Kuliah No 9

Hubungan antara struktur dan tindakan biologi

Piridin: bahan yang sangat toksik. Mempunyai pasangan elektron tunggal, atom nitrogen tertier, dan mempunyai sifat asas yang kuat

Dihydropyridine: pelega koronari

Asid piridin-3-karboksilik: agen antipellagrik

Pyridine-4-carboxylic acid: mempunyai kesan anti-tuberkulosis

Derivatif metanol piridin mempunyai aktiviti vitamin B6.

Bahan perubatan yang diperoleh daripada metanol piridin

Pyridoxine Hydrochloride

Metil 3-hidroksi-4,5 dioksimetil-piridin hidroklorida

Vitamin B 6 ialah serbuk putih, tidak berbau, berhablur halus dengan rasa masam pahit. T pl. - 204 - 206 °C (dengan penguraian). Mudah larut dalam air, sukar - dalam alkohol dan aseton.

Pyridoxalphosphate

Ester fosforus 2-metil-3-hidroksi 4-fornyl 5-hidroksimetil piridin.

Sifat fizikal: Serbuk kristal kuning muda. Sedikit larut dalam air, tidak stabil dalam cahaya.

Emoxуpine

Etil 3-hidroksi-6-metil-piridin hidroklorida

Sifat fizikal: serbuk hablur halus berwarna putih, tidak berbau. Mudah larut dalam air.

Ketulenan:

Reaksi umum

Tindak balas dengan 2,6-diklorokuinon klomida - pewarna indofenol biru terbentuk

3. Tindak balas pembentukan pewarna azo (semua ubat). Tindak balas terhadap hidroksil fenolik.

4. Tindak balas dengan FeCl 3 kepada hidroksil fenolik

Tindak balas dengan reagen alkaloid am (asid silikontungstik dan fosfotungstik membentuk mendakan putih).

Tindak balas pembezaan

1. Pyridoxine hydrochloride dan Emoxipine memberi tindak balas kepada Cl -.

HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3

2. Pyridoxal phosphate mengandungi kumpulan aldehid, yang didapati:

A- tindak balas dengan reagen Felling 1 dan 2

B- tindak balas dengan larutan ammonia perak nitrat

Pyridoxal fosfat, selepas hidrolisis, bertindak balas dengan asid fosforik. Mendakan kuning fosfat perak terbentuk.

H 3 PO 4 + 3AgNO 3 Ag3PO4 + 3HPO4

Pyridoxine hydrochloride mempamerkan pendarfluor biru di bawah cahaya UV

5. Kaedah spektrofotometri (untuk semua ubat). Ambil spektrum UV bahan ujian. Ambil spektrum UV bahan standard. Mereka mesti sama.

kuantiti

Untuk pyridoxine hydrochloride dan emoxypine

Kaedah pentitratan bukan akueus

Kaedah: pentitratan terus

Kaedah ini berdasarkan tindak balas asid-bes dalam medium bukan akueus

Sederhana: asid asetik glasier, tambah Hg(CH 3 COO) 2 - untuk mengikat asid hidroklorik yang dibebaskan semasa pentitratan

Kimia

R 3 N HCl + HClO 4 R 3 NH ClO 4 + HCl

HCl+ Hg(CH 3 COO) 2 →HgCl 2 +CH 3 COOH

Pyridoxal fosfat

Spektrofotometri di kawasan UV, melalui penyelesaian piawai.

Kaedah alkalimetrik

Kaedah pentitratan terus untuk sisa asid fosforik. Kaedah ini berdasarkan tindak balas asid-bes.

Argentometri

Mercuro- dan mercurimeria

Permohonan

Pyridoxine 0.02 dan 0.1 g

Pyridoxal phosphate 0.01-0.02 g untuk toksikosis pada wanita hamil, pelbagai jenis parkinsonisme, pellagra dan hepatitis kronik

Emoxipine adalah antioksidan dan mempunyai aktiviti angioprotektif.

Terdapat dalam bentuk penyelesaian 3% 5 ml dalam ampul.

Pyricarbate (Prodectin) 2,6-pyridinidetanobismethylcarbamate

Sifat fizikal: serbuk kristal putih, tidak berbau. Kurang larut dalam air.

T cair = 137 – 140 o C

Ketulenan

1. Dengan anhidrin asetik dengan kehadiran asid sitrik apabila tidak dipanaskan → warna kuning bertukar menjadi merah ceri.

Tindak balas cincin piridin dengan 2,4-dinitrochlorobenzene. Pewarna piridin terbentuk.

Hidrolisis alkali dijalankan. Methylamine dilepaskan. Kertas litmus merah bertukar menjadi biru.

parmidine

Kaedah spektroskopi UV dan IR

A. Kaedah spektroskopi UV.

Spektrum UV bahan ujian diambil.

Spektrum UV bahan standard diambil. Mereka mesti sama.

Dalam spektroskopi UV, sinaran elektromagnet diserap oleh elektron keseluruhan molekul, dan dalam spektrogram kita memerhatikan satu maksimum penyerapan cahaya.

λ, nm

B. kaedah spektroskopi IR.

kuantiti

Kaedah pentitratan bukan akueus

Kaedah: pentitratan terus

Derivatif dihydropyridine

Nifedipine (Corinfar)

2,6-Dimetil-4-(2/-nitrophenyl)-1,4-Dihydropyridine-3,5-dicarboxylic acid dimetil ester

Sifat fizikal: serbuk kristal kuning kehijauan. Praktikal tidak larut dalam air, sukar dalam alkohol. Terurai dalam cahaya. T cair = 169-174 o C.

Ketulenan

Kaedah spektroskopi UV

Kaedah spektroskopi IR

kuantiti

Kromatogram diperolehi.

H ,mm h,mm

t,min t,min

Ketulenan

kuantiti

Ketulenan

Spektroskopi UV dan IR

2. tindak balas kepada alifatik NH 2 - kumpulan dengan ninhidrin. Warna biru-ungu terbentuk.

kuantiti

Kuliah No 9

Bahan perubatan yang berasal daripada piridin

Piridin ialah heterocycle aromatik enam anggota dengan satu atom nitrogen, cecair tidak berwarna dengan bau yang tidak menyenangkan yang kuat; bercampur dengan air dan pelarut organik.

Pyridine ialah bes lemah, memberikan garam dengan asid mineral yang kuat, mudah membentuk garam berganda dan sebatian kompleks.

Struktur elektronik molekul piridin adalah serupa dengan struktur benzena. Atom karbon dan nitrogen berada dalam keadaan hibridisasi sp2. Semua ikatan σ C–C, C–H dan C–N dibentuk oleh orbital hibrid, sudut di antara mereka adalah lebih kurang 120°. Oleh itu, kitaran mempunyai struktur rata. Enam elektron dalam orbital p bukan hibrid membentuk sistem aromatik elektron π.

Daripada tiga orbital hibrid atom nitrogen, dua membentuk ikatan C–N σ, dan yang ketiga mengandungi sepasang elektron tunggal yang tidak mengambil bahagian dalam sistem π-elektron. Oleh itu, piridin, seperti amina, mempamerkan sifat asas. Larutan berairnya bertukar menjadi biru lakmus. Apabila piridin bertindak balas dengan asid kuat, garam piridinium terbentuk.

P iridin mempamerkan ciri ciri amina tertier: ia membentuk N-oksida, garam N-alkylpyridinium, dan boleh bertindak sebagai ligan penderma sigma.

Pada masa yang sama, piridin mempunyai sifat aromatik yang jelas. Walau bagaimanapun, kehadiran atom nitrogen dalam cincin konjugasi membawa kepada pengagihan semula ketumpatan elektron yang serius, yang membawa kepada penurunan kuat dalam aktiviti piridin dalam tindak balas penggantian aromatik elektrofilik. Dalam tindak balas sedemikian, kedudukan meta cincin bertindak balas secara dominan.

Perbezaan asas antara piridin dan benzena ialah, disebabkan keelektronegatifan nitrogen yang lebih besar berbanding karbon, dalam kes piridin, dalam set struktur pengehad yang menggambarkan taburan ketumpatan elektron-p, sumbangan struktur dengan negatif yang dipisahkan. dan caj positif adalah penting:

Daripada pemeriksaan mereka adalah jelas bahawa cas negatif disetempatkan pada atom nitrogen, dan cas positif diagihkan terutamanya di antara atom karbon dalam kedudukan 2,4 dan 6 (kedudukan a- dan g). Dalam hal ini, piridin dikelaskan sebagai heterokitar aromatik kekurangan elektron, berbeza dengan furan, pirol dan tiofena yang dibincangkan di atas. Ini bermakna bahawa cincin piridin sebagai sistem aromatik dinyahaktifkan berkenaan dengan serangan elektrofilik dan, sebaliknya, diaktifkan berkenaan dengan serangan nukleofilik berbanding benzena.

Walau bagaimanapun, kehadiran pasangan elektron tunggal dan ketumpatan p-elektron yang berlebihan pada atom nitrogen menjadikannya pusat serangan yang sangat aktif oleh elektrofil, terutamanya kerana pembentukan ikatan-s tidak menjejaskan sistem aromatik. Oleh itu, piridin adalah N-nukleofil aktif, dan sifat ini sentiasa direalisasikan pada mulanya semasa serangan elektrofilik.

Arah tindak balas lain yang mungkin dikaitkan dengan manifestasi C-nukleofilisiti oleh piridin - serangan elektrofilik pada atom karbon - amat sukar dan memerlukan syarat yang sangat ketat untuk pelaksanaannya. Sebagai tambahan kepada sifat kekurangan elektron di atas sistem p-elektron, dalam rangka pendekatan umum untuk penjelasan kualitatif mengenai corak penggantian elektrofilik dalam cincin aromatik, ini harus dikaitkan dengan fakta bahawa kehadiran nitrogen dalam kitaran, yang lebih elektronegatif daripada atom karbon, menggugat kestabilan kompleks s kationik yang terbentuk secara pertengahan.

Oleh itu, piridin menggabungkan sifat-sifat n-nukleofil yang sangat aktif dan p-nukleofil yang dinyahaktifkan dengan ketara. Seperti yang akan dilihat daripada contoh di bawah, produk yang mudah terbentuk akibat serangan elektrofilik pada atom nitrogen selalunya tidak stabil dan pembentukannya, walaupun secara kinetik lebih baik, adalah proses yang boleh diterbalikkan. Sebaliknya, serangan elektrofilik pada atom karbon adalah lebih sukar, tetapi membawa kepada pembentukan produk penggantian yang lebih stabil yang lebih disukai secara termodinamik. Akibatnya, banyak tindak balas derivatif piridin boleh dilakukan di bawah keadaan kinetik, iaitu, pada heteroatom, atau termodinamik, iaitu, pada atom karbon cincin, kawalan, yang menjadikannya serupa dengan tindak balas oksiarena yang serupa. dan amina aromatik.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, piridin ialah bes dan diprotonasikan untuk membentuk garam piridinium yang stabil. N-alkilasi piridin dengan alkil halida berlaku sama, membawa kepada garam alkilpiridinium. Tindak balas yang serupa dengan elektrofil pada pasangan elektron tunggal atom nitrogen termasuk pengoksidaan dengan peracid dengan pembentukan piridin N-oksida.

Dengan cara yang sama, piridin berinteraksi dengan bromin untuk membentuk garam N-bromopyridinium - pyridinium bromide perbromide, dan dengan oleum apabila disejukkan untuk membentuk piridin sulfotrioksida.

Tindak balas asid karboksilik klorida dengan piridin berlaku dengan cara yang sama. Walau bagaimanapun, garam N-acylpyridinium yang terhasil adalah elektrofilik yang aktif, dalam kes ini mengasilasi, reagen yang tidak boleh diasingkan dalam keadaan bebas.

Piridin dicirikan oleh tindak balas penggantian nukleofilik aromatik yang berlaku terutamanya pada kedudukan orto-para cincin. Kereaktifan ini menunjukkan sifat kekurangan elektron bagi cincin piridin, yang boleh diringkaskan dalam peraturan praktikal berikut: kereaktifan piridin sebagai sebatian aromatik secara kasar sepadan dengan kereaktifan nitrobenzena.

Piridin mempamerkan sifat-sifat sebatian aromatik, tetapi, tidak seperti benzena, sukar untuk menjalani tindak balas penggantian elektrofilik - ia dinitrat, tersulfonasi dan dibrominkan hanya pada kira-kira 300 ° C dengan pembentukan kebanyakan terbitan b. Penggantian nukleofilik berlaku lebih mudah daripada benzena.

Oleh itu, piridin dengan NaNH2 memberikan a-aminopyridine, dengan KOH - a-hydroxypyridine. Piridin dikurangkan oleh natrium dalam alkohol atau H2 ke atas Ni pada 120 °C kepada piperidine. Apabila terdedah kepada, sebagai contoh, asas garam pyridinium, cincin piridin dipecahkan untuk membentuk glutacon dialdehyde HOCCH = CHCH2COH atau derivatifnya.

Dengan asid tak organik ia membentuk garam yang stabil, dengan alkil halida - garam piridinium, dengan halida logam, SO2, SO3, Br2, H2O - sebatian kompleks.

Penggantian elektrofilik berlaku dengan kesukaran yang besar (piridin hampir dengan nitrobenzena dalam keupayaannya untuk menjalani penggantian elektrofilik) dan pergi ke kedudukan 3. Kebanyakan tindak balas ini berlaku dalam persekitaran berasid, di mana sebatian permulaan bukanlah piridin itu sendiri, tetapi garamnya.

Bersama dengan sifat asasnya, piridin mempamerkan sifat sebatian aromatik. Walau bagaimanapun, aktivitinya dalam tindak balas penggantian elektrofilik adalah lebih rendah daripada benzena. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa nitrogen, sebagai unsur yang lebih elektronegatif, menarik elektron ke arah dirinya dan mengurangkan ketumpatan awan elektron dalam cincin, terutamanya dalam kedudukan 2, 4 dan 6 (kedudukan orto dan para).

Oleh itu, sebagai contoh, tindak balas penitratan piridin berlaku dalam keadaan yang teruk (pada 300 °C) dan dengan hasil yang rendah. Pengaruh orientasi atom nitrogen pada kemasukan substituen baru semasa penggantian elektrofilik dalam piridin adalah serupa dengan pengaruh kumpulan nitro dalam nitrobenzena: tindak balas diteruskan ke kedudukan 3.

Seperti benzena, piridin boleh menambah hidrogen dengan kehadiran mangkin untuk membentuk piperidine sebatian tepu.

Piperidine mempamerkan sifat amina sekunder (bes kuat).

Pyridine dinitratkan hanya di bawah pengaruh NaNO3 atau KNO3 dalam pengasapan H2SO4 pada suhu 300 0C, membentuk 3-nitropyridine dengan hasil yang kecil; tersulfonasi dengan oleum dengan kehadiran Hg sulfat pada 220-2700C kepada asid piridin-3-sulfonat.

Apabila merkuri asetat bertindak pada piridin pada 1550C, 3-piridilmerkuri asetat terbentuk; pada suhu yang lebih tinggi - derivatif di- dan polysubstituted.

Tindakan Br2 dalam oleum pada 3000C membawa kepada campuran 3-bromo- dan 3,5-dibromo-piridin. Pada suhu yang lebih tinggi (kira-kira 5000C) tindak balas diteruskan melalui mekanisme radikal; hasil tindak balas ialah 2-bromo- dan 2,6-dibromopiridin.

Reaksi radikal juga termasuk interaksi piridin dengan fenildiazonium hidrat (tindak balas Gomberg-Bachmann-Hay), mengakibatkan pembentukan campuran yang mengandungi 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- dan 15% 4-fenil-piridin.

Penggantian nukleofilik dalam piridin berlaku pada kedudukan 2 dan 4 dan lebih mudah daripada benzena, contohnya, sintesis 2-aminopyridine dengan bertindak balas piridin dengan natrium amida. (reaksi Chichibabina).

Pyridine, sebagai peraturan, tahan terhadap agen pengoksidaan, tetapi apabila terdedah kepada peracid, ia mudah membentuk piridin N-oksida, di mana ketumpatan elektron pada atom C-2 dan C-4 meningkat berbanding piridin.

Pada 300 0C, di bawah pengaruh FeCl3, piridin dioksidakan menjadi campuran dipiridil isomerik formula am C5H4N-C5H4N.

Penghidrogenan katalitik dengan kehadiran Pt atau Ni, pengurangan Na dalam alkohol, serta pengurangan elektrokimia membawa kepada piperidine (kaedah yang terakhir digunakan dalam industri). Pengurangan piridin yang lebih teruk disertai dengan belahan cincin dan deaminasi.

Nitrasi piridin berlaku di bawah tindakan kalium nitrat dan asid sulfurik pada 370 °C, membawa kepada b-nitropyridine. Sulfonasi piridin dilakukan dengan oleum dengan kehadiran merkuri sulfat pada suhu 220 °C; brominasi boleh dilakukan dengan tindakan larutan bromin dalam oleum pada 300 °C. Tidak mustahil untuk memasukkan pengganti kedua ke dalam gelang dengan cara ini. Pyridine tidak mengalami tindak balas Friedel-Crafts.

Dalam kimia piridin secara umum, dan dalam bahagian yang berkaitan dengan fungsinya menggunakan tindak balas penggantian elektrofilik, kemungkinan perubahannya menjadi N-oksida adalah sangat penting. Mari kita pertimbangkan struktur elektronik sebatian ini.

Analisis struktur resonans ini membawa kepada kesimpulan yang mengejutkan bahawa kumpulan N-oksida boleh bertindak berhubung dengan sistem p-elektron cincin sebagai penderma (baris atas struktur) dan sebagai penerima elektron, iaitu, ia boleh menyumbang kepada berlakunya kedua-dua tindak balas penggantian elektrofilik pada kedudukan a dan g, serta penambahan nukleofil pada kedudukan yang sama! Apa yang diperhatikan sebenarnya?

Pengaruh elektronik sebenar yang ditunjukkan oleh kumpulan ini bergantung kepada sifat reagen. Nitrasi piridin N-oksida berjalan dengan lebih mudah berbanding piridin itu sendiri - di bawah tindakan campuran asid nitrik dan asid sulfurik pada suhu 90 ° C, yang membawa kepada terbitan g-nitro dengan hasil 90%, yang sesuai dengan kesan pengaktifan kumpulan N-oksida . Sebaliknya, tindak balas sulfonasi berlaku dalam keadaan yang serupa dengan sulfonasi piridin itu sendiri, menghasilkan asid b-sulfonat. Arah tindak balas sulfonasi ini dijelaskan oleh penyelarasan SO3 pada atom oksigen kumpulan N-oksida, menukar kumpulan ini kepada penerima dan, oleh itu, meta-orientant.

Menukar piridin kepada N-oksidanya, tertakluk kepada tindak balas penggantian elektrofilik dan penyingkiran reduktif seterusnya atom oksigen N-oksida ialah pendekatan umum kepada sintesis pelbagai derivatif piridin yang digantikan secara fungsi yang tidak boleh disediakan terus daripada piridin. Oleh itu, pengurangan g-nitropyridine N-oksida dengan triphenylphosphine membawa kepada penyingkiran atom oksigen N-oksida, yang memungkinkan untuk mendapatkan 4-nitropyridine dalam hasil yang baik. Apabila g-nitropyridine N-oksida dikurangkan oleh besi dalam asid asetik, kumpulan nitro dan kumpulan N-oksida dikurangkan secara serentak, membawa kepada 4-aminopyridine. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kumpulan N-oksida juga memudahkan berlakunya tindak balas penggantian nukleofilik. Oleh itu, apabila N-oksida g-nitropyridine bertindak balas dengan hidrogen klorida atau hidrogen bromida, N-oksida g-halogenated pyridine terbentuk (cadangkan mekanisme tindak balas ini), tindak balas seterusnya dengan PCl3 membawa kepada penyingkiran Kumpulan N-oksida.

Apabila piridin N-oksida bertindak balas dengan sebatian organologam, penambahan berlaku terutamanya pada kedudukan 2, iaitu, dalam tindak balas ini kumpulan N-oksida sebenarnya mengaktifkan kedudukan ini berkenaan dengan serangan nukleofilik. Selepas merawat campuran tindak balas dengan air, derivatif piridin 2-tergantikan terbentuk dalam hasil yang tinggi.

Apabila piridin N-oksida bertindak balas dengan alkali dengan kehadiran oksigen atmosfera (agen pengoksida), a-hidroksipiridin oksida terbentuk. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa sebatian ini wujud dalam keseimbangan tautomerik dengan N-hydroxypyridone.

Garam alkilpiridinium bertindak balas dengan lebih mudah dengan reagen nukleofilik.

Interaksi garam piridinium dengan reagen nukleofilik juga boleh menyebabkan pembukaan cincin. Oleh itu, tindak balas methylpyridinium iodide dengan aniline membawa kepada sistem heterotriene terkonjugasi asiklik. Tindak balas ini mempunyai nilai persediaan.

Pyridine sendiri juga mampu menjalani tindak balas penambahan nukleofilik, tetapi, secara semula jadi, dalam keadaan yang lebih ketat. Daripada transformasi ini, tindak balas Chichibabin adalah yang paling penting persediaan - interaksi dengan natrium amida pada 130 ° C. Tindak balas ini berlaku melalui mekanisme penyingkiran tambahan dan produknya ialah a-aminopyridine. Apabila piridin bertindak balas dengan amida kalium, bersama-sama dengan a-aminopyridine, g-aminopyridine juga terbentuk.

Apabila dipanaskan hingga 400 °C, piridin bertindak balas dengan KOH untuk membentuk a-hydroxypyridine, tindak balas dengan phenyllithium berlaku pada 110 °C selama 8 jam dan selepas rawatan dengan air membawa kepada a-phenylpyridine.

Pengurangan piridin dan derivatifnya berlaku sama ada di bawah tindakan natrium logam dalam alkohol atau di bawah keadaan penghidrogenan pemangkin. Dalam kes ini, derivatif hexahydro piridin terbentuk, dan dalam kes piridin itu sendiri, piperidine.

b-Aminopyridine, apabila diazotisasi, membentuk garam diazonium yang agak stabil, yang boleh menjalani transformasi biasa untuk kelas sebatian ini, dengan dan tanpa pembebasan nitrogen. Sebaliknya, a- dan g-aminopyridines membentuk garam diazonium dengan susah payah, dan garam ini sendiri sangat tidak stabil.

Adalah menarik untuk membuat persamaan antara keupayaan hydroxypyridines dan hydroxyarenes untuk wujud dalam bentuk tautomeric oxo. Secara formal, proses mewujudkan keseimbangan sedemikian dalam derivatif piridin dan benzena harus diteruskan mengikut mekanisme yang sama dan terdiri daripada pemindahan proton daripada kumpulan hidroksi kepada cincin aromatik atau heteroaromatik. Proses ini tidak segerak tetapi berlaku dalam dua peringkat, yang pertama adalah deprotonasi, berlaku dengan penyertaan pelarut atau molekul arene lain dan, secara semula jadi, berjalan dengan lebih mudah semakin kuat asid kumpulan hidroksil itu. Memandangkan sifat kekurangan elektron teras piridin, boleh dikatakan bahawa keasidan hidroksipiridin adalah lebih tinggi daripada keasidan hidroksiarena dan, oleh itu, halangan pengaktifan dalam kes derivatif piridin akan lebih rendah. Peringkat kedua ialah protonasi. Oleh kerana pasangan elektron tunggal atom nitrogen dalam cincin piridin tersedia untuk serangan elektrofilik, khususnya untuk protonasi, dan terdapat cas negatif separa pada atom nitrogen itu sendiri (rujuk ms 43), boleh diandaikan bahawa peringkat ini harus dijalankan dengan lebih mudah dalam kes derivatif piridin. Mari kita pertimbangkan apakah transformasi ini harus membawa kepada bergantung kepada kedudukan kumpulan hidroksi dalam cincin piridin.

Seperti yang dapat dilihat dari rajah yang dibentangkan, dalam kes a- dan g-hydroxypyridines, urutan peringkat protonasi-deprotonasi membawa kepada bentuk keto; dengan kedudukan b kumpulan hidroksi, transformasi sedemikian adalah mustahil - ia mengakibatkan pembentukan zwitterion. Sesungguhnya, b-hydroxypyridine wujud dalam bentuk ini, seperti yang dibuktikan oleh takat lebur yang luar biasa tinggi dan keterlarutan rendah dalam pelarut organik. Sudah tentu, kedua-dua dalam kes hidroksiarena dan dalam kes hidroksipiridin, transformasi yang dimaksudkan membawa kepada kehilangan aromatik oleh molekul, tetapi atas sebab-sebab yang dinyatakan di atas, keseimbangan tautomerik ini adalah lebih ciri derivatif piridin.

Perlu diingatkan bahawa apabila kumpulan penderma tambahan dimasukkan ke dalam cincin aromatik, memudahkan protonasi, keseimbangan tautomerik keto-enol juga direalisasikan untuk hidroksiarena. Oleh itu, phleroglucinol - 1,3,5-trihydroxybenzene - wujud terutamanya dalam bentuk keto.

Piridin ialah bes yang lebih lemah daripada amina alifatik (Kb = 1.7.10-9). Larutan berairnya bertukar menjadi biru lakmus:

Apabila piridin bertindak balas dengan asid kuat, garam piridinium terbentuk:

Sifat aromatik. Seperti benzena, piridin mengalami tindak balas penggantian elektrofilik, tetapi aktivitinya dalam tindak balas ini lebih rendah daripada benzena disebabkan oleh elektronegativiti tinggi atom nitrogen. Piridin dinitratkan pada 300 °C dengan hasil yang rendah:

Atom nitrogen dalam tindak balas penggantian elektrofilik berkelakuan sebagai pengganti jenis ke-2, oleh itu penggantian elektrofilik berlaku dalam kedudukan meta.

Tidak seperti benzena, piridin mampu menjalani tindak balas penggantian nukleofilik, kerana atom nitrogen menarik ketumpatan elektron daripada sistem aromatik, dan kedudukan orto-para relatif kepada atom nitrogen habis elektron. Oleh itu, piridin boleh bertindak balas dengan natrium amida, membentuk campuran ortho- dan para-aminopyridines (tindak balas Chichibabin):

Penghidrogenan piridin menghasilkan piperidin, yang merupakan amina sekunder kitaran dan merupakan bes yang lebih kuat daripada piridin:

Homolog piridin adalah serupa dalam sifat kepada homolog benzena. Oleh itu, apabila rantai sampingan dioksidakan, asid karboksilik yang sepadan terbentuk:

Pyridine ialah wakil heterokitar enam anggota dengan satu heteroatom, iaitu atom nitrogen

Monomethylpyridines dipanggil picolines, dimethylpyridines dipanggil lutidines, dan trimethylpyridines dipanggil collidines. Cincin piridin tepu dipanggil piperidine.

Pyridine dikenali pada tahun 1851, apabila ia diasingkan daripada minyak tulang, dan sedikit kemudian - daripada tar arang batu (1854)

Kaedah penerimaan. Seperti yang telah dinyatakan, piridin dibebaskan daripada tar arang batu. Malangnya, kandungannya dalam sumber ini tidak melebihi 0.1%.

Daripada kaedah sintetik untuk menghasilkan piridin, yang paling penting adalah yang berdasarkan transformasi akrolein dan aldehid tepu dan tak tepu.

Menurut kaedah Chichibabin (1937), piridin yang digantikan diperoleh daripada aldehid dan ammonia (lebih baik menggunakan ammonia aldehid) dengan memanaskan pada suhu 250 o C dengan kehadiran ammonium asetat.

Aldehid tak tepu juga boleh bertindak balas dengan ammonia

Sintesis secara praktikal penting bagi piridin digantikan adalah berdasarkan pemanasan campuran hidrokarbon diena dan nitril pada 400 o C

Satu kaedah untuk menghasilkan piridin daripada asetilena dan ammonia telah dibangunkan Reppe. Tindak balas berlaku dengan kehadiran pemangkin nikel atau kobalt kompleks

Sebatian dengan cincin piridin tepu, piperidine, boleh disediakan dengan memanaskan pentamethylenediamine hydrochloride

Daripada sintesis yang lebih kompleks, kami membentangkan sintesis collidine mengikut Ganchu. Dalam sintesis ini, 2,4,6-trimethyl-1,4-dihydropyridine-3,5-dicarboxylic acid ethyl ester diperoleh daripada ester asetoasettik dan aldehid (dalam bentuk ammonia aldehid). Dalam produk yang terhasil, dua hidrogen dioksidakan dengan asid nitrus, dengan itu mencipta cincin piridin yang digantikan. Ini diikuti dengan peringkat hidrolisis dan dekarboksilasi

Sifat kimia. Pyridine ialah heksagon hampir sekata, semua atomnya terletak pada satah yang sama. Parameter geometri cincin piridin adalah serupa dengan cincin benzena

Atom karbon dalam piridin berada dalam sp 2 -keadaan hibrid. Untuk pembentukan sextet aromatik, lima karbon menyediakan satu p-elektron setiap satu, dan elektron keenam dibekalkan oleh atom nitrogen, yang tidak mengambil bahagian dalam hibridisasi. Paksi orbital ini berserenjang dengan satah lokasi semua atom dan ikatan cincin piridin. Daripada tiga orbital hibrid nitrogen, dua digunakan untuk membentuk σ -ikatan dengan dua atom karbon yang bersebelahan, dan orbital ketiga mengandungi sepasang elektron tunggal

Selaras dengan struktur yang diberikan, piridin ialah pembentukan kitaran rata dengan nombor Hückel R-elektron (4n+2=6 pada n=1) dan mempunyai sifat aromatik. Di samping itu, disebabkan oleh pasangan tunggal elektron nitrogen - asas.

Gambar struktur piridin dilengkapi dengan momen dipol yang ketara (2.26 D) piridin, disebabkan oleh elektronegativiti tinggi atom nitrogen, serta taburan ketumpatan yang tidak sekata π -awan elektron pada atom heterokitar. Menggunakan kaedah orbital molekul Hückel, taburan berikut diperolehi π -caj pada atom cincin piridin

Sebatian kitaran di mana kitaran dibentuk bukan sahaja oleh atom karbon, tetapi juga oleh atom unsur lain - heteroatom (O, S, N) - dipanggil heterosiklik. Sebatian heterosiklik dibahagikan mengikut saiz cincin dan bilangan heteroatom dalam cincin.

Di antara sebatian ini, sebatian heterosiklik lima dan enam anggota adalah yang paling penting. Sebatian heterosiklik biasa adalah bersifat aromatik. Walau bagaimanapun, kehadiran heteroatom menjejaskan taburan ketumpatan elektron. Sebagai contoh, dalam heterokitar lima anggota (furan, thiophene, pyrrole), ketumpatan elektron dialihkan daripada heteroatom ke arah cincin dan maksimum dalam kedudukan-a. Oleh itu, dalam kedudukan-a, tindak balas penggantian elektrofilik (S E) berlaku paling mudah.

Dalam cincin enam anggota (contohnya, piridin), heteroatom yang disambungkan kepada karbon oleh ikatan berganda menarik pada ketumpatan elektron-p bagi cincin, oleh itu ketumpatan elektron dalam molekul piridin dikurangkan dalam kedudukan a dan g. Ini konsisten dengan orientasi pilihan bahan tindak balas kepada kedudukan ini apabila penggantian nukleofilik (S N). Oleh kerana dalam piridin ketumpatan elektron lebih besar dalam kedudukan b, reagen elektrofilik berorientasikan kepada kedudukan b.

Apabila mengkaji heterokitar dengan dua heteroatom, beri perhatian khusus kepada pirimidin dan derivatifnya: urasil, timin, sitosin. Nukleus pirimidin terdapat dalam pelbagai produk semula jadi: vitamin, koenzim dan asid nukleik:

Penggantian elektrofilik untuk pirimidin berlaku pada kedudukan 5; nukleofilik (seperti piridin) terhalang dan atom karbon pada kedudukan 4 dan 6 diserang.

Sistem heterosiklik kompleks yang terdiri daripada dua heterokitar bersatu, pirimidin dan imidazole, dipanggil teras purin.

Kumpulan purin mendasari banyak sebatian, terutamanya asid nukleik, di mana ia masuk dalam bentuk asas purin: adenine (6-aminopurine) dan guanin (2-amino-6-hydroxypurine).

Yang menarik ialah terbitan oksigen purin - asid urik (2,6,8 - trioxypurine).

Kerja makmal No. 8

Matlamat kerja: kajian sifat kimia sebatian heterosiklik

Reagen dan peralatan:

1) Antipyrine,

2) FeCl 3 – 0.1 N,

3) amidopyrine,

4) H 2 SO 4 – 2n,

5) NaNO 2 – 0.5n,

6) piridin, NaOH – 2n,

7) asid urik, HCl – 2n,

8) larutan tepu NH 4 Cl,

9) asam pikrik sat. penyelesaian,

10) kertas litmus,

11) bromothymol blue,

12) mikroskop,

13) tabung uji.

Pengalaman 8.1 Tindak balas antipyrine dan amidopyrine (pyramidon)

Dengan besi(III) klorida

Letakkan beberapa kristal antipyrine dalam tabung uji, tambahkan dua titik air dan setitik 0.1 N. FeCl3. Warna merah jingga yang pekat dan tahan lama muncul serta-merta dan tidak pudar apabila berdiri. Sebagai perbandingan, letakkan beberapa kristal amidopyrine (pyramidon) dalam tabung uji lain. Tambah dua titik air dan satu titik 0.1N. FeCl3. Warna ungu muncul dan cepat hilang. Tambah tiga lagi titis besi (III) klorida sekali gus. Warna akan muncul semula, bertahan sedikit lebih lama, tetapi beransur-ansur pudar. Pewarnaan antipyrine daripada besi (III) klorida adalah disebabkan oleh pembentukan sebatian kompleks - ferropyrin.

Amidopyrine adalah turunan antipyrine. Atom hidrogen mudah alih pada kedudukan 4 digantikan dalam kes ini oleh kumpulan dimetilamino.

Penampilan warna adalah disebabkan oleh pengoksidaan amidopyrine dengan besi (III) klorida. Oleh itu, warna tidak stabil, dan lebihan besi (III) klorida merosakkan tindak balas.

Tindak balas di atas digunakan dalam amalan farmaseutikal untuk mengenali antipyrine dan amidopyrine dan membezakannya antara satu sama lain. Memandangkan ini, tindak balas ini harus dilakukan secara selari dalam dua tabung uji untuk perbandingan.

Pengalaman 8.2 Tindak balas antipyrine dan amidopyrine dengan asid nitrus

Letakkan beberapa kristal antipyrine dalam tabung uji, tambahkan dua titik air, satu titik 2N. H 2 SO 4 dan satu titisan 0.5 N. NaNO2. Warna hijau zamrud akan muncul, secara beransur-ansur hilang, terutamanya dengan cepat dengan lebihan relatif natrium nitrit. Sebagai perbandingan, letakkan beberapa kristal amidopyrine dalam tabung uji yang lain, tambahkan dua titik air, satu titik 2N. H 2 SO 4 dan satu titisan 0.5 N. NaNO2. Warna ungu yang sangat tidak stabil muncul. Jika warna hilang terlalu cepat, tambah sedikit lagi amidopyrine. Tindak balas dengan antipyrine berjalan mengikut persamaan:

Produk pengoksidaan berwarna dibentuk dengan amidopyrine.

Sama seperti tindak balas di atas dengan besi (III) klorida, kedua-dua tindak balas digunakan dalam amalan farmaseutikal untuk mengenali antipyrine dan amidopyrine dan membezakannya antara satu sama lain. Oleh itu, ia perlu dilakukan secara selari dalam dua tabung uji.

Pengalaman 8.3 Pemendakan ferum (III) hidroksida dengan larutan akueus

Piridin

Letakkan dua titik larutan akueus piridin ke dalam tabung uji dan tambahkan setitik 0.1 N FeCl 3 . Serpihan perang besi hidroksida Fe(OH) 3 segera memendakan dengan pembentukan garam piridin hidroklorida (piridin hidroklorida), yang mudah larut dalam air.

Pembentukan besi (III) hidroksida mengesahkan sifat asas piridin.

Tulis skema untuk pembentukan piridin hidroklorida (piridinium klorida) semasa interaksi piridin oksida hidrat dengan besi (III) klorida.

Pengalaman 8.4 Pembentukan piridin picrine

Dengan menggunakan pipet, masukkan satu titik larutan akueus piridin ke dalam tabung uji dan tambahkan tiga titik larutan akueus tepu asid pikrik. Apabila digoncang, kristal piridin pikrat yang jelas berbentuk jarum dikeluarkan secara beransur-ansur. Lebihan piridin, kristal larut.

Letakkan beberapa hablur pada slaid kaca, periksa di bawah mikroskop dan lakarkan bentuk hablur penyediaan yang terhasil dalam buku kerja.

Pembentukan piridin pikrat yang agak sukar larut juga mengesahkan sifat asas piridin. Tindak balas ini digunakan untuk mengenal pasti piridin (piridin pikrat cair pada 167 0 C).

Tulis skema untuk pembentukan piridin pikrat.

Pengalaman 8.5Keterlarutan asid urik dan garam natrium purata dalam air

Letakkan sedikit (di hujung spatula) asid urik dalam tabung uji. Tambah setitis demi setitik air, goncangkan tabung uji setiap kali.

Beri perhatian kepada keterlarutan asid urik yang lemah dalam air. Dalam air sejuk, asid urik hampir tidak larut: 1 bahagian daripadanya larut dalam 39,000 bahagian air.

Selepas menambah 8 titik air, pelarutan masih tidak ketara. Walau bagaimanapun, ia bernilai menambah hanya 1 titis 2N. NaOH, sebagai larutan keruh, serta-merta hilang disebabkan oleh pembentukan garam natrium tersubstitusi yang agak mudah larut. Simpan penyelesaian yang terhasil untuk eksperimen seterusnya.

Asid urik wujud dalam dua bentuk tautomerik:

Daripada bentuk laktim-enol, garam yang dipanggil asid urik, atau urat, terbentuk dengan alkali. Sebenarnya, ini bukan garam, tetapi enolat.

Sifat asid urik yang dinyatakan dengan sangat lemah menentukan bahawa daripada tiga atom hidrogen dalam bentuk enol yang mungkin secara teori, hanya dua yang boleh digantikan dengan natrium. Garam trisubstituted asid urik tidak diketahui.

Pengalaman 8.6 Pembentukan ammonium urat yang mudah larut

Kepada empat titis larutan jernih garam natrium tersubstitusi purata asid urik (eksperimen 8.5), tambahkan dua titis larutan ammonium klorida tepu. Mendakan putih ammonium urat serta-merta memendakan. Simpan mendakan ini untuk eksperimen pengasingan asid urik percuma yang berikutnya (eksperimen 8.7).

Tulis skema tindak balas, dengan mengambil kira bahawa kedua-dua ion natrium digantikan dalam natrium urat oleh ion ammonium.

Pengalaman 8.7 Penguraian urat di bawah pengaruh asid mineral (pelepasan asid urik kristal)

Dengan menggunakan pipet, sapukan satu titis larutan keruh yang mengandungi ammonium urat pada slaid kaca (eksperimen 8.6). Tambah satu titisan 2N ke tengah titisan. HCl. Pembubaran separa mendakan diperhatikan.

Apabila diperiksa di bawah mikroskop, ketulan kekuningan ammonium urat yang belum terurai dan kristal ciri asid urik yang baru terbentuk dalam bentuk prisma memanjang, mengingatkan batu asahan, kelihatan. Lukiskan bentuk hablur ubat yang terhasil dalam jurnal kerja.

Pemendapan hablur asid urik dalam badan (batu kencing, nod gouty, dll.) berlaku di bawah pengaruh perubahan dalam tindak balas persekitaran ke arah peningkatan keasidan.

Tulis rajah untuk pengasingan asid urik daripada garamnya.

Kerja makmal No. 9.

Pembebasan kafein daripada teh

Matlamat kerja: mengasingkan dan mengkaji beberapa sifat kimia sebatian heterosiklik - kafein

Reagen dan peralatan:

1) teh hitam

2) serbuk magnesium oksida

4) cawan porselin

5) larutan pekat HNO 3

6) larutan ammonia pekat

Eksperimen 9.1.Sublimasi kafein.

Letakkan 1 sudu teh teh hitam yang dikisar dalam mortar dan 2 g magnesium oksida ke dalam mangkuk porselin atau logam. Campurkan kedua-dua bahan dan letakkan mangkuk pijar pada jubin. Pemanasan hendaklah sederhana. Cawan porselin dengan air sejuk diletakkan di atas mangkuk pijar. Dengan kehadiran magnesium oksida, kafein menjadi sublim. Setelah berada di permukaan yang sejuk, kafein mengendap di bahagian bawah cawan dalam bentuk kristal tidak berwarna. Hentikan pemanasan, keluarkan cawan dengan teliti dari mangkuk pijar dan kikis kristal ke dalam kelalang bersih.

Pengalaman 9.2Reaksi kualitatif terhadap kafein.

Beberapa hablur kafein diletakkan di atas pinggan porselin dan satu titik asid nitrik pekat ditambah. Panaskan pinggan sehingga adunan kering di atasnya. Pada masa yang sama, kafein mengoksida dan bertukar menjadi asid amali, berwarna oren. Tambah sepuluh titis ammonia pekat kepadanya, garam merah berubah menjadi ungu terbentuk. Garam ini dipanggil murexide, dan tindak balasnya dipanggil murexide.

Tulis persamaan tindak balas.

Soalan untuk kawalan

1. Apakah sebatian yang dipanggil heterosiklik?

2. Pengelasan sebatian heterosiklik?

3. Bagaimanakah aromatik sebatian heterosiklik dinyatakan?

4. Tulis formula heterokitar yang membentuk asid amino.

5. Peranan biologi purin dan pirimidin.

Mol. m. 79.1; tidak berwarna cecair dengan ciri-ciri tertentu bau; m.p. -42.7 0 C, bp. 115.4°C/760 mm Hg. Seni., 13.2°C/10mmHg; 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); Dengan p 135.62 kJ/mol K) (17 0 C), - 2783 kJ/mol. Bercampur baur dalam semua segi dengan air dan kebanyakan org. r-peruncit; membentuk campuran azeotropik dengan air (bp 94 0 C, 58% mengikut berat P.).

P.-asas ( R K a 5.20). Daripada inorg. yang membentuk garam yang stabil dengan alkil halida -garam pyridinium , dengan halida logam, SO 2, SO 3, Br 2, H 2 sebatian kompleks O. Derivatif ciri: (C 5 H 5 N HCl) 2 PtCl 2 (mp 262-264 0 C, dengan penguraian), C 5 H 5 N HCl 2HgCl 2 (mp 177-178 0 C ).

Ia adalah aromatik. suci engkau; mengandungi 6p-elektron, membentuk satu sistem tertutup, di mana, disebabkan oleh negatif induksi kesan atom N, ketumpatan elektron atom C, terutamanya dalam kedudukan 2, 4 dan 6, dikurangkan (heterocycle kekurangan-p).

Elektrof. penggantian berjalan dengan kesukaran yang besar (P. hampir dengan nitrobenzena dalam keupayaannya untuk elektrof. penggantian) dan pergi ke kedudukan 3. Kebanyakan tindak balas ini berlaku dalam persekitaran berasid, di mana sebatian asal. Ia bukan lagi P. dirinya, tetapi garamnya. P. dinitratkan hanya di bawah pengaruh NaNO 3 atau KNO 3 dalam pengasapan H 2 SO 4 pada suhu 300 0 C, membentuk 3-nitropyridine dengan hasil yang kecil; tersulfonasi dengan oleum dengan kehadiran Hg sulfat pada 220-270 0 C kepada asid piridin-3-sulfonat. Apabila P. terdedah kepada merkuri asetat pada 155 0 C, 3-piridilmerkuri asetat terbentuk; pada suhu yang lebih tinggi, derivatif di- dan polysubstituted. Tindakan Br 2 dalam oleum pada 300 0 C membawa kepada campuran 3-bromo- dan 3,5-dibromo-piridin. Pada suhu yang lebih tinggi (lebih kurang 500 0 C), tindak balas diteruskan melalui mekanisme radikal; hasil larutan ialah 2-bromo- dan 2,6-dibromopiridin. Tindak balas radikal juga termasuk interaksi P. dengan fenildiazonium hidrat (tindak balas Gomberg-Bachmann-Hey), mengakibatkan pembentukan campuran yang mengandungi 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- dan 15% 4-fenil-piridin .

penggantian nukleofilik dalam P. berlaku pada kedudukan 2 dan 4 dan lebih mudah daripada benzena, contohnya, sintesis 2-aminopyridine apabila P. bertindak balas dengan natrium amida (lihat. Reaksi Chichibabina ).

P., sebagai peraturan, tahan terhadap agen pengoksidaan, tetapi apabila terdedah kepada peracid, ia mudah membentuk piridin N-oksida (lihat. Amina N-oksida) di mana ketumpatan elektron pada atom C-2 dan C-4 meningkat berbanding P. Pada 300 0 C di bawah pengaruh FeCl 3 P. dioksidakan menjadi campuran dipiridil isomer formula am C 5 H 4 N-C 5 H 4 N. Pemangkin penghidrogenan dengan kehadiran Pt atau Ni, pengurangan Na dalam alkohol, serta elektrokimia. pengurangan membawa kepada piperidine (kaedah terakhir digunakan dalam industri). Pengurangan P. yang lebih teruk disertai dengan pembelahan kitaran dan deaminasi.

Penambahan karben kepada P. atau penyahprotonan ion N-alkylpyridinium membawa kepada pyridinium ylides jenis umum I, interaksi P. dengan nitrenes atau deprotonasi garam N-aminopyridinium membawa kepada pyridinium imines jenis umum II.

Samb. Kedua-dua jenis mudah masuk ke dalam tindak balas sikloadisi ciri sistem 1,3-dipolar. P. diasingkan terutamanya daripada Kam.-Ug. resin (kandungan lebih kurang 0.08%), produk penyulingan kering kayu, gambut atau tulang. Secara sintetik boleh jadi jejak diterima tindak balas:

P. dan terbitannya - asas alkaloid piridin , dan juga ramai lagi. perkahwinan perubatan. P. juga digunakan dalam sintesis pewarna dan racun serangga, dan digunakan untuk denaturasi alkohol. Kompleks P. dengan SO 3 - piridin sulfotrioksida - agen sulfonating lembut; C 5 H 5 NBr 2 ·Ejen pembrominasian HBr; C 5 H 5 N HCl ialah reagen untuk penyahhidratan epoksida dan N-dealkilasi, C 5 H 5 N H 2 Cr 2 O 7 ialah agen pengoksidaan. P. ialah pelarut yang baik, termasuk. untuk jamak inorg. garam (AgBr, Hg 2 Cl 2, dll.). MPC wap P. di udara ~ 0.005 mg/l, suhu pencucuhan. 23.3 0 C.

P. pertama kali diasingkan oleh T. Andersen pada tahun 1849 daripada minyak tulang; Struktur P. telah ditubuhkan oleh J. Dewar dan P. Kerner pada tahun 1869.

Untuk terbitan P., lihat