no tās sāls.
Laboratorijas darbs numur 9.
Kofeīna atdalīšana no tējas
Mērķis: izcelt un izpētīt dažus Ķīmiskās īpašības heterociklisks savienojums - kofeīns
Reaģenti un aprīkojums:
1) melnā tēja
2) magnija oksīda pulveris
4) porcelāna krūze
5) koncentrēts HNO 3 šķīdums
6) koncentrēts amonjaka šķīdums
Pieredze 9.1.Kofeīna sublimācija.
Ievietojiet 1 tējkaroti javā sasmalcinātas melnās tējas un 2 g magnija oksīda porcelāna vai metāla tīģelī. Sajauciet abas vielas un uzlieciet tīģeli uz flīzes. Apkurei jābūt mērenai. Novietojiet porcelāna kausu tīģeļa augšpusē. auksts ūdens. Magnija oksīda klātbūtnē kofeīns sublimējas. Nokļūstot uz aukstas virsmas, kofeīns nosēžas krūzes apakšā bezkrāsainu kristālu veidā. Karsēšanu pārtrauc, kausu uzmanīgi izņem no tīģeļa un kristālus nokasa tīrā kolbā.
Pieredze 9.2Kvalitatīva reakcija uz kofeīnu.
Uz porcelāna šķīvja uzliek vairākus kofeīna kristālus un pievieno vienu pilienu koncentrētas slāpekļskābes. Sildiet plāksni, līdz maisījums uz tās izžūst. Tajā pašā laikā kofeīns tiek oksidēts un pārvēršas amalskābē, oranžā krāsā. Pievienojiet tam desmit pilienus koncentrēta amonjaka, veidojas sarkans sāls, kas pārvēršas purpursarkanā krāsā. Šo sāli sauc par mureksīdu, un reakciju sauc par mureksīdu.
Uzrakstiet reakcijas vienādojumu.
Kontrolējamie jautājumi
1. Kādus savienojumus sauc par heterocikliskiem?
2. Heterociklisko savienojumu klasifikācija?
3. Kāda ir heterociklisko savienojumu aromātiskums?
4. Uzrakstiet to heterociklu formulas, kas veido aminoskābes.
5. Purīna un pirimidīna bioloģiskā loma.
Lekcija Nr.9
Struktūras un bioloģiskās darbības saistība
Piridīns: ļoti toksiska viela. Tam ir vientuļš elektronu pāris, terciārais slāpekļa atoms, tam ir spēcīgas pamata īpašības
Dihidropiridīns: koronāro asinsvadu paplašinātājs
Piridīn-3-karbonskābe: pretpelāģisks līdzeklis
Piridīn-4-karbonskābe: piemīt prettuberkulozes aktivitāte
piridīna metanola atvasinājumiem ir B 6 vitamīna aktivitāte.
ārstnieciskas vielas piridīna metanola atvasinājumi
Piridoksīna hidrohlorīds
Metil-3-hidroksi-4,5-dioksimetil-piridīna hidrohlorīds
B6 vitamīns ir balts, bez smaržas, smalki kristālisks pulveris ar rūgteni skābu garšu. T pl. - 204 - 206 ° С (ar sadalīšanos). Viegli izšķīdīsim ūdenī, grūti - spirtā un acetonā.
Piridoksalfosfāts
2-metil-3-hidroksi-4-fornil-5-hidroksimetilpiridīna fosforskābes esteris.
Fizikālās īpašības: Gaiši dzeltens kristālisks pulveris. Nedaudz šķīst ūdenī, nestabils gaismā.
Emoksipīns
Etil-3-hidroksi-6-metil-piridīna hidrohlorīds
Fizikālās īpašības: balts smalks kristālisks pulveris, bez smaržas. Viegli šķīst ūdenī.
Autentiskums:
Vispārējas reakcijas
Reakcija ar 2,6 - dihlorhinona hlorimīdu - veidojas zila indofenola krāsviela
3. Azo krāsvielu veidošanās reakcija (visi preparāti). Reakcija uz fenola hidroksilu.
4. Reakcija ar FeCl 3 fenola hidroksilgrupai
Reakcija ar vispārējiem alkaloīdu reaģentiem (silikotvolframskābe un fosfovolframskābe veido baltas nogulsnes).
Diferenciācijas reakcijas
1. Piridoksīna hidrohlorīds un Emoksipīns rada reakciju uz Cl - .
HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3
2. Piridoksāla fosfāts satur aldehīdu grupu, kas atrodama:
A-reakcija ar Fellinga 1. un 2. reaģentu
B- reakcija ar sudraba nitrāta amonjaka šķīdumu
Piridoksāla fosfāts pēc hidrolīzes rada reakciju uz fosforskābi. Veidojas dzeltenas sudraba fosfāta nogulsnes.
H 3RO 4 + 3AgNO 3 Ag3PO4 + 3HPO4
Piridoksīna hidrohlorīdam ir zila fluorescence UV gaismā.
5. Spektrofotometriskā metode (visiem preparātiem). Reģistrē testējamās vielas UV spektru Reģistrē standartvielas UV spektru. Tiem jābūt identiskiem.
Piridoksīna hidrohlorīdam un emoksipīnam
Titrēšanas metode bez ūdens
Metode: tiešā titrēšana
Metodes pamatā ir skābes un bāzes mijiedarbības reakcija neūdens vidē
Vide: ledus etiķskābe, pievienojiet Hg (CH 3 COO) 2 - lai saistītu titrēšanas laikā izdalīto sālsskābi
Ķīmija
R 3 N HCl + HClO 4 R 3 NH ClO 4 + HCl
HCl + Hg (CH 3 COO) 2 → HgCl 2 + CH 3 COOH
Piridoksāla fosfāts
Spektrofotometrija UV zonā, izmantojot standarta šķīdumu.
Metode Alkalimetriskā
Fosforskābes atlikuma tiešas titrēšanas metode. Metodes pamatā ir skābes-bāzes mijiedarbības reakcija.
Argentometrija
Merkuro- un merkurimērija
Pieteikums
Piridoksīns 0,02 un 0,1 g
Piridoksāla fosfāts 0,01-0,02 g toksikozei grūtniecēm, dažāda veida parkinsonismam, pellagrai un hroniskam hepatītam
Emoksipīns ir antioksidants, tam piemīt angioprotektīva iedarbība.
Izgatavots 3% šķīduma veidā pa 5 ml ampulās.
Pirikarbāts (Prodektīns) 2,6-piridīna dimetanolbismetilkarbamāts
Fizikālās īpašības: balts kristālisks pulveris bez smaržas. Slikti šķīst ūdenī.
T kausējums = 137 - 140 ° C
Autentiskums
1. Ar etiķskābes anhidrīnu klātbūtnē citronskābe neapsildīts → dzeltenā krāsa pārvēršas ķiršu sarkanā.
Reakcija uz piridīna gredzenu ar 2,4-dinitrohlorbenzolu. Veidojas piridīna krāsviela.
Veikt sārmaino hidrolīzi. Izdalās metilamīns. Sarkanais lakmusa papīrs kļūst zils.
| parmidīns |
UV un IR spektroskopijas metodes
A. UV spektroskopijas metode.
Reģistrē testējamās vielas UV spektru.
Noņemiet standartvielas UV spektru. Tiem jābūt identiskiem.
UV spektroskopijā elektromagnētisko starojumu absorbē visas molekulas elektroni, un spektrogrammā novērojam vienu gaismas absorbcijas maksimumu.
λ, nm
B. IR spektroskopijas metode.
kvantitatīvā noteikšana
Titrēšanas metode bez ūdens
Metode: tiešā titrēšana
Dihidropiridīna atvasinājumi
Nifedipīns (korinfars)
2,6-dimetil-4-(2/-nitrofenil)-1,4-dihidropiridīn-3,5-dikarbonskābes dimetilesteris
Fizikālās īpašības: zaļgani dzeltens kristālisks pulveris. Praktiski nešķīst ūdenī, grūti spirtā. Pasaulē sadalās. T kausēt = 169-174 aptuveni C.
Autentiskums
UV spektroskopijas metode
IR spektroskopijas metode
kvantitatīvā noteikšana
Iegūstiet hromatogrammas.
H,mm h,mm
t,min t,min
Autentiskums
kvantitatīvā noteikšana
Autentiskums
UV un IR spektroskopija
2. reakcija uz alifātisko NH 2 - grupu ar ninhidrīnu. Veidojas zili violeta krāsa.
kvantitatīvā noteikšana
Lekcija Nr.9
Ārstniecisko vielu piridīna atvasinājumi