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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.

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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)

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4

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:

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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), 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, formaldehído 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.

Otro ejemplo de Síntesis de Hantzsch es el siguiente:

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

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Estudiar la síntesis de Hantzsch que se realizó en el Laboratorio:

o Obtención de 3,5-dicarbetoxi-2,6,-dimetil-1,4-dihidropiridina.-

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N-óxidos de piridina

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Historia

La piridina impura fue sin duda preparada por los primeros alquimistas al calentar huesos animales y otra

materia orgánica, pero la referencia documentada más temprana se adjudica al científico escocés Thomas

Anderson. En 1849, Anderson examinó el contenido del aceite obtenido a través del calentamiento a altas

temperaturas de huesos animales. Entre otras sustancias, separó del aceite un líquido incoloro de olor

desagradable, a partir del cual aisló piridina pura dos años después. La describió como altamente soluble en

agua, fácilmente soluble en ácidos concentrados y sales después de calentarla y levemente soluble en

aceites. Debido a su inflamabilidad, Anderson llamó a la nueva sustancia piridina, del griego πσρος (pyros)

que significa fuego. El sufijo -idina se le suma de acuerdo a la nomenclatura química, como en toluidina,

para indicar que un carbono del ciclo contiene un átomo de nitrógeno.

La estructura química de la piridina fue determinada décadas después de su descubrimiento. Wilhelm

Körner (1869) y James Dewar (1871) sugirieron independientemente que, análogamente a la quinoleína y al

naftaleno, la estructura de la piridina derivaba del benceno mediante la sustitución de un C-H con un átomo

de nitrógeno. La sugerencia de Körner y Dewar luego fue confirmada experimentalmente cuando la piridina

fue reducida a piperidina con sodio. En 1876, William Ramsay combinó acetileno y cianuro de hidrógeno en

un horno de acero al rojo, para dar piridina. Esta fue la primera síntesis de un compuesto hetero-aromático.

Los métodos contemporáneos en la producción de piridina tienen un bajo rendimiento y una demanda

creciente para el compuesto requiere de la búsqueda de nuevas rutas su síntesis. Un punto de inflexión

ocurrió en 1924 cuando el químico ruso Alekséi Tchitchibabin desarrolló la Síntesis de piridina de

Tchitchibabin, la cual utiliza reactivos relativamente baratos. Este método aún se usa en la producción

industrial de la piridina.

Existencia en la naturaleza

La piridina se presenta en un sinfín de compuestos relacionados a la vida (pero no en su forma pura), 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 compuestos tales como la coniína, la manojirimicina, la

peletierina, la mimosina, la ricinina, la anabasina y la anaferina.

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. Reduce la fertilidad masculina y femenina y es considerada un

carcinógeno. Los síntomas de exposición más comunes son: dolor de cabeza, tos, dificultad respiratoria,

laringitis, náuseas y vómitos.

En la naturaleza, en su forma más perjudicial se la encuentra en las hojas y raíces de la belladona (Atropa

belladonna) y en el malvavisco (Althaea officinalis). Pero como vimos, los derivados de la piridina se

encuentran en ciertas biomoléculas como los nucleótidos de piridina y alcaloides. 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, sukiyaki, 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.

Aplicaciones 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 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.

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Propiedades químicas

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

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.

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Obtención

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. Es entonces cuando se condensa con acetaldehído

y amoníaco formando dihidropiridina, luego se oxida con un catalizador en estado sólido a piridina. Este

proceso ocurre en fase gaseosa a 400-450 °C. El producto, 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. El catalizador es usualmente una

sal de un metal de transición como fluoruro de cadmio (II) o fluoruro de manganeso (II), pero también

pueden utilizarse compuestos de cobalto y talio. La piridina obtenida es separada de otros productos

mediante un proceso de múltiples etapas.

Formación de acroleína desde acetaldehído y formaldehido

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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