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Piridina

Enero 12, 2022

Piridina
Nombre IUPAC Piridina
Otros nombres Azabenceno, Azina, py
Fórmula empírica C5H5N
Masa molecular 79,10 g/mol
Estado físico/Color Líquido/Incoloro
Número CAS 110-86-1
Propiedades
Densidad 0,9819 g/cm³ a 20 °C
Punto de fusión –41,16 °C (232,0º K)
Punto de ebullición 115,2 °C (388º K)
Solubilidad en agua Miscible en agua
Información de Seguridad
Frases R: R11-20, R21, R22

Frases S: S26-28

Exenciones y Referencias[1]​[2]​[3]​

La piridina (fórmula molecular C5H5N, masa molecular: 79,10) es un líquido incoloro de olor desagradable, similar al pescado en mal estado. Pertenece a la familia de los compuestos heterocíclicos aromáticos , y está estructuralmente relacionada con el benceno, siendo la única diferencia entre ellos el reemplazo de un grupo CH del anillo bencénico por un átomo de nitrógeno.

El olor puede llegar a ser nauseabundo y provocar estornudos.

Historia

 
Thomas Anderson.

La piridina impura fue sin dudas preparada por los primeros alquimistas al calentar huesos animales y otra materia orgánica,[4]​ pero la referencia documentada más temprana se adjudica al científico escocés Thomas Anderson.[5]​[6]​ En 1849, Anderson examinó el contenido del aceite obtenido a través del calentamiento a altas temperaturas de huesos animales.[6]​ 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 πῦρ (pyr) 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.[7]​

La estructura química de la piridina fue determinada décadas después de su descubrimiento. Wilhelm Körner (1869)[8]​ y James Dewar (1871)[9]​ 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.[10]​[11]​ La sugerencia de Körner y Dewar luego fue confirmada experimentalmente cuando la piridina fue reducida a piperidina con alcohol de sodio. En 1876, William Ramsay combinó acetileno y cianuro de hidrógeno en piridina en un horno de acero al rojo. Esta, fue la primera síntesis de un compuesto hetero-aromático.[12]​[13]​

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 para sintetizarla. Un punto de inflexión ocurrió en 1924 cuando el químico ruso Alekséi Chichibabin desarrolló la Síntesis de piridina de Chichibabin, la cual utiliza reactivos relativamente baratos.[14]​ Este método aún se usa en la producción industrial de la piridina.[15]​

Nomenclatura

El nombre sistemático de la piridina, dentro de la nomenclatura de Hantzsch-Widman recomendada por la IUPAC, es azina. Sin embargo, los nombres sistemáticos para compuestos simples son raramente utilizados, por lo que la nomenclatura de los heterociclos sigue a los nombres comunes. La IUPAC no recomienda el uso de azina en vez de piridina.[16]​ La numeración de los átomos del anillo de piridina comienza en el nitrógeno. También se utiliza la distribución de las posiciones de los carbonos según el alfabeto griego (α-γ) y cuando se habla de los patrones de sustitución se utiliza (orto, meta y para). Aquí α (orto), β (meta) y γ (para) se refieren a las posiciones 2, 3 y 4 del anillo respectivamente. El nombre sistemático de los derivados de piridina es piridinil, donde la posición del sustituyente es precedida por un número. Sin embargo en este caso también la IUPAC no aconseja el uso optando por el nombre común piridil en vez del sistemático.[17]​ El derivado catiónico formado por la adición de un electrófilo al nitrógeno es llamado piridinio

  •  

    4-bromopiridina

  •  

    2,2′-bipiridina

  •  

    Ácido piridina-2,6-dicarboxílico (Ácido dipicolínico)

  •  

    Catión piridinio

Existencia en la naturaleza

La piridina se presenta en un sinfín de compuestos relacionados con la vida (pero no en su forma pura), entre ellos el NAD, 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 anabasina y la anaferina. Algunas piridinas relacionadas con el ácido nicotínico son los alcaloides de la palma Areca (Arecolina, guvacina), la ricinina de las semillas del ricino, la hermidina de Mercurialis annua y la trigonelina de la alholva. Varias plantas de la familia Celastraceae producen ésteres del ácido evonínico (ácido nicotínico enlazado con una molécula de ácido 2-metilbutírico) y sesquiterpenos tipo agarofurano. Ejemplos de estos alcaloides son la maytolina, maytina, acantotamina, evonina, neoevonina, euonimina, hipocratinas, emarginatinas. Las betalaínas y betaninas también contienen anillos de 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. 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)[18]​ y en el malvavisco (Althaea officinalis).[19]​ 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,[20]​ sukiyaki,[21]​ panceta frita,[22]​ el queso Beaufort,[23]​ el aroma del café,[24]​ el té negro[25]​ y la miel de girasol.[26]​ El humo del tabaco[27]​[28]​ y el de la marihuana[13]​ contienen piridina.

Propiedades

Propiedades físicas

 
Estructura cristalina de la piridina.
 
Momento dipolar eléctrico de la piridina.

La piridina es un líquido incoloro cuyo punto de fusión es de –41,6 °C, su punto de ebullición de 115,2 °C. Su densidad es de 0,9819 g/cm³, es cercana a la del agua y su índice de refracción es de 1,5093 a una longitud de onda de 589 nm y a una temperatura de 20 °C.[29]​ El agregado de una cantidad de 40 mol% de agua a la piridina reduce gradualmente su punto de fusión de –41,6 °C a –65,0 °C.[30]​ El momento dipolar eléctrico molecular es de 2.22 Debye.[31]​ La piridina además es diamagnética y su susceptibilidad diamagnética es de –48.7×10−6 cm³·mol−1.[32]​ La entalpía estándar de formación es de 100.2 kJ·mol−1 en fase líquida[33]​ y de 140.4 kJ·mol−1 en la fase gaseosa. A 25 °C la piridina tiene una viscosidad[34]​ de 0,88 mPa/s y una conductividad térmica de 0,166 W·m−1·K−1.[35]​[36]​ La entalpía de vaporización es de 35,09 kJ·mol−1 en el punto de ebullición a presión normal.[37]​ La entalpía de fusión es de 8.28 kJ·mol−1 en el punto de fusión.[38]​

Los piridina cristaliza en un sistema cristalino ortorrómbico con un grupo espacial Pna21 con parámetros de red de a = 1752, b = 897, c = 1135 pm, y 16 unidades de fórmula por celda unidad (medido a 153 K). Por comparación el cristal de benceno es también ortorrómbico, con un grupo espacial Pbca, a = 729.2 p. m., b = 947.1 pm, c = 674.2 p. m. (a 78 K), pero el número de moléculas por celda unidad es de solamente 4.[39]​ Esta diferencia se debe en parte a la menor simetría mostrada por las moléculas individuales de piridina (C2v vs. D6h para benceno). Un trihidrato (pyridine·3H2O) es conocido, también cristaliza en un sistema ortorrómbico en el grupo espacial Pbca, los parámetros de red son a = 1244, b = 1783, c = 679 pm y ocho unidades de fórmula por celda unidad (medido a 223 K).[30]​

El punto crítico de la piridina se encuentra a una presión de 6,70 MPa, 620 K y un volumen de 229 cm³·mol−1.[40]​ En el rango de temperatura de 340-426 °C su presión de vapor p puede ser descripta por la Ecuación de Antoine

 

Donde T es temperatura, A = 4.16272, B = 1371.358 K y C = –58.496 K.[41]​

La espectro de absorción óptica de la piridina en hexano contiene tres bandas en las longitudes de onda de 95 nm (transición π → π*, absortividad molar ε = 7500 L·(mol·cm)−1), 251 nm (transición π → π*, ε = 2000 L·(mol·cm)−1) y 270 nm (transición n → π*, ε = 450 L·(mol·cm)−1).[42]​ El espectro de resonancia magnética nuclear de protón (NMR 1H)contiene tres señales con una relación integral de intensidad de 2:1:2 que corresponde a los tres protones químicamente diferentes en la molécula. Estas señales se originan de los α-protones (desplazamiento químico 8,5 ppm), el γ-protón (7,5 ppm) y los β-protones (7,1 ppm). El análogo de carbono de la piridina, el benceno, tiene solo una señal de protón a 7,27 ppm. Los desplazamientos químicos de mayor amplitud de los protones -α y -γ en comparación al benceno se deben a la menor densidad electrónica entre las posiciones alfa y gamma, hecho que puede ser visto a partir de las estructuras de resonancia. La situación es similar para el espectro NMR de 13C tanto de benceno como de piridina: La piridina muestra un triplete a δ (α-C) = 150 ppm, δ (β-C) = 124 ppm and δ (γ-C) = 136 ppm, mientras que en el benceno se observa una línea simple a 129 ppm. Todos los desplazamientos citados son para solventes libres de otras sustancias.[43]​ Normalmente la piridina se detecta por los métodos de cromatografía de gas y espectrometría de masas.[13]​

Propiedades químicas

La piridina es soluble en agua y prácticamente en todos los solventes orgánicos.[29]​ Es débilmente básica y con ácido clorhídrico forma una sal cristalina (hidrocloruro) que funde a 145-147 °C[44]​ 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 la protonación, alquilación, acilación y N-oxidación en el átomo de nitrógeno. Y también como un compuesto aromático experimentando sustituciones nucleófilas.

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.[45]​[46]​ La reactividad de la piridina puede ser diferenciada para tres grupos químicos. Frente a electrófilos, la sustitución electrófila tiene lugar cuando la piridina presenta propiedades aromáticas. 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. 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.[47]​

 
1,10-fenatrolina

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

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.[49]​ El espectro de infrarrojo de los complejos de piridina es conocido en detalle.[50]​ 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.[51]​

El modo de coordinación η6, como ocurre en los complejos η6 del benceno, solamente es observado en derivados estéricamente impedidos que bloquean el centro de nitrógeno[52]​

Propiedades moleculares

 
La piridina con su par solitario libre

La piridina posee un sistema conjugado de seis electrones π que se encuentran deslocalizados sobre el anillo. La molécula es plana y sigue la regla de Hückel para los sistemas aromáticos. A diferencia del benceno, la densidad electrónica no se encuentra distribuida uniformemente en el anillo, hecho que explica el efecto inductivo negativo en el átomo de nitrógeno. Por esta razón, la piridina tiene momento dipolar y una energía de resonancia menor a la del benceno (117 kJ·mol−1 para la piridina frente a 150 kJ·mol−1 para el benceno).[53]​ Pero aun así, posee una energía superior a la del furano, tiofeno y pirrol. La localización electrónica en la piridina se ve reflejada también por la menor longitud del enlace C-N (137 p. m. para el enlace C-N en la piridina frente a 139 p. m. para el enlace C-C en el benceno),[54]​ mientras que los enlaces C-C de la piridina son de la misma longitud que en el benceno. Estas longitudes de enlace poseen valores intermedios entre los de un enlace simple y un enlace doble, característica típica de un compuesto aromático.

 
Deslocalización electrónica del benceno y de la piridina.

Todos los átomos en el anillo de la piridina son híbridos sp2. El átomo de nitrógeno "dona" sus tres electrones hibridados al sistema anular y su par de electrones "extra" se ubica paralelo al plano de la molécula, hacia afuera y sin participar de la deslocalización electrónica por lo que tampoco contribuye a la aromaticidad de la molécula. Pero este par solitario, influye en las propiedades químicas de la piridina, por ejemplo mediante la fácil formación de enlaces a través de un ataque electrofílico. Sin embargo, debido a la exclusión del par solitario del sistema aromático anular, este par solitario del nitrógeno no puede ejercer un efecto mesomérico positivo sobre el anillo.

Se conocen muchos análogos de la piridina donde el N es reemplazado por otros heteroátomos. El reemplazo de un CH en la piridina por un segundo nitrógeno da lugar a los diazoheterociclos. C4H4N2), con los nombres piridazina, pirimidina y pirazina.

 
Longitudes de enlace y ángulos de enlace del benceno, piridina fosforina, arsenobenceno, antimonina y bismutobenceno
 
Orbitales electrónicos en la piridina
 
Estructuras de resonancia de la piridina
 
Orbitales electrónicos en la piridina protonada

Obtención

Industrialmente, la piridina 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.

Síntesis de Chichibabin

La Síntesis de piridina de Chichibabin fue publicada por vez primera en 1924 y sigue industrialmente en uso.[14]​ En forma general, la reacción puede ser descrita como una reacción de condensación de aldehídos, cetonas, compuestos carbonílicos α,β-insaturados o cualquier combinación de las anteriores en amoníaco o aminas.[55]​ 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.[15]​

 
Formación de acroleína desde acetaldehído y formaldehído
 
Condensación de la piridina desde acroleína y acetaldehído

La aplicación práctica de la síntesis tradicional de Chichibabin 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 Chichibabin muy poco popular cuando no es modificada.[55]​

Desalquilación de alquilpiridinas

La piridina puede ser preparada mediante la desalquilación de piridinas alquiladas, las cuales son obtenidas como productos derivados en la síntesis de otras piridinas. La desalquilación oxidativa es llevada a cabo utilizando un catalizador de Óxido de Vanadio (V) con aire[56]​ o con una desalquilación en vapor con catalizadores basados en níquel,[57]​[58]​ o una hidro-desalquilación con un catalizador basado en plata o platino.[59]​ Se pueden obtener rendimientos de piridina de hasta un 93% con el catalizador basado en níquel[15]​

Ciclación de Bönnemann

 
Ciclación de Bönnemann.

La trimerización entre una parte de una molécula de nitrilo y dos partes de acetileno en piridina es llamada ciclación 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.[60]​ 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.

Métodos de síntesis de derivados de piridina y compuestos relacionados

Síntesis de Hantzsch: La primera y principal síntesis de derivados de piridina fue descrita en 1881 por Arthur Rudolf Hantzsch.[61]​ Se usa normalmente una mezcla 2:1:1 de un β-cetoácido (normalmente acetoacetato, un aldehído (formaldehído) y amoníaco o una sal del amoníaco con el nitrógeno dador. Primero, se obtiene una piridina dihidrogenada, que es consiguientemente oxidada a su correspondiente derivado de piridina. Emil Knoevenagel mostró que las piridinas sustituidas asimétricamente podrían ser producidas mediante este proceso.[62]​

 
Síntesis de piridina de Hantzsch con acetoacetato, formaldehído y acetato de amonio; con Cloruro de hierro (III)] como catalizador.

En una reacción similar se sintetiza 2-picolina a partir de acetaldehído y amoniaco:[63]​

 

La síntesis de piridina de Kröhnke involucra una condensación de una 1,5-dicetona con acetato de amonio en ácido acético seguida por una oxidación.

 

La transposición de Ciamician-Dennstedt conlleva la expansión del anillo de pirrol con diclorocarbeno para dar 3-cloropiridina.[64]​

 

En la Síntesis de Gattermann-Skita,[65]​ Un sal del éster malonico reacciona con diclorometilamina.[66]​

 

La síntesis de Bohlmann-Rahtz permite preparar piridinas sustituidas en dos pasos. El primer paso es la condensación de una enamina (formada por la reacción de una cetona y amoniaco) con un grupo electro atractor (EWG) con una etinilcetona para formar un aminodieno como intermediario. Este compuesto formado sufre una isomería E/Z por acción del calor y una reacción de ciclodeshidratación para formar finalmente las piridinas 2,3,6-trisustituídas. EWG = -COOR, -CN

 

La síntesis de piridina de Boger se basa en la cicloadición para la formación de piridinas que lleva el nombre de su descubridor Dale L. Boger, quien la reportó por primera vez en 1981.[67]​ La reacción es una forma de reacción de Diels-Alder reversa en la que una enamina reacciona con una 1,2,4-triazina para formar el núcleo de piridina.[68]​[69]​ La reacción es especialmente útil para preparar piridinas que serían difíciles de sintetizar a partir de otros métodos y se ha usado en la síntesis total de varios productos naturales complicados.[70]​

 

Para síntesis de anillos de piridina fusionados con anillos de benceno véase síntesis de quinolinas, Síntesis de isoquinolinas y síntesis de acridinas.

La 2-piridona puede ser obtenida por una reacción de amonólisis de 2-pironas:

 

En la síntesis de piridonas de Guareschi-Thorpe la cianoacetamida reacciona con una 1,3-dicetona para formar la 2-piridona.[71]​[72]​[73]​[74]​

 

Otros derivados de la piridina pueden ser sintetizados haciendo reaccionar 1,5-dicetonas con acetato de amonio en ácido acético, seguido de oxidación. Para derivados de reducción parcial o total, véase síntesis de piperidina, síntesis de nanofina, síntesis de 2-piperidona, síntesis de glutarimidas y la Síntesis de piperidona de Petrenko-Kritschenko.

Algunas piridinas se pueden obtener por oxidación de las quinolinas. El ácido quinolínico fue sintetizado por Zdenko Hans Skraup, quien observó que las quinolinas metil-sustituidas pueden ser oxidadas con permanganato de potasio al ácido quinolínico, el cual puede ser precursor de otras piridinas.[75]​ Por ejemplo, la primera descarboxilación puede formar el ácido nicotínico:

 
.

Otra aplicación de estos compuestos es la reacción de Hammick, la cual consiste en la descarboxilación térmica de ácidos α-picolínicos para dar como productos 2-piridil-carbinoles, en presencia de compuestos carbonílicos. Esta reacción fue descrita por el químico inglés Dalziel Hammick (1887-1966).[76]​[77]​[78]​

 

Reacciones

Muchas reacciones que son características del benceno ocurren también en la piridina pero bajo condiciones más complicadas y/o con bajos rendimientos. Debido a la disminución de la densidad electrónica en el anillo aromático, las reacciones de sustitución electrófila aromática son menores en favor de las reacciones de adición de nucleófilos en el átomo de nitrógeno rico en electrones. La adición al átomo de nitrógeno lleva a la consiguiente desaparición de las propiedades aromáticas y al impedimento de la sustitución electrófila. Por otro lado, la sustitución radicalaria y la sustitución nucleófila aromática son experimentadas más fácilmente que en el benceno.[31]​[45]​

Sustituciones electrófilas

La mayoría de las sustituciones electrófilas en la piridina no ocurren o bien ocurren solo parcialmente; sin embargo, el carácter heteroaromático puede ser activado mediante la funcionalización del anillo con sustituyentes electrodadores. Las comunes alquilaciones y acilaciones, como las alquilaciones y acilaciones de Friedel Crafts, usualmente no ocurren debido a que solo conducen a la adición al átomo de nitrógeno. Las sustituciones, usualmente tienen lugar en la posición 3, que es el átomo de carbono más rico en electrones del anillo y por lo tanto es la posición más susceptible a la adición electrófila.

 
 
 
 
Estructura del N-óxido de piridina.

Las sustituciones en las posiciones 2- y 4- de la piridina llevan a un complejo σ energéticamente desfavorable. Pueden ocurrir, sin embargo, utilizando ciertas técnicas experimentales como desarrollar la reacción sobre el N-óxido de piridina seguido de la desoxigenación del átomo de nitrógeno. Entonces, la adición de oxígeno disminuye la densidad electrónica en el átomo de nitrógeno y promueve la sustitución en las posiciones 2- y 4-. Luego, el átomo de oxígeno puede ser removido por diferentes vías, comúnmente se utilizan compuestos de fósforo trivalente o azufre divalente, los cuales son fácilmente oxidados. La trifenilfosfina es un reactivo comúnmente utilizado, el cual se oxida a óxido de trifenilfosfina reduciendo al nitrógeno. Cuando los N-óxidos de piridina con sustituyentes saturados en la posición 2 son tratados con anhídrido trifluoroacético el oxígeno puede migrar del nitrógeno al sustituyente (Reacción de Boekelheide).[79]​

Los párrafos siguientes corresponden a reacciones de sustitución electrófila características de la piridina.[45]​

La nitración directa de la piridina requiere condiciones extremas y da solamente un bajo rendimiento. La 3-nitropiridina puede ser obtenida al reaccionar la piridina con óxido de nitrógeno (V) en presencia de sodio.[80]​[81]​[82]​ Los derivados de la piridina donde el átomo de nitrógeno se encuentra impedido estérica o electrónicamente pueden ser obtenidos por nitración con tetrafluoroborato de nitronio (NO2BF4). En esta vía, la 3-nitropiridina se obtiene mediante la síntesis de 2,6-dibromopiridina seguida de la remoción de los átomos de bromo.[83]​[84]​ La sulfonación directa de la piridina es aún más difícil que la nitración directa. Sin embargo, el ácido piridina-3-sulfónico puede ser obtenido con rendimientos aceptables mediante el calentamiento de la piridina en exceso de ácido sulfúrico a 320 °C.[85]​ La reacción con el grupo SO3 facilita también la adición de azufre al átomo de nitrógeno, especialmente en presencia de un catalizador de Sulfato de mercurio (II).[45]​[86]​

En contraste a lo que ocurre con la nitración y la sulfonación, la bromación directa y la cloración directa de la piridina ocurren fácilmente. La reacción de la piridina con bromo molecular en ácido sulfúrico a 130 °C produce rápidamente 3-bromopiridina. El rendimiento para 3-cloropiridina es más bajo en la cloración con cloro molecular en presencia de cloruro de aluminio a 100 °C. Tanto la 2-bromopiridina como la 2-cloropiridina pueden ser producidas por reacción directa con el halógeno con un catalizador de cloruro de paladio (II).[87]​

Sustituciones nucleófilas

A diferencia del benceno, la Piridina experimenta eficientemente muchas sustituciones nucleófilas, y es tenida en cuenta como un buen nucleófilo (número dador 33.1). La razón de esto es la densidad electrónica relativa baja de los átomos de carbono en el anillo. Las reacciones incluyen sustituciones con eliminación de un ion hidruro y eliminación-adición con formación de un intermedio arino. Usualmente ocurren en las posiciones 2- y 4- del anillo.[45]​[46]​

 
 
 

Muchas sustituciones son experimentadas fácilmente, pero no con la piridina sola sino con piridinas sustituidas con bromo, cloro, flúor o ácido sulfónico que toman el rol de grupo saliente. Entonces, el flúor es el mejor grupo saliente en la sustitución con compuestos de organolitio. Los compuestos que realizarán el ataque nucléofilo pueden ser alcóxidos, tiolatos, aminas y amoníaco (a presión elevada).[88]​

El ion hidruro es generalmente un pobre grupo saliente y actúa como tal solamente en algunas reacciones heterocíclicas como la reacción de Chichibabin que da derivados de piridina aminados en la posición 2-. Aquí, el amiduro de sodio es utilizado como nucleófilo dando como producto 2-aminopiridina. El ion hidruro liberado en esta reacción se combina con un protón de un grupo amino disponible formando moléculas de hidrógeno.[46]​[89]​

 
Mecanismo de la reacción de Chichibabin.

Análogamente al benceno, las sustituciones nucleófilas en piridina pueden resultar en la formación de un intermedio heteroarino. A propósito de esto, los derivados de piridina indeseados pueden ser eliminados con buenos grupos salientes usando bases fuertes como el tert-butóxido de potasio o de sodio. La adición subsecuente de un nucleófilo al triple enlace del intermedio posee poca selectividad y el resultado es una mezcla de los dos aductos posibles.[45]​

Reacciones radicalarias

 
Ecuación total de la reacción de Minisci con piridina.

La piridina experimenta una serie de reacciones radicalarias, las cuales son usadas en su dimerización en bipiridinas. La dimerización radicalaria de la piridina con sodio elemental o níquel Raney da selectivamente 4,4'-bipiridina[90]​ o 2,2'-bipiridina,[91]​ la cual es un reactivo precursor importante en la industria química. Una de las reacciones que involucra radicales libres es la Reacción de Minisci. La misma puede producir 2-tert-butilpiridina cuando reacciona piridina con ácido piválico, nitrato de plata y amonio en ácido sulfúrico con un rendimiento del 97%.[45]​

Reacciones sobre el átomo de nitrógeno

Los ácidos de Lewis se adicionan fácilmente al átomo de nitrógeno de la piridina formando sales de piridinio. La reacción con haluros de alquilo conduce a la alquilación en el átomo de nitrógeno. Esto, crea una carga positiva en el anillo que incrementa la reactividad de la piridina tanto frente a la oxidación como a la reducción.
La reacción de Zincke se utiliza para la introducción selectiva de radicales en compuestos de piridinio. La reacción con aminas secundarias, sin embargo, lleva a la apertura del anillo y a la formación de aldehídos de Zincke.

 
Ecuación general de una reacción de Zincke  
 
Síntesis de un aldehído de Zincke  
 
Adición de varios ácidos de Lewis a la piridina  

Hidrogenación y reducción

 
Reducción de piridina a piperidina usando níquel Raney.

La piperidina (piridina saturada de hidrógeno) se obtiene a través de una reacción con hidrógeno gaseoso en presencia de un catalizador níquel Raney.[92]​ Esta reacción libera una energía de 193.8 kJ·mol−1,[93]​ la cual es levemente inferior a la energía de hidrogenación del benceno (205.3 kJ·mol−1).[93]​

Se pueden obtener derivados parcialmente hidrogenados con condiciones más suaves. Por ejemplo, la reducción con hidruro de litio y aluminio da una mezcla de 1,4-dihidropiridina, 1,2-dihidropiridina y 2,5-dihidropiridina.[94]​ La síntesis selectiva de 1,4-dihidropiridina se consigue en presencia de complejos organometálicos de magnesio y cinc,[95]​ y la (Δ3,4)-tetrahidropiridina se obtiene mediante una reducción electroquímica de la piridina.[96]​

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.

Biosíntesis

Los anillos de piridina y piperidina se encuentran presentes en diversos metabolitos de gran relevancia para los seres vivos. Se comentarán los más representativos:

Fosfato de piridoxal: Existen dos rutas de biosíntesis, a partir de ribosa (en plantas) y a partir del DOXP (bacteriana):[97]​
 
Ácido nicotínico: El aspartato puede aceptar un grupo carbamilo por medio de su nitrógeno amino para formar el ácido N-carbamoilaspártico. Además, el ácido aspártico puede condensarse con el fosfato de dihidroxiacetona para formar la vitamina ácido nicotínico.[98]​[99]​ Este compuesto es precursor de la nicotina, la arecolina y la ricinina:
 
Ácidos picolínicos: La lisina puede ser biosintetizada por la ruta del diaminopimelato (DAP) en hongos o por la ruta de α-aminoadipato (AAA). Durante su biosíntesis se pueden formar metabolitos tales como el ácido picolínico y ácido dipicolínico, los cuales son isómeros del ácido nicotínico y el ácido quinolínico, respectivamente.
 
Ácido fusárico: Se forma por la condensación de trans-hexenal y O-acetilhomoserina por la acción de una PKS:[100]​
 
Desmosina: Aminoácido que se ha demostrado que proviene de cuatro unidades de lisina, de la elastina:
 
Pseudoalcaloides piridínicos iridoides: La actinidina es un derivado de la piridina que se encuentra en el aceite esencial de la valeriana (Valeriana officinalis).[101]​
 
Betalaínas:La base de estos pigmentos alcaloides es el ácido betalámico, el cual se forma por la escisión oxidativa de la DOPA. Cuando el ácido betalámico forma iminas con el nitrógeno de los aminoácidos, se forman las betalaínas. Se clasifican en dos tipos: las betacianinas, que son sales de iminio de la cicloDOPA, y las betaxantinas, que son iminas con aminoácidos o aminas biógenas[102]​).
 
Piridinas derivadas del triptófano: El ácido nicotínico se puede sintetizar durante la ruta de degradación del triptófano:
 
Biosíntesis: Triptófano → quinurenina → niacina.

Existen diversos organismos que forman derivados de ácido antránílico y los escinden oxidativamente para formar piridinas, como es el caso de la orellanina:

 

Compuestos relacionados

  • DMAP o 4-dimetilaminopiridina
  • Bipiridina, una compuesto polipiridínico simple que consiste de dos moléculas de piridina unidas por una unión simple.
  • Terpiridina, un compuesto formado por tres anillos piridínicos conectados por dos uniones simples.
  • Quinolina e Isoquinolina, compuestos formados por un anillo piridínico y un anillo bencénico fusionados.
  • Anilina, un derivado bencénico con un grupo amino (-NH2) unido, pero NO una piridina.
  • Diazinas, compuestos con uno o más átomos de carbono reemplazados por un átomo de nitrógeno, como la pirazina y la pirimidina.
  • Triazinas, compuestos con dos o más átomos de carbono reemplazados por nitrógeno.
  • 2,6-lutidina, nombre trivial para la 2,6-dimetilpiridina.
  • Colidina, nombre trivial para la 2,4,6-trimetilpiridina.
  • p-toluenosulfonato de piridinio (PPTS), una sal formada por intercambio de protones entre la piridina y el ácido p-toluenosulfónico.

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Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Piridina.
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  • ATSDR en Español - Resumen de Salud Pública: Polibromobifenilos (PBB) Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (dominio público)
  • : Ficha internacional de seguridad química de la piridina.
  •   Datos: Q210385
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Enero 12, 2022
piridina, nombre, iupac, otros, nombres, azabenceno, azina, pyfórmula, empírica, c5h5nmasa, molecular, molestado, físico, color, líquido, incoloronúmero, 1propiedadesdensidad, 9819, cpunto, fusión, punto, ebullición, 388º, solubilidad, agua, miscible, aguainfo. PiridinaNombre IUPAC PiridinaOtros nombres Azabenceno Azina pyFormula empirica C5H5NMasa molecular 79 10 g molEstado fisico Color Liquido IncoloroNumero CAS 110 86 1PropiedadesDensidad 0 9819 g cm a 20 CPunto de fusion 41 16 C 232 0º K Punto de ebullicion 115 2 C 388º K Solubilidad en agua Miscible en aguaInformacion de SeguridadFrases R R11 20 R21 R22 Frases S S26 28Exenciones y Referencias 1 2 3 La piridina formula molecular C5H5N masa molecular 79 10 es un liquido incoloro de olor desagradable similar al pescado en mal estado Pertenece a la familia de los compuestos heterociclicos aromaticos y esta estructuralmente relacionada con el benceno siendo la unica diferencia entre ellos el reemplazo de un grupo CH del anillo bencenico por un atomo de nitrogeno El olor puede llegar a ser nauseabundo y provocar estornudos Indice 1 Historia 2 Nomenclatura 3 Existencia en la naturaleza 4 Propiedades 4 1 Propiedades fisicas 4 2 Propiedades quimicas 4 3 Propiedades moleculares 5 Obtencion 5 1 Sintesis de Chichibabin 5 2 Desalquilacion de alquilpiridinas 5 3 Ciclacion de Bonnemann 5 4 Metodos de sintesis de derivados de piridina y compuestos relacionados 6 Reacciones 6 1 Sustituciones electrofilas 6 2 Sustituciones nucleofilas 6 3 Reacciones radicalarias 6 4 Reacciones sobre el atomo de nitrogeno 6 5 Hidrogenacion y reduccion 7 Aplicaciones 8 Biosintesis 9 Compuestos relacionados 10 Referencias 11 Enlaces externosHistoria Editar Thomas Anderson La piridina impura fue sin dudas preparada por los primeros alquimistas al calentar huesos animales y otra materia organica 4 pero la referencia documentada mas temprana se adjudica al cientifico escoces Thomas Anderson 5 6 En 1849 Anderson examino el contenido del aceite obtenido a traves del calentamiento a altas temperaturas de huesos animales 6 Entre otras sustancias separo del aceite un liquido incoloro de olor desagradable a partir del cual aislo piridina pura dos anos despues La describio como altamente soluble en agua facilmente soluble en acidos concentrados y sales despues de calentarla y levemente soluble en aceites Debido a su inflamabilidad Anderson llamo a la nueva sustancia piridina del griego pῦr pyr que significa fuego El sufijo idina se le suma de acuerdo a la nomenclatura quimica como en toluidina para indicar que un carbono del ciclo contiene un atomo de nitrogeno 7 La estructura quimica de la piridina fue determinada decadas despues de su descubrimiento Wilhelm Korner 1869 8 y James Dewar 1871 9 sugirieron independientemente que analogamente a la quinoleina y al naftaleno la estructura de la piridina derivaba del benceno mediante la sustitucion de un C H con un atomo de nitrogeno 10 11 La sugerencia de Korner y Dewar luego fue confirmada experimentalmente cuando la piridina fue reducida a piperidina con alcohol de sodio En 1876 William Ramsay combino acetileno y cianuro de hidrogeno en piridina en un horno de acero al rojo Esta fue la primera sintesis de un compuesto hetero aromatico 12 13 Los metodos contemporaneos en la produccion de piridina tienen un bajo rendimiento y una demanda creciente para el compuesto requiere de la busqueda de nuevas rutas para sintetizarla Un punto de inflexion ocurrio en 1924 cuando el quimico ruso Aleksei Chichibabin desarrollo la Sintesis de piridina de Chichibabin la cual utiliza reactivos relativamente baratos 14 Este metodo aun se usa en la produccion industrial de la piridina 15 Nomenclatura EditarEl nombre sistematico de la piridina dentro de la nomenclatura de Hantzsch Widman recomendada por la IUPAC es azina Sin embargo los nombres sistematicos para compuestos simples son raramente utilizados por lo que la nomenclatura de los heterociclos sigue a los nombres comunes La IUPAC no recomienda el uso de azina en vez de piridina 16 La numeracion de los atomos del anillo de piridina comienza en el nitrogeno Tambien se utiliza la distribucion de las posiciones de los carbonos segun el alfabeto griego a g y cuando se habla de los patrones de sustitucion se utiliza orto meta y para Aqui a orto b meta y g para se refieren a las posiciones 2 3 y 4 del anillo respectivamente El nombre sistematico de los derivados de piridina es piridinil donde la posicion del sustituyente es precedida por un numero Sin embargo en este caso tambien la IUPAC no aconseja el uso optando por el nombre comun piridil en vez del sistematico 17 El derivado cationico formado por la adicion de un electrofilo al nitrogeno es llamado piridinio 4 bromopiridina 2 2 bipiridina Acido piridina 2 6 dicarboxilico Acido dipicolinico Cation piridinioExistencia en la naturaleza EditarLa piridina se presenta en un sinfin de compuestos relacionados con la vida pero no en su forma pura entre ellos el NAD 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 piperideinas tambien se encuentran presentes en compuestos tales como la coniina la manojirimicina la peletierina la mimosina la anabasina y la anaferina Algunas piridinas relacionadas con el acido nicotinico son los alcaloides de la palma Areca Arecolina guvacina la ricinina de las semillas del ricino la hermidina de Mercurialis annua y la trigonelina de la alholva Varias plantas de la familia Celastraceae producen esteres del acido evoninico acido nicotinico enlazado con una molecula de acido 2 metilbutirico y sesquiterpenos tipo agarofurano Ejemplos de estos alcaloides son la maytolina maytina acantotamina evonina neoevonina euonimina hipocratinas emarginatinas Las betalainas y betaninas tambien contienen anillos de piridina Sin embargo la piridina pura no esta 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 carcinogeno Los sintomas de exposicion mas comunes son dolor de cabeza tos dificultad respiratoria laringitis nauseas y vomitos En la naturaleza en su forma mas perjudicial se la encuentra en las hojas y raices de la belladona Atropa belladonna 18 y en el malvavisco Althaea officinalis 19 Pero como vimos los derivados de la piridina se encuentran en ciertas biomoleculas como los nucleotidos de piridina y alcaloides En la vida diaria se encuentran trazas de piridina como componentes volatiles de compuestos organicos que se generan en los procesos de tostacion y enlatado Como es el caso del pollo frito 20 sukiyaki 21 panceta frita 22 el queso Beaufort 23 el aroma del cafe 24 el te negro 25 y la miel de girasol 26 El humo del tabaco 27 28 y el de la marihuana 13 contienen piridina Propiedades EditarPropiedades fisicas Editar Estructura cristalina de la piridina Momento dipolar electrico de la piridina La piridina es un liquido incoloro cuyo punto de fusion es de 41 6 C su punto de ebullicion de 115 2 C Su densidad es de 0 9819 g cm es cercana a la del agua y su indice de refraccion es de 1 5093 a una longitud de onda de 589 nm y a una temperatura de 20 C 29 El agregado de una cantidad de 40 mol de agua a la piridina reduce gradualmente su punto de fusion de 41 6 C a 65 0 C 30 El momento dipolar electrico molecular es de 2 22 Debye 31 La piridina ademas es diamagnetica y su susceptibilidad diamagnetica es de 48 7 10 6 cm mol 1 32 La entalpia estandar de formacion es de 100 2 kJ mol 1 en fase liquida 33 y de 140 4 kJ mol 1 en la fase gaseosa A 25 C la piridina tiene una viscosidad 34 de 0 88 mPa s y una conductividad termica de 0 166 W m 1 K 1 35 36 La entalpia de vaporizacion es de 35 09 kJ mol 1 en el punto de ebullicion a presion normal 37 La entalpia de fusion es de 8 28 kJ mol 1 en el punto de fusion 38 Los piridina cristaliza en un sistema cristalino ortorrombico con un grupo espacial Pna21 con parametros de red de a 1752 b 897 c 1135 pm y 16 unidades de formula por celda unidad medido a 153 K Por comparacion el cristal de benceno es tambien ortorrombico con un grupo espacial Pbca a 729 2 p m b 947 1 pm c 674 2 p m a 78 K pero el numero de moleculas por celda unidad es de solamente 4 39 Esta diferencia se debe en parte a la menor simetria mostrada por las moleculas individuales de piridina C2v vs D6h para benceno Un trihidrato pyridine 3H2O es conocido tambien cristaliza en un sistema ortorrombico en el grupo espacial Pbca los parametros de red son a 1244 b 1783 c 679 pm y ocho unidades de formula por celda unidad medido a 223 K 30 El punto critico de la piridina se encuentra a una presion de 6 70 MPa 620 K y un volumen de 229 cm mol 1 40 En el rango de temperatura de 340 426 C su presion de vapor p puede ser descripta por la Ecuacion de Antoine log 10 p A B C T displaystyle log 10 p A frac B C T Donde T es temperatura A 4 16272 B 1371 358 K y C 58 496 K 41 La espectro de absorcion optica de la piridina en hexano contiene tres bandas en las longitudes de onda de 95 nm transicion p p absortividad molar e 7500 L mol cm 1 251 nm transicion p p e 2000 L mol cm 1 y 270 nm transicion n p e 450 L mol cm 1 42 El espectro de resonancia magnetica nuclear de proton NMR 1H contiene tres senales con una relacion integral de intensidad de 2 1 2 que corresponde a los tres protones quimicamente diferentes en la molecula Estas senales se originan de los a protones desplazamiento quimico 8 5 ppm el g proton 7 5 ppm y los b protones 7 1 ppm El analogo de carbono de la piridina el benceno tiene solo una senal de proton a 7 27 ppm Los desplazamientos quimicos de mayor amplitud de los protones a y g en comparacion al benceno se deben a la menor densidad electronica entre las posiciones alfa y gamma hecho que puede ser visto a partir de las estructuras de resonancia La situacion es similar para el espectro NMR de 13C tanto de benceno como de piridina La piridina muestra un triplete a d a C 150 ppm d b C 124 ppm and d g C 136 ppm mientras que en el benceno se observa una linea simple a 129 ppm Todos los desplazamientos citados son para solventes libres de otras sustancias 43 Normalmente la piridina se detecta por los metodos de cromatografia de gas y espectrometria de masas 13 Propiedades quimicas Editar La piridina es soluble en agua y practicamente en todos los solventes organicos 29 Es debilmente basica y con acido clorhidrico forma una sal cristalina hidrocloruro que funde a 145 147 C 44 La mayoria de las propiedades quimicas de la piridina son tipicas de los compuestos heteroaromaticos En reacciones organicas se comporta tanto como una amina terciaria experimentando la protonacion alquilacion acilacion y N oxidacion en el atomo de nitrogeno Y tambien como un compuesto aromatico experimentando sustituciones nucleofilas Debido a su nitrogeno electronegativo en el anillo la molecula es relativamente electro deficiente Y por lo tanto experimenta mas lentamente la sustitucion electrofila aromatica que es tipica de los derivados del benceno Sin embargo en contraposicion al benceno y a sus derivados la piridina es mas labil frente a sustituciones nucleofilicas y frente a la metilacion del anillo frente a bases fuertes organometalicas 45 46 La reactividad de la piridina puede ser diferenciada para tres grupos quimicos Frente a electrofilos la sustitucion electrofila tiene lugar cuando la piridina presenta propiedades aromaticas Frente a nucleofilos la piridina reacciona a traves del segundo y cuarto atomo de carbono y por lo tanto se comporta como iminas y carbonilos La reaccion con muchos acidos de Lewis resulta en la adicion al nitrogeno 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 nitroxidos N oxidos es tambien una caracteristica de las aminas terciarias 47 1 10 fenatrolina El nitrogeno de la piridina posee un par solitario de electrones los cuales son basicos Debido a su par solitario que no es parte del sistema aromatico la piridina es una base que posee propiedades similares a la de las aminas terciarias El pKa del acido conjugado es de 5 16 La piridina es protonada mediante una reaccion con un acido formando un ion poliatomico positivamente cargado llamado piridinio Las longitudes de enlace y los angulos de enlace en la piridina y el piridinio son practicamente identicos 48 El cation piridinio es isoelectronico con el benceno El p toluenosulfonato de piridinio PPTS es una sal de piridinio tipica la cual es producida por el tratamiento de la piridina con acido p toluenosulfonico La piridina puede actuar como una base de Lewis donando su par electronico a un acido de Lewis como en el complejo piridina trioxido de azufre La piridina actuando como una base mostrando el comportamiento analogo de una amina terciaria y la menor basicidad de la piridina respecto a esta La piridina en si misma es un ligando relativamente debil en la formacion de complejos con iones metales de transicion Por ejemplo forma complejos 1 1 con niquel II y cobre II con valores de logK1 de ca 1 9 y 2 6 respectivamente 49 El espectro de infrarrojo de los complejos de piridina es conocido en detalle 50 El acido picolinico 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 tambien como derivados sustituidos de la piridina forman tambien complejos fuertes como en el caso de la ferroina La cual puede ser usada como indicador redox en el analisis cuantitativo del hierro 51 El modo de coordinacion h6 como ocurre en los complejos h6 del benceno solamente es observado en derivados estericamente impedidos que bloquean el centro de nitrogeno 52 Propiedades moleculares Editar La piridina con su par solitario libre La piridina posee un sistema conjugado de seis electrones p que se encuentran deslocalizados sobre el anillo La molecula es plana y sigue la regla de Huckel para los sistemas aromaticos A diferencia del benceno la densidad electronica no se encuentra distribuida uniformemente en el anillo hecho que explica el efecto inductivo negativo en el atomo de nitrogeno Por esta razon la piridina tiene momento dipolar y una energia de resonancia menor a la del benceno 117 kJ mol 1 para la piridina frente a 150 kJ mol 1 para el benceno 53 Pero aun asi posee una energia superior a la del furano tiofeno y pirrol La localizacion electronica en la piridina se ve reflejada tambien por la menor longitud del enlace C N 137 p m para el enlace C N en la piridina frente a 139 p m para el enlace C C en el benceno 54 mientras que los enlaces C C de la piridina son de la misma longitud que en el benceno Estas longitudes de enlace poseen valores intermedios entre los de un enlace simple y un enlace doble caracteristica tipica de un compuesto aromatico Deslocalizacion electronica del benceno y de la piridina Todos los atomos en el anillo de la piridina son hibridos sp2 El atomo de nitrogeno dona sus tres electrones hibridados al sistema anular y su par de electrones extra se ubica paralelo al plano de la molecula hacia afuera y sin participar de la deslocalizacion electronica por lo que tampoco contribuye a la aromaticidad de la molecula Pero este par solitario influye en las propiedades quimicas de la piridina por ejemplo mediante la facil formacion de enlaces a traves de un ataque electrofilico Sin embargo debido a la exclusion del par solitario del sistema aromatico anular este par solitario del nitrogeno no puede ejercer un efecto mesomerico positivo sobre el anillo Se conocen muchos analogos de la piridina donde el N es reemplazado por otros heteroatomos El reemplazo de un CH en la piridina por un segundo nitrogeno da lugar a los diazoheterociclos C4H4N2 con los nombres piridazina pirimidina y pirazina Longitudes de enlace y angulos de enlace del benceno piridina fosforina arsenobenceno antimonina y bismutobenceno Orbitales electronicos en la piridina Estructuras de resonancia de la piridina Orbitales electronicos en la piridina protonadaObtencion EditarIndustrialmente la piridina se obtiene del petroleo y en menor medida del alquitran de hulla en el cual su concentracion es de aproximadamente 0 1 o bien por medio de sintesis a partir del acetaldehido y el amoniaco Tambien puede ser preparada por destilacion del aceite obtenido de la destilacion destructiva de huesos Sintesis de Chichibabin Editar La Sintesis de piridina de Chichibabin fue publicada por vez primera en 1924 y sigue industrialmente en uso 14 En forma general la reaccion puede ser descrita como una reaccion de condensacion de aldehidos cetonas compuestos carbonilicos a b insaturados o cualquier combinacion de las anteriores en amoniaco o aminas 55 Especificamente la piridina no sustituida es producida desde formaldehido y acetaldehido los cuales son reactivos baratos y facilmente disponibles Primero se forma la acroleina en una Condensacion de Knoevenagel a partir del acetaldehido y el formaldehido Es entonces cuando se condensa con acetaldehido y amoniaco formando dihidropiridina luego se oxida con un catalizador en estado solido 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 composicion depende del catalizador usado y por lo tanto la reaccion puede ser adaptada a las necesidades del que ejecuta la reaccion El catalizador es usualmente una sal de un metal de transicion como fluoruro de cadmio II o fluoruro de manganeso II pero tambien pueden utilizarse compuestos de cobalto y talio La piridina obtenida es separada de otros productos mediante un proceso de multiples etapas 15 Formacion de acroleina desde acetaldehido y formaldehido Condensacion de la piridina desde acroleina y acetaldehido La aplicacion practica de la sintesis tradicional de Chichibabin esta limitada por su bajo rendimiento normalmente del 20 Este bajo rendimiento junto a la alta concentracion de derivados no deseados torna a la reaccion de Chichibabin muy poco popular cuando no es modificada 55 Desalquilacion de alquilpiridinas Editar La piridina puede ser preparada mediante la desalquilacion de piridinas alquiladas las cuales son obtenidas como productos derivados en la sintesis de otras piridinas La desalquilacion oxidativa es llevada a cabo utilizando un catalizador de oxido de Vanadio V con aire 56 o con una desalquilacion en vapor con catalizadores basados en niquel 57 58 o una hidro desalquilacion con un catalizador basado en plata o platino 59 Se pueden obtener rendimientos de piridina de hasta un 93 con el catalizador basado en niquel 15 Ciclacion de Bonnemann Editar Ciclacion de Bonnemann La trimerizacion entre una parte de una molecula de nitrilo y dos partes de acetileno en piridina es llamada ciclacion de Bonnemann Esta modificacion de la Sintesis de Reppe puede ser activada ya sea por calor o luz Mientras que la activacion termica requiere altas presiones y temperaturas la cicloadicion 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 60 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 Metodos de sintesis de derivados de piridina y compuestos relacionados Editar Sintesis de Hantzsch La primera y principal sintesis de derivados de piridina fue descrita en 1881 por Arthur Rudolf Hantzsch 61 Se usa normalmente una mezcla 2 1 1 de un b cetoacido normalmente acetoacetato un aldehido formaldehido y amoniaco o una sal del amoniaco con el nitrogeno dador Primero se obtiene una piridina dihidrogenada que es consiguientemente oxidada a su correspondiente derivado de piridina Emil Knoevenagel mostro que las piridinas sustituidas asimetricamente podrian ser producidas mediante este proceso 62 Sintesis de piridina de Hantzsch con acetoacetato formaldehido y acetato de amonio con Cloruro de hierro III como catalizador En una reaccion similar se sintetiza 2 picolina a partir de acetaldehido y amoniaco 63 La sintesis de piridina de Krohnke involucra una condensacion de una 1 5 dicetona con acetato de amonio en acido acetico seguida por una oxidacion La transposicion de Ciamician Dennstedt conlleva la expansion del anillo de pirrol con diclorocarbeno para dar 3 cloropiridina 64 En la Sintesis de Gattermann Skita 65 Un sal del ester malonico reacciona con diclorometilamina 66 La sintesis de Bohlmann Rahtz permite preparar piridinas sustituidas en dos pasos El primer paso es la condensacion de una enamina formada por la reaccion de una cetona y amoniaco con un grupo electro atractor EWG con una etinilcetona para formar un aminodieno como intermediario Este compuesto formado sufre una isomeria E Z por accion del calor y una reaccion de ciclodeshidratacion para formar finalmente las piridinas 2 3 6 trisustituidas EWG COOR CN La sintesis de piridina de Boger se basa en la cicloadicion para la formacion de piridinas que lleva el nombre de su descubridor Dale L Boger quien la reporto por primera vez en 1981 67 La reaccion es una forma de reaccion de Diels Alder reversa en la que una enamina reacciona con una 1 2 4 triazina para formar el nucleo de piridina 68 69 La reaccion es especialmente util para preparar piridinas que serian dificiles de sintetizar a partir de otros metodos y se ha usado en la sintesis total de varios productos naturales complicados 70 Para sintesis de anillos de piridina fusionados con anillos de benceno vease sintesis de quinolinas Sintesis de isoquinolinas y sintesis de acridinas La 2 piridona puede ser obtenida por una reaccion de amonolisis de 2 pironas En la sintesis de piridonas de Guareschi Thorpe la cianoacetamida reacciona con una 1 3 dicetona para formar la 2 piridona 71 72 73 74 Otros derivados de la piridina pueden ser sintetizados haciendo reaccionar 1 5 dicetonas con acetato de amonio en acido acetico seguido de oxidacion Para derivados de reduccion parcial o total vease sintesis de piperidina sintesis de nanofina sintesis de 2 piperidona sintesis de glutarimidas y la Sintesis de piperidona de Petrenko Kritschenko Algunas piridinas se pueden obtener por oxidacion de las quinolinas El acido quinolinico fue sintetizado por Zdenko Hans Skraup quien observo que las quinolinas metil sustituidas pueden ser oxidadas con permanganato de potasio al acido quinolinico el cual puede ser precursor de otras piridinas 75 Por ejemplo la primera descarboxilacion puede formar el acido nicotinico Otra aplicacion de estos compuestos es la reaccion de Hammick la cual consiste en la descarboxilacion termica de acidos a picolinicos para dar como productos 2 piridil carbinoles en presencia de compuestos carbonilicos Esta reaccion fue descrita por el quimico ingles Dalziel Hammick 1887 1966 76 77 78 Reacciones EditarMuchas reacciones que son caracteristicas del benceno ocurren tambien en la piridina pero bajo condiciones mas complicadas y o con bajos rendimientos Debido a la disminucion de la densidad electronica en el anillo aromatico las reacciones de sustitucion electrofila aromatica son menores en favor de las reacciones de adicion de nucleofilos en el atomo de nitrogeno rico en electrones La adicion al atomo de nitrogeno lleva a la consiguiente desaparicion de las propiedades aromaticas y al impedimento de la sustitucion electrofila Por otro lado la sustitucion radicalaria y la sustitucion nucleofila aromatica son experimentadas mas facilmente que en el benceno 31 45 Sustituciones electrofilas Editar La mayoria de las sustituciones electrofilas en la piridina no ocurren o bien ocurren solo parcialmente sin embargo el caracter heteroaromatico puede ser activado mediante la funcionalizacion del anillo con sustituyentes electrodadores Las comunes alquilaciones y acilaciones como las alquilaciones y acilaciones de Friedel Crafts usualmente no ocurren debido a que solo conducen a la adicion al atomo de nitrogeno Las sustituciones usualmente tienen lugar en la posicion 3 que es el atomo de carbono mas rico en electrones del anillo y por lo tanto es la posicion mas susceptible a la adicion electrofila Estructura del N oxido de piridina Las sustituciones en las posiciones 2 y 4 de la piridina llevan a un complejo s energeticamente desfavorable Pueden ocurrir sin embargo utilizando ciertas tecnicas experimentales como desarrollar la reaccion sobre el N oxido de piridina seguido de la desoxigenacion del atomo de nitrogeno Entonces la adicion de oxigeno disminuye la densidad electronica en el atomo de nitrogeno y promueve la sustitucion en las posiciones 2 y 4 Luego el atomo de oxigeno puede ser removido por diferentes vias comunmente se utilizan compuestos de fosforo trivalente o azufre divalente los cuales son facilmente oxidados La trifenilfosfina es un reactivo comunmente utilizado el cual se oxida a oxido de trifenilfosfina reduciendo al nitrogeno Cuando los N oxidos de piridina con sustituyentes saturados en la posicion 2 son tratados con anhidrido trifluoroacetico el oxigeno puede migrar del nitrogeno al sustituyente Reaccion de Boekelheide 79 Los parrafos siguientes corresponden a reacciones de sustitucion electrofila caracteristicas de la piridina 45 La nitracion directa de la piridina requiere condiciones extremas y da solamente un bajo rendimiento La 3 nitropiridina puede ser obtenida al reaccionar la piridina con oxido de nitrogeno V en presencia de sodio 80 81 82 Los derivados de la piridina donde el atomo de nitrogeno se encuentra impedido esterica o electronicamente pueden ser obtenidos por nitracion con tetrafluoroborato de nitronio NO2BF4 En esta via la 3 nitropiridina se obtiene mediante la sintesis de 2 6 dibromopiridina seguida de la remocion de los atomos de bromo 83 84 La sulfonacion directa de la piridina es aun mas dificil que la nitracion directa Sin embargo el acido piridina 3 sulfonico puede ser obtenido con rendimientos aceptables mediante el calentamiento de la piridina en exceso de acido sulfurico a 320 C 85 La reaccion con el grupo SO3 facilita tambien la adicion de azufre al atomo de nitrogeno especialmente en presencia de un catalizador de Sulfato de mercurio II 45 86 En contraste a lo que ocurre con la nitracion y la sulfonacion la bromacion directa y la cloracion directa de la piridina ocurren facilmente La reaccion de la piridina con bromo molecular en acido sulfurico a 130 C produce rapidamente 3 bromopiridina El rendimiento para 3 cloropiridina es mas bajo en la cloracion con cloro molecular en presencia de cloruro de aluminio a 100 C Tanto la 2 bromopiridina como la 2 cloropiridina pueden ser producidas por reaccion directa con el halogeno con un catalizador de cloruro de paladio II 87 Sustituciones nucleofilas Editar A diferencia del benceno la Piridina experimenta eficientemente muchas sustituciones nucleofilas y es tenida en cuenta como un buen nucleofilo numero dador 33 1 La razon de esto es la densidad electronica relativa baja de los atomos de carbono en el anillo Las reacciones incluyen sustituciones con eliminacion de un ion hidruro y eliminacion adicion con formacion de un intermedio arino Usualmente ocurren en las posiciones 2 y 4 del anillo 45 46 Muchas sustituciones son experimentadas facilmente pero no con la piridina sola sino con piridinas sustituidas con bromo cloro fluor o acido sulfonico que toman el rol de grupo saliente Entonces el fluor es el mejor grupo saliente en la sustitucion con compuestos de organolitio Los compuestos que realizaran el ataque nucleofilo pueden ser alcoxidos tiolatos aminas y amoniaco a presion elevada 88 El ion hidruro es generalmente un pobre grupo saliente y actua como tal solamente en algunas reacciones heterociclicas como la reaccion de Chichibabin que da derivados de piridina aminados en la posicion 2 Aqui el amiduro de sodio es utilizado como nucleofilo dando como producto 2 aminopiridina El ion hidruro liberado en esta reaccion se combina con un proton de un grupo amino disponible formando moleculas de hidrogeno 46 89 Mecanismo de la reaccion de Chichibabin Analogamente al benceno las sustituciones nucleofilas en piridina pueden resultar en la formacion de un intermedio heteroarino A proposito de esto los derivados de piridina indeseados pueden ser eliminados con buenos grupos salientes usando bases fuertes como el tert butoxido de potasio o de sodio La adicion subsecuente de un nucleofilo al triple enlace del intermedio posee poca selectividad y el resultado es una mezcla de los dos aductos posibles 45 Reacciones radicalarias Editar Ecuacion total de la reaccion de Minisci con piridina La piridina experimenta una serie de reacciones radicalarias las cuales son usadas en su dimerizacion en bipiridinas La dimerizacion radicalaria de la piridina con sodio elemental o niquel Raney da selectivamente 4 4 bipiridina 90 o 2 2 bipiridina 91 la cual es un reactivo precursor importante en la industria quimica Una de las reacciones que involucra radicales libres es la Reaccion de Minisci La misma puede producir 2 tert butilpiridina cuando reacciona piridina con acido pivalico nitrato de plata y amonio en acido sulfurico con un rendimiento del 97 45 Reacciones sobre el atomo de nitrogeno Editar Los acidos de Lewis se adicionan facilmente al atomo de nitrogeno de la piridina formando sales de piridinio La reaccion con haluros de alquilo conduce a la alquilacion en el atomo de nitrogeno Esto crea una carga positiva en el anillo que incrementa la reactividad de la piridina tanto frente a la oxidacion como a la reduccion La reaccion de Zincke se utiliza para la introduccion selectiva de radicales en compuestos de piridinio La reaccion con aminas secundarias sin embargo lleva a la apertura del anillo y a la formacion de aldehidos de Zincke Ecuacion general de una reaccion de Zincke Sintesis de un aldehido de Zincke Adicion de varios acidos de Lewis a la piridina Hidrogenacion y reduccion Editar Reduccion de piridina a piperidina usando niquel Raney La piperidina piridina saturada de hidrogeno se obtiene a traves de una reaccion con hidrogeno gaseoso en presencia de un catalizador niquel Raney 92 Esta reaccion libera una energia de 193 8 kJ mol 1 93 la cual es levemente inferior a la energia de hidrogenacion del benceno 205 3 kJ mol 1 93 Se pueden obtener derivados parcialmente hidrogenados con condiciones mas suaves Por ejemplo la reduccion con hidruro de litio y aluminio da una mezcla de 1 4 dihidropiridina 1 2 dihidropiridina y 2 5 dihidropiridina 94 La sintesis selectiva de 1 4 dihidropiridina se consigue en presencia de complejos organometalicos de magnesio y cinc 95 y la D3 4 tetrahidropiridina se obtiene mediante una reduccion electroquimica de la piridina 96 Aplicaciones EditarLa piridina y los compuestos relacionados con ella encuentran gran utilidad como disolventes en analisis quimicos y como reactivos para la sintesis de farmacos insecticidas herbicidas saborizantes colorantes adhesivos pinturas explosivos desinfectantes y quimicos para el caucho Tambien es utilizada junto con las picolinas como desnaturalizante en mezclas anticongelantes y en el alcohol etilico en fungicidas y en la tincion de textiles Biosintesis EditarLos anillos de piridina y piperidina se encuentran presentes en diversos metabolitos de gran relevancia para los seres vivos Se comentaran los mas representativos Fosfato de piridoxal Existen dos rutas de biosintesis a partir de ribosa en plantas y a partir del DOXP bacteriana 97 Acido nicotinico El aspartato puede aceptar un grupo carbamilo por medio de su nitrogeno amino para formar el acido N carbamoilaspartico Ademas el acido aspartico puede condensarse con el fosfato de dihidroxiacetona para formar la vitamina acido nicotinico 98 99 Este compuesto es precursor de la nicotina la arecolina y la ricinina Acidos picolinicos La lisina puede ser biosintetizada por la ruta del diaminopimelato DAP en hongos o por la ruta de a aminoadipato AAA Durante su biosintesis se pueden formar metabolitos tales como el acido picolinico y acido dipicolinico los cuales son isomeros del acido nicotinico y el acido quinolinico respectivamente Acido fusarico Se forma por la condensacion de trans hexenal y O acetilhomoserina por la accion de una PKS 100 Desmosina Aminoacido que se ha demostrado que proviene de cuatro unidades de lisina de la elastina Pseudoalcaloides piridinicos iridoides La actinidina es un derivado de la piridina que se encuentra en el aceite esencial de la valeriana Valeriana officinalis 101 Betalainas La base de estos pigmentos alcaloides es el acido betalamico el cual se forma por la escision oxidativa de la DOPA Cuando el acido betalamico forma iminas con el nitrogeno de los aminoacidos se forman las betalainas Se clasifican en dos tipos las betacianinas que son sales de iminio de la cicloDOPA y las betaxantinas que son iminas con aminoacidos o aminas biogenas 102 Piridinas derivadas del triptofano El acido nicotinico se puede sintetizar durante la ruta de degradacion del triptofano Biosintesis Triptofano quinurenina niacina Existen diversos organismos que forman derivados de acido antranilico y los escinden oxidativamente para formar piridinas como es el caso de la orellanina Compuestos relacionados EditarDMAP o 4 dimetilaminopiridina Bipiridina una compuesto polipiridinico simple que consiste de dos moleculas de piridina unidas por una union simple Terpiridina un compuesto formado por tres anillos piridinicos conectados por dos uniones simples Quinolina e Isoquinolina compuestos formados por un anillo piridinico y un anillo bencenico fusionados Anilina un derivado bencenico con un grupo amino NH2 unido pero NO una piridina Diazinas compuestos con uno o mas atomos de carbono reemplazados por un atomo de nitrogeno como la pirazina y la pirimidina Triazinas compuestos con dos o mas atomos de carbono reemplazados por nitrogeno 2 6 lutidina nombre trivial para la 2 6 dimetilpiridina Colidina nombre trivial para la 2 4 6 trimetilpiridina p toluenosulfonato de piridinio PPTS una sal formada por intercambio de protones entre la piridina y el acido p toluenosulfonico Referencias Editar Fichas internacionales de seguridad quimica FISQ Archivado desde el original el 18 de diciembre de 2008 Consultado el 14 de marzo de 2011 Fichas de datos de seguridad FDS Hazardous Substances Data Bank HSDB A Weissberger Ed A Klingberg ed R A Barnes F Brody P R Ruby Pyridine and its Derivatives Volume 1 1960 Interscience Pub New York Anderson T Transactions of Royal Society of Edinburg 16 1849 123 a b Von Anderson Th 1849 Producte der trocknen Destillation thierischer Materien Annalen der Chemie und Pharmacie 70 32 doi 10 1002 jlac 18490700105 Anderson Th 1851 Ueber die Producte der trocknen Destillation thierischer Materien Annalen der Chemie und Pharmacie 80 44 doi 10 1002 jlac 18510800104 Korner W Giorn academ Palermo vol 5 1869 Dewar J Chem News 23 1871 38 Albert Ladenburg Lectures on the history 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