Пірідін- цешестичленний ароматичний гетероцикл з одним атомом азоту; безбарвна рідина з різким неприємним запахом; змішується з водою та органічними розчинниками.
Піридін – слабка основа, дає солі з сильними мінеральними кислотами, легко утворює подвійні солі та комплексні сполуки.
Електронна будова молекули піридину подібна до будови бензолу. Атоми вуглецю та азоту перебувають у стані sp2-гібридизації. Всі σ-зв'язки C–C, C–H та C–N утворені гібридними орбіталями, кути між ними становлять приблизно 120°. Тому цикл має плоску будову. Шість електронів, що знаходяться на негібридних р-орбіталях, утворюють π-електронну ароматичну систему.
З трьох гібридних орбіталей атома азоту дві утворюють σ-зв'язку С–N, а третя містить неподілену пару електронів, які не беруть участь у π -електронної системи. Тому піридин, подібно до амінів, виявляє властивості основи. Його водний розчин забарвлює лакмус у синій колір. При взаємодії піридину із сильними кислотами утворюються солі піридинія.
Піридин виявляє властивості, характерні для третинних амінів: утворює N-оксиди, солі N-алкілпіридинію, здатний виступати як сигма-донорний ліганд.
У той же час піридин має явні ароматичні властивості. Однак наявність у кільці сполучення атома азоту призводить до серйозного перерозподілу електронної щільності, що призводить до сильного зниження активності піридину в реаціях ароматичного електрофільного заміщення. У таких реакціях реагують переважно мета-положення кільця.
Принциповою відмінністю піридину від бензолу є те, що в силу більшої електронегативності азоту в порівнянні з вуглецем у разі піридину в наборі граничних структур, що описують розподіл p-електронної щільності, значний внесок структур з розділеними негативним і позитивним зарядами:
З їхнього розгляду видно, що негативний заряд локалізований на атомі азоту, а позитивний розподілено в основному між атомами вуглецю в положеннях 2,4 і 6 (a-і g-положеннях). У зв'язку з цим піридин відносять до електронодефіцитних ароматичних гетероциклів, на відміну від розглянутих вище фурану, піролу та тіофену. Це означає, що ядро піридину як ароматична система дезактивоване по відношенню до електрофільної і, навпаки, активоване по відношенню до нуклеофільної атаки в порівнянні з бензолом.
Однак наявність у атома азоту неподіленої пари електронів і надлишкової p-електронної щільності робить його дуже активним центром атаки електрофілом, тим більше, що формування при цьому s-зв'язку не торкається ароматичної системи. Таким чином, піридин є активним N-нуклеофілом, і ця його властивість завжди реалізується спочатку при електрофільній атаці.
Інші можливі напрями реакції, пов'язані з проявом піридином С-нуклеофільності - електрофільна атака по атомах вуглецю, - вкрай утруднені і для їх реалізації потрібні дуже жорсткі умови. Крім зазначеного вище електронодефіцитного характеру p-електронної системи, в рамках загального підходу до якісного пояснення закономірностей електрофільного заміщення в ароматичному ядрі це слід пов'язати з тим, що присутність у складі циклу азоту, більш електронегативного, ніж атом вуглецю, дестабілізує проміжний катіонний sком .
Таким чином, піридин поєднує властивості дуже активного n-нуклеофіла та суттєво дезактивованого p-нуклеофіла. Як буде видно з наведених нижче прикладів, товар, що легко утворюється в результаті електрофільної атаки по атому азоту, часто нестійкий і його утворення є хоч і кінетично кращим, але оборотним процесом. На відміну від цього, електрофільна атака по атомах вуглецю протікає набагато важче, але призводить до утворення більш стійких продуктів заміщення термодинамічно кращих. Внаслідок цього багато реакцій похідних піридину вдається проводити в умовах кінетичного, тобто по гетероатому, або термодинамічного, тобто по атомах вуглецю кільця, контролю, що ріднить їх з аналогічними реакціями оксиаренів та ароматичних амінів.
Як уже зазначалося раніше, піридин є основою та протонується з утворенням стійких піридинієвих солей. Аналогічно відбувається N-алкілування піридину галоїдними алкілами, що призводить до алкілпіридінієвих солей. До подібних реакцій з електрофілами по неподіленій парі електронів атома азоту можна віднести і окислення надкислотами з утворенням піридину N-оксиду.
Подібним чином здійснюється взаємодія піридину з бромом з утворенням N-бромпіридінієвої солі – перброміду піридинійброміду, та з олеумом при охолодженні з утворенням піридинсульфотріоксиду.
Реакція хлорангідридів карбонових кислот з піридином відбувається аналогічним чином. Однак утворена N-ацилпиридиниевая сіль є настільки активним електрофільним, в даному випадку ацилюючим реагентом, що не може бути виділена у вільному стані.
Для піридину характерні реакції ароматичного нуклеофільного заміщення, що протікають переважно по орто-пара положенням кільця. Така реакційна здатність свідчить про електроннодефіцитну природу піридинового кільця, що може бути узагальнено в наступному емпіричному правилі: реакційна здатність піридину як ароматичного з'єднання відповідає реакційної здатності нітробензолу.
Пиридин виявляє властивості ароматичного з'єднання, але, на відміну бензолу, важко входить у реакції електрофільного заміщення - нітрується, сульфується і бромується лише близько 300 °З утворенням переважно b-похідних. Нуклеофільне заміщення відбувається легше, ніж у бензолі.
Так, піридин з NaNH2 дає a-амінопіридин, з KOH - a-оксипіридин. Піридін відновлюється натрієм у спирті або H2 над Ni при 120 ° С до піперидину. При дії, наприклад, підстав на солі піридинію, піридинове кільце розривається з утворенням глутаконового діальдегіду HOCCH = CHCH2COH або його похідних.
З неорганічними кислотами утворює стійкі солі, з алкілгалогенідами -піридинію солі, з галогенідами металів, SO2, SO3, Br2, H2O - комплексні сполуки.
Електрофільне заміщення протікає з великими труднощами (піридин за здатністю до електрофільного заміщення близький до нітробензолу) і йде в положення 3. Більшість цих реакцій протікає в кислому середовищі, в якому вихідним з'єднанням є не сам піридин, а його сіль.
Поряд із основними властивостями піридин виявляє властивості ароматичного з'єднання. Однак його активність у реакціях електрофільного заміщення нижча, ніж у бензолу. Це тим, що як найбільш електронегативний елемент відтягує електрони себе і знижує щільність електронної хмари в кільці, особливо у положеннях 2, 4 і 6 (орто- і пара-положения).
Тому, наприклад, реакція нітрування піридину проходить у жорстких умовах (при 300 ° C) і з низьким виходом. Орієнтуючий вплив атома азоту на вступ нового заступника при електрофільному заміщенні в піридині подібно до впливу нітрогрупи в нітробензолі: реакція йде в положення 3.
Як і бензол, піридин може приєднувати водень у присутності каталізатора з утворенням насиченої сполуки піперидину.
Піперидин виявляє властивості вторинного аміну (сильна основа).
Піридин нітрується лише під дією NaNO3 або KNO3 у димній H2SO4 при температурі 300 0C, утворюючи з невеликим виходом 3-нітропіридин; сульфується олеумом у присутності сульфату Hg при 220-2700 °C до піридин-3-суль-фокислоти.
При дії на піридин ацетату ртуті при 1550°С утворюється 3-піридилмеркурацетат; при вищих температурах - ді-і полізаміщені похідні.
Дія Br2 в олеумі при 3000C призводить до суміші 3-бром-і 3,5-дибром-піридинів. При більш високій температурі (близько 5000C) реакція йде по радикальному механізму; продукти реакції - 2-бром-і 2,6-дибромпіридини.
До радикальних реакцій відноситься і взаємодія піридину з фенілдіазонійгідратом (реакція Гом-берга-Бахмана-Хея), в результаті чого утворюється суміш, що містить 55% 2-феніл-, 30% 3-феніл-і 15% 4-феніл-піридину.
Нуклеофільне заміщення в піридині протікає за положеннями 2 і 4 і легше, ніж у бензолі, наприклад синтез 2-амінопіридину при взаємодії піридину з амідом натрію. (Чічібабіна реакція).
Піридін, як правило, стійкий до окислювачів, проте при дії надкислот легко утворює N-оксид піридину, в якому електронна щільність на атомах С-2 та С-4 підвищена порівняно з піридином.
При 300 0C під дією FeCl3 піридин окислюється суміш ізомерних дипіридилів загальної формули C5H4N-C5H4N.
Каталітичне гідрування у присутності Pt або Ni, відновлення Na в спирті, а також електрохімічне відновлення призводить до піперидину (останній спосіб застосовується у промисловості). Більш жорстке відновлення піридину супроводжується розщепленням циклу та дезамінуванням.
Нітрування піридину відбувається при дії нітрату калію та сірчаної кислоти при 370 °С, приводячи до b-нітропіридину. Сульфування піридину проводять олеумом у присутності сульфату ртуті при 220 °С, бромування можна здійснити дією розчину брому в олеумі при 300 °С. Ввести другий заступник у кільце в такий спосіб не вдається. Пірідін не входить у реакції Фріделя-Крафтса.
У хімії піридину взагалі, і в тій частині, яка стосується його функціоналізації за допомогою реакцій електрофільного заміщення, велике значення має можливість його перетворення на N-окис. Розглянемо електронну будову цієї сполуки.
Аналіз цих резонансних структур призводить до дивного висновку, що N-оксидна група може виступати по відношенню до p-електронної системи кільця і як донор (верхній ряд структур), і як акцептор електронів, тобто вона може сприяти протіканню як реакцій електрофільного заміщення і g-положенням, так і приєднання нуклеофіла за тими самими положеннями! Що ж спостерігається насправді?
Електронний вплив, що реально виявляється цією групою, залежить від природи реагенту. Нітрування N-окису піридину протікає значно легше, ніж для самого піридину, – при дії суміші димлячої азотної кислоти та сірчаної кислоти при 90 °С, приводячи до g-нітропохідного з виходом 90%, що знаходиться відповідно до активуючого впливу N-оксидної групи . На відміну від цього, реакція сульфування відбувається в умовах, близьких до умов сульфування самого піридину, приводячи до b-сульфокислоти. Такий напрямок реакції сульфування пояснюють координацією SO3 по атому кисню N-оксидної групи, що перетворює цю групу на акцептор і, отже, мета-орієнтант.
Перетворення піридину на його N-окис, проведення з нею реакцій електрофільного заміщення та подальше відновне видалення N-оксидного атома кисню є загальним підходом до синтезу широкого кола функціонально заміщених похідних піридину, які не можуть бути отримані безпосередньо з піридину. Так, відновлення N-окису g-нітропіридину трифенілфосфіном призводить до видалення N-оксидного атома кисню, що дозволяє отримувати 4-нітропіридін з гарним виходом. При відновленні N-окису g-нітропіридину залізом в оцтовій кислоті відбувається одночасне відновлення нітрогрупи та N-оксидної групи, що призводить до 4-амінопіридину. Як зазначалося раніше, N-оксидна група полегшує перебіг реакцій нуклеофільного заміщення. Так при взаємодії N-окису g-нітропіридину з хлористим воднем або бромистим воднем утворюється N-окис g-галоїдзаміщеного піридину (запропонуйте механізм цієї реакції), подальша реакція з PCl3 до відщеплення N-оксидної групи.
При взаємодії N-окису піридину з металоорганічними сполуками відбувається приєднання переважно у положення 2, тобто в цій реакції N-оксидна група дійсно активує зазначене положення стосовно нуклеофільної атаки. Після обробки реакційної суміші водою утворюються 2-заміщені похідні піридину з високим виходом.
При взаємодії піридин N-оксиду з лугами у присутності кисню повітря (окислювач) відбувається утворення a-гідроксипіридиноксиду. Цікаво відзначити, що ця сполука існує в таутомерній рівновазі з N-гідроксипіридоном.
Ще легше взаємодіють з нуклеофільними реагентами алкілпіридинів солі.
Взаємодія солід піридинієвих з нуклеофільними реагентами може призводити і до розмикання кільця. Так реакція йодиду метилпіридинію з аніліном призводить до ациклічної сполученої гетеротрієнової системи. Ця реакція має препаративне значення.
Сам піридин також здатний вступати в реакції нуклеофільного приєднання, але, природно, в більш жорстких умовах. З цих перетворень найбільше препаративне значення має реакція Чичибабина – взаємодія з амідом натрію за 130 °З. Ця реакція відбувається за механізмом приєднання-відщеплення та товаром її є a-амінопіридин. При взаємодії піридину з амідом калію поряд з a-амінопіридином утворюється також g-амінопіридин.
При нагріванні до 400 °С піридин реагує з КОН з утворенням a-гідроксипіридину, реакція з феніллітієм відбувається при 110 °С протягом 8 годин і після обробки водою призводить до a-фенілпіридину.
Відновлення піридину та його похідних відбувається або при дії металевого натрію у спирті, або в умовах каталітичного гідрування. При цьому утворюються гексагідропохідні піридину, а у разі самого піридину - піперидин.
b-Амінопіридин при діазотуванні утворює досить стійкі діазонієві солі, які можуть вступати у звичайні, для цього класу сполук перетворення як з виділенням, так і без виділення азоту. На відміну від цього, a- та g-амінопіридини утворюють солі діазонію насилу, і самі ці солі дуже нестабільні.
Цікаво провести паралель між здатністю до існування в таутомерній оксоформі гідроксипіридинів та гідроксиаренів. Формально процес встановлення такої рівноваги у похідних піридину і бензолу повинен протікати по тому самому механізму і полягає у перенесенні протона від гідроксигрупи до ароматичного або гетероароматичного кільця. Цей процес не є синхронним, а протікає у дві стадії, перша з них – депротонування, відбувається за участю розчинника або ще однієї молекули арена і протікає, природно, тим легше, чим сильнішою кислотою є гідроксильна група. Враховуючи електронодефіцитний характер піридинового ядра можна стверджувати, що кислотність гідроксипіридинів помітно вища за кислотність гідроксиаренів і, отже, активаційний бар'єр у разі похідних піридину буде нижчим. Друга стадія – протонування. Оскільки неподілена пара електронів атома азоту в піридиновому кільці доступна для електрофільної атаки, зокрема для протонування, а на самому атомі азоту існує частковий негативний заряд (пор. стор. 43), можна вважати, що ця стадія повинна здійснюватися легше у випадку похідних піридину. Розглянемо, до чого повинні наводити ці перетворення залежно від позиції гідроксигрупи у піридиновому кільці.
Як видно з представленої схеми, у разі a- та g-гідроксипіридинів послідовність стадій протонування-депротонування призводить до кетоформи, при b-розташуванні гідроксигрупи таке перетворення неможливе – результатом його є утворення цвіттер-іону. Дійсно, b-гідроксипіридин існує саме в цій формі, що видно з його аномально високої температури плавлення та низької розчинності в органічних розчинниках. Зрозуміло, як у разі гідроксиаренів, так і у випадку гідроксипіридинів аналізоване перетворення призводить до втрати молекулою ароматичності, але з причин, зазначених вище, це таутомерна рівновага значно більшою мірою характерна для похідних піридину.
Слід зазначити, що при введенні в ароматичну кільце додаткових донорних груп, що полегшують протонування, кето-енольна таутомерна рівновага реалізується і для гідроксиаренів. Так, флероглюцин – 1,3,5-тригідроксибензол – існує переважно у кетоформі.
Пиридин – слабша основа, ніж аліфатичні аміни (Кb = 1,7.10-9). Його водний розчин забарвлює лакмус у синій колір.
При взаємодії піридину з сильними кислотами утворюються солі піридину:
Ароматичні властивості. Подібно до бензолу, піридин вступає в реакції електрофільного заміщення, проте його активність у цих реакціях нижче, ніж бензолу, через велику електронегативність атома азоту. Піридін нітрується при 300 ° С з низьким виходом:
Атом азоту в реакціях електрофільного заміщення поводиться як заступник 2-го роду, тому електрофільне заміщення відбувається в мета-положення.
На відміну від бензолу, піридин здатний вступати в реакції нуклеофільного заміщення, оскільки атом азоту відтягує на себе електронну щільність з ароматичної системи, і орто-пара-положення по відношенню до атома азоту збіднені електронами. Так, піридин може реагувати з амідом натрію, утворюючи суміш орто-і пара-амінопіридинів (реакція Чичибабіна):
При гідруванні піридину утворюється піперидин, який являє собою циклічний вторинний амін і є набагато сильнішою основою, ніж піридин:
Гомологи піридину за властивостями нагадують гомологи бензолу. Так, при окисленні бічних ланцюгів утворюються відповідні карбонові кислоти:
Мовляв. м. 79,1; безцв. рідина зі спеці-фіч. запахом; т. пл. -42,7 0 C, т. кіп. 115,4 ° С/760 мм рт. ст., 13,2 ° С/10ммрт.ст.; 0,9819: 1,5095; m 7,30 х х 10 -30 Кл·м; g 3,7 · 10 -2 Н/м (25 0 C); h 0,885 мПа·с (25 0 C); З p 135,62 кДж/моль K) (17 0 C), - 2783 кДж/моль. Змішується у всіх відносинах з водою та більшістю орг. розчинників; з водою утворює азеотропну суміш (т. кіп. 94 0 C, 58% за масою П.).
П.-основа (
р Ка 5,20). З неорг. к-там утворює стійкі солі, з алкілгалогенідами -піридинію солі ,
з гало-генідами металів, SO 2 , SO 3 , Br 2 , H 2 O-комплексні сполуки. Характерні похідні: (C 5 H 5 N·HCl) 2 ·PtCl 2 (т. пл. 262-264 0 C, з розкладанням), C 5 H 5 N·HCl·2HgCl 2 (т пл. 177-178 0 C ).
Має ароматич. св-вами; містить 6p-електронів, що утворюють єдину замкнуту систему, в якій через заперечення. індукц. Ефекту атома N електронна щільність у атомів С, особливо в положеннях 2, 4 і 6, знижена (p-дефіцитний гетероцикл).
Електроф. заміщення протікає з великими труднощами (П. за здатністю до електроф. заміщення близький до нітробензолу) і йде в положення 3. Більшість цих р-цій протікає в кислому середовищі, до якої вихідним з'єдн. є не сам П., яке сіль. П. нітрується лише під дією NaNO 3 або KNO 3 димної H 2 SO 4 при т-ре 300 0 C, утворюючи з невеликим виходом 3-нітропіридин; сульфується олеумом у присутності сульфату Hg при 220-270 0 C до піридин-3-суль-фокислоти. При дії на П. ацетату ртуті при 155 0 C утворюється 3-пиридилмеркурацетат; при більш високих т-рах-ді-і полізаміщені похідні. Дія Br 2 в олеумі при 300 0 C призводить до суміші 3-бром-і 3,5-дибром-піридинів. При більш високій т-ре (бл. 500 0 C) реакція йде але радикальному механізму; продукти р-ції - 2-бром-і 2,6-дибромпіридини. До радикальних реакцій відноситься і взаємодія П. з фенілдіазонійгідратом (реакція Гом-берга-Бахмана-Хея), в результаті чого утворюється суміш, що містить 55% 2-феніл-, 30% 3-феніл-і 15% 4-феніл-піридину.
нуклеофільний заміщення в П. протікає за положеннями 2 і 4 і легше, ніж у бензолі, напр, синтез 2-амінопіридину при взаємодії П. з амідом натрію (див. Чичибабина реакція
).
П., як правило, стійкий до окислювачів, проте при дії надкислот легко утворює N-оксид піридину (див. Амінів N-оксиди)
в до-ром електронна щільність на атомах С-2 і С-4 підвищена в порівнянні з П. При 300 0 C під дією FeCl 3 П. окислюється в суміш ізомерних дипіри-дилів загальної ф-ли C 5 H 4 N-C 5 H 4 N. Каталітич. гідрування в присутності Pt або Ni, відновлення Na в спирті, а також електрохім. відновлення призводить до піперидин (останній спосіб застосовується в пром-сті). Більш жорстке відновлення П. супроводжується розщепленням циклу та дезамінуванням.
Приєднання карбенів до П. або депротонування іонів N-алкілпіридинію призводить до абодів піридинію загальної ф-ли I, взаємодія П. з нітренами або депротонування солей N-амінопіридинію - до імінів піридинію загальної ф-ли II.
З'єдн. обох типів легко вступають у р-ції циклоприсоединения, характерні для 1,3-диполярних систем. П. виділяють головним чином із кам.-уг. смоли (вміст близько 0,08%), продуктів сухої перегонки дерева, торфу або кістки. Синтетично він м. б. отримано слід. реакціями:
П. та його похідні-основа піридинових алкалоїдів ,
і навіть багато. лікарський порівн-в. Використовують П. також у синтезі барвників, інсектицидів, що застосовують для денатурації спирту. Комплекс П. з SO 3 -піридинсульфотриоксид-м'який сульфуючий агент; C 5 H 5 NBr 2 ·HBr-бромуючий агент; C 5 H 5 N · HCl-реагент для дегідратації епоксидів та N-деал-кілування, C 5 H 5 N·H 2 Cr 2 O 7 -окислювач. П. хороший розчинник, в т.ч. для багато. неорг. солей (AgBr, Hg 2 Cl 2 та ін). ГДК парів П. у повітрі ~ 0,005 мг/л, т. вип. 23,3 0 C.
П. вперше виділено T. Андерсеном у 1849 з кістяної олії; структура П. встановлена Дж. Дьюаром та P. Кернером у 1869.
Про похідні П. див.
Циклічні сполуки, у яких цикли утворені як вуглецевими атомами, а й атомами інших елементів – гетероатомами (О, S, N), - називаються гетероциклическими. Гетероциклічні сполуки ділять за розмірами циклу та числом гетероатомів у циклі.
Серед цих сполук найбільше значення мають п'яти- та шестичленні гетероциклічні сполуки. Типові гетероциклічні сполуки мають ароматичний характер. Однак наявність гетероатома позначається на розподілі електронної щільності. Наприклад, у п'ятичленних гетероциклах (у фурані, тіофені, піролі) електронна щільність зміщена від гетероатома у бік кільця і максимальна в a положеннях. Тому в a положеннях найбільш легко йде реакція електрофільного заміщення (S Е).
У шестичленних циклах (наприклад, піридин) гетероатом, пов'язаний з вуглецем подвійним зв'язком, відтягує на себе p-електронну щільність циклу, тому електронна щільність в молекулі піридину знижена в a і g-положеннях. Це узгоджується з кращою орієнтацією цих положень реагентів при нуклеофільному заміщенні (S N). Так як у піридині електронна щільність більша в b - положенні, то електрофільний реагент орієнтується в b - положення.
При вивченні гетероциклів із двома гетероатомами особливо звернути увагу на піримідин та його похідні: урацил, тимін, цитозин. Піримидинове ядро зустрічається у численних природних продуктах: вітамінах, коферментах та нуклеїнових кислотах:
Електрофільне заміщення для піримідину проходить у положенні 5; нуклеофільне (як і для піридину) утруднено і атаці піддається атом вуглецю в положеннях 4 та 6.
Складна гетероциклічна система, що складається із двох конденсованих гетероциклів – піримідину та імідазолу називається ядром пурину.
Пуринова угруповання лежить в основі багатьох сполук, насамперед нуклеїнових кислот, в які вона входить у вигляді пуринових основ: аденіну (6-амінопурин) та гуаніну (2-аміно-6-оксипурин).
Інтерес представляє кисневе похідне пурину – сечова кислота (2,6,8 – триоксипурин).
Лабораторна робота №8
Мета роботи:вивчення хімічних властивостей гетероциклічних сполук
Реактиви та обладнання:
1) Антипірин,
2) FeCl 3 – 0,1н,
3) амідопірин,
4) H 2 SO 4 - 2н,
5) NaNO 2 - 0,5 н,
6) піридин, NaOH - 2н,
7) сечова кислота, HCl – 2н,
8) NH 4 Cl насичений розчин,
9) пікринова кислота насич. розчин,
10) лакмусовий папір,
11) бромтимоловий синій,
12) мікроскоп,
13) пробірки.
Досвід 8.1 Реакції антипірину та амідопірину (пірамідону)
З хлоридом заліза (III)
Помістити в пробірку кілька кристалів антипірину, додати дві краплі води та краплю 0,1 н. FeCl 3 . Негайно з'являється інтенсивне і стійке оранжево-червоне фарбування, що не зникає при стоянні. Для порівняння до іншої пробірки помістити кілька кристалів амідопірину (пірамідону). Додати дві краплі води та одну краплю 0,1 н. FeCl 3 . З'являється фіолетове фарбування, що швидко зникає. Додати ще одразу три краплі хлориду заліза (III). Забарвлення знову з'явиться, тримається дещо довше, але поступово блідне. Фарбування антипірину від хлориду заліза (III) обумовлено утворенням комплексної сполуки – феропірину.
Амідопірин – похідне антипірину. Рухомий атом водню у положенні 4 заміщений у цьому випадку диметиламіногрупою.
Поява забарвлення обумовлена окисленням амідопірину хлоридом заліза (III). Тому фарбування виходить нестійке, а надлишок хлориду заліза (III) шкодить реакції.
Наведеними реакціями користуються у фармацевтичній практиці для розпізнавання антипірину та амідопірину та відмінності їх один від одного. Зважаючи на це, зазначені реакції слід робити для порівняння паралельно у двох пробірках.
Досвід 8.2 Реакції антипірину та амідопірину з азотистою кислотою
Помістити в пробірку кілька кристалів антипірину, додати|добавляти| дві краплі води, одну краплю 2н. H 2 SO 4 та одну краплю 0.5н. NaNO 2 . З'явиться смарагдово-зелене фарбування, що поступово зникає, особливо швидко при відносному надлишку нітриту натрію. Для порівняння до іншої пробірки помістити кілька кристалів амідопірину, додати дві краплі води, одну краплю 2н. H 2 SO 4 та одну краплю 0.5н. NaNO 2 . З'являється дуже нестійке фіолетове забарвлення. Якщо фарбування зникає надто швидко, додати ще трохи амідопірину. Реакція з антипірином протікає за рівнянням:
З амідопірином утворюються забарвлені продукти окиснення.
Подібно до наведених вище реакцій з хлоридом заліза (III) обидві реакції застосовуються у фармацевтичній практиці для розпізнавання антипірину та амідопірину та відмінності їх один від одного. Тому їх слід робити паралельно у двох пробірках.
Досвід 8.3 Осадження гідроксиду заліза (III) водним розчином
Пірідіна
Помістити в пробірку дві краплі водного розчину піридину і додати краплю 0,1 н FeCl 3 . Негайно випадають бурі пластівці гідроксиду заліза Fe(OH) 3 з утворенням легко розчинної у воді солі хлористоводневої піридину (гідрохлориду піридину).
Утворення гідроксиду заліза (III) підтверджує основні властивості піридину.
Написати схему утворення хлоргідрату піридину (піридиній хлориду) при взаємодії гідрату окису піридину з хлоридом заліза (III).
Досвід 8.4 Утворення пікрину піридину
За допомогою піпетки помістити одну краплю водного розчину піридину в пробірку і додати три краплі насиченого водного розчину пікринової кислоти. При струшуванні поступово виділяються добре виражені голчасті кристали пікрата піридину. У надлишку піридину кристали розчиняються.
Помістити частину кристалів на предметне скло, розглянути під мікроскопом і замалювати форму кристалів отриманого препарату у робочому журналі.
Освіта щодо важко розчинного пікрата піридину також підтверджує основний характер піридину. Реакцією користуються для ідентифікації піридину (пікрат піридину плавиться при 167 0 С).
Написати схему утворення пікрата піридину.
Досвід 8.5Розчинність сечової кислоти та її середньої натрієвої солі у воді
Помістити в пробірку невелику кількість (на кінчику лопатки) сечової кислоти. Додати по краплях воду, щоразу струшуючи пробірку.
Звернути увагу на погану розчинність сечової кислоти у воді. У холодній водісечова кислота майже нерозчинна: 1 частина її розчиняється у 39000 частинах води.
Після додавання 8 крапель води розчинення досі не помітно. Варто додати лише 1 краплю 2н. NaOH, як каламутний розчин миттєво просвітлюється, внаслідок утворення відносно легкорозчинної середньої двозаміщеної натрію солі. Отриманий розчин зберегти для подальших дослідів.
Сечова кислота існує у вигляді двох таутомерних форм:
Від лактимно-енольної форми і утворюються зі лугом так звані солі сечової кислоти, або урати. Фактично це не солі, а єноляти.
Дуже слабо виражений кислотний характер сечової кислоти обумовлює те, що з трьох атомів водню теоретично можливої енольної форми можуть заміщатися натрій тільки два. Тризаміщені солі сечової кислоти невідомі.
Досвід 8.6 Утворення важкорозчинного урату амонію
До чотирьох крапель прозорого розчину середньої двозаміщеної натрієвої солі сечової кислоти (досвід 8.5) додати дві краплі насиченого розчину хлориду амонію. Негайно випадає білий осад сечокислого амонію. Зберегти цей осад для подальшого досвіду виділення вільної сечової кислоти (досвід 8.7).
Написати схему реакції, враховуючи, що обидва іони натрію заміщаються в ураті натрію на іони амонію.
Досвід 8.7 Розкладання уратів під впливом мінеральної кислоти (виділення кристалічної сечової кислоти)
За допомогою піпетки нанести на предметне скло одну краплю каламутного розчину, що містить сечокислий амоній (досвід 8.6). Додати до центру краплі одну краплю 2н. HCl. Спостерігається часткове розчинення осаду.
При розгляданні під мікроскопом видно жовтуваті глибки ще не розклався урату амонію і характерні кристали сечової кислоти, що знову утворилися, у вигляді подовжених призм, що нагадують точильні бруски. Замалювати у робочому журналі форму кристалів одержаного препарату.
Відкладення кристалів сечової кислоти в організмі (сечові камені, подагричні вузли тощо) відбувається під впливом зміни реакції середовища у бік збільшення кислотності.
Написати схему виділення сечової кислоти із її солі.
Лабораторна робота №9.
Виділення кофеїну з чаю
Мета роботи:виділити та вивчити деякі Хімічні властивостігетероциклічного з'єднання - кофеїну
Реактиви та обладнання:
1) чорний чай
2) порошок оксиду магнію
4) фарфорова чашка
5) концентрований розчин HNO 3
6) концентрований розчин аміаку
Досвід 9.1.Лікування кофеїну.
У фарфоровий або металевий тигель поміщають 1 чайну ложку подрібненого у ступці чорного чаю та 2 г оксиду магнію. Змішують обидві речовини і ставлять тигель на плитку. Нагрів має бути помірним. Зверху на тигель ставлять порцелянову чашку із холодною водою. У присутності оксиду магнію кофеїн виганяється. Потрапивши на холодну поверхню, кофеїн осідає на дні чашки як безбарвних кристалів. Нагрівання припиняють, обережно знімають чашку з тигля і зіскребають кристали в чисту склянку.
Досвід 9.2Якісна реакція на кофеїн
Декілька кристалів кофеїну поміщають на порцелянову пластинку і додають одну краплю концентрованої азотної кислоти. Нагрівають платівку доти, поки суміш на ній не висохне. Кофеїн при цьому окислюється і перетворюється на амалінову кислоту, помаранчевого кольору. Додайте до неї десять крапель концентрованого аміаку, утворюється сіль червоного, що переходить у пурпуровий, кольори. Ця сіль зветься мурексидом, а реакція - мурексидною.
Напишіть рівняння реакції.
Запитання для контролю
1. Які сполуки називаються гетероциклічними?
2. Класифікація гетероциклічних сполук?
3. У чому виражається ароматичність гетероциклічних сполук?
4. Напишіть формули гетероциклів, що входять до складу амінокислот.
5. Біологічна роль пурину та піримідину.
Лекція №9
Зв'язок між структурою та біологічною дією
Піридін: сильно отруйна речовина. Має неподілену пару електронів, третинний атом азоту, має сильні основні властивості
Дигідропіридин: коронаророзширювальний засіб
Піридин-3-карбонова кислота: протипелагричний засіб
Піридин-4-карбонова кислота: має протитуберкульозну дію.
похідні піридин метанолу мають 6 вітамінної активністю.
Лікарські речовинипохідні піридин метанолу
Pyridoxin Hydrochlorid
Метил-3-окси-4,5 діоксиметил-піридину гідрохлорид
Вітамін В 6 - білий дрібнокристалічний порошок без запаху, гіркувато-кислого смаку. Т пл. - 204 - 206 ° С (з розкладанням). Легко розчинний у воді, важко - у спирті та ацетоні.
Pyridoxalphosphate
Фосфорний ефір 2-метил-3-окси 4-форніл 5-оксиметил піридину.
Фізичні властивостіСвітло жовтий кристалічний порошок. Мало розчинний у воді, нестійкий на світлі.
Emoxуpine
Етил-3-окси-6-метил-піридину гідрохлорид
Фізичні властивості: білий дрібнокристалічний порошок без запаху. Легко розчинний у воді.
Справжність:
Загальні реакції
Реакція з 2,6 - дихлорхінонхлорімідом - утворюється індофеноловий барвник синього кольору
3.Реакція утворення азобарвника (всі препарати). Реакція на фенольний гідроксил.
4. Реакція з FeCl 3 на фенольний гідроксил
Реакція із загальноалкалоїдними реактивами (кремневольфрамова і фосфорновольфрамова кислоти утворюють білі опади).
Реакції диференціації
1.Піридоксин гідрохлорид та Емоксипін дають реакцію на Cl - .
HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3
2. Піридоксальфосфат містить альдегідну групу, яку виявляють:
А- реакцією з реактивом Феллінга 1 і 2
Б-реакцією з аміачним розчином нітрату срібла
Піридоксальфосфат після гідролізу дає реакцію фосфорну кислоту. Утворюється жовтий осад фосфату срібла.
Н 3 РВ 4 + 3AgNO 3 Ag 3 PO 4 + 3HPO 4
Піридоксин гідрохлорид в УФ-світлі має блакитну флюоресценцію.
5. Спектрофотометричний метод (для всіх препаратів). Знімають УФ-спектр досліджуваної речовини. Знімають УФ-спектр стандартної речовини. Вони мають бути ідентичними.
Для піридоксину гідрохлориду та емоксипіну
Метод неводного титрування
Спосіб: прямого титрування
Метод заснований на реакції кислотно-основної взаємодії у неводному середовищі
Середовище: крижана оцтова кислота, додають Hg(CH 3 COO) 2 – для зв'язування хлористоводневої кислоти, що виділилася в процесі титрування
Хімізм
R 3 N·HCl + HClO 4 R 3 NH·ClO 4 + HCl
HCl+ Hg(CH 3 COO) 2 →HgCl 2 +CH 3 COOH
Піридоксаль фосфат
Спектрофотометричний в УФ-області, через стандартний розчин.
Алкаліметричний метод
Спосіб прямого титрування залишку фосфорної кислоти. Метод ґрунтується на реакції кислотно-основної взаємодії.
Аргентометрія
Меркуро- та меркуримерія
Застосування
Піридоксин 0.02 та 0.1 г
Піридоксаль фосфат 0.01-0.02 г при токсикозі у вагітних, різних видах паркінсонізму, пелагрі та хронічних гепатитах
Емоксипін є антиоксидантом, має ангіопротекторну активність.
Випускається як 3% розчину по 5 мл в ампулах.
Pyricarbate (Продектін) 2,6-піридиндиметанолабісметилкарбамат
Фізичні властивості: білий кристалічний порошок без запаху. Погано розчинний у воді.
Т плав =137 - 140 про С
Справжність
1.З оцтовим ангідрином у присутності лимонної кислотипри негріванні→ жовте фарбування, що переходить у вишнево-червоне.
Реакція на піридиновий цикл із 2,4 – динітрохлорбензолом. Утворюється піридиновий барвник.
Проводять лужний гідроліз. Виділяється метиламін. Червоний лакмусовий папір синіє.
| пармідін |
Методи УФ- та ІЧ-спекроскопії
А. Метод УФ-спектроскопії.
Знімають УФ-спектр досліджуваної речовини.
Знімають УФ-спектр стандартної речовини. Вони мають бути ідентичними.
В УФ спектроскопії електромагнітне випромінювання поглинають електрони всієї молекули і на спектрограмі ми спостерігаємо один максимум світлопоглинання.
λ, нм
Б. Метод ІЧ-спектроскопії.
кількісне визначення
Метод неводного титрування
Спосіб: прямого титрування
Похідні дигідропіридину
Nifedipine (Корінфар)
2,6-диметил-4-(2/-нітрофеніл)-1,4-Дигідро-піридин-3,5-дикарбонової кислоти диметиловий ефір
Фізичні властивості: зеленувато-жовтий кристалічний порошок. Практично не розчинний у воді, важко у спирті. Розкладається на світлі. Т плав =169-174 про З.
Справжність
Метод УФ-спекроскопії
Метод ІЧ-спекроскопії
кількісне визначення
Отримують хроматограми.
H,мм h,мм
t,хв t,хв
Справжність
кількісне визначення
Справжність
УФ- та ІЧ-спекроскопія
2. реакція на аліфатичну NH 2 – групу з нінгідрином. Утворюється синьо-фіолетове забарвлення.
кількісне визначення
Лекція №9
Лікарські речовини похідні піридину