N..

N..

N..

N....

N....

N..

..

N..

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Momento dipolar de la piridina

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BIBLIOGRAFÍA:

1. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica, Limusa, México, 2002.

2. McMurry, J.; Química Orgánica, 6ª Edición, Thomson Learning, Mexico, 2004.

3. Manual de Prácticas de Química Orgánica III (1521) para QFB, Fac. de Química, UNAM, 2015.

2

Basicidad de la piridina

La piridina reacciona con:

1. Ácidos (HCl, etc.)

2. Ácidos de Lewis (ejem. Ref. 7)

3. Agentes alquilantes (ejem. Ref. 8)

4. Agentes acilantes

5. Oxidación con perácidos para dar N-óxidos de piridina (ejem. Ref. 10)

3

4

N NHSO4

HH

..+

+

HNO3

H2SO4

Esta disminución de la reactividad de la piridina se ve reflejada en las condiciones

necesarias para que se efectúe la reacción con entidades con carga positiva, como se ve

en los siguientes ejemplos:

Se ha observado que los sustituyentes alquilo activan al anillo de la piridina, favoreciendo la sustitución electrofílica:

5

6

7

Síntesis de piridina de Hantzsch

La primer y mayor síntesis de derivados de piridina fue descripta en 1881 por Arthur Rudolf Hantzsch.

La Síntesis de piridina de Hantzsch usa normalmente una mezcla 2:1:1 de un β-ceto-éster (normalmente

acetoacetato de etilo), un aldehído (formaldehído) y amoníaco o una sal de amonio con el nitrógeno dador,

para formar una dihidropiridina, que puede ser oxidada a su correspondiente derivado de piridina.

Un ejemplo de Síntesis de piridina de Hantzsch, con acetoacetato de etilo, formaldehido y

acetato de amonio, usando cloruro de hierro (III) como catalizador.

La síntesis de Hantzsch, con sus diversas modificaciones, constituye un método de validez general;

Emil Knoevenagel mostró que las piridinas sustituidas asimétricamente podrían ser producidas mediante

este proceso.

La dihidro-piridina se puede oxidar posteriormente para obtener la piridina correspondiente:

Y si se desea, se pueden hidrolizar los ésteres y luego tratar con CaO para obtener las piridinas

disustituídas:

(1) KOH, EtOH

(2) CaO, Δ

Estudiar la síntesis de Hantzsch que se realizó

en el Laboratorio. Obtención de:

3,5-dicarbo-etoxi–2,6,-dimetil–1,4-dihidropiridina.-

N

O-CH2-CH3H3C-H2C-O

CH3H3C

HH OO

H

8

PIRIDINA Y SUS DERIVADOS

La piridina y los compuestos relacionados con ella encuentran gran utilidad como disolventes, en análisis químicos y como reactivos para la síntesis de fármacos, insecticidas, herbicidas, saborizantes, colorantes, adhesivos, pinturas, explosivos, desinfectantes y productos químicos para el caucho. También es utilizada, junto con las picolinas, como desnaturalizante en mezclas anticongelantes y en el alcohol etílico, en fungicidas, y en la tinción de textiles. En la naturaleza, la piridina se presenta en un sinfín de compuestos relacionados a la vida (pero no en su forma pura). Los derivados de la piridina se encuentran en ciertas biomoléculas, como los nucleótidos de piridina y alcaloides, entre ellos el NAD (nicotinamida adenina dinucleótido), la nicotina, la vitamina B3 o niacina (cuya falta causa pelagra), y la vitamina B6 o piridoxina. Los derivados saturados de la piridina tales como la piperidina y las piperideínas también se encuentran presentes en algunos alcaloides tales como la coniína, manojirimicina, peletierina, mimosina, ricinina, anabasina y anaferina. En la vida diaria se encuentran trazas de piridina como componentes volátiles de compuestos orgánicos que se generan en los procesos de tostación y enlatado, como es el caso del pollo frito, tocino frito, el queso Beaufort, el aroma del café, el té negro y la miel de girasol. El humo del tabaco y el de la marihuana también contienen piridina. Sin embargo, la piridina pura no está muy extendida en la naturaleza, es una sustancia nociva si se la inhala, ingiere o si se absorbe por la piel. Los síntomas de exposición más comunes son: dolor de cabeza, tos, dificultad respiratoria, laringitis, náuseas y vómitos.

Compuestos naturales derivados de la piridina

N

CONH2

Nicotinamida óNiacinamida

Nicotina Ac. Nicotínico (niacina) + niacinamida (Vit. B3)

9

Piridoxina Piridoxamina Piridoxal (Vit. B6)

Las Coenzimas piridínicas

10

Dinucleótido de adenin-nicotinamida (NAD)

En su forma

reducida:

(NADH)

N

NH2

OH H

adenina

D-ribosa

nicotinamida

D-ribosa

Reacciones redox del dinucleótido de nicotinamida adenina.

Propiedades químicas de la piridina

La piridina es soluble en agua y prácticamente en todos los solventes orgánicos. Es débilmente básica y

con ácido clorhídrico forma una sal cristalina (hidrocloruro) que funde a 145-147 °C. La mayoría de las

propiedades químicas de la piridina son típicas de los compuestos heteroaromáticos. En reacciones orgánicas

se comporta tanto como una amina terciaria, experimentando protonación, alquilación, acilación y N-

oxidación en el átomo de nitrógeno. Y también como un compuesto aromático, experimentando

sustituciones nucleófilas.

La piridina actuando como una base, mostrando el comportamiento análogo de una amina terciaria y la menor basicidad de la piridina respecto a ésta.

11

Debido a su nitrógeno electronegativo en el anillo, la molécula es relativamente electro-deficiente. Y por

lo tanto, experimenta más lentamente la sustitución electrófila aromática, que es típica de los derivados del

benceno. Sin embargo, en contraposición al benceno y a sus derivados, la piridina es más lábil frente a

sustituciones nucleofílicas y frente a la metilación del anillo frente a bases fuertes organometálicas.

La reactividad de la piridina puede ser diferenciada para tres grupos químicos:

a) Frente a electrófilos, la sustitución electrófila tiene lugar cuando la piridina presenta propiedades

aromáticas.

b) Frente a nucleófilos, la piridina reacciona a través del segundo y cuarto átomo de carbono y por lo

tanto, se comporta como iminas y carbonilos.

c) La reacción con muchos ácidos de Lewis resulta en la adición al nitrógeno de la piridina, lo cual es

similar al comportamiento de las aminas terciarias. La capacidad de la piridina y de sus derivados a

oxidarse, formando nitróxidos (N-óxidos), es también una característica de las aminas terciarias.

El nitrógeno de la piridina posee un par solitario de electrones, los cuales son básicos. Debido a su par

solitario que no es parte del sistema aromático, la piridina es una base, que posee propiedades similares a la

de las aminas terciarias. El pKa del ácido conjugado es de 5,16. La piridina es protonada mediante una

reacción con un ácido formando un ion poliatómico positivamente cargado llamado piridinio. Las longitudes

de enlace y los ángulos de enlace en la piridina y el piridinio son prácticamente idénticos. El catión piridinio

es isoelectrónico con el benceno. El p-toluenosulfonato de piridinio (PPTS) es una sal de piridinio típica; la

cual es producida por el tratamiento de la piridina con ácido-p-toluenosulfónico.

La piridina, puede actuar como una base de Lewis, donando su par electrónico a un ácido de Lewis como

en el complejo piridina-trióxido de azufre.

La piridina en sí misma es un ligando relativamente débil en la formación de complejos con iones

metales de transición. Por ejemplo, forma complejos 1:1 con níquel(II) y cobre (II) con valores de logK1 de

ca. 1,9 y 2,6 respectivamente. Los espectros de infrarrojo de los complejos de piridina son conocidos en

detalle. El ácido picolínico, que es un derivado sustituido de la piridina, forma complejos fuertes debido al

efecto quelante. La 2,2'-bipiridina y la 1,10-fenantrolina, que pueden ser vistos también como derivados

sustituidos de la piridina, forman también complejos fuertes como en el caso de la ferroína. La cual puede

ser usada como indicador redox en el análisis cuantitativo del hierro.

Obtención industrial

Industrialmente, se obtiene del petróleo y en menor medida, del alquitrán de hulla (en el cual su

concentración es de aproximadamente 0,1%), o bien por medio de síntesis a partir del acetaldehído y el

amoníaco. También puede ser preparada por destilación del aceite obtenido de la destilación destructiva de

huesos.

Derivados de la piridina pueden ser sintetizados haciendo reaccionar 1,5-dicetonas con acetato de amonio

en ácido acético, seguido de oxidación.

Síntesis de piridina de Tchitchibabin

La Síntesis de piridina de Tchitchibabin fue publicada por vez primera en 1924 y sigue industrialmente en

uso. En forma general, la reacción puede ser descripta como una reacción de condensación de aldehídos,

cetonas, compuestos carbonílicos α,β-insaturados o cualquier combinación de las anteriores en amoníaco o

aminas. Específicamente, la piridina no sustituida es producida desde formaldehído y acetaldehído los cuales

son reactivos baratos y fácilmente disponibles. Primero, se forma la acroleína en una Condensación de

Knoevenagel a partir del acetaldehído y el formaldehído. Luego se condensa con acetaldehído y amoníaco

formando dihidropiridina y después se oxida con un catalizador en estado sólido a piridina. Este proceso

ocurre en fase gaseosa a 400-450 °C.

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El producto obtenido consiste de una mezcla de piridina, piridinas metiladas simples (picolina) y

(lutidina); su composición depende del catalizador usado y por lo tanto, la reacción puede ser adaptada a las

necesidades del que ejecuta la reacción.

(a) Formación de acroleína a partir de acetaldehído y formaldehido

(b) Condensación de la piridina desde acroleína y acetaldehído

La aplicación práctica de la síntesis tradicional de Tchitchibabin está limitada por su bajo rendimiento,

normalmente del 20%. Este bajo rendimiento, junto a la alta concentración de derivados no deseados torna a

la reacción de Tchitchibabin muy poco popular cuando no es modificada.

Ciclización de Bönnemann

Ciclización de Bönnemann.

La trimerización entre una parte de una molécula de nitrilo y dos partes de acetileno en piridina es llamada

ciclización de Bönnemann. Esta modificación de la Síntesis de Reppe puede ser activada ya sea por calor o

luz. Mientras que la activación térmica requiere altas presiones y temperaturas, la cicloadición foto-inducida

ocurre a condiciones ambientales normales con CoCp2(cod) (Cp = ciclopentadienilo, cod = 1,5-

ciclooctadieno) como catalizador y puede ser realizada incluso en agua. Se puede producir una serie de

derivados de piridina de esta forma. Cuando se usa acetonitrilo como nitrilo, se obtiene 2-metilpiridina, que

puede ser desalquilada a piridina.

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