Фрагмент для ознакомления
2
Введение
Пиридин — это шестичленное азотсодержащее гетероциклическое соединение с одним атомом азота (рис. 1). Ароматическая система пиридина включает 6π-электронов и подобна ароматической системе бензола. Неподеленная пара электронов азота в силу своей пространственной ориентации в сопряжении не участвует. Атом азота действует как акцептор, понижая электронную плотность на атомах углерода цикла. Поэтому пиридин относят к π-дефицитным гетероциклам [1].
В нормальных условиях представляет собой бесцветную жидкость с резким неприятным запазом. Смешивается с водой и спиртом во всех соотношениях, что является полезным свойством при создании лекарств и различных агропромышленных продуктов; растворяется во многих органических растворителях. Температура кипения составляет 115,4°С, температура плавления составляет -41,6°С. Самовоспламеняется при 482°С [2]. Имеет плотность 0,9832 г/см3 при 20°С. Пиридин токсичен; оказывает действие на нервную систему и кожу (вызывает сильное раздражение). Предельно допустимая концентрация паров в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3 [3].
Рисунок 1. Структурная формула пиридина.
Пиридин открыт шотландским химиком T. Андерсоном в 1849 г.; структура установлена немецким химиком В. Кёрнером в 1869 г. и, независимо от него, Дж. Дьюаром в 1871 г. Первое же производное на основе пиридина получил немецкий химик А. Р. Ганч [4].
Пиридин и его производные применяют в синтезе красителей, лекарственных веществ, инсектицидов, в аналитической химии, как растворитель многих органических и некоторых неорганических веществ, для денатурации этилового спирта, в производстве винилпиридиновых каучуков и др. Комплексы пиридина используют в качестве сульфирующих, бромирующих реагентов и окислителей. Ежегодно по всему миру синтезируется порядка 20000 тонн пиридина. Пиридиновое кольцо является частью многих природных веществ, например, входит в состав никотина и витамина B6.
В ходе выполнения работы были выдвинуты следующие задачи:
• Рассмотреть современные методы получения пиридина и его производных.
• Изучить практическое применение производных пиридина в фармакологической и сельскохозяйственной промышленности.
Целью же данной работы является изучение процесса синтеза пиридина и его рассмотрение как биологически активного вещества.
Синтез пиридина
Основным методом получения пиридина в промышленности долгое время являлось выделение его из каменноугольной смолы, в которой его содержится около 0,08%. Такой метод получения пиридина был достаточно затратным и в дальнейшем был заменен на синтез.
Реакция альдегидов и кетонов с аммиаком является наиболее распространенной и гибкой реакций, позволяющей получать различные производные пиридина (схема 1). Данная реакция была впервые описана советским химиком А.Е. Чичибабиным еще в 1924 году и с тех пор активно используется при промышленном синтезе пиридина благодаря дешевизне исходных реагентов [5].
Схема 1. Синтез пиридина из альдегидов и кетонов.
Реакция идет при повышенной температуре. В качестве катализатора используют силумин.
Синтез из акрилонитрила и кетонов позволяет получить 2-метилпиридин. Реакция состоит из двух стадий. На первой происходит реакция между акрилонитрилом и ацетоном, катализатором которой являются первичные алифатические амины и слабые кислоты (схема 2а). Реакция протекает при 180°С и повышенном давлении (2,2 МПа). Селективность реакции по получаемому 5-оксогексаннитрила составляет 91 %.
На второй стадии происходит циклизация первичных продуктов в газовой фазе в присутствии водорода над палладиевым, никелевым или кобальтовым катализатором при 240°С (схема 2б). Выход реакции составляет 84 % [4].
Газофазная реакция над никелевым катализатором в присутствии водорода позволяет также получить 2-метилпипередин из 2-метилглутаронитрила (схема 3а), который при дальнейшем дегидрировании в присутствии палладиевого катализатора позволяет получить 3-метилпиридин [6]. Однако данная реакция обладает достаточно низким выходом (50 %).
Показать больше
Фрагмент для ознакомления
3
1. V. Ji Ram. The Chemistry of Heterocycles / V. Ji Ram, A. Sethi, M. Nath, R.Pratap // Elsevier. ‒ 2017. ‒ 489 p.
2. J. P. McCullough. Pyridine: Experimental and Calculated Chemical Thermodynamic Properties between 0 and 1500°K.; a Revised Vibrational Assignment / J. P. McCullough, D. R. Douslin, J. F. Messerly et al. // J. Am. Chem. Soc. 1957. – Vol. 79, № 16. – P. 4289-4295.
3. Санитарные правила и нормы СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания" (с изменениями на 30 декабря 2022 года). Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 января 2021 года № 2 – URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (дата обращения: 24.05.2023). – Текст: электронный.
4. Sh. Shimizu. Pyridine and Pyridine Derivatives / Sh. Shimizu, N. Watanabe, T. Kataoka et al. // Ullmann's encycl. ind. chem., 2000. – Vol. 30. – P. 557-589.
5. A. E. Tschitschibabin. Über Kondensationen der Aldehyde mit Ammonik zu Pyridinbasen / A. E. Tschitschibabin // J. Prakt. Chem., 1924. – Vol. 107., № 1-4. – P. 122-128.
6. L. Qi Syntheses of Pyrroles, Pyridines, and Ketonitriles via Catalytic Carbopalladation of Dinitriles / L. Qi, R. Li, X. Yao // J. Org. Chem., 2020. – Vol. 85, № 2. – P. 1097-1108.
7. Zh. Tian. One-step synthesis of 5-ethyl-2-methylpyridine from NH4HCO3 and C2H5OH under hydrothermal condition / Zh. Tian, D. Zhang, B. Guo et al. // Chem. Res. Chin., 2015. – Vol. 31. – P. 249-252.
8. T. L. Cairns. Synthesis of Pyrimidines and Pyridines from Acetylene and Nitriles / T. L. Cairns, J. C. Sauer and W. K. Wilkinson // J. Am. Chem. Soc., 1952. – Vol. 74, № 16. – P. 3989-3992.
9. S. Lee. Substituted pyridines from isoxazoles: scope and mechanism / S. Lee, R. Jenaa and A. L. Odom // Org. Biomol. Chem., 2022. – Vol. 20. – P. 6630-6636.
10. G. C. Tron. Icilio Guareschi and his amazing “1897 reaction” / G. C. Tron, A. Minassi, G. Sorba, M. Fausone and G. Appendino // Beilstein J. Org. Chem., 2021. – Vol. 17. – P. 1335-1351.
11. Цупак Е. Б., Введение в органическую химию / Цупак Е. Б., Шевченко М. А., Дябло О. В. / Режим – доступа: http://www.chimfak.sfedu.ru/images/files/Organic_Chemistry/index.htm, свободный. – Яз. рус.
12. N. Raghuramulu. Nicotinamide nucleotides in the erythrocytes of patients suffering from pellagra / N. Raghuramulu, S.G. Srikantia, B.S. Rao, C. Gopalan // Biochem. J., 1965. – Vol. 96, № 3. – P. 837-839.
13. A. N. Unissa. Overview on mechanisms of isoniazid action and resistance in Mycobacterium tuberculosis / A. N. Unissa, S. Subbian, L. E. Hanna, N. Selvakumar // Infect. Genet. Evol., 2016. – Vol. 45. – P. 474-492.
14. P. Castellan. Abiraterone acetate for early stage metastatic prostate cancer: patient selection and special considerations / P. Castellan, M. Marchioni, R. Castellucci // Ther Clin Risk Manag, 2018 – Vol. 14. – P. 2341-2347.
15. S. M. Gomha. Synthesis of some new Pyridine-based Heterocyclic Compounds with Anticipated Antitumor Activity / S. M. Gomha, F. M. Abdelrazek, A. H. Abdelrahman, P. Metz // J. Heterocycl. Chem., 2018. – Vol. 55, № 7. – P. 1729-1737.
16. X. X. Zhang. Discovery of the Novel 1H-Pyrrolo[2,3-b]pyridine Derivative as a Potent Type II CDK8 Inhibitor against Colorectal Cancer / X. X. Zhang, Y. Xiao, Y. Y. Yan, Yu M. Wang, H. Jiang et al. // J. Med. Chem., 2022 – Vol. 65, № 18. – P. 12095-12123.
17. L. K. Basco. In vitro activity of the enantiomers of mefloquine, halofantrine and enpiroline against Plasmodium falciparum / L. K. Basco, C. Gillotin, F. Gimenez, R. Farinotti, J. Le Bras // Br. J. Clin. Pharmacol., 1992. – Vol. 33, № 5. – P. 517-520.
18. B. J. Lister. Efficacy of nabumetone versus diclofenac, naproxen, ibuprofen, and piroxicam in osteoarthritis and rheumatoid arthritis / B. J. Lister, M. Poland, R. E. DeLapp // Am. J. Med., 1993. – Vol. 95, № 2. – S2-S9.
19. Sh. Wang. Synthesis and Evaluation of Antidepressant Activities of 5-Aryl-4,5-dihydrotetrazolo [1,5- a]thieno[2,3- e]pyridine Derivatives / Sh. Wang, H. Liu, X. Wang et al. // Molecules, 2019. – Vol. 24, № 10. – 1857.
20. N. P. Mishra. Imidazo[1,2-a]pyridine as a promising scaffold for the development of antibacterial agents / N. P. Mishra, S. Mohapatra, T. Das, S. Nayak // J. Heterocycl. Chem., 2022. – Vol. 59, № 12. – P. 2051-2075.
21. M. R. Reddy. Recent synthetic methodologies for imidazo[1,5-a]pyridines and related heterocycles / M. R. Reddy, Ch. M. Darapaneni, R. D. Patil, H. Kumari // Org. Biomol. Chem., 2022. – Vol. 20, № 17. – P. 3440-3468.
22. G. G. Dumancas. Reference Module in Biomedical Sciences / G. G. Dumancas, T. L. Rodney Jr, Br. J. J. Subong, R. S. H. Koralege, U. D. N. Perera et al. // Elsevier. – 2023.
