PYRIDÍN: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE, TOXICITA, SYNTÉZA - CHÉMIA - 2025

Pyridín je aromatický amin, ktorý má na chemický vzorec C ₅ H ₅ N je verzia dusíkaté benzénu, ako -CH bol nahradený atómom dusíka (N). Spolu s pyrolom tvorí pyridín skupinu najjednoduchších aromatických amínov zo všetkých.

Pyridín sa pôvodne vyrábal z uhoľného dechtu, ale išlo o metódu s nízkym výťažkom. To viedlo k vytvoreniu niekoľkých metód pre ich chemickú syntézu, prevažujúcich pri ktorých sa používa reakcia formaldehydu, acetaldehydu a amoniaku.

Štruktúrny vzorec pyridínu. Zdroj: Calvero. / Verejná doména

Pyridín prvýkrát získal škótsky chemik Thomas Anderson (1843), ktorý zahrievaním živočíšneho mäsa a kostí produkoval olej, z ktorého sa čistil pyridín.

Thomas Anderson (júl 1819)

Pyridín sa používa ako surovina na syntézu zlúčenín, ktoré eliminujú a regulujú množenie hmyzu, húb, bylín atď. Používa sa tiež pri výrobe mnohých liekov a vitamínov, ako aj ako rozpúšťadlo.

Pyridín je toxická zlúčenina, ktorá môže chronicky poškodiť funkciu pečene, obličiek a centrálneho nervového systému. Pyridín môže vstúpiť do tela požitím, inhaláciou a difúziou cez kožu. V chemickej oblasti je známe, že je to látka schopná spôsobiť impotenciu u mužov.

Štruktúra pyridínu

molekulárnej

Molekulárna štruktúra pyridínu. Zdroj: Benjah-bmm27 / verejné vlastníctvo

Horný obrázok ukazuje molekulárnu štruktúru pyridínu predstavovanú modelom guľôčok a tyčiniek. Ako je vidieť, jej molekula je veľmi podobná molekule benzénu, s jediným rozdielom, že má jeden zo svojich uhlíkov (čierne gule) nahradený dusíkom (modrá guľa).

Dusík, ktorý je viac elektronegatívny, priťahuje elektrónovú hustotu smerom k sebe, čo vytvára trvalý dipólový moment v pyridíne. Pyridínové molekuly preto interagujú prostredníctvom dipól-dipólových síl.

Atómy vodíka sú oblasti chudobné na elektróny, takže budú orientované v smere atómu dusíka susednej molekuly.

kryštalický

Kryštalická štruktúra pyridínu. Zdroj: Orci / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pyridínové molekuly majú nielen dipól-dipólové sily, ale tiež interakcie aromatických kruhov. Tieto molekuly sa teda dokážu usporiadať tak, aby vytvorili kryštál s ortorombickou štruktúrou (horný obrázok) pri teplote -41,6 ° C.

Pyridínové vlastnosti

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

Fyzický vzhľad

Bezfarebná tekutina so štipľavým zápachom, podobná rybe.

Molárna hmota

79,1 g / mol

Hustota

0,9819 g / ml

Bod topenia

-41,6 ° C

Bod varu

115,2 ° C

rozpustnosť

Je miešateľný s vodou a tiež s alkoholom, éterom, petroléterom, olejmi a mnohými organickými tekutinami všeobecne.

Tlak vodnej pary

16 mmHg pri 20 ° C

Hustota pár

2,72 vzhľadom na vodu = 1

Index lomu (n

1,5093

Viskozita

0,88 cP

Dipólového momentu

2.2 D

bod zapálenia

21 ° C

Teplota samovznietenia

482 ° C

rozklad

Po zahriatí na rozklad sa uvoľňuje kyanidový dym.

korózie

Pyridín v tekutej forme napáda niektoré formy plastov, gumy a povlaky.

pH

8,5 (0,2 M roztok vo vode)

Základnosť a reaktivita

Pyridín je slabá báza. Je to terciárny amín, ktorého 0,2 M roztok vo vode vytvára pH 8,5. Má nízku afinitu pre elektróny v dôsledku elektronegativity dusíka, takže jeho uhlíky obvykle nepodliehajú elektrofilnej substitúcii.

Pyridín podlieha nukleofilnej substitúcii, výhodne v _{polohách C4} a C2 kruhu. Vďaka svojej schopnosti darovať elektróny je pyridín odolnejší voči oxidácii ako benzén a prudko reaguje s kyselinou sírovou, kyselinou dusičnou a anhydridom kyseliny maleínovej.

Použitie pyridínu

pesticídy

Pyridín je prekurzorom herbicídov Paraquat a Diquat. Rovnakým spôsobom sa používa na syntézu insekticídu Chlorpyrifos, ktorého počiatočným krokom je chlorácia pyridínu. Je to tiež východisková surovina na získanie fungicídu na báze pyritiónu.

Solventný

Pyridín je polárne rozpúšťadlo, ktoré sa používa na dehalogenačné reakcie a na extrakciu antibiotík. Pyridín sa používa ako rozpúšťadlo v priemysle výroby farieb a gumy a tiež vo výskumných laboratóriách ako rozpúšťadlo pri extrakcii rastlinných hormónov.

Liek

Pyridín slúži ako východiskový bod v syntéze cetylpyridínium a laurylpyridínium, zlúčenín, ktoré sa používajú ako antiseptiká v produktoch ústnej a zubnej starostlivosti. Pyridínová molekula je súčasťou chemickej štruktúry mnohých liekov.

Napríklad esmeprazol, ktorý sa používa na liečbu gastroezofageálneho refluxu. Loratidín je ďalší liek pripravený na základe pyridínu, známy pod menom Claritin, ktorý sa používa na liečbu alergických procesov.

Pyridínové tablety (fenazopyridín) sa používajú na symptomatické liečenie podráždenia močových ciest, ktoré je v niektorých prípadoch sprevádzané bolesťou, pálením a nutkaním na močenie. Fenazopyridín je farbivo, ktoré pôsobí ako analgetikum v močovom trakte.

Diacylhydrazín je derivát pyridínu, ktorý má antibakteriálnu aktivitu, ktorá pôsobí na gramnegatívne baktérie, ako je E. coli, a grampozitívne baktérie, ako je S. albus.

Pyridín slúži ako základ pre tiazolopyridín, zlúčeninu s antivírusovou aktivitou, najmä proti vírusu p-Mass chrípky. 2-Acetylpyridín, derivát pyridínu, má veľkú protinádorovú aktivitu a je inhibítorom leukémie.

iní

Pyridín sa používa na výrobu vitamínov, výrobkov z gumy, lepidiel, farieb a insekticídov. Používa sa tiež pri denaturácii alkoholu a pri farbení niektorých textílií.

20% pyridínu sa používa na prípravu piperidínu. Piperidín sa podieľa na vulkanizácii a poľnohospodárstve.

Pyridín sa tiež používa pri syntéze polykarbonátových živíc, ako aromatická prísada do potravín a ako činidlo na detekciu kyanidu.

toxicita

- Pyridín vstupuje do tela hlavne inhaláciou a difúziou cez kožu. Akútna expozícia pyridínu môže spôsobiť podráždenie očí a pokožky a popáleniny pri kontakte.

- Pyridín môže spôsobiť dermatitídu a alergie na koži. Vývin alergie môže byť sprevádzaný svrbením a vyrážkou.

- Vdýchnutie pyridínu môže spôsobiť podráždenie nosa a hrdla, sprevádzané kašľom a sipotom pri astmatickom dýchaní.

- Pri požití môže pyridín spôsobiť nevoľnosť, zvracanie, hnačku a bolesť brucha. Podobne zahrnutie vysokej dávky pyridínu do tela môže spôsobiť: bolesti hlavy, únavu, mdloby, závraty, závraty, zmätenosť a nakoniec kómu a smrť.

- Orgánmi najviac zasiahnutými účinkom pyridínu sú pečeň, obličky, mužské pohlavné orgány a centrálny nervový systém. Môže tiež pôsobiť na kostnú dreň, čím vyvoláva tvorbu krvných doštičiek. Pri pokusoch na zvieratách nebol dokázaný karcinogénny účinok pyridínu.

OSHA stanovila expozičný limit vo vzduchu 5 ppm za 8-hodinovú pracovnú smenu.

syntéza

Prvé spôsoby získania pyridínu boli založené na jeho extrakcii z organických materiálov. Thomas Anderson (1843) prvýkrát získal pyridín zahrievaním živočíšneho mäsa a kostí. V prvej fáze Anderson vyrobil olej, z ktorého sa mu podarilo destilovať pyridín.

Tradične sa pyridín získaval z uhoľného dechtu alebo splyňovaním uhlia. Tieto postupy boli ťažkopádne a málo výnosné, pretože koncentrácia pyridínu v týchto surovinách bola veľmi nízka. Preto bola potrebná metóda syntézy.

Chichibabinová metóda

Aj keď existuje veľa spôsobov syntézy pyridínu, stále sa používa najmä chichibabínový postup zavedený v roku 1923. Pri tomto spôsobe sa pyridín syntetizuje reakciou formaldehydu, acetaldehydu a amoniaku, ktoré sú lacnými činidlami.

V prvom stupni formaldehyd a acetaldehyd reagujú za vzniku akroleínovej zlúčeniny, pri Knoevenaglovej kondenzačnej reakcii, za vzniku vody.

Kondenzácia pyridínu z akroleínu a acetaldehydu

Nakoniec, v druhom stupni, akroleín reaguje s formaldehydom a amoniakom za vzniku dihydropyridínu. Následne sa dihydropyridín oxiduje na pyridín pri reakcii pri 350 až 550 ° C v prítomnosti pevného katalyzátora, napríklad oxidu kremičitého a oxidu hlinitého.

reakcie

Elektrofilné substitúcie

Tieto substitúcie sa zvyčajne nevyskytujú kvôli nízkej elektrónovej hustote pyridínu.

Sulfanácia je ťažšia ako nitrácia. Ale ľahšie sa vyskytuje bromácia a chlorácia.

Pyridín-N-oxid

Miesto oxidácie v pyridíne je atóm dusíka, oxidácia je produkovaná perkyselinami (kyseliny, ktoré majú skupinu OOH). Oxidácia dusíka podporuje elektrofilnú substitúciu pyridínu v uhlíkoch 2 a 4.

Nukleofilné substitúcie

Pyridín môže podstúpiť rôzne nukleofilné substitúcie kvôli nízkej hustote elektrónov pyridínových kruhových uhlíkov. Tieto substitúcie sa vyskytujú ľahšie v molekule pyridínu modifikovanej brómom, chlórom, fluórom alebo kyselinou sulfónovou.

Zlúčeniny, ktoré vykonávajú nukleofilné ataky na pyridín, sú zvyčajne: alkoxidy, tioláty, amíny a amoniak.

Radikálne reakcie

Pyridín môže byť dimerizovaný radikálovými reakciami. Radikálna dimerizácia pyridínu sa uskutočňuje pomocou elementárneho sodíka alebo Raneyovho niklu, ktorý je schopný produkovať 4,4'-biperidín alebo 2,2'-biperidín.

Reakcia na atóm dusíka

Kyseliny sa podľa Lewisa ľahko pridávajú k atómu dusíka pyridínu za vzniku pyridíniových solí. Pyridín je Lewisova báza, ktorá daruje pár elektrónov.

Hydrogenácia a redukcia

Piperidín sa vyrába hydrogenáciou pyridínu niklom, kobaltom alebo ruténium. Táto reakcia sa uskutočňuje pri vysokých teplotách sprevádzaných použitím katalyzátora.

Referencie

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
3. Morrison a Boyd. (1987). Organická chémia. (Piate vydanie). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Pyridín. Obnovené z: en.wikipedia.org
5. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2020). Pyridín. PubChem Database., CID = 1049. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Laura Foist. (2020). Pyridín: Štruktúra, vzorec a fyzikálne vlastnosti. Štúdia. Obnovené z: study.com
7. Ataf Ali Altaf, Adnan Shahzad, Zarif Gul, Nasir Rasool, Amin Badshah, Bhajan Lal, Ezzat Khan. (2015). Prehľad medicínskeho významu derivátov pyridínu. Journal of Drug Design and Medicinal Chemistry. Vol. 1, No. 1, pp. 1-11. doi: 10,11648 / j.jddmc.20150101.11
8. WebMD. (2020). Pyridínová tableta. Obnovené z: webmd.com
9. New Jersey Department of Health and Senior Services. (2002). Pyridín. , Získané z: nj.gov