PIRIDĪNS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMI, TOKSICITĀTE, SINTĒZE - ĶĪMIJA - 2025

Piridīns ir aromātisks amīns, kam ir ķīmiskā formula C ₅ H ₅ N ir versiju slāpekli benzola, kā -CH ir aizstāta ar slāpekļa atomu (N). Kopā ar pirolu piridīns veido visu vienkāršāko aromātisko amīnu grupu.

Piridīnu sākotnēji ražoja no akmeņogļu darvas, taču tā bija metode ar zemu ražu. Tā rezultātā tika izveidotas vairākas metodes tās ķīmiskai sintēzei, dominējot metodēm, kurās izmanto formaldehīda, acetaldehīda un amonjaka reakciju.

Piridīna strukturālā formula. Avots: Calvero. / Publiskais īpašums

Piridīnu vispirms ieguva skots ķīmiķis Tomass Andersons (1843), kurš, karsējot dzīvnieku gaļu un kaulus, ieguva eļļu, no kuras tika attīrīts piridīns.

Tomass Andersons (1819. gada jūlijs)

Piridīnu izmanto kā izejvielu savienojumu sintēzei, kas novērš un kontrolē kukaiņu, sēnīšu, augu utt. To izmanto arī daudzu zāļu un vitamīnu ražošanā, kā arī kā šķīdinātāju.

Piridīns ir toksisks savienojums, kas hroniski var bojāt aknas, nieres un centrālās nervu sistēmas darbību. Piridīns var iekļūt ķermenī norijot, ieelpojot un izkliedējot caur ādu. Ķīmiskajā jomā ir zināms, ka tā ir viela, kas vīriešiem var izraisīt impotenci.

Piridīna struktūra

Molekulāri

Piridīna molekulārā struktūra. Avots: Benjah-bmm27 / Publiskais īpašums

Augšējā attēlā parādīta piridīna molekulārā struktūra, ko attēlo lodes un stieņu modelis. Kā redzams, tā molekula ir ļoti līdzīga benzola molekulām, ar vienīgo atšķirību, ka tajā vienu no oglekļa atomu (melnajām sfērām) aizstāj ar slāpekli (zilo sfēru).

Slāpeklis, vairāk elektronegatīvs, piesaista elektronu blīvumu pret sevi, kas piridīnā rada pastāvīgu dipola momentu. Tāpēc piridīna molekulas mijiedarbojas caur dipola-dipola spēkiem.

Ūdeņraža atomi ir trūcīgi elektroni, tāpēc tie tiks orientēti blakus esošās molekulas slāpekļa atoma virzienā.

Kristālisks

Piridīna kristāla struktūra. Avots: Orci / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Piridīna molekulām ir ne tikai dipola-dipola spēki, bet arī aromātisko gredzenu mijiedarbība. Tādējādi šīm molekulām izdodas sakārtotā veidā sevi pozicionēt, iegūstot kristālu ar ortorombisku struktūru (augšējais attēls) -41,6 ° C temperatūrā.

Piridīna īpašības

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

Ārējais izskats

Bezkrāsains šķidrums ar asu aromātu, līdzīgs zivīm.

Molārā masa

79,1 g / mol

Blīvums

0,9819 g / ml

Kušanas punkts

-41,6 ºC

Vārīšanās punkts

115,2 ºC

Šķīdība

Tas viegli sajaucas ar ūdeni, kā arī ar spirtu, ēteri, petrolēteri, eļļām un daudziem organiskiem šķidrumiem kopumā.

Tvaika spiediens

16 mmHg 20 ° C temperatūrā.

Tvaika blīvums

2,72 attiecībā pret ūdeni = 1

Refrakcijas indekss (n

1,5093

Viskozitāte

0,88 cP

Dipola moments

2,2 D

aizdegšanās punkts

21 ºC

Pašaizdegšanās temperatūra

482 ºC

Sadalīšanās

Sildot līdz sadalīšanai, tas izdala cianīda dūmus.

Korozija

Piridīns šķidrā veidā uzbrūk dažām plastmasas, gumijas un pārklājumu formām.

pH

8,5 (0,2 M šķīdums ūdenī)

Pamatīgums un reaģētspēja

Piridīns ir vāja bāze. Tas ir terciārs amīns, kura 0,2 M šķīdums ūdenī rada pH 8,5. Slāpekļa elektronegativitātes dēļ tai ir zema afinitāte pret elektroniem, tāpēc tās oglekļi parasti netiek pakļauti elektrofīlai aizvietošanai.

Piridīns tiek pakļauts nukleofīlai aizstāšanai, vislabāk gredzena _C4 un C2 _pozīcijās . Sakarā ar spēju ziedot elektronus, piridīns ir izturīgāks pret oksidāciju nekā benzols un vardarbīgi reaģē ar sērskābi, slāpekļskābi un maleīnskābes anhidrīdu.

Piridīna lietojumi

Pesticīdi

Piridīns ir herbicīdu Paraquat un Diquat priekštecis. Tādā pašā veidā to izmanto insekticīda Chlorpyrifos sintēzei, kura sākotnējais solis ir piridīna hlorēšana. Tā ir arī izejviela fungicīda iegūšanai, pamatojoties uz piritionu.

Šķīdinātājs

Piridīns ir polārs šķīdinātājs, ko izmanto dehalogēšanas reakcijās un antibiotiku ekstrahēšanā. Piridīnu izmanto kā šķīdinātāju krāsu un gumijas rūpniecībā, kā arī pētniecības laboratorijās kā šķīdinātāju augu hormonu ekstrahēšanā.

Medicīna

Piridīns kalpo par sākumpunktu cetilpiridīnija un laurilpiridīnija sintēzē - savienojumos, ko izmanto kā antiseptiķus mutes dobuma un zobu kopšanas līdzekļos. Piridīna molekula ir daļa no daudzu zāļu ķīmiskās struktūras.

Piemēram, esmeprazols, ko lieto gastroezofageālā refluksa ārstēšanai. Loratidīns ir vēl viena uz piridīna bāzes sagatavota zāle, kas pazīstama ar nosaukumu Claritin, un kuru lieto alerģisku procesu ārstēšanai.

Piridīna tabletes (fenazopiridīns) lieto urīnceļu kairinājuma simptomātiskā ārstēšanā, ko dažos gadījumos papildina sāpes, dedzināšana un vēlme urinēt. Fenazopiridīns ir krāsviela, kas darbojas kā pretsāpju līdzeklis urīnceļos.

Diacilhidrazīns ir piridīna atvasinājums, kam piemīt antibakteriāla iedarbība uz gramnegatīvām baktērijām, piemēram, E. coli, un grampozitīvām baktērijām, piemēram, S. albus.

Piridīns kalpo par pamatu tiazolo piridīnam, savienojumam ar pretvīrusu aktivitāti, īpaši pret gripas β-Mass vīrusu. 2-acetilpiridīnam, piridīna atvasinājumam, ir liela pretvēža aktivitāte un tas ir leikēmijas inhibitors.

Citi

Piridīnu izmanto vitamīnu, gumijas izstrādājumu, līmju, krāsu un insekticīdu ražošanā. To izmanto arī spirta denaturēšanai un dažu tekstilizstrādājumu krāsošanai.

Piperidīna pagatavošanā izmanto 20% piridīna. Piperidīns ir iesaistīts vulkanizācijā un lauksaimniecībā.

Piridīnu izmanto arī polikarbonāta sveķu sintēzē, kā pārtikas aromatizētāju un kā reaģentu cianīda noteikšanai.

Toksicitāte

- Piridīns organismā nonāk galvenokārt ieelpojot un izkliedējot caur ādu. Akūta piridīna iedarbība var izraisīt acu un ādas kairinājumu un apdegumus, nonākot saskarē.

- Piridīns var izraisīt dermatītu un alerģiju uz ādas. Alerģijas attīstību var papildināt ar niezi un izsitumiem.

- Piridīna ieelpošana var izraisīt deguna un rīkles kairinājumu, ko papildina klepus un sēkšana astmatiskā elpošanā.

- Norijot, piridīns var izraisīt nelabumu, vemšanu, caureju un sāpes vēderā. Tāpat lielas piridīna devas iekļaušana ķermenī var izraisīt: galvassāpes, nogurumu, ģīboni, vieglprātību, reiboni, apjukumu un galu galā komu un nāvi.

- Orgāni, kurus visvairāk ietekmē piridīna darbība, ir aknas, nieres, vīriešu dzimumorgāni un centrālā nervu sistēma. Tas var arī iedarboties uz kaulu smadzenēm, izraisot trombocītu veidošanos asinīs. Piridīna kancerogēna iedarbība eksperimentos ar dzīvniekiem nav pierādīta.

OSHA gaisā noteiktā iedarbības robeža ir 5 ppm uz 8 stundu darba maiņu.

Sintēze

Pirmās piridīna iegūšanas metodes balstījās uz tā ekstrakciju no organiskiem materiāliem. Tomass Andersons (1843) pirmo reizi piridīnu ieguva, karsējot dzīvnieku gaļu un kaulus. Pirmajā posmā Andersons ražoja eļļu, no kuras viņam izdevās destilēt piridīnu.

Tradicionāli piridīnu ieguva no akmeņogļu darvas vai ogļu gazifikācijas. Šīs procedūras bija apgrūtinošas un ar nelielu iznākumu, jo piridīna koncentrācija šajās izejvielās bija ļoti zema. Tātad bija nepieciešama sintēzes metode.

Čibababina metode

Lai gan ir daudz metožu piridīna sintēzei, joprojām galvenokārt tiek izmantota 1923. gadā ieviestā Šičibabinas procedūra, kurā piridīns tiek sintezēts no formaldehīda, acetaldehīda un amonjaka reakcijas, kas ir lēti reaģenti.

Pirmajā posmā formaldehīds un acetaldehīds reaģē, veidojot akroleīna savienojumu Knoevenagel kondensācijas reakcijā, veidojot arī ūdeni.

Piridīna kondensācija no akroleīna un acetaldehīda

Visbeidzot, otrajā posmā akroleīns reaģē ar formaldehīdu un amonjaku, veidojot dihidropiridīnu. Pēc tam dihidropiridīns tiek oksidēts par piridīnu reakcijā 350-550 ° C cietā katalizatora, piemēram, silīcija-alumīnija oksīda, klātbūtnē.

Reakcijas

Elektrofīlie aizvietojumi

Šīs aizvietošanas parasti nenotiek zema piridīna elektronu blīvuma dēļ.

Sulfanācija ir grūtāka nekā nitrēšana. Bet bromēšana un hlorēšana notiek vieglāk.

Piridīna-N-oksīds

Oksidācijas vieta piridīnā ir slāpekļa atoms, un oksidāciju rada peracīdi (skābes, kurām ir OOH grupa). Slāpekļa oksidācija veicina elektrofīlu aizvietošanu ar piridīna 2. un 4. oglekli.

Nukleofīlie aizvietojumi

Piridīns var tikt pakļauts dažādām nukleofīlajām aizstāšanām sakarā ar zemo piridīna gredzena oglekļa elektronu blīvumu. Šīs aizstāšanas vieglāk notiek piridīna molekulā, ko modificē broms, hlors, fluors vai sulfonskābe.

Savienojumi, kas veic nukleofīlos uzbrukumus piridīnam, parasti ir: alkoksīdi, tiolāti, amīni un amonjaks.

Radikālas reakcijas

Piridīnu var dimerizēt ar radikālām reakcijām. Piridīna radikālo dimerizāciju veic ar elementāru nātriju vai Raney niķeli, iegūstot 4,4'-biperidīnu vai 2,2'-biperidīnu.

Reakcija uz slāpekļa atomu

Skābes, pēc Lūisa domām, viegli pievieno piridīna slāpekļa atomam, veidojot piridīna sāļus. Piridīns ir Lūisa bāze, kas ziedo elektronu pāri.

Hidrogenēšanas un reducēšanas reakcija

Piperidīnu iegūst, hidrogenējot piridīnu ar niķeli, kobaltu vai rutēniju. Šo reakciju veic augstā temperatūrā, kam pievienots katalizators.

Atsauces

1. Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. (10 ^th izdevums.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Morisons un Boids. (1987). Organiskā ķīmija. (Piektais izdevums). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Piridīns. Atgūts no: en.wikipedia.org
5. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2020). Piridīns. PubChem datu bāze., CID = 1049. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Laura Foiste. (2020). Piridīns: struktūra, formula un fizikālās īpašības. Pētījums. Atgūts no: study.com
7. Atafs Ali Altafs, Adnan Shahzad, Zarif Gul, Nasir Rasool, Amin Badshah, Bhajan Lal, Ezzat Khan. (2015). Pārskats par piridīna atvasinājumu medicīnisko nozīmi. Zāļu dizaina un zāļu ķīmijas žurnāls. 1. sējums, Nr. 1, lpp. 1-11. doi: 10.11648 / j.jddmc.20150101.11
8. WebMD. (2020). Piridīna tablete. Atgūts no: webmd.com
9. Ņūdžersijas Veselības un vecāko dienestu departaments. (2002). Piridīns. . Atgūts no: nj.gov