час піридин і його гомологи добувають з кам'яновугільної смоли і синтетично, оскільки

и

вміст піридинових основ у кам'яновугільній смолі незначний (менше 0,1 %). Піридин,

наприклад, добувають піролізом суміші ацетилену з синильною кислотою:

т

а

м

н

е

д

Гомологи піридину синтезують конденсацією карбонільних

усполук з аміаком. Так, при

нагріванні акролеїну з аміаком утворюється β-піколін, а з оцтовогот

альдегіду і аміаку – 2-

метил-5-етилпіридин:

с

C2H5

CH3

O

O

+NH3

+NH3

4H3C

C

2H2C

CH

C

H

- 4H2O

H

-2H2O

N

,

я

N

CH3

Піридин і його

гомологи

називають

піридиновимин

основами. Піридин чудовий

розчинник, особливо

для процесів

за участю

н

неорганічних

солей та

для

екстракції

антибіотиків. Однак головним чином піридин є сировиною для виробництва лікарських

засобів, гербіцидів, інсектицидів та інших агрохімічних препаратів.

Піридинові основи

містяться

в продуктах

а

перегонки

кам'яного

вугілля, торфу,

сухої

т

деревини, кісток тварин та інших органічних матеріалів.

Структура піридину дуже

подібна

дос

структури

бензолу. Встановлено, що

молекула

р

и

піридину, як і молекула бензолу, плоска. Проте піридинове ядро, на відміну від бензольного,

не є рівностороннім шестикутником, тому що довжина зв'язків С–С (0,139 нм) і С–N (0,134

і молекула піридину, на відміну від молекули бензолу, полярна. Вектор дипольного моменту

о

напрямлений у молекулі піридину від ядра до атома азоту.

Як і бензол, він містить шістьк

π

-електронів, які утворюють загальну π-електронну

и

окислюється; водні піридинового ядра здатні заміщуватися нітрогрупою, сульфогрупою і

галогенами, хоча ці реакціїв

йдуть значно важче, ніж з бензолом; на відміну від бензолу він

дуже важко нітрується.

Фізичні і хімічні властивості. Піридин і його найближчі гомологи – безбарвні рідини з

я

неприємним запахом, розчинні у воді, досить отруйні. Температура кипіння піридину

дорівнює 115,6°С, тобто дещо вища, ніж бензолу.

л

УФ-спектри піридину і бензолу дуже подібні. Так, бензол має смуги поглинання при 179

нм (інтенсивна),д200 нм (середня) і 255 нм (слабка), а піридин має максимуми поглинання

при 170 нм (інтенсивний), 200 і 250 нм.

Піридин, як і бензол, має замкнену електронну систему із секстету π-електронів. Завдяки

л

ньому він має ароматичні властивості і вступає, як і бензол, у реакції заміщення і

приєднанняа .

і

Атом азоту в молекулі піридину, на відміну від піролу, виявляє негативні як

індукційнийр

, так і мезомерний ефекти (–I-і –М-ефекти). Підтвердженням цього є більший

дипольний момент піридину порівняно з дипольним моментом піперидину.

е

Внаслідок –І- і –М-ефектів електронна густина в піридиновому ядрі стає меншою, ніж у

тбензольному. Тому піридин значно важче, ніж бензол, вступає в реакції електрофільного

и

Реакції заміщення. Атоми водню піридинового ядра можуть заміщуватись як

електрофільними, так і нуклеофільними частинками.

м

Електрофільне заміщення. В піридиновому ядрі

розподіл електронної густини під

а

впливом гетероатома азоту стає нерівномірним, і в 2, 4 і 6-положеннях електронна густина

знижується.

т

Тому реакції електрофільного заміщення для піридину відбуваються переважно в 3-

положення.

Е

н

Піридин досить важко і в жорстких умовах вступає в SЕ-реакції, а в реакцію ацилування

е

за методом Фріделя-Крафтса зовсім не вступає (подібно до нітробензолу). Низька активність

піридинового ядра до S -реакцій зумовлена не тільки –І- і –М-ефектами атома азоту, а також

і тим, що

при SЕ-реакціях електрофіл Е+ спочатку

утворює

д

комплекс.

у

А це приводить до ще

У результаті на атомі азоту виникає позитивний заряд.

атома азоту і до ще бі льшого пониження активності цього ядра до SЕ-реакцій. Аналогічна

с

інактивація піридинового циклу відбувається і при наявності сильних кислот, кислот Льюїса,

які також атакують атом азоту піридину і утворюють на ньому електропозитивнийт

центр.

Піридин бромується тільки при сильному нагріванні і утворює при

цьому 3-

з 20 %-м олеумом при наявності каталізатора (солі Hg2+). При цьому утворюється 3-піридин-

сульфокислота (вихід ~70%). Нітрування піридину відбуваєтьсяя

під час його нагрівання з

сумішшю селітри з концентрованою Н2SO4 і призводить до утворення з невисоким виходом

н

(~20 %) 3-нітропіридину, який при відновленні може перетворюватись у 3-амінопіридин:

SO3H

т

а

н

Br

H2SO4 + SO3 (олеум)

+

Br2

N

δ

O

AlCl3

+

N

NO2

NH2

+

реакція

H3C C

Cl

δ

N

δ

KNO3 + H2SO4

6H

не відбувається

с

Нуклеофільне заміщення. Зменшенняи

N

N

електронної густини піридинового ядра полегшує

р

нуклеофільне заміщення в ньому. Тому піридин, на відміну від бензолу, досить легко реагує

з нуклеофільними реагентами. Нуклеофільне заміщення (SN-реакції) здійснюється в

положення 2, 4 і 6 піридиновогоо

ядра, в яких електронна густина найменша. Реакційна

здатність піридину в SN-реакціях настільки висока, що під час їх перебігу в піридиновому

к

ядрі заміщується гідрид-аніон :Н-. Найважливішими SN-реакціями піридину є його взаємодія

з амідом натрію і з порошкоподібними

КОН.

Піридин при нагріванні з амідом натрію утворює 2-амінопіридин (Тпл = 57°С, реакція

Чичибабіна):

л

я

в

NaNH2

NH3

N

N

NHNa

N

NH2 .

При нагріванні піридину з порошкоподібним КОН при 250 – 300°С утворюється 2-

оксипіридин (О.дЄ. Чичибабін):

л

+ KOH

+ H2O

- KOH

N

- H2

N

N

OK

OH

Отжеа, висока електронегативність атома

азоту зумовлює малу реакційну здатність

і

піридину в реакціях електрофільного заміщення і високу активність у реакціях

нуклеофільного заміщення.

р

Реакції приєднання. Піридин, подібно до бензолу, може приєднувати водень. Проте, на

т

відмінуе

від бензолу, він гідрується воднем у момент

виділення (гідрування за методом

6H

и

N

N

H

Піперидин – рідина з характерним запахом, виявляє сильні основні властивості.

Реакції

окислення.

Піридинове ядро, подібно

до

бензольного,

стійке до

окислення.

Піридин, як

і бензол,

не знебарвлює розчин КМnO4,

а β-піколін,

подібно

м

до толуолу,

окислюється КМnO4 до β-піридинкарбонової, або нікотинової кислоти:

н

т

а

CH3

COOH

KMnO4

N

N

Основні властивості. Піридин завдяки вільній парі електронів наеатомі азоту виявляє

слабкі основні властивості. Основні властивості піридину сильніші, ніж аніліну, але набагато

слабкіші, ніж піперидину (гексагідропіридину) і аліфатичних амінів.д

Послаблення основних властивостей піридину порівняно з піперидином і аліфатичними

т

у

2

властивості, знаходиться на sp -орбіталі і утримується азотом сильніше, ніж пара електронів

атома азоту у піперидину і аліфатичних амінів, яка в цих сполукахс

перебуває на sр3-орбіталі.

ніж піролу, оскільки у піролу пара електронів атома азоту спряжена з π-електронами С=С-

н

зв'язків циклу і бере участь в утворенні секстету

π-едектронів пірольного ядра. Внаслідок

цього в молекулі піролу на атомі азоту немає такоїа

електронної пари, як у піридину, і пірол,

приєднуючи протон кислоти, одночасно втрачаєт

ароматичність ядра.

Основні властивості піридин виявляє в реакції з водою, при взаємодії з кислотами,

и

с

піридин утворює гідроксид піридинію. У зв'язку з цим піридин, на відміну від бензолу, легко

о

розчиняється у воді. Водний розчин піридину спричинює посиніння червоного лакмусового

к

папірця, а при добавлянні до цього розчинур

солей заліза випадає осад гідроксиду заліза, що

и

також підтверджує основний характер водного розчину піридину.

Біологічне і фармакологічне значення похідних піридину. Багато похідних піридину є

в

фізіологічно активними речовинами. Наприклад, вітамін РР (В5), або нікотинамід, є амідом

β-піридинкарбонової (нікотинової) кислоти. Цей вітамін

запобігає розвитку

пелагри і є

я

6

ферментів, що

каталізують

складовою частиною

небілкових компонентів ряду

складає основу

д

вітавміну

В . Вітамін

B6 – загальна

назва трьох речовин: піридоксина,

пірідоксаля, піридоксаміна, а також їх фосфатів, серед яких найбільш важливий

пірідоксальфосфат.лЕфір

піридоксалю

з фосфорною

кислотою входить до складу ряду

ферментів, які каталізують перебіг окремих груп реакцій перетворення амінокислот в

організмі, а також біосинтез пуринових основ та гемоглобіну.

а

Ядро гідрованого піридину (піперидину) входить до складу деяких алкалоїдів, зокрема

алкалоїду перцюл

– піперину (від лат. рурег – перець), алкалоїду рослини болиголова –

коніїну та інших.

Групаі

індолу. Індол, або бензопірол, являє собою конденсовану систему, яка

е

т

складається з ядер бензолу і піролу.

Індолр

досить поширений у природі, міститься в запашному маслі жасмину і деяких

а

м

и

н

т

Індол – блискучі листочки. За хімічними властивостями індол дуже подібний до піролу:

н

забарвлює в червоний колір соснову тріску, змочену соляною кислотою, швидко темнішає на

н

повітрі внаслідок окислення, осмолюється кислотами. яІндол майже не виявляє основного

характеру; навпаки, атом водню, зв’язаний з азотом, може заміщуватися на метал, наприклад

при сплавленні з лугами.

а

Індол застосовують у парфумерії для надання одеколонам освіжаючого квіткового

запаху. Індольне ядро лежить в основі індиго і індигоїдних барвників, а також входить до

складу деяких алкалоїдів, наприклад

с

стрихніну. Похідні індолу містять замісники як у

бензольному, так і в пірольному ядрі.

и

т

Багато похідних індолу, наприклад скатол, триптофан, гетероауксин та ін., мають велике

біологічне значення.

о

р

Скатол, або 3-метиліндол, утворюється в кишечнику внаслідок розкладу триптофану

який входить до складу білкових речовин. Запах фекалій обумовлений головним чином

вмістом у ньому скатолу.

к

Триптофан, або α-аміно-β-індолілпропіонова кислота, входить до складу багатьох

білків. В організмі деяких тварин він є вихідною речовиною для синтезу вітаміну РР –

нікотинової кислоти.

в

Гетероауксин, або β-індолілоцтоваи

кислота, зустрічається в розчинах. Вона утворюється

також мікроорганізмами – дріжджами, пліснявими грибками, бактеріями. Гетероауксин

застосовують як стимулятор росту рослин.

л

Група хіноліну. Хінолін належить до гетероциклів з конденсованою системою з ядра

д

бензолу і ядра піридинуя:

і

л

9 7

Хінолін – органічна речовина, ароматична гетероциклічна сполука. Молекула

складається з двох конденсованих ароматичних шестичленних кілець – бензольного та

піридиновогоа

. Брутто-формула C H N. Хінолін може розглядатися як молекула нафталіну у

е

якій один з вуглеців заміщено на азот. Хінолін – безбарвна, гігроскопічна рідина.

т

Ур

вільній формі хінолін у природі не зустрічається. Проте хінолінове ядро входить до

складу багатьох алкалоїдів.

Методи добування:

Синтез Скраупа. Синтез хіноліну з аніліну та гліцерину:

и

У залежності від умов реакції можна селективно прогідрувати як бензольне так і

піридинове кільце хіноліну. Водень в метанолі на платиновому каталізаторі відновлює

м

піридинове ядро. Це ж кільце гідрується ціаноборгідридом натрію, боргідридом натрію,

а

боргідридом цинку в присутності хлориду нікелю (ІІ). Селективне гідрування бензольного

ядра можливе в сильнокислому середовищі (H2/Pt). (або TFA/PtO2/H2) При дещо жорсткіших

т

умовах і тривалішому п роведенні реакції можна досягти повного гідрування подвійних

н

зв'язків. Літійалюмогідрид може відновити хінолін до 1,2-дигідрохіноліну. В той же час

обробка літієм в рідкому аміакові дає 1,4- та/чи 3,4-дигідрохінолін. Останні сполуки легко

вступають в подальші реакції та ізомеризуються:

д

е

т

у

н

Хінолінова циклічна система значно поширена в природі. Хіноліновий кістяк протягом

н

тривалого часу був основою для пошуку синтетичних противомалярійних препаратів. Один з

таких препаратів – хлорохін. Ціанінові барвники також

складають значну частку в

а

Вони застосовуються для

комерційній продукції на основі хінолінової сировини.

на бромисте срібло без сенсибілізації. Найпростішим барвником цього типу є етиловий

с

червоний. Тетрагідропохідна оксамніхін використовується для боротьби із шистосомою, що

служить основною причиною захворюваннят

в тропічних регіонах. На основі синтезу

похідних

хіноліну з ізатину,

можна

одержати

багато

інших

хіміко-фармацевтичних

препаратів. 8

оксихінолін (оксин)

р

широко використовується

в

аналітичній хімії

для

о

виявлення багатьох металів, що дають зиними внутрішньокомплексні солі оксинати (хелати)

за рахунок участі вільної пари електронів азоту, а також як дезинфікуючі засоби (хіназол), 5-

к

застосовується

для

боротьби з кишковими

хлор-7-йод-8-оксихінолін (ентеросептол)

и

захворюваннями. Він настільки повно зв'язує іонний кобальт (кобаламіну – вітаміну B12), що

вижити

бактерії

не

можуть.

Хінолін

часто

використовується в

лабораторії в якості

в

висококиплячого основного розчинника.

Шестичленні гетероцикли з двома гетероатомами

я

З цієї групи сполук винятково важливе значення має піримідин, який являє собою

безбарвну речовину,

добре розчинну у воді. Піримідин у складі своєї молекули містить два

л

атоми азоту, які розміщені один відносно одного в положеннях 1 і 3:

д

Піримідин – ароматична гетероциклічна сполука з секстетом π-електронів, два з яких є

а

р-електронами атомів азоту.

Піримідинл

має велике біологічне значення, оскільки бере участь у побудові небілкових

компонентів ряду ферментів, вітаміну В1

а також нуклеїнових кислот – речовин, які

відповідаютьі

за

збереження

спадкових

ознак і

передачу

їх

за

потомством. У складі

е

кислот

піримідин

знаходиться

у

вигляді

окси-

та амінопохідних

–

нуклеїнових

т

основ: цитозину, урацилу і тиміну, які можуть існувати як у лактамній, так і в

піримідиновихр

лактимній формі (лактим-лактамна таутомерія).

Конденсовані системи гетероциклів.

До конденсованих гетероциклів належать такі

особливе місце посідає пурин, відкритий у 1848 р. німецьким хіміком Е. Фішером:

и

а

м

т

Пурин – ароматична гетероциклічна сполука, молекула якої складаєтьсян

з

двох

гетероциклів – піримідинового та імідазольного, в яких два атоми

вуглецю

(С4

і

С5) є

е

спільними. Делокалізована π-електронна система у його молекулі містить десять спряжених

р-електронів (4п + 2, п = 2) два з яких є електронами атома азоту в положенні 9.

д

Пурин, як і піримідин, має основні властивості і утворює ряд похідних, серед яких слід

у

зазначити аденін (6-амінопурин) і гуанін (2-аміно-6-оксипурин). Аденін і гуанін називають

пуриновими основами. Гуанін може існувати в лактамній ітлактимній формах (лактам-

лактимна таутомерія).

с

урацилом,

тиміном є

Аденін і гуанін разом з піримідиновими основами цитозином,

обов'язковими складовими частинами нуклеїнових кислот. Поряд з цим аденін бере участь у

побудові небілкових компонентів ряду ферментів, а такожя

аденозинтрифосфорної кислоти

(АТФ) – переносника енергії в біохімічних реакціях і важливого фосфорилюючого реагенту.

н

Деякі похідні пурину, наприклад 6-меркаптопурин, який затримує і зменшує ділення

клітин, застосовують у медицині для лікування гострихн

і підгострих лейкозів.

Оксипохідні пурину, такі як: ксантин трапляється в рослинах. Так, він разом з кофеїном

а