GRUPA PIRIDINEI

Piridina şi omologii săi se găsesc în gudroanele rezultate la distilarea cărbunilor şi în uleiul obţinut de la distilarea uscată a oaselor nedegresate. Din fracţia corespunzătoare, piridina se extrage prin tratare cu H2SO4 diluat. Se formează o sare solubilă în apă din care acidul sulfuric este eliberat prin tratare cu bicarbonat de sodiu.

Nucleul piridinic apare în numeroşi produşi naturali: alcaloizi vegetali (nicotină), unele vitamine (B6, nicotinamidă).

Clasificare. Nomenclatură

Numerotarea poziţiilor din inelul piridinic începe la atomul de azot. Poziţiile 2 şi 6 se mai notează cu α; poziţiile 3 şi 5 cu β; poziţia 4 cu γ.

Metilpiridinele se numesc picoline (α, β, γ); Dimetilpiridinele se numesc lutidine; Trimetilpiridinele se numesc colidine.

α-picolină 2,4-lutidină colidină

Structură

Asemănarea cu benzenul nu este formală, ci se manifestă în multe proprietăţi fizice şi în caracterul chimic al piridinei. Acesta este determinat de atracţia exercitată de atomul de azot asupra electronilor π din nucleu, care scade densitatea de electroni pe întregul nucleu, dar mai ales în poziţiile α şi γ comparativ cu β. De aceea substituţia electrofilă în poziţia β are loc mai lent.

Inelul piridinic are structură plană.Conform teoriei orbitalilor moleculari, fiecare atom din ciclu este hibridizat sp2, deci

posedă un orbital p perpendicular pe planul ciclului, ocupat cu un electron. Cei 6 orbitali atomici (OA) p se contopesc în 6 orbitali moleculari (OM) extinşi, dintre care 3 OM ocupaţi de câte 2 electroni (cu energie joasă) şi 3 OM neocupaţi (cu energie înaltă).

1

Starea reală a piridinei este hibridul mai multor structuri limită (cu sarcini pozitive la atomii de carbon din α şi γ şi sarcini negative la atomul de azot) şi a două structuri tp Kekulé.

Repartiţia neuniformă a electronilor este confirmată de apariţia unui moment de dipol de 2,2 D.

Metode de obţinere

1.Dehidrogenarea piperidinei

Clorhidrat de cadaverină piperidină piridină

2.Din 1,5-dicetone şi amoniac

3, 4, 5-trimetil-2,6-heptandionă 2,3,4,5,6-pentametil- 2,3,4,5,6-pentametil-1,4-dihidropiridină piridină

acroleină 3-picolină

2

3.Din compuşi 1,3-dicarbonilici, aldehide şi amoniac (metoda Hantzch).

2,4-pentandionă acetaldehidă 2,4-pentandionă derivaţi de 1,4-dihidropiridină

3,5-diacetil-2,6-dimetilpiridină

4.Cicloadiţie Diels-Alder (4 + 2)

butadienă benzonitril instabil 2-fenilpiridină

5.Încălzirea la 3000C a piridinei cu halogenuri de alchil – se formează alchilpiridine.

Proprietăţi fizice

Piridina este un lichid incolor (în stare pură), stabil, cu t.f. mai ridicată decât a benzenului. Are miros neplăcut, persistent, caracteristic. Este miscibilă cu apa în orice proporţie, este foarte solubilă în apă, alcool şi eter. Se foloseşte ca solvent pentru compuşii organici greu solubili în solvenţi obişnuiţi.

Proprietăţi chimice

I.Caracterul acido-bazic

Piridina este o bază slabă – cu acizii tari formează săruri uşor solubile în apă.3

Atomul de azot al piridinei posedă o pereche de electroni neparticipanţi. Deoarece densitatea de electroni este mare la atomul de azot, ar trebui ca piridina să fie o bază tare. Bazicitatea scăzută se datorează hibridizării sp2 a atomului de azot, faţă de hibridizarea sp3 a atomului din aminele alifatice.

(sare stabilizată prin conjugare)

Bazicitatea piridinei este de 104 ori mai mică decât a unei amine alifatice.

II.Reacţii de substituţie electrofilă.

Decurg mai greu şi cu randamente mai mici decât la benzen; au loc în poziţia 3.

1.Reacţia de nitrare – decurge foarte greu deoarece în mediu acid se formează ionii de piridiniu, în care nucleul este dezactivat.

3-nitropiridină (5%)

2.Reacţia de sulfonare – are loc similar celei de nitrare.

acid piridin-3-sulfonic

3.Reacţia de halogenare directă (Cl, Br, I)

3-bromopiridină

4

3-cloropiridină

Reacţiile de substituţie electrofilă decurg mai uşor dacă pe nucleul piridinic există grupe funcţionale respingătoare de electroni (-CH3; -NH2). De aceea, α-aminopiridina este utilizată ca materie primă pentru sinteza unor derivaţi substituiţi ai piridinei.

III.Reacţii de substituţie nucleofilă.

1.Reacţia cu amidura de sodiu (Reacţia Cicibabin).

2-aminopiridină

2.Reacţia cu hidroxid de potasiu

2-piridinol 2-piridinonă (2-hidroxipiridină)

3.Reacţia cu compuşi organo-metalici

2-fenilpiridină

IV.Oxidarea

Nucleul piridinic este stabil la oxidare; Sub acţiunea unor agenţi oxidanţi ca KMnO4, K2Cr2O7 în mediu acid se oxidează unii

substituenţi de pe nucleul piridinic; Sub acţiunea CrO3 se pot oxida grupele hidroxil; Sub acţiunea H2O2 se formează piridin-N-oxidul.

5

V.Reducerea

piperidină (lichid cu miros puternic de ammoniac, foarte solubil în apă)

1,4-dihidropiridină

VI.Reacţia de acilare

sare de N-acilpiridiniu

VII.Reacţia de alchilare

sare de alchilpiridiniu

Derivaţi de piridină

Alchilpiridine

1.Metilpiridinele = picoline (3 izomeri)

6

α-picolină β-picolină γ-picolină(2-metilpiridină) (3-metilpiridină) (4-metilpiridină)

2.Dimetilpiridinele = lutidine (6 izomeri)

3.Trimetilpiridinele Cea mai importantă este 2,4,6-trimetilpiridina = colidina.

Reprezentanţi

Piridoxina (2-metil-3-hidroxi-4,5-di-(hidroximetil)piridina), Vitamina B6 este prezentă în ficat, tărâţe de orez.

Deficienţa în această vitamină produce anemie, în timp ce deficienţele extrem de severe pot provoca chiar moartea.Piridoxalul (2-metil-3-hidroxi-4-formil-5-hidroximetilpiridina) sub formă de fosfat

are rol de enzimă în organism.

Nicotina, (S)-3-[N-metil-2-pirolidil]-piridina conţine un nucleu piridinic şi unul pirolidinic.

7

Nicotina este principalul alcaloid din tutun, unde se găseşte sub formă de săruri ale acizilor citric şi malic. Este un lichid uleios, incolor, solubil în apă şi solvenţi organici. În cantităţi mici este excitant al SNC şi al SN periferic. În cantităţi mari produce depresie, greaţă, vomă, paralizie.

În organism, nicotina este biotransformată în compuşi netoxici şi de aceea nu se acumulează. Fumul de ţigară conţine oxid de carbon, hidrocarburi aromatice cu nuclee condensate care au acţiune cancerigenă.

Nicotina naturală este levogiră.Prin sinteză se obţine un racemic din care se poate separa izomerul dextrogir mai puţin

toxic şi cu efecte fiziologice diferite.

Acizii piridincarboxilici

acid picolic acid nicotinic acid izonicotinic(acid α-piridincarboxilic) (acid β-piridincarboxilic) (acid γ-piridncarboxilic)

Amida acidului nicotinic (Vitamina antipelagroasă, Factor PP) se găseşte în ficat, drojdie de bere. Lipsa sa şi a acidului nicotinic produce pelagra.

Hidrazida acidului nicotinic (Izoniazida) se utilizează în tratamentul tuberculozei.

Derivaţi hidrogenaţi ai piridinei

tetrahidroderivaţii = piperidinele = se obtin în cantităţi mici la hidrogenarea piridinei sau a derivaţilor ei cu hidrogen în stare născândă.

hexahidroderivaţii = se întâlnesc în natură, în special în alcaloizi.

Nifedipin (DCI), Dimetilesterul acidului 4-(2’-nitrofenil)-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridin-3,5-dicarboxilic are acţiune antihipertensivă, coronarodilatatoare.

8

Amlodipinul, (R,S)-dimetilesterul acidului 4-(2’-clorofenil)-2-metil-6-aminoetoximetil-1,4-dihidropiridin-3,5-dicarboxilic este mai activ decât nifedipinul datorită înlocuirii grupei nitro cu grupa cloro. Astfel, sunt necesare doze de aproximativ 3 ori mai mici la tratarea hipertensiunii arteriale şi a anghinei pectorale.

Felodipinul, (R,S)-etil-metil-esterul acidului 4-(2’,3’-diclorofenil)-1,4-dihidro-2,6-dimetilpiperidin-3,5-dicarboxilic.

Coniina, (+)-α-propilpiperidina, este un alcaloid care se extrage din cucută; este un lichid incolor, greu solubil în apă, solubil în alcool. În cantităţi mari paralizează centrii motori şi provoacă moartea prin paralizia centrilor respiratori.

Derivaţi ai piridinei cu inele condensate

Benzopiridina poate exista sub forma a doi izomeri, în functie de modul de condensare a nucleului piridinic cu cel benzenic.

chinolina izochinolinabenzo [b] piridină benzo [c] piridină

9

GRUPA CHINOLINEI

Chinolina are structură asemănătoare cu a piridinei.

Chinolina are un caracter slab bazic datorită perechii de electroni neparticipanţi din orbitalul hibridizat sp2 al atomului de azot.

Inelul chinolinic este mai reactiv decât inelul piridinic in reacţiile de substituţie electrofilă sau de oxidare. Substituţia electrofilă la chinolină are loc în poziţiile 5 şi 8, în timp ce la piridină are loc în poziţia 2.

Metode de obţinere

1.Chinolina se extrage din gudroanele rezultate la distilarea cărbunilor de pământ. Se mai obţine şi prin distilarea în mediu bazic a alcaloidului cinconină.

2.Sinteza Skraup – încălzirea anilinei cu H2SO4 concentrat, glicerol şi nitrobenzen sau acid arsenic.

anilină acroleină

3.Sinteza Doebner-Miller (variantă a sintezei Skraup) – condensarea unei amine aromatice cu aldehide alifatice, în prezenţa HCl (ZnCl2) – se formează omologii alchilaţi ai chinolinei.

anilină aldehidă crotonică 2-metilchinolină(chinaldină)

4.Sinteza Friedlander – condensarea o-acilanilinelor cu aldehide α-metilenice sau cu cetone, în cataliză acidă sau bazică.

o-aminobenzaldehidă acetaldehidă chinolină

10

Proprietăţi fizice

Chinolina este un lichid cu miros caracteristic, insolubil în apă, solubil în solvenţi organici. În stare pură se păstrează incoloră multă vreme; prin impurificare se colorează în galben, apoi în brun.

Are caracter aromatic mai slab decât naftalina.

Proprietăţi chimice

1.Caracterul bazic. Chinolina este o bază mai slabă decât piridina.

2.Reacţii de reducere

tetrahidrochinolina

decahidrochinolina

3.Reacţii de oxidare

acid chinolinic acid nicotinic(acid 2,3-piridin-dicarboxilic neizolabil)

4.Reacţii de substituţie elctrofilă

Au loc mai uşor decât la piridină. Atomul de azot protonat influenţează mai slab dezactivarea atomilor de carbon din inelul benzenic, astfel încât substituţia electrofilă va avea loc pe acest inel mai ales în poziţiile 5 şi 8.

a)Reacţia de nitrare

11

b)Reacţia de sulfonare

acid chinolin-8-sulfonic

c)Reacţia de halogenare

5-bromochinolină

5.Reacţii de substituţie nucleofilă – decurg uşor. Atomul de azot activează poziţiile 2 şi 4.

amidură 2-aminochinolină de sodiu

2-hidroxichinolină

2-alchilchinolină

12

6.Reacţia de alchilare

sare cuaternară de amoniu

Derivaţi de chinolină

Hidroxichinoline

Oxina, 8-hidroxichinolina, este un compus cristalin care stă la baza unor medicamente antibacteriene (Clorchinaldol, Saprosan).

oxina clorchinaldol(5,7-dicloro-8-hidroxi-2-metilchinolina)

Chinina şi cinconina – alcaloizi izolaţi din coaja arboreluui de chinină.

Chinina, 6-metoxi-4-chinolil-[2S, 4S, 5R]-5-vinil-2-chinuclidinil-(R)-metanol, este folosită în tratamentul malariei.

Acizi cu nucleu chinolinic

acid chinaldinic acid cinconinic acid chininic

13