PYRIDIN: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, TOXICITA, SYNTÉZA - CHEMIE - 2025

Pyridin je aromatický amin, který má na chemický vzorec C ₅ H ₅ N je verze dusíkaté benzenu, jako -CH byl nahrazen atomem dusíku (N). Spolu s pyrrolem tvoří pyridin skupinu nejjednodušších aromatických aminů všech.

Pyridin byl původně vyráběn z černouhelného dehtu, ale šlo o metodu s nízkým výtěžkem. To vedlo k vytvoření několika metod pro jejich chemickou syntézu, převažující metody, při nichž se používá reakce formaldehydu, acetaldehydu a amoniaku.

Strukturální vzorec pyridinu. Zdroj: Calvero. / Veřejná doména

Pyridin poprvé získal skotský chemik Thomas Anderson (1843), který zahříváním živočišného masa a kostí produkoval olej, ze kterého byl pyridin vyčištěn.

Thomas Anderson (červenec 1819)

Pyridin se používá jako surovina pro syntézu sloučenin, které eliminují a řídí proliferaci hmyzu, hub, bylin atd. Používá se také při výrobě řady léků a vitamínů a používá se také jako rozpouštědlo.

Pyridin je toxická sloučenina, která může chronicky poškodit funkce jater, ledvin a centrálního nervového systému. Pyridin může vstoupit do těla požitím, inhalací a difuzí kůží. V chemické oblasti je známo, že je látkou schopnou způsobit impotenci u lidí.

Struktura pyridinu

Molekulární

Molekulární struktura pyridinu. Zdroj: Benjah-bmm27 / Public domain

Horní obrázek ukazuje molekulární strukturu pyridinu představovanou modelem sfér a tyčí. Jak je vidět, jeho molekula je velmi podobná molekule benzenu, s jediným rozdílem, že má jeden ze svých uhlíků (černé koule) nahrazen dusíkem (modrá koule).

Dusík, který je více elektronegativní, přitahuje elektronovou hustotu směrem k sobě, což vytváří trvalý dipólový moment v pyridinu. Pyridinové molekuly proto interagují prostřednictvím dipól-dipólových sil.

Atomy vodíku jsou oblasti chudé na elektrony, takže budou orientovány ve směru atomu dusíku sousední molekuly.

Krystalický

Krystalická struktura pyridinu. Zdroj: Orci / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pyridinové molekuly mají nejen dipól-dipólové síly, ale také interakce aromatických kruhů. Tyto molekuly se tedy dokáží správně uspořádat tak, aby vytvořily krystal s ortorombickou strukturou (horní obrázek) při teplotě -41,6 ° C.

Pyridinové vlastnosti

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

Fyzický vzhled

Bezbarvá kapalina s štiplavým zápachem, podobná rybám.

Molární hmotnost

79,1 g / mol

Hustota

0,9819 g / ml

Bod tání

-41,6 ° C

Bod varu

115,2 ° C

Rozpustnost

Je mísitelný s vodou a také s alkoholem, etherem, petroletherem, oleji a mnoha organickými tekutinami obecně.

Tlak páry

16 mmHg při 20 ° C

Hustota par

2,72 vzhledem k vodě = 1

Index lomu (n

1,5093

Viskozita

0,88 cP

Dipolový moment

2.2 D

bod vznícení

21 ° C

Teplota samovznícení

482 ° C

Rozklad

Při zahřátí na rozklad se uvolňuje kyanidový kouř.

Koroze

Pyridin v kapalné formě napadá některé formy plastů, kaučuků a povlaků.

pH

8,5 (0,2 M roztok ve vodě)

Základy a reaktivita

Pyridin je slabá báze. Je to terciární amin, jehož 0,2 M roztok ve vodě produkuje pH 8,5. Má nízkou afinitu pro elektrony díky elektronegativitě dusíku, takže jeho uhlíky obvykle nepodstupují elektrofilní substituci.

Pyridin podléhá nukleofilní substituci, s výhodou v _{polohách C4} a C2 kruhu. Díky své schopnosti darovat elektrony je pyridin odolnější vůči oxidaci než benzen a prudce reaguje s kyselinou sírovou, kyselinou dusičnou a maleinanhydridem.

Použití pyridinu

Pesticidy

Pyridin je prekurzorem herbicidů Paraquat a Diquat. Stejným způsobem se používá pro syntézu insekticidu Chlorpyrifos, jehož počátečním krokem je chlorace pyridinu. Je to také výchozí surovina pro získání fungicidu na bázi pyrithionu.

Solventní

Pyridin je polární rozpouštědlo, které se používá pro dehalogenační reakce a extrakci antibiotik. Pyridin se používá jako rozpouštědlo v malířském a gumárenském průmyslu a také ve výzkumných laboratořích jako rozpouštědlo při extrakci rostlinných hormonů.

Lék

Pyridin slouží jako výchozí bod v syntéze cetylpyridinia a laurylpyridinia, sloučenin, které se používají jako antiseptika v přípravcích pro ústní a zubní péči. Pyridinová molekula je součástí chemické struktury mnoha léčiv.

Například esmeprazol, používaný k léčbě gastroezofageálního refluxu. Loratidin je další lék připravený na bázi pyridinu, známý pod názvem Claritin, který se používá jako léčba alergických procesů.

Pyridinové tablety (fenazopyridin) se používají při symptomatické léčbě podráždění močových cest, které je v některých případech doprovázeno bolestí, pálením a nutkáním k močení. Fenazopyridin je barvivo, které působí jako analgetikum v močovém traktu.

Diacylhydrazin je derivát pyridinu, který má antibakteriální aktivitu, která působí na gramnegativní bakterie, jako je E. coli, a grampozitivní bakterie, jako je S. albus.

Pyridin slouží jako základ pro thiazolopyridin, sloučeninu s antivirovou aktivitou, zejména proti viru p-Mass chřipky. 2-Acetylpyridin, derivát pyridinu, má velkou protinádorovou aktivitu a je inhibitorem leukémie.

Ostatní

Pyridin se používá při výrobě vitamínů, gumárenských výrobků, lepidel, barev a insekticidů. Používá se také při denaturaci alkoholu a při barvení některých textilií.

Při přípravě piperidinu se používá 20% pyridinu. Piperidin se podílí na vulkanizaci a zemědělství.

Pyridin se také používá při syntéze polykarbonátových pryskyřic, jako aromata potravin a jako činidlo pro detekci kyanidu.

Toxicita

- Pyridin vstupuje do těla hlavně inhalací a difuzí kůží. Akutní expozice pyridinu může způsobit podráždění očí a kůže a popáleniny při kontaktu.

- Pyridin může způsobit dermatitidu a alergie na kůži. Vývoj alergie může být doprovázen kromě svědění a vyrážky.

- Vdechnutí pyridinu může způsobit podráždění nosu a krku, doprovázené kašlem a sípáním při astmatickém dýchání.

- Při požití může pyridin způsobit nevolnost, zvracení, průjem a bolesti břicha. Podobně může začlenění vysoké dávky pyridinu do těla způsobit: bolesti hlavy, únavu, mdloby, závratě, závratě, zmatek a nakonec kómu a smrt.

- Orgány, které jsou nejvíce ovlivněny působením pyridinu, jsou játra, ledviny, mužské genitálie a centrální nervový systém. Může také působit na kostní dřeň a vyvolat tvorbu krevních destiček. Karcinogenní účinek pyridinu nebyl při pokusech na zvířatech prokázán.

OSHA stanovila mezní expozici ve vzduchu 5 ppm za 8 hodinovou pracovní směnu.

Syntéza

První způsoby získání pyridinu byly založeny na jeho extrakci z organických materiálů. Thomas Anderson (1843) nejprve získal pyridin zahříváním živočišného masa a kostí. V první fázi Anderson vyprodukoval olej, ze kterého se mu podařilo destilovat pyridin.

Tradičně byl pyridin získáván z černouhelného dehtu nebo zplyňování uhlí. Tyto postupy byly těžkopádné a málo výnosné, protože koncentrace pyridinu v těchto surovinách byla velmi nízká. Byla tedy potřeba metoda syntézy.

Chichibabinová metoda

Ačkoli existuje mnoho metod pro syntézu pyridinu, stále se používá hlavně chichibabinový postup zavedený v roce 1923. Při této metodě je pyridin syntetizován reakcí formaldehydu, acetaldehydu a amoniaku, což jsou levné reagenty.

V prvním stupni formaldehyd a acetaldehyd reagují za vzniku akroleinové sloučeniny, při Knoevenagelově kondenzační reakci, za vzniku vody.

Kondenzace pyridinu z akroleinu a acetaldehydu

Nakonec ve druhém stupni akrolein reaguje s formaldehydem a amoniakem za vzniku dihydropyridinu. Následně se dihydropyridin oxiduje na pyridin při reakci při 350 až 550 ° C v přítomnosti pevného katalyzátoru, například oxidu křemičitého-aluminy.

Reakce

Elektrofilní substituce

K těmto substitucím obvykle nedochází kvůli nízké hustotě pyridinu.

Sulfanace je obtížnější než nitrace. Ale bromace a chlorace se vyskytují snadněji.

Pyridin-N-oxid

Místem oxidace v pyridinu je atom dusíku, oxidace je vytvářena perkyselinami (kyseliny, které mají skupinu OOH). Oxidace dusíku podporuje elektrofilní substituci na uhlících 2 a 4 pyridinu.

Nukleofilní substituce

Pyridin může podstoupit různé nukleofilní substituce kvůli nízké hustotě elektronů pyridinových kruhových uhlíků. Tyto substituce se vyskytují snadněji v molekule pyridinu modifikované bromem, chlorem, fluorem nebo kyselinou sulfonovou.

Sloučeniny, které provádějí nukleofilní útoky na pyridin, jsou obvykle: alkoxidy, thioláty, aminy a amoniak.

Radikální reakce

Pyridin může být dimerizován radikálovými reakcemi. Radikální dimerizace pyridinu se provádí pomocí elementárního sodíku nebo Raneyova niklu, přičemž je schopen produkovat 4,4'-biperidin nebo 2,2'-biperidin.

Reakce na atom dusíku

Kyseliny se podle Lewise snadno přidají k atomu dusíku pyridinu za vzniku pyridiniových solí. Pyridin je Lewisova báze, která daruje pár elektronů.

Hydrogenace a redukční reakce

Piperidin se vyrábí hydrogenací pyridinu niklem, kobaltem nebo rutheniem. Tato reakce se provádí při vysokých teplotách za použití katalyzátoru.

Reference

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
3. Morrison a Boyd. (1987). Organická chemie. (Páté vydání). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Pyridin. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2020). Pyridin. PubChem Database., CID = 1049. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Laura Foistová. (2020). Pyridin: Struktura, vzorec a fyzikální vlastnosti. Studie. Obnoveno z: study.com
7. Ataf Ali Altaf, Adnan Shahzad, Zarif Gul, Nasir Rasool, Amin Badshah, Bhajan Lal, Ezzat Khan. (2015). Přehled medicinálního významu derivátů pyridinu. Žurnál designu léčiv a lékařské chemie. Vol. 1, No. 1, pp. 1-11. doi: 10.11648 / j.jddmc.20150101.11
8. WebMD. (2020). Pyridin Tablet. Obnoveno z: webmd.com
9. New Jersey ministerstvo zdravotnictví a služeb pro seniory. (2002). Pyridin.. Obnoveno z: nj.gov