Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 224
Текст из файла (страница 224)
Кроме пиридина, в смоле также встречается ряд метнлпиридинов, наиболее важными нз которых являются монометнлпиридины, известные под названием пикояиков. Окисление пнколинов приводит к пирндннкарбоновым кислотам. пилюлю лориеююареююеая лооаююл (2-, 3- лю 4-) (2; 3- или 4-) 3-Изомер этой кислоты (никотиновая кислота) является витамином. Гндразид 4-нзомера (изоникотиновая кислота) используется для лечения туберкулеза яляоюилюая лиоаота ( алия, яироеииа.ларка иооак л иолотар лоераоие атиилоюилааол лиааотю (итииаоиш Все возрастаюшая потребность в некоторых производных пнриднна привела к разработке синтезов, включающих реакции циклизации, например: 2СН2~Н вЂ” СНО + НН3 — ~О~ — (О) СН3 СООН акролоии и и 3-тюлтлириюю Гр-лтааим иплоюалооая алааюлк 86.8.
Реакции пиридина Жу. Электрофильное замещение в пиридине В реакциях электрофнльнога замещения пнрнкнн ведет себя подобна сильно дезактнвированному производному бензола. Он нитруегся, сульфируегся и галогеннруется только в очень жестких условиях, а в реакцию (ррнделя— Крафтса совсем не вступает.
Химические свойства пнридина отвечают свойствам, которых следовало ажидагь нз основании его структуры. Кольцо пнриднна вступает в реакции как электрофильнога,так и нуклеафильногозамешения; нас будет интересовать главным образом вопрос, каким образом атом азота влияет на этн реакции. Имеется также ряд реакций, в которых пирндни играет роль основания или пуклеофила; эти реакции протекжот непосредственно по азоту и связаны с наличием неподеленной пары электронов. 1025 36 ~ Гетерочикдииеские соединения Замещение происходит главным образом в положение 3 (или р) аияЛЪ Я~ЖЬ н ©зозн и идимкисдмеуилислива ©Вс В©вс и н Л-бдим- и Аб-дибремиириди~ иириди р б ие идкедин Попытаемся объяснить реакционную способность и ориентацию, используя обычный подход, основанный на рассмотрении устойчивости промежуточного карбониевого иона. Атака в положение 4 дает карбониевый ион, представляющий собой гибрид структур 1, П и Ш.
Н и н у н у н н'~ ! '~,л' ч / ~ г' в воиоаевие 4 Х И Ж+ 1 111 особенно неисвоавии и внииа азова сексвев Атака в положение 3 приводит к получению иона, представляющего собой гибрид структур 1Ч, Ч и Ч1 н н н н +! у Эиевтоо4исивввв обвив ! ! + в вввивевво а '~, Ф н 1У (Атака в положение 2 сходна с атакой в положение 4, так же как атака в арто- положение в ряду бензола с атакой в лара-положение.) Все эти структуры менее устойчивы, чем соответствующие структуры, возникающие при атаке бензольного ядра, поскольку атом азота оттягивает к себе электроны. Поэтому пиридин медленнее, чем бензол, реагирует в реакциях электрафильного замещения.
Из числа приведенных структур структура П1 особенна неустойчива, поскольку в ией электроотрицательный атом имеет лишь секстет электронов. Поэтому атака в положение 4 (илн в положение 2) осуществляется особенно медленна и замещение происходит преимущественно в положение 3. Очень важно понять различие между реакциями замещения в пиридине и пирроле. В случае пиррола структура, в которой атом азота несет положительный заряд (равд. 36.4), особенно устойчива, поскольку каждый атом в ней Гетероцикдниескзе соедн»ения ~ 8б 1026 имеет октет электронов; атом азота приобретает положительный заряд вследствие обобществления четырех пар электронов В случае пиридина наиболее неустойчива структура, в которой атом азота несет положительный заряд (Н1), поскольку атом азота в этой структуре имеет лишь секстет электронов; атом азота легко обобществляет свои электроны, но„будучи электроотрицательным, он не склонен отдавать свои электроны.
Задача 36.11. 2-Амииопиридин иитруегся илн сульфируется в гораздо более мягких ус- ловиях, чем сам пиридин1 замещение происходит главным образом в пологкеиие 5. Объяс- ните зги факты. Задача 36.1х. Поскольку пиридин нитруется с трудом, 3-амииопнридин удобнее получать нз никотиновой кислоты. Приведите схему синтеза 3-аминопиридина из Р-николина. 8б.10. Нуклеофильное замещение з пиридине В реакциях нуклеофильного замещения, как и в реакциях электрофильного присоединения, кольцо пирндииа ведет себя аналогично бензольному кольцу, содержащему сильную электроноакцепторную группу. Нуклеофильное замещение протекаег легко, особенно в положение 2 и 4, например: 2-амииипыридып 3.дримпиридин (с)) =-а ф' 2-амппапирнди» д.илприиридв» Реакционная способность пиридина в реакциях нуклеофильного замещения настолько велика, что замещению может подвергаться даже сильно основный гндрид-ион:Н-.
Два важных примера подобной реакции — амннирование амидом натрия (реакция Чичибабина) и алкилирование или арилирование при помощи литийорганических соединений Й И амид ппдмдие пингвин гга+ Г1Н2 2.ам пппиридип Г О.н —... + Нн, иамриввая амв 2-имимичмдииа — э О + 1ВН вЂ”,„..С,Нз г-Е пир ди Как мы уже убедились в равд. 26.11, механизм нуклеофильного замещения в ароматическом ряду вполне аналогичен механизму электрофильного замещения. Реакция включает две стадии; скорость первой стадии — образова- () + Сзй,— Ь ' й Х вини»»имей парад»и 4~ ~ 3д ~ Гетероциклические соединения 1О27 ние заряженной частицы — определяет скорость суммарной реакции, В злектрофильном замещении интермедиат заряжен положительно; в нуклеофнльном замещении интермедиат заряжен отрицательно.
Способность кольца размещать заряд определяет стабильность промежуточного соединения и переходного состояния, приводящего к его образованию, и, следовательно, определяет скорость реакции. Нуклеофильная атака в положение 4 приводит к карбаниону, представляющему собой гибрид структур 1, П н П1 Н 2 Н 2 Н 2 н н )'.» ~.'~ ) ~~ ) Нуклеофнльаан атаев в наложение 4 н особенно устойтие: оонеирииельиий наряд иа интие 3 дает карбанион, представляющий собой гибрид струк- Атака в положение тур 1Ч, Ч и Л Н Нуклео4альнвн атака в полонезно 3 (Атака в положение 2 напоминает атаку в положение 4.) Все эти структуры гораздо более устойчивы, чем соответствующие структуры, образующиеся прн атаке производных бензола, что связано с злектроноакцепторным влиянием атома азата.
Структура 11! особенно устойчива, поскольку в ней отрицательный заряд локализован на атоме, который более всего склонен его принимать, — на электроотрицательном атоме азота. Поэтому понятно, что нуклеофильное замещение протекает быстрее для пиридинового кольца по сравнению с бензольным и быстрее в положения 2 и 4, чем в положение 3.
Одна и та же причина — электроотрицательность атома азота — обусловливает малую реакционную способность пирндина в реакциях электрофильного замещения и его высокую активность в реакциях нуклеофильного замещения, Зб.11. Основность пиридина Пиридин представляет собой основание и имеет Ко —— 2,3*10-'. Таким образом, он гораздо более сильное основание, чем пнррол (Ко 2,5 10-'е), но гораздо слабее, чем алифатические амины (Ко 10"е).
В пирндине имеется пара электронов (на зр'-орбитали), которая может обобществляться с протоном кислоты; в пирроле нет такой пары, поэтому, принимая протон кисЛоты, пнррол одновременно утрачивает ароматичность кольца. Меньшую основность пиридина по сравнению с алифатнческимн аминами объяснить несколько труднее, но и она укладывается в общую схему рассуждений. Отвлечемся на некоторое время от пирнднна; обратимся к вопросу об 65* Гетероциклические соединения ~ 86 1028 основности углеродных аналогов аминов — карбаниоиов и используем подход, рассмотренный в равд. 8.10.
Бензол — более сильная кислота, чем алкая, что следует из его способности вытеснять алканы из их солей„это, естественно, означает, что фениланион С,Н, является более слабым основанием, чел злкнл-анион К-. й: М+ + СеНе:Н и==-е й:Н + СеНе-' Нв+ более более более более сильное сильная слабая слябов основание кислоте кислота основание Аналогично ацетилен — более сильная кислота, чем бензол, а ацетилид-ион является более слабым основанием, чем фенил-анион. СеНе: Ме++ НСмС:Н ч==е СеНе:Н+ НСпвС:Ма+ более более более более сильное сильная слабая плебсе осноненне кислоте нислотв основание Таким образом мы получим следую.цне ряды кислотности углеводородов н основности их аннонов: Отиоснтельиии кислотность: НС~: Н ) СеНе: Н ) К:Н Отиоснтельиия оснонность: НС==С: с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
