Blog

Tot el que necessites saber sobre Pyridines

Tot el que necessites saber sobre Pyridines

Tot el que necessites saber Piridines

La piridina és bàsica heterocíclic compost del tipus azine. La piridina es deriva del benceno mitjançant la substitució del grup CH per l'àtom N. L'estructura de la piridina és anàloga a l'estructura del benceno, ja que es relaciona amb la substitució del grup CH per N. Les principals diferències inclouen:

  1. Sortida d'una perfecta geometria hexagonal regular a causa de la presència d'un heteroàtom, per ser específic, els enllaços de nitrogen-carboni més curts,
  2. Substitució d'un àtom d'hidrogen al plànol de l'anell amb el parell d'electrons no compartit, com en el plànol de l'anell, situat a l'orbital híbrid sp2, i no implicat en un sextet aromàtic de p-electrons. Aquest parell solitari de nitrogen és el responsable de les propietats bàsiques de les piridines,
  3. El fort dipol permanent traçable a una electronegativitat més alta de l'àtom de nitrogen en comparació amb un àtom de carboni.

L'anell de piridina es produeix en diversos compostos crucials, incloent vitamines niacina, piridoxina, així com azines.

Thomas Anderson, un químic escocès, va inventar la piridina a 1849 com un dels compostos que constitueixen oli d'os. Després de dos anys, Anderson va derivar piridina pura per destil·lació fraccionada d'oli d'os. És un líquid altament inflamable, incolor, soluble en aigua i feble alcalí amb una olor semblant i desagradable.

La piridina sempre s'utilitza com a precursor de productes farmacèutics i agroquímics i també és un reactiu i dissolvent crucial. La piridina es pot afegir a l'etanol si volem que no sigui apta per al consum humà. També és aplicable en la producció de medicaments antihistamínics mepyramine i tripelennamine, in vitro síntesi de l'ADN, en la producció de sulfapyridina (medicaments per al tractament d'infeccions víriques i infeccions bacterianes), així com bactericides, herbicides i repel·lents d'aigua.

La majoria de compostos químics, tot i que no produïts a partir de piridina, contenen una estructura d'anell. Aquests compostos inclouen vitamines B, com ara piridoxina i niacina, nicotina, productes vegetals que contenen nitrogen i la droga antituberculosa coneguda com isoniazida. La piridina es va produir històricament com un subproducte de la gasificació del carbó i del quitrà de carbó. No obstant això, l'augment de la demanda de piridina va conduir al desenvolupament de mètodes econòmics de producció d'amoníac i acetaldehid, i es generen més de 20,000 per any a tot el món.

Nomenclatura de piridina

El nom sistemàtic de la piridina, d'acord amb la nomenclatura Hantzsch-Widman suggerida per la IUPAC, és azine. Però els noms sistemàtics dels compostos bàsics s'utilitzen poques vegades; En canvi, la nomenclatura dels heterocicles segueix els noms comuns establerts. La IUPAC no fomenta l'ús de azine quan es fa referència piridina.

La numeració dels àtoms d'anell en l'azina comença al nitrogen. Una assignació de les posicions segons la lletra alfabètica grega (α-γ) i el patró de substitució de la nomenclatura típica dels sistemes homoaromàtics (per orto, meta,) s'utilitzen de vegades. Aquí, α, β i γ es refereixen a les dues, tres i quatre posicions, respectivament.

El nom sistemàtic dels derivats de la piridina és piridinil, on un número precedeix la posició dels àtoms substituïts precedida d'un nombre. Però el nom històric piridil És recomanat per la IUPAC i àmpliament utilitzat en lloc del nom sistemàtic. Es coneix com a derivat format a través de l'addició d'un electrófilo a l'àtom de nitrogen piridini.

4-bromopiridina

2,2'-bipiridina

Àcid dipílico (àcid piridina-2,6-dicarboxílic)

La forma bàsica del catió de piridinio

Producció de piridina

La piridina es va obtenir com a subproducte de la gasificació del carbó o es va extreure del formigó de carbó. Aquest mètode era ineficient i consumidor de treball: l'alcatràfia té al voltant de 0.1 per cent de piridina, per la qual cosa es necessitava una purificació de múltiples etapes, la qual cosa va reduir encara més la producció. Avui en dia, la majoria de la piridina es fabrica sintèticament utilitzant diverses reaccions de nom, i les més comuns es discuteixen a continuació.

Síntesi de piridina a través de Bohlmann-Rahtz

La síntesi de piridina a través de Bohlmann-Rahtz permet la generació de piridines substituïdes en dos grans passos. La condensació d'enamines usant etinilcetones dóna lloc a un intermedi aminodien que, després de la isomerització induïda per calor, se sotmet a ciclodehidratació per produir piridines 2,3,6-trisubstituïdes.

Síntesi de piridina a través d'un mecanisme Bohlmann-Rahtz

El mecanisme està relacionat amb la popular Síntesi de Dihidropiridina Hantzsch onin situLes espècies generades enamina i enone produeixen dihidropiridines. Encara que la síntesi de Bohlmann-Rahtz és altament versàtil, la depuració de temperatures mitjanes i increïblement altes necessàries per a la ciclodehidratació són reptes que han limitat la seva utilitat. La majoria dels reptes s'han superat, cosa que fa que la Síntesi de Bohlmann-Rahtz sigui més essencial a la piridines generació.

Encara que no s'ha fet cap investigació mecanitzada, els intermedis es poden caracteritzar per H-RMN. Això demostra que el producte principal del primer Michael Addition i la següent transferència de protons poden ser 2Z-4E-heptadien-6-un que s'extreu i es purifica a través de la cromatografia de columna.

Per tant, es necessiten temperatures de ciclodehidratació increïblement altes Z/E isomeritzacions que són un requisit previ per a l'heteroanel·lació.

S'han desenvolupat recentment diversos mètodes que permeten la síntesi de piridines tetra i trisubstituïdes en un procés d'un sol pas. En lloc de fer ús de la butinona com a substrat, Bagley va provar diversos dissolvents per a la conversió de 4 (trimethylsilyl) però-3-yn-2-un menys volàtil i econòmic. Es va demostrar que només DMSO i EtOH són dissolvents ideals. EtOH està clarament afavorit com a dissolvent polar i protètic enfront de DMSO com a dissolvent apòtic polar. En els dos dissolvents, la protodesililació es va produir espontàniament. Bagley també ha demostrat que la catàlisi àcida permet que la ciclodehidratació continuï a una temperatura més baixa.

La catàlisi àcida també augmenta l'addició conjugada. Es va realitzar una àmplia gamma d'enamines amb etinilcetones en la barreja (5: 1) d'àcid acètic i toluè per permetre les piridines funcionalitzades en un sol pas en excel·lents rendiments.

Després de l'èxit de la catàlisi àcida Brønstedt, el químic va investigar la capacitat dels catalitzadors àcids de Lewis. Millors condicions S'utilitza o bé un 20% de triflat de tèrbio o un 15% de bromur de zinc en el reflux de toluè. Tot i que no es va fer la recerca mecanística, podem suposar que la coordinació del catalitzador accelera els passos de ciclodehidratació, Michael Addition i isomerization.

L'inconvenient és la limitada compatibilitat amb els substrats sensibles a l'àcid. Per exemple, la descomposició catalitzada per àcid de les enamines es produeix amb ciano i Tert-butilester com a grups d'extracció d'electrons. Una altra alternativa suau és l'aplicació del reactiu d'intercanvi iònic Amberlyst-15 que tolera Tert-butilesters.

Com que les enamines no estan disponibles, i per millorar la facilitat del procés, es va realitzar una reacció de component 3 utilitzant acetat d'amoni com a font del grup amino. En aquest procediment eficaç, es genera enamina in situ que reacciona amb alkynone present.

En la primera prova, ZnBr2 i AcOH es van aplicar com a catalitzadors extra amb toluè com a dissolvent. No obstant això, s'ha demostrat que els substrats sensibles a l'àcid sempre reaccionen en un ambient temperat amb EtOH com a dissolvent.

Síntesi de Chichibabin

La síntesi de piridina de Chichibabin es va informar per primera vegada a 1924 i encara és una aplicació important en la indústria química. Es tracta d'una reacció de formació d'anells, que implica la reacció de condensació dels aldehids, cetones, compostos de carboni α, β-insaturados. A més, la forma general de la reacció pot incloure qualsevol combinació dels productes anteriors en amoníac pur o en els seus derivats.

Formació de Piridina

Condensació de formaldehid i acetaldehid

El formaldehid i l'acetaldehid són principalment les fonts de piridina no substituïda. Almenys, són assequibles i bastant accessibles.

  1. El primer pas implica la formació d'acroleïna a partir de formaldehid i acetaldehid a través de la condensació de Knoevenagel.
  2. El producte final es condensa després de l'acroleïna amb acetaldehid i amoníac, formant dihidropiridina.
  3. El procés final és una reacció d'oxidació amb un catalitzador d'estat sòlid per produir piridina.
  4. La reacció anterior es realitza en una fase gasosa amb un rang de temperatures de 400-450 ° C. El compost format es compon de piridina, picolina o piridines metilades simples, i lutidina. No obstant això, la composició està subjecta al catalitzador en ús i en certa mesura, varia amb les exigències del fabricant. En general, el catalitzador és una sal de metall de transició. Els més comuns són el fluorur de manganès (II) o el fluorur de cadmi (II), tot i que els tàlli i els compostos de cobalt poden ser alternatives.
  5. La piridina es recupera dels subproductes en un procés multietapa. La major limitació de la síntesi de piridina de Chichibabin és el seu baix rendiment, que es tradueix a aproximadament un 20% dels productes finals. Per aquest motiu, les formes no modificades d'aquest compost són menys prevalents.

Ciclització de Bönnemann

La ciclació de Bönnemann és la formació d'un trimer a partir de la combinació de dues parts de la molècula d'acetilè i una part d'un nitril. En realitat, el procés és una modificació de la síntesi de Reppe.

El mecanisme es facilita tant per calor com per temperatures elevades i per pressió oa través de la cicloadició fotogràfica. Quan s'activa per la llum, la ciclació de Bönnemann requereix CoCp2 (cyclopentadienyl, 1,5-cyclooctadiene) per actuar com a catalitzador.

Aquest mètode pot produir una cadena de derivats de piridina depenent dels compostos utilitzats. Per exemple, l'acetonitril obtindrà 2-metilpiridina, que pot experimentar la desalquilació per formar la piridina.

Altres mètodes

La síntesi de piridina Kröhnke

Aquest mètode utilitza piridina com a reactiu, encara que no s'inclourà al producte final. Per contra, la reacció generarà piridines substituïdes.

Quan es reacciona amb α-bromoéster, la piridina experimentarà una reacció similar a Michael amb els carbonils insaturats per formar la piridina substituïda i el bromur de piridí. La reacció es tracta amb acetat d'amoníac a condicions 20-100 ° C suaus.

La reordenació Ciamician-Dennstedt

Això comporta l'expansió de l'anell de pirrol amb diclorocarbene formant 3-chloropyridine.

Síntesi de Gattermann-Skita

En aquesta reacció, la sal de l'est d'malonat reacciona amb diclorometilamina en presència d'una base.

Síntesi de piridina Boger

Reaccions de piridines

Es pot predir les següents reaccions per a les piridines des de la seva estructura electrònica:

  1. L'heteroàtom fa que les piridines no siguin reactives a les reaccions normals de substitució electrofílica aromàtica. Per contra, les piridines són susceptibles a atacs nucleofílics. Les piridines experimenten reaccions de substitució electrofílica (SEAr) de forma més reticent però substitució nucleòfila (SNAr) més fàcilment que el benceno.
  2. Els reactius electrofílicos atacen preferentment a Natom i als àtoms de BC, mentre que els reactius nucleòfils prefereixen els àtoms a- i cC.

Addició electrofíliques al nitrogen

En reaccions que impliquen la formació de vincles mitjançant el solitari parell d'electrons sobre el nitrogen de l'anell, com la protonació i la quaternització, les piridines es comporten com a amines alifàtiques terciàries o aromàtiques.

Quan una piridina reacciona com a base o nucleófilo, forma un catió de piridino en el qual es conserva el sextit aromàtic i el nitrogen adquireix una càrrega positiva formal.

Protonació al nitrogen

Les piridines formen sals cristal·lines, amb freqüència higroscòpica, amb la majoria d'àcids tòxics.

Nitració al nitrogen

Això passa fàcilment per reacció de piridines amb sals de nitronum, com el tetrafluoroborato de nitroni. Els agents nitrants de proteïnes com l'àcid nítric, per descomptat, condueixen exclusivament a la N-protonació.

Acilació al nitrogen

Els clorurs àcids i els àcids arilsulfónicos reaccionen ràpidament amb piridines que generen sals de 1-acil i 1-arilsulfonilpiridinio en solució.

Els alquil halurs i els sulfats reaccionen fàcilment amb piridines donant sals quaternàries de piridinio.

Substitucions nucleòfils

A diferència del benzè, nombroses substitucions nucleòfiles poden ser sostenibles amb eficàcia i eficàcia per la piridina. És perquè l'anell té una densitat electrònica lleugerament inferior dels àtoms de carboni. Aquestes reaccions inclouen reemplaçaments amb l'eliminació d'un ió d'hidruro i addicions d'eliminació per obtenir una configuració d'aryène intermedi i generalment continuen amb la posició 2 o 4.

La piridina sola no pot donar lloc a la formació de diverses substitucions nucleòfiles. Tanmateix, la modificació de la piridina amb brom, fragments d'àcid sulfònic, clor i flúor pot donar lloc a un grup que surt. La formació de compostos d'organoliti pot recuperar-se del millor grup de flúor de sortida. A alta pressió, els nucleòfils poden reaccionar amb alcoxids, tiolats, amines i compostos d'amoníac.

Pocs heterocíclic Les reaccions es poden produir a causa d'un grup d'abandonament deficient com l'iònic hidruro. Els derivats de la piridina a la posició 2 es poden obtenir a través de la reacció de Chichibabin. 2-aminopiridina pot continuar aconseguida quan l'amida de sodi s'utilitza com el nucleófilo. La molècula d'hidrogen es forma quan els protons del grup amino es combinen amb ions hidruro.

Similar al benzè, piridines Es poden obtenir intermedis com heteroarilo mitjançant substitucions nucleòfils a piridina. L'ús d'alcalins forts com el sodi i el butanol tòxic pot ajudar a desfer-se dels derivats de piridina quan s'utilitza la dreta sortint del grup. Després de la introducció del nucleófilo al triple enllaç, disminueix la selectivitat i condueix a la formació d'una barreja que té dos possibles aductes.

Substitucions electrofíliques

Diverses substitucions electrofíliques de piridina poden continuar fins a cert punt o no continuar completament. D'altra banda, l'element heteroaromàtic es pot estimular mitjançant la funcionalització de la donació d'electrons. L'alquilació Friedel-Crafts (acilació) és un exemple d'alquilacions i acilacions. L'aspecte no passa per la piridina ja que resulta en l'addició d'àtom de nitrogen. Les substitucions es produeixen principalment en la posició de tres, que és un dels àtoms de carboni més rics en electrons que es troben a l'anell i que són propensos a l'addició electrofílica.

Estructura de l'òxid n de piridina

Les substitucions electrofíliques poden donar lloc al canvi de posició de la piridina a la posició 2- o 4 a causa de la reacció vigorosa complexa σ adversa. No obstant això, es poden utilitzar mètodes experimentals mentre es realitza substitució electrofílica en N-òxid de piridina. Posteriorment, es desoxigenació de l'àtom de nitrogen. Per tant, se sap que la introducció de l'oxigen disminueix la densitat del nitrogen i millora la substitució a la posició 2 i als carbonis de posició 4.

Es coneix que els compostos de sofre divalent o fòsfor trivalent són fàcilment oxidats, per tant, s'utilitzen principalment per eliminar l'àtom d'oxigen. L'òxid de trifenilfosfina és un compost que es forma després de l'oxidació del reactiu Trifenilfosfina. És un altre reactiu que es pot utilitzar per desfer-se d'un àtom d'oxigen a partir d'un altre element. La informació següent descriu com la reacció electròfila ordinària reacciona amb la piridina.

La nitratació directa de piridina exigeix ​​certes condicions dures, i generalment té petits rendiments. La reacció de dinitrogen pentòxid amb piridina en presència de sodi pot donar lloc a la formació de 3-nitropiridina. Els derivats de la piridina es poden obtenir a través de la nitració de tetrafluoroborato de nitron (NO2BF4) mitjançant la recollida de l'àtom de nitrogen de forma estèrica i electrònica. La síntesi de dos compostos de 6-dibromo-piridina pot donar lloc a la formació de 3-nitropiridina després de l'eliminació dels àtoms de brom.

Es considera que la nitració directa és més còmoda que la sulfonació directa de la piridina. L'ebullició de la piridina a 320 ° C pot donar lloc a l'àcid piridina-3-sulfònic més ràpid que l'àcid sulfúric en ebullició a les mateixes temperatures. L'addició de l'element de sofre a l'àtom de nitrogen es pot obtenir reaccionant el grup SO3 en presència de sulfat de mercuri (II) que actua com a catalitzador.

La cloració directa i la bromació poden continuar molt a diferència de la nitració i la sulfonació. La 3-bromopiridina es pot obtenir a través de la reacció del brom molecular en àcid sulfúric a 130 ° C amb piridina. Després de la cloració, el resultat de 3-chloropyridine pot ser baix en presència de clorur d'alumini que actua com a catalitzador a 100 ° C. La reacció directa de halògens i pal·ladi (II) pot donar lloc a 2-bromopyridine i 2-chloropyridine.

Aplicacions de la piridina

Una de les matèries primeres que són bastant crucials per a les fàbriques químiques és la piridina. A 1989, la producció total de piridina a tot el món era de tones 26K. A partir de 1999, 11 dels llocs de producció de piridina més grans de 25 es van situar a Europa. Els principals productors de piridina van ser Koei Chemical, Imperial Chemical Industries i Evonik Industries.

A principis de 2000, la producció de piridina va augmentar amb un marge elevat. Per exemple, només la Xina continental va assolir una capacitat de producció anual de 30,000 tones. Avui en dia, l'empresa conjunta entre els EUA i la Xina es converteix en la producció més alta del món de la piridina.

Pesticides

La piridina s'utilitza principalment com a precursor de dos herbicides diquat i paraquat. En la preparació de fungicides basats en piritione, la piridina s'utilitza com a compost bàsic.

La reacció entre Zincke i Pyridine dóna lloc a la producció de dos compostos: laurilpiridinio i cetilpiridinio. A causa de les seves propietats antisèptiques, els dos compostos s'afegeixen als productes dentals i bucodentals.

Un atac d'un agent alquilant a la piridina dóna lloc a sals de N-alquilpiridinio, un clorur de cetilpiridinio és un exemple.

Síntesi de paraquat

Dissolvent

Una altra aplicació en què s'utilitza la piridina és en condensacions de Knoevenagel, per la qual cosa s'utilitza com a solvent poc reactiu, polar i bàsic. La piridina és particularment ideal per a la deshalogenació, on serveix com a base de la reacció d'eliminació mentre uneix l'halur d'hidrogen resultant per formar sal de piridinio.

En acilacions i esterificacions, la piridina activa els anhídrids o els halurs d'àcid carboxílic. Fins i tot més actius en aquestes reaccions són 4- (1-pyrrolidinyl) pyridine i 4-dimethylaminopyridine (DMAP), que són derivats de piridina. En les reaccions de condensació, la piridina sol aplicar-se com a base.

Formació del piridinio a través de la reacció d'eliminació amb piridina

La piridina també és una matèria primera important en la indústria tèxtil. A més d'aplicar-se com a dissolvent en la producció de cautxú i colorants, també s'utilitza per millorar la capacitat de la xarxa de cotó.

L'Administració d'Aliments i Drogues dels EUA aprova l'addició de piridina en petites quantitats als aliments per donar-los un sabor amarg.

En solucions, el llindar de detecció de la piridina és al voltant de 1-3 mmol·L-1 (79-237 mg · L-1). Sent una base, la piridina pot ser utilitzada com a reactiu de Karl Fischer. No obstant això, l'imidazol sol utilitzar-se com a substitut de la piridina, ja que (imidazol) té una olor agradable.

Precursor de Piperidina

La hidrogenació de piridina amb catalitzador basat en rutenio, cobalt o níquel a altes temperatures dóna lloc a la producció de piperidina. Es tracta d'un heterocicle de nitrogen essencial que és un bloc de construcció sintètic vital.

Reactius especials basats en piridina

A 1975, William Suggs i James Corey van desenvolupar clorocromat de piridinio. S'aplica per oxidar alcohols secundaris a cetones i alcohols primaris a aldehids. El clorocromato de piridinio s'obté habitualment quan s'agrega piridina a la solució d'àcid clorhídric i cromic concentrat.

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

Amb el clorur de crom (CrO2Cl2) sent carcinogènic, s'ha de buscar una ruta alternativa. Un d'ells és utilitzar clorur de piridini per tractar òxid de crom (VI).

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

El reactiu Sarret (el complex d'òxid de crom (VI) amb heterocicle de piridina en piridina), clorocromat de piridinio (PCC), el reactiu Cornforth (dicromato de piridinio, PDC) i el reactiu de Collins (complex d'òxid de crom (VI) amb piridina heterociclo en diclorometà) són compostos de crom-piridina comparables. També s'apliquen per a l'oxidació, com ara la conversió d'alcohols secundaris i primaris a cetones.

Els reactius Sarret i Collins no només són difícils de preparar, sinó que també són perillosos. Són higroscòpics i són susceptibles d'encendre durant el procés de preparació. En conseqüència, es recomana l'ús de PDC i PCC. Encara que els dos reactius es van utilitzar fortament en 70 i 80, són rarament utilitzats actualment per la seva toxicitat i carcinogenicitat confirmada.

L'estructura del catalitzador de Crabtree

En química de coordinació, la piridina s'utilitza extensament com a lligand. És derivada, igual que la seva derivada 2,2'-bipiridina, que es compon de molècules de piridina 2 unides per un enllaç únic, i terpiridina, una molècula d'anells de piridina 3 connectades entre si.

Una base de Lewis més forta es pot utilitzar com a substitut d'un lligand de piridina que forma part d'un complex metàl·lic. Aquesta característica s'utilitza en catàlisi de reaccions de polimerització i hidrogenació, utilitzant, per exemple, el catalitzador de Carabtree. La piridina Lingard substituïda durant la reacció es restablirà després de la seva finalització.

referències

Nomenclatura de Química Orgànica: Recomanacions i noms preferits de la IUPAC 2013 (Llibre blau). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. p. 141.

Anderson, T. (1851). "Ueber die Producte der trocknen Destillation thierischer Materien" [Sobre els productes de destil·lació seca de matèria animal]. Annalen der Chemie und Pharmacie. 80: 44.

Sherman, AR (2004). "Pyridine". En Paquette, L. Enciclopèdia dels reactius per a la síntesi orgànica. e-EROS (enciclopèdia de reactius per a síntesi orgànica). Nova York: J. Wiley & Sons.

Behr, A. (2008). Homogènia Angewandte Katalyse. Weinheim: Wiley-VCH. p. 722.