PIRYDYNA: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, TOKSYCZNOŚĆ, SYNTEZA - CHEMIA - 2025

Pirydyny jest aromatyczną aminą o o wzór chemiczny C ₅ H ₅ N jest wersja azot benzenu, a-CH został zastąpiony atomem azotu (N). Pirydyna wraz z pirolem stanowi grupę najprostszych amin aromatycznych ze wszystkich.

Pirydyna była początkowo produkowana ze smoły węglowej, ale była to metoda o niskiej wydajności. Doprowadziło to do powstania kilku metod jego syntezy chemicznej, z przewagą tej, w której wykorzystuje się reakcję formaldehydu, aldehydu octowego i amoniaku.

Wzór strukturalny pirydyny. Źródło: Calvero. / Domena publiczna

Pirydynę po raz pierwszy uzyskał szkocki chemik Thomas Anderson (1843), który podgrzewając mięso zwierzęce i kości wytworzył olej, z którego oczyszczono pirydynę.

Thomas Anderson (lipiec 1819)

Pirydyna wykorzystywana jest jako surowiec do syntezy związków eliminujących i kontrolujących namnażanie się owadów, grzybów, ziół itp. Jest również używany do produkcji wielu leków i witamin, a także jako rozpuszczalnik.

Pirydyna to toksyczny związek, który może przewlekle uszkadzać wątrobę, nerki i działanie ośrodkowego układu nerwowego. Pirydyna może dostać się do organizmu poprzez spożycie, wdychanie i dyfuzję przez skórę. W dziedzinie chemii znany jest jako substancja mogąca wywołać impotencję u mężczyzn.

Struktura pirydyny

Molekularny

Struktura molekularna pirydyny. Źródło: Benjah-bmm27 / domena publiczna

Górny obraz przedstawia strukturę molekularną pirydyny reprezentowaną przez model sfer i słupków. Jak widać, jego cząsteczka jest bardzo podobna do tej z benzenu, z tą różnicą, że jeden z atomów węgla (czarne kule) zastąpiono azotem (niebieska kula).

Azot, będąc bardziej elektroujemnym, przyciąga do siebie gęstość elektronów, co tworzy trwały moment dipolowy w pirydynie. Dlatego cząsteczki pirydyny oddziałują poprzez siły dipol-dipol.

Atomy wodoru są regionami ubogimi w elektrony, więc będą zorientowane w kierunku atomu azotu sąsiedniej cząsteczki.

Krystaliczny

Struktura krystaliczna pirydyny. Źródło: Orci / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Cząsteczki pirydyny mają nie tylko siły dipol-dipol, ale także interakcje pierścieni aromatycznych. W ten sposób cząsteczki te potrafią ustawić się w uporządkowany sposób, aby wytworzyć kryształ o strukturze rombowej (górny obraz) w temperaturze -41,6 ° C.

Właściwości pirydyny

Próbka pirydyny. LHcheM / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Wygląd fizyczny

Bezbarwny płyn o ostrym zapachu, podobny do ryb.

Masa cząsteczkowa

79,1 g / mol

Gęstość

0,9819 g / ml

Temperatura topnienia

-41,6 ° C

Temperatura wrzenia

115,2 ° C

Rozpuszczalność

Jest mieszalny z wodą, a także z alkoholem, eterem, eterem naftowym, olejami i ogólnie wieloma cieczami organicznymi.

Ciśnienie pary

16 mmHg przy 20 ° C

Gęstość pary

2,72 względem wody = 1

Współczynnik załamania światła (n

1,5093

Lepkość

0,88 cP

Moment dipolowy

2.2 D

punkt zapłonu

21 ºC

Temperatura samozapłonu

482 ºC

Rozkład

Po podgrzaniu w celu rozkładu wydziela dym cyjanku.

Korozja

Pirydyna w postaci płynnej atakuje niektóre formy tworzyw sztucznych, gumy i powłoki.

pH

8,5 (0,2 M roztwór w wodzie)

Zasadowość i reaktywność

Pirydyna jest słabą zasadą. Jest to trzeciorzędowa amina, której 0,2 M roztwór wodny daje pH 8,5. Ma niskie powinowactwo do elektronów ze względu na elektroujemność azotu, więc jego węgle zwykle nie podlegają podstawieniu elektrofilowemu.

Pirydyny poddaje się podstawieniu nukleofilowemu, korzystnie na C- ₄ i C _{pozycji 2} pierścienia. Ze względu na zdolność do przekazywania elektronów pirydyna jest bardziej odporna na utlenianie niż benzen i gwałtownie reaguje z kwasem siarkowym, azotowym i bezwodnikiem maleinowym.

Zastosowania pirydyny

Pestycydy

Pirydyna jest prekursorem herbicydów Paraquat i Diquat. W ten sam sposób służy do syntezy insektycydu Chlorpyrifos, którego początkowym etapem jest chlorowanie pirydyny. Jest również surowcem wyjściowym do otrzymywania fungicydu na bazie pirytionu.

Rozpuszczalnik

Pirydyna to polarny rozpuszczalnik, używany do reakcji dehalogenacji i ekstrakcji antybiotyków. Pirydyna jest stosowana jako rozpuszczalnik w przemyśle farbiarskim i gumowym, a także w laboratoriach badawczych jako rozpuszczalnik przy ekstrakcji hormonów roślinnych.

Medycyna

Pirydyna służy jako punkt wyjścia w syntezie cetylopirydynium i laurylopirydynium, związków stosowanych jako środki antyseptyczne w produktach do pielęgnacji jamy ustnej i zębów. Cząsteczka pirydyny jest częścią struktury chemicznej wielu leków.

Na przykład esmeprazol, stosowany w leczeniu refluksu żołądkowo-przełykowego. Loratydyna to kolejny lek na bazie pirydyny, znanej pod nazwą Claritin, która jest stosowana w leczeniu procesów alergicznych.

Pirydyna (fenazopirydyna) w tabletkach stosowana jest w objawowym leczeniu podrażnień dróg moczowych, którym w niektórych przypadkach towarzyszy ból, pieczenie i parcie na mocz. Fenazopirydyna to barwnik działający przeciwbólowo w drogach moczowych.

Diacylohydrazyna jest pochodną pirydyny, która ma działanie przeciwbakteryjne, które wywiera wpływ na bakterie Gram-ujemne, takie jak E. coli, oraz bakterie Gram-dodatnie, takie jak S. albus.

Pirydyna jest podstawą tiazolo-pirydyny, związku o działaniu przeciwwirusowym, zwłaszcza przeciwko wirusowi grypy β-Mass. Pochodna pirydyny 2-acetylopirydyna wykazuje silne działanie przeciwnowotworowe i jest inhibitorem białaczki.

Inni

Pirydyna jest używana do produkcji witamin, wyrobów gumowych, klejów, farb i środków owadobójczych. Jest również używany do denaturacji alkoholu i do barwienia niektórych tekstyliów.

Do przygotowania piperydyny zużywa się 20% pirydyny. Piperydyna bierze udział w wulkanizacji i rolnictwie.

Pirydyna jest również wykorzystywana w syntezie żywic poliwęglanowych, jako przyprawa do żywności oraz jako odczynnik do wykrywania cyjanku.

Toksyczność

- Pirydyna wnika do organizmu głównie drogą inhalacji i dyfuzji przez skórę. Ostra ekspozycja na pirydynę może spowodować podrażnienie oczu i skóry oraz oparzenia.

- Pirydyna może powodować zapalenie skóry i alergie na skórze. Rozwojowi alergii może towarzyszyć świąd i wysypka.

- Wdychanie pirydyny może powodować podrażnienie nosa i gardła, któremu towarzyszy kaszel i świszczący oddech.

- Po spożyciu pirydyna może powodować nudności, wymioty, biegunkę i ból brzucha. Podobnie, wprowadzenie dużej dawki pirydyny do organizmu może powodować: ból głowy, zmęczenie, omdlenia, zawroty głowy, zawroty głowy, dezorientację, a ostatecznie śpiączkę i śmierć.

- Narządami najbardziej dotkniętymi działaniem pirydyny są wątroba, nerki, męskie narządy płciowe i ośrodkowy układ nerwowy. Może również działać na szpik kostny, indukując produkcję płytek krwi. Rakotwórcze działanie pirydyny nie zostało udowodnione w doświadczeniach na zwierzętach.

OSHA ustaliła limit narażenia w powietrzu na 5 ppm na 8-godzinną zmianę roboczą.

Synteza

Pierwsze metody otrzymywania pirydyny opierały się na jej ekstrakcji z materiałów organicznych. Thomas Anderson (1843) jako pierwszy uzyskał pirydynę przez podgrzanie mięsa i kości zwierzęcych. W pierwszym etapie Anderson wyprodukował olej, z którego zdestylował pirydynę.

Pirydynę otrzymywano tradycyjnie ze smoły węglowej lub ze zgazowania węgla. Procedury te były kłopotliwe i mało wydajne, ponieważ stężenie pirydyny w tych surowcach było bardzo niskie. Potrzebna była więc metoda syntezy.

Metoda Chichibabina

Chociaż istnieje wiele metod syntezy pirydyny, nadal stosuje się głównie procedurę Chichibabin wprowadzoną w 1923 r. W tej metodzie pirydyna jest syntetyzowana w wyniku reakcji formaldehydu, aldehydu octowego i amoniaku, które są tanimi reagentami.

W pierwszym etapie formaldehyd i aldehyd octowy reagują, tworząc związek akroleiny, w reakcji kondensacji Knoevenagela, również tworząc wodę.

Kondensacja pirydyny z akroleiny i aldehydu octowego

Wreszcie w drugim etapie akroleina reaguje z formaldehydem i amoniakiem, tworząc dihydropirydynę. Następnie dihydropirydynę utlenia się do pirydyny w reakcji w temperaturze 350-550 ° C w obecności stałego katalizatora, na przykład krzemionki-tlenku glinu.

Reakcje

Podstawienia elektrofilowe

Te podstawienia zwykle nie występują ze względu na niską gęstość elektronową pirydyny.

Sulfanowanie jest trudniejsze niż nitrowanie. Ale bromowanie i chlorowanie zachodzi łatwiej.

N-tlenek pirydyny

Miejscem utleniania pirydyny jest atom azotu, utlenianie jest wytwarzane przez nadkwasy (kwasy z grupą OOH). Utlenianie azotu sprzyja elektrofilowej substytucji na węglach 2 i 4 pirydyny.

Podstawienia nukleofilowe

Pirydyna może podlegać różnym substytucjom nukleofilowym ze względu na niską gęstość elektronów atomów węgla pierścienia pirydynowego. Te substytucje występują łatwiej w cząsteczce pirydyny zmodyfikowanej przez brom, chlor, fluor lub kwas sulfonowy.

Związkami, które przeprowadzają nukleofilowe ataki na pirydynę są zwykle: alkoholany, tiolany, aminy i amoniak.

Radykalne reakcje

Pirydynę można dimeryzować w reakcjach rodnikowych. Rodnikową dimeryzację pirydyny prowadzi się za pomocą elementarnego sodu lub niklu Raneya, dzięki czemu można wytworzyć 4,4'-biperydynę lub 2,2'-biperydynę.

Reakcja na atomie azotu

Kwasy, według Lewisa, łatwo dodają się do atomu azotu pirydyny, tworząc sole pirydyniowe. Pirydyna jest zasadą Lewisa, która przekazuje parę elektronów.

Reakcja uwodornienia i redukcji

Piperydyna jest wytwarzana przez uwodornienie pirydyny niklem, kobaltem lub rutenem. Tę reakcję prowadzi się w wysokich temperaturach, przy zastosowaniu katalizatora.

Bibliografia

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
3. Morrison i Boyd. (1987). Chemia organiczna. (Piąta edycja). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Pirydyna. Odzyskane z: en.wikipedia.org
5. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2020). Pirydyna. Baza danych PubChem., CID = 1049. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Laura Foist. (2020). Pirydyna: struktura, wzór i właściwości fizyczne. Badanie. Odzyskany z: study.com
7. Ataf Ali Altaf, Adnan Shahzad, Zarif Gul, Nasir Rasool, Amin Badshah, Bhajan Lal, Ezzat Khan. (2015). Przegląd na temat medycznego znaczenia pochodnych pirydyny. Journal of Drug Design and Medicinal Chemistry. Vol. 1, nr 1, str. 1-11. doi: 10.11648 / j.jddmc.20150101.11
8. WebMD. (2020). Tabletka pirydyny. Odzyskany z: webmd.com
9. Departament Zdrowia i Senior Services stanu New Jersey. (2002). Pirydyna. . Odzyskany z: nj.gov