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Tudo que você precisa saber sobre piridinas

Tudo que você precisa saber sobre piridinas

Tudo que você precisa saber sobre Piridinas

Piridina é o básico heterocíclico composto do tipo azine. A piridina é derivada do benzeno através da substituição do grupo CH pelo átomo-N. A estrutura da piridina é análoga à estrutura do benzeno, porque está relacionada com a substituição do grupo CH por N. As principais diferenças incluem:

  1. Partida de uma geometria hexagonal regular perfeita devido à presença de um heteroátomo, para ser específico, as ligações mais curtas de nitrogênio-carbono,
  2. Substituição de um átomo de hidrogênio no plano do anel pelo par de elétrons não compartilhado, como no plano do anel, localizado no orbital híbrido sp2, e não envolvido em um sexteto de elétrons p aromático. Este par solitário de nitrogênio é o responsável pelas propriedades básicas das piridinas,
  3. O forte dipolo permanente é rastreável a uma maior eletronegatividade do átomo de nitrogênio em comparação com um átomo de carbono.

Anel piridina ocorre em vários compostos cruciais, incluindo vitaminas niacina, piridoxina, bem como azines.

Um químico escocês, Thomas Anderson, inventou a piridina no 1849 como um dos compostos que constituem o óleo do osso. Após dois anos, Anderson derivou piridina pura por destilação fracionada de óleo de osso. É um líquido altamente inflamável, incolor, solúvel em água e fracamente alcalino, com um desagradável cheiro característico de peixe.

A piridina é sempre usada como um precursor de produtos farmacêuticos e agroquímicos e também é um reagente e solvente crucial. A piridina pode ser adicionada ao etanol se você quiser torná-lo impróprio para o consumo humano. É também aplicável na produção de medicamentos anti-histamínicos mepiramina e tripelenamina., em vitro síntese de DNA, na produção de sulfapiridina (medicamento para tratamento de infecções virais e bacterianas), além de bactericidas, herbicidas e repelentes de água.

A maioria dos compostos químicos, embora não produzidos a partir da piridina, contém uma estrutura em anel. Tais compostos incluem vitaminas B, tais como piridoxina e niacina, nicotina, produtos vegetais contendo azoto e o fmaco anti-tuberculose conhecido como isoniazida. A piridina foi historicamente produzida como um subproduto da gaseificação do carvão e do alcatrão de carvão. No entanto, a crescente demanda por piridina levou ao desenvolvimento de métodos econômicos de produção de amônia e acetaldeído, e mais de 20,000 toneladas são produzidas por ano em todo o mundo.

Nomenclatura de piridina

O nome sistemático da piridina, de acordo com a nomenclatura de Hantzsch-Widman sugerida pela IUPAC, é azine. Mas nomes sistemáticos para compostos básicos são usados ​​raramente; em vez disso, a nomenclatura de heterociclos segue nomes comuns estabelecidos. A IUPAC não encoraja o uso de azine quando se refere a piridina.

A numeração dos átomos do anel na azina começa no nitrogênio. Uma atribuição das posições pela letra do alfabeto grego (α-γ) e o padrão de substituição de nomenclatura típico dos sistemas homoaromáticos (para orto, objetivo,) são usados ​​às vezes. Aqui α, β e γ referem-se às duas, três e quatro posições, respectivamente.

Nome sistemático para os derivados da piridina é piridinil, onde um número precede a posição do átomo substituído é precedido por um número. Mas o nome histórico piridil é recomendado pela IUPAC e amplamente utilizado no lugar do nome sistemático. O derivado formado pela adição de um eletrófilo ao átomo de nitrogênio é conhecido como piridinio.

4-bromopiridina

2,2′-bipiridina

Ácido dipolínico (ácido piridina-2,6-dicarboxílico)

A forma básica do cátion piridinium

Produção de piridina

A piridina foi obtida como subproduto da gaseificação do carvão ou extraída do alcatrão de carvão. Esse método era ineficiente e consumia muito trabalho: o alcatrão de carvão tem cerca de 0.1 por cento de piridina e, portanto, era necessária uma purificação em vários estágios, o que reduzia ainda mais a produção. Hoje, a maioria das piridinas é produzida sinteticamente usando várias reações de nomes, e as mais comuns são discutidas abaixo.

Síntese de piridina através de Bohlmann-Rahtz

A síntese de piridina através de Bohlmann-Rahtz permite a geração de piridinas substituídas em dois passos principais. A condensação de enaminas usando etinilcetonas resulta num intermediário aminodieno que, após a isomerização induzida pelo calor, sofre ciclode-hidratação para produzir piridinas tri-substituídas com 2,3,6.

Síntese de piridina através de um mecanismo de Bohlmann-Rahtz

O mecanismo está relacionado com a popular síntese de diidropiridina de Hantzsch, ondeno localAs espécies de enamina e enona geradas produzem diidropiridinas. Embora a Bohlmann-Rahtz Synthesis seja altamente versátil, a purificação das temperaturas intermediárias e incrivelmente altas necessárias para a ciclodidratação são desafios que limitaram sua utilidade. A maioria dos desafios foi superada, tornando a Síntese de Bohlmann-Rahtz mais essencial no piridinas geração.

Apesar de não ter sido feita nenhuma pesquisa mecanicista, os intermediários podem ser caracterizados por H-RMN. Isso mostra que o principal produto da primeira Michael Addition e a seguinte transferência de prótons pode ser um 2Z-4E-heptadien-6-one que é extraído e purificado através de cromatografia em coluna.

Temperaturas de ciclodehidratação extremamente altas são necessárias para facilitar Z/E isomerizações que são um pré-requisito para a heteroanelação.

Vários métodos que permitem a síntese de piridinas tetra e trissubstituídas em um processo de etapa única foram desenvolvidos recentemente. Em vez de utilizar butynone como substrato, a Bagley testou vários solventes para a conversão de 4- (trimetilsilil) menos volátil e barato, mas 3-yn-2-one. Foi demonstrado que apenas DMSO e EtOH são solventes ideais. EtOH é claramente favorecido como sendo solvente polar e prótico versus DMSO como o solvente polar aprótico. Nos dois solventes, a protodesililação ocorreu espontaneamente. Bagley também demonstrou que a catálise ácida permite que a ciclodehidratação continue a uma temperatura mais baixa.

A catálise ácida também aumenta a adição do conjugado. Uma ampla gama de enaminas reagiu com etinil-cetonas na mistura (5: 1) de ácido acético e tolueno para produzir piridinas funcionalizadas num passo com excelentes rendimentos.

Após o sucesso da catálise ácida de Brønstedt, o químico investigou a capacidade dos catalisadores ácidos de Lewis. Melhores condições Usado ou triflato de iterbio a 20% molar ou brometo de zinco a 15% molar no tolueno em refluxo. Embora a pesquisa mecanicista não tenha sido feita, podemos supor que a coordenação pelo catalisador acelera as etapas de ciclodeidratação, Adição de Michael e isomerização.

A desvantagem é a compatibilidade limitada com os substratos sensíveis a ácidos. Por exemplo, a decomposição catalisada por ácido das enaminas ocorre com ciano e tert-butylester como grupos de remoção de elétrons. Outra alternativa leve é ​​a aplicação do reagente de troca iônica Amberlyst-15 que tolera terttercteres de butilo.

Uma vez que as enaminas não estão prontamente disponíveis, e para melhorar a facilidade do processo, uma reação de componente 3 foi realizada usando acetato de amônio como fonte do grupo amino. Neste procedimento efetivo, a enamina é gerada no local que reage com o alcinona presente.

No primeiro julgamento, ZnBr2 e AcOH foram aplicados como catalisadores extras com tolueno como solvente. No entanto, desde então tem sido demonstrado que os substratos sensíveis ao ácido sempre reagem em um ambiente suave com EtOH como solvente.

Síntese de Chichibabin

A síntese de Chichibabin piridina foi relatada pela primeira vez em 1924 e ainda é uma aplicação importante na indústria química. É uma reação de formação de anel, que envolve a reação de condensação de aldeídos, cetonas, compostos carbonílicos α, β-insaturados. Além disso, a forma global da reacção pode incluir qualquer combinação dos produtos acima referidos em amoníaco puro ou seus derivados.

Formação de Piridina

Condensação de formaldeído e acetaldeído

O formaldeído e o acetaldeído são principalmente fontes de piridina não substituída. Pelo menos, eles são acessíveis e bastante acessíveis.

  1. O primeiro passo envolve a formação de acroleína a partir de formaldeído e acetaldeído através da condensação de Knoevenagel.
  2. O produto final é então condensado a partir de acroleína com acetaldeído e amônia, formando diidropiridina.
  3. O processo final é uma reação de oxidação com um catalisador de estado sólido para produzir piridina.
  4. A reação acima é realizada em uma fase gasosa com uma faixa de temperatura de 400-450 ° C. O composto formado consiste em piridina, picolina ou piridinas metiladas simples e lutidina. No entanto, a composição está sujeita ao catalisador em uso e, em certa medida, varia de acordo com as exigências do fabricante. Tipicamente, o catalisador é um sal de metal de transição. Os mais comuns são fluoreto de manganês (II) ou fluoreto de cádmio (II), embora compostos de tálio e cobalto possam ser alternativas.
  5. A piridina é recuperada dos subprodutos em um processo de múltiplos estágios. A principal limitação da síntese de Chichibabin piridina é o seu baixo rendimento, traduzindo-se em cerca de 20% dos produtos finais. Por essa razão, as formas não modificadas desse composto são menos prevalentes.

Ciclone Bönnemann

A ciclização de Bönnemann é a formação de um trímero a partir da combinação de duas partes da molécula de acetileno e uma parte de um nitrilo. Na verdade, o processo é uma modificação da síntese do Reppe.

O mecanismo é facilitado pelo calor de temperaturas e pressões elevadas ou pela cicloadição foto-induzida. Quando ativado pela luz, a ciclização de Bönnemann requer CoCp2 (ciclopentadienil, 1,5-ciclooctadieno) para atuar como catalisador.

Este método pode produzir uma cadeia de derivados de piridina dependendo dos compostos usados. Por exemplo, o acetonitrilo produzirá 2-metilpiridina, que pode sofrer desalquilação para formar piridina.

Outros métodos

A síntese da piridina Kröhnke

Este método utiliza piridina como reagente, embora não seja incluído no produto final. Contrariamente, a reação irá gerar piridinas substituídas.

Quando reagida com a-bromoésteres, a piridina sofrerá uma reacção do tipo Michael com os carbonilos insaturados para formar a piridina substituída e o brometo de piridio. A reacção é tratada com acetato de amónia em condições moderadas 20-100 ° C.

O rearranjo de Ciamician-Dennstedt

Isto implica a expansão do anel de pirrole com diclorocarbeno formando 3-cloropiridina.

Síntese de Gattermann-Skita

Nesta reacção, o sal éster de malonato reage com a diclorometilamina na presença de uma base.

Síntese de piridina Boger

Reações de piridinas

As seguintes reações podem ser previstas para piridinas a partir de sua estrutura eletrônica:

  1. O heteroátomo torna as piridinas muito pouco reativas às reações eletrofílicas normais de substituição aromática. Por outro lado, as piridinas são suscetíveis ao ataque nucleofílico. As piridinas sofrem reações de substituição eletrofílica (SEAR) com mais relutância, mas substituição nucleofílica (SNAr) mais prontamente do que o benzeno.
  2. Reagentes eletrofílicos atacam preferencialmente nos átomos de Natom e de bC, enquanto os reagentes nucleofílicos preferem os átomos a e cC.

Adição Eletrofílica no Nitrogênio

Em reações que envolvem formação de ligações usando o par de elétrons solitários no anel de nitrogênio, como protonação e quaternização, as piridinas se comportam exatamente como as aminas alifáticas ou aromáticas terciárias.

Quando uma piridina reage como uma base ou um nucleófilo, forma um cátion de piridínio no qual o sexteto aromático é retido, e o nitrogênio adquire uma carga positiva formal.

Protonação no nitrogênio

As piridinas formam sais cristalinos, freqüentemente higroscópicos, com a maioria dos ácidos próticos.

Nitração no nitrogênio

Isto ocorre prontamente por reação de piridinas com sais de nitrônio, tais como tetrafluoroborato de nitrônio. Agentes de nitração protética, como o ácido nítrico, naturalmente, levam exclusivamente à N-protonação.

Acilação em nitrogênio

Os cloretos ácidos e os ácidos arilsulfónicos reagem rapidamente com as piridinas que geram os sais 1-acil- e 1-arilsulfonilpiridinio em solução.

Haletos e sulfatos de alquilo reagem prontamente com piridinas dando sais de piridínio quaternário.

Substituições nucleofílicas

Ao contrário do benzeno, numerosas substituições nucleofílicas podem ser eficaz e eficientemente sustentadas pela piridina. É porque o anel tem uma densidade eletrônica ligeiramente menor dos átomos de carbono. Essas reações incluem substituições com a remoção de um íon de hidreto e adições de eliminação para obter uma configuração intermediária de arino e geralmente continuam para a posição 2 ou 4.

A piridina sozinha não pode resultar na formação de várias substituições nucleofílicas. No entanto, a modificação de piridina com bromo, fragmentos de ácido sulfônico, cloro e flúor pode resultar em um grupo de saída. A formação de compostos de organolítio pode ser recuperada do melhor grupo de saída do flúor. A alta pressão, o nucleofílico pode reagir com alcóxidos, tiolatos, aminas e compostos de amônia.

Poucos heterocíclico reações podem ocorrer devido ao uso de um grupo deficiente, como o íon hidreto. Derivados de piridina na posição 2 podem ser obtidos através da reação de Chichibabin. A 2-aminopiridina pode continuar a ser obtida quando a amida de sódio é utilizada como nucleófilo. A molécula de hidrogênio é formada quando os prótons do grupo amino se combinam com o íon hidreto.

Semelhante ao benzeno, piridinas intermediários tais como heteroarilo podem ser obtidos através de substituições nucleofílicas a piridina. O uso de alcalinos fortes, como o terc-butóxido de sódio e potássio, pode ajudar a eliminar os derivados de piridina quando se usa o direito de sair do grupo. Após a introdução do nucleófilo à ligação tripla, diminui a seletividade e leva à formação de uma mistura que possui dois adutos possíveis.

Substituições eletrofílicas

Várias substituições eletrofílicas de piridina podem continuar até algum ponto ou não continuar completamente. Por outro lado, o elemento heteroaromático pode ser estimulado através da funcionalização da doação de elétrons. A alquilação de Friedel-Crafts (acilação) é um exemplo de alquilação e acilação. O aspecto não sofre piridina, pois resulta na adição de átomo de nitrogênio. As substituições ocorrem principalmente na posição de três, que é um dos átomos de carbono ricos em elétrons localizados no anel, tornando-o propenso à adição eletrofílica.

Estrutura do óxido de piridina N

Substituições eletrofílicas podem resultar na mudança de posição da piridina na posição 2 ou 4 devido à reação vigorosa do complexo σ adverso. No entanto, métodos experimentais podem ser usados ​​durante a substituição eletrofílica em N-óxido de piridina. É seguido mais tarde por desoxigenação do átomo de nitrogênio. Por conseguinte, sabe-se que a introdução de oxigénio reduz a densidade em azoto e aumenta a substituição na posição 2 e nos carbonos da posição 4.

Sabe-se que os compostos de enxofre divalente ou fósforo trivalente são facilmente oxidados, sendo portanto usados ​​principalmente para remover o átomo de oxigénio. O óxido de trifenilfosfina é um composto que é formado após a oxidação do reagente Trifenilfosfina. É outro reagente que pode ser usado para se livrar de um átomo de oxigênio de outro elemento. As informações abaixo descrevem como a substituição eletrofílica comum reage com a piridina.

A nitração direta com piridina exige certas condições severas e geralmente tem poucos rendimentos. A reação do pentóxido de dinitrogênio com piridina na presença de sódio pode resultar na formação de 3-nitropiridina. Os derivados da piridina podem ser obtidos através da nitração do tetrafluoroborato de nitrônio (NO2BF4), colhendo o átomo de nitrogênio de forma estérica e eletrônica. A síntese de dois compostos de 6-dibromo-piridina pode resultar na formação de 3-nitropiridina após remoção dos átomos de bromo.

A nitração direta é considerada mais confortável do que a sulfonação direta da piridina. A ebulição de piridina a 320 ° C pode resultar em ácido piridina-3-sulfônico mais rápido do que o ácido sulfúrico em ebulição nas mesmas temperaturas. A adição do elemento de enxofre ao átomo de nitrogênio pode ser obtida pela reação do grupo SO3 na presença de sulfato de mercúrio (II) que atua como catalisador.

A cloração direta e a bromação podem continuar bem ao contrário da nitração e sulfonação. A 3-bromopiridina pode ser obtida através da reação de bromo molecular em ácido sulfúrico a 130 ° C com piridina. Após a cloração, o resultado da 3-cloropiridina pode ser baixo na presença de cloreto de alumínio que actua como catalisador a 100 ° C. A reação direta de halogênio e paládio (II) pode resultar em 2-bromopiridina e 2-cloropiridina.

Aplicações de Piridina

Uma das matérias-primas que são cruciais para as fábricas de produtos químicos é a piridina. Na 1989, a produção total de piridina em todo o mundo foi de 26K toneladas. A partir da 1999, 11 dos maiores locais de produção de piridina 25 estavam situados na Europa. Os principais produtores de piridina incluíram a Koei Chemical, a Imperial Chemical Industries e a Evonik Industries.

Nos primeiros 2000s, a produção de piridina aumentou por uma margem alta. Por exemplo, apenas a China continental atingiu uma capacidade de produção anual de 30,000 toneladas. Hoje, a joint venture entre os EUA e a China resulta na maior produção mundial de piridina.

Pesticidas

A piridina é usada principalmente como precursora de dois herbicidas diquat e paraquat. Na preparação de fungicidas à base de piritiona, utiliza-se piridina como composto básico.

A reação entre Zincke e piridina resulta na produção de dois compostos - laurilpiridínio e cetilpiridínio. Devido às suas propriedades anti-sépticas, os dois compostos são adicionados aos produtos odontológicos e de higiene bucal.

Um ataque por um agente alquilante à piridina resulta em sais de N-alquilpiridínio, sendo o cloreto de cetilpiridínio um exemplo.

Síntese do Paraquat

Solvente

Outra aplicação na qual a piridina é usada é nas condensações de Knoevenagel, pelo que é usada como um solvente de baixa reatividade, polar e básico. A piridina é particularmente ideal para a desalogenação, onde serve como base de reação de eliminação enquanto se liga o halogeneto de hidrogênio resultante para formar o sal de piridínio.

Em acilações e esterificações, Piridina ativa os anidridos ou halogenetos de ácido carboxílico. Ainda mais ativos nestas reações são 4- (1-pirrolidinil) piridina e 4-dimetilaminopiridina (DMAP), que são derivados de piridina. Em reações de condensação, a piridina é tipicamente aplicada como base.

Formação de piridínio através da reação de eliminação com piridina

A piridina é também uma importante matéria-prima na indústria têxtil. Além de ser aplicado como solvente na produção de borracha e corantes, também é usado para aumentar a capacidade de rede do algodão.

A Food and Drug Administration dos EUA aprova a adição de piridina em pequenas quantidades aos alimentos, a fim de proporcionar-lhes um sabor amargo.

Em soluções, o limiar de detecção de piridina é em torno de 1-3 mmol·L-1 (79 – 237 mg · L-1). Sendo uma base, a piridina pode ser utilizada como um reagente de Karl Fischer. No entanto, o imidazol é geralmente usado como um substituto para a piridina, uma vez que (imidazol) tem um odor agradável.

Precursor da Piperidina

A hidrogenação da piridina com catalisador à base de rutênio, cobalto ou níquel a altas temperaturas resulta na produção de piperidina. Este é um heterociclo de nitrogênio essencial que é um bloco de construção sintético vital.

Reagentes Especiais à Base de Piridina

Em 1975, William Suggs e James Corey desenvolveram clorocromato de piridínio. É aplicado para oxidar álcoois secundários a cetonas e álcoois primários a aldeídos. O clorocromato de piridínio é habitualmente obtido quando a piridina é adicionada à solução de ácido clorídrico e crômico concentrado.

C5H5N + HCl + CrO3 → [C5H5NH] [CrO3Cl]

Com o cloreto de cromilo (CrO2Cl2) sendo cancerígeno, uma rota alternativa teve que ser procurada. Um deles é o uso de cloreto de piridínio para tratar o óxido de cromo (VI).

[C5H5NH+] Cl- + CrO3 → [C5H5NH] [CrO3Cl]

O reagente de Sarret (o complexo de óxido de cromo (VI) com piridina heterociclo em piridina), clorocromato de piridínio (PCC), o reagente de Cornforth (dicromato de piridínio, PDC) e o reagente de Collins (o complexo de óxido de cromo (VI) com piridina heterociclo em diclorometano) são compostos comparáveis ​​de cromo-piridina. Eles também são aplicados para a oxidação, como a conversão de álcoois secundários e primários em cetonas.

Os reagentes de Sarret e Collins não são apenas difíceis de preparar, mas também são perigosos. Eles são higroscópicos e são suscetíveis a inflamar durante o processo de preparação. Consequentemente, o uso de PDC e PCC foi recomendado. Embora os dois reagentes tenham sido muito utilizados nos 70s e 80s, eles raramente são usados ​​atualmente devido à sua toxicidade e carcinogenicidade confirmada.

A estrutura do catalisador do Crabtree

Na química de coordenação, a piridina é usada extensivamente como um ligante. É derivado, como é o seu derivado 2,2′-bipiridina, compreendendo moléculas de 2 piridina ligadas por uma ligação simples, e terpiridina, uma molécula de anéis de 3 piridina ligados entre si.

Uma base de Lewis mais forte pode ser usada como um substituto para um ligante de piridina que faz parte de um complexo de metal. Esta característica é explorada na catálise de reações de polimerização e hidrogenação, utilizando, por exemplo, o catalisador de Carabtree. A piridina Lingard que é substituída durante a reação é restabelecida após sua conclusão.

caso

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