ETEROCICLI A SEI TERMINI PIRIDINA

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1 157 ETECICLI A SEI TEMII PIIDIA Caratteristiche chimico fisiche generali: angoli di legame in gradi, lunghezze di legame in pm La piridina ha la struttura di un esagono planare, leggermente distorto. E' il più semplice eterociclo del tipo azina. Lo ione piridinio è isoelettronico con il benzene e la piridina ha certe analogie con il benzene per la sua geometria molecolare e le proprietà spettroscopiche. Gli assorbimenti UV ed i chemical shifts negli spettri M sono i seguenti: UV (alcool etilico) 1 M(CDCl 3 ) 13C M(CDCl 3 ) λ (nm) ε δ (ppm) δ (ppm) 251(3.30) π -> π* 2/ C 2/ (sh) n -> π* 3/ C 3/ C I dati per il benzene

2 (3.90) 7.26 C (2.41) π -> π* Questi dati confermano che la piridina è un eteroarene 6π-delocalizzato con una corrente di anello diamagnetica. La piridina può esser descritta mesomericamente da strutture canoniche nelle quali la densità degli elettroni π è più bassa sulle posizioni 2,4 e 6, e più elevata sull'atomo di. Il sistema piridinico è caratterizzato da un'energia di risonanza empirica di E π = 134 kj mol-1 (cfr. benzene 150 kj mol -1 ). EATTIVITA' Per la piridina, sulla base della struttura elettronica, possono esser previste le seguenti reazioni: I reattivi elettrofili attaccano in prevalenza sull'azoto: nel caso di attacco sul nucleo, la posizione meno sfavorita risulta essere la ß. I reattivi nucleofili prediligono le posizioni α e γ. La piridina dà le reazioni di sostituzione elettrofila (S E Ar) più difficilmente del benzene. La piridina dà le reazioni di sostituzione nucleofila (S Ar) più facilmente del benzene. La piridina dà isomerizzazione di valenza sia termica che fotochimica (reazioni radicaliche) analogamente al benzene. eazioni elettrofile sull'azoto:

3 159 Ar Ar L A. acido di Lewis L K 3 S 2 KI C A I 2 eazioni di sostituzione elettrofila E E + E -

4 160 Le reazioni di sostituzione elettrofila avvengono con difficoltà e forniscono prodotti di sostituzione in posizione 3. Sotto drastiche condizioni, la nitrazione a 300 C avviene fornendo la 3-nitropiridina con resa non superiore al 15%. La solfonazione avviene a temperature superiori a 250 C con oleum, in presenza di sali di mercurio come catalizzatori, fornendo risultati differenti a seconda delle condizioni: S 3 oleum, gs C S C eazioni di sostituzione nucleofila u - u u = alogeno, u = 2,,, S, LI, Al 4, 3, ammine

5 161 -ssidi di piridina E' abbastanza interessante, da un punto di vista applicativo, lo studio della reattività di -ossidi di piridina: C 3 P 3-3 P= Gli -ossidi della piridina danno le reazioni di sostituzione elettrofila (e nucleofila) alle posizioni 2- e 4-:

6 162 La reattività dell'-ossido nei confronti di alcune sostituzioni elettrofile è notevole. La reazione di nitrazione procede velocemente già a temperatura ambiente, ed apre così la possibilità di avere sostituenti in posizione 4. Le reazioni di solfonazione ed alogenazione richiedono comunque condizioni più drastiche /Pd a PCl PCl 3

7 163 METDI DI PEPAAZIE Alcune proposte di retrosintesi dell'anello della piridina. + 2,

8 164 Guardiamo con un poco di attenzione qualche metodo di sintesi più moderno: apple eazioni di ciclocondensazione: EtC EtC EtC apple eazione di composti 1,5-dicarbonilici con ammoniaca: 3 ossidazione 2-2

9 165 apple Piridine per cicloaddizione: [CpCo(C) 2 ] C = alchile, vinile, fenile Interessante, a questo proposito, è il meccanismo di reazione: CpCo CpCo(I) Cp Co (prodotto principale) Cp Co prodotto secondario

10 166 APPLICAZII ALLE SITESI DI CMPSTI GAICI 1) -Acilazioni di ß-chetoesteri. Sebbene molti esteri possano esser preparati da cloruri acidi, alcooli, e piridina, il ruolo giocato da quest'ultima non è legato alla sua natura di eterociclo, bensì a quella di ammina terziaria. Un caso nel quale la piridina ha un ruolo fondamentale come "eterociclo" risulta la -acilazione di ß-chetoesteri, in cui la piridina funziona come tmplato (intermedio). La reazione è del tutto generale, ma solo nel caso della reazione del benzoilcloruro con il benzoilacetato d'etile per dare l'etil benzoilcinnamato, è stato isolato l'addotto con la piridina mostrato nello schema. Ph Cl + Ph C 2 Et C 2 Et Ph Ph C 2 Et Ph Ph 2) Sintesi di aldeidi. La prima conversione diretta di un alogenuro alchilico, contenente il gruppo C 2, ad aldeidi con ugual numero di atomi di carbonio è stata riportata addirittura nel 1936.

11 167 C Me 2 Me 2 3 C Da allora, il metodo è stato ampiamente impiegato per la preparazione di un'ampia varietà di aldeidi in rese da moderate a buone. In questa reazione funzionano bene alogenuri alchilici, benzilici ed allilici e tosilati con funzionalità presenti in catena. Più recentemente la reazione è stata applicata con successo, utilizzando però l'ossido della piridina come unico reattivo, e semplificando così la procedura sperimentale: C 2 -B + C B La reazione è stata quindi applicata con successo anche agli epossidi, per la formazione con rese elevate di α-chetoalcooli.

12 168 Ph -B + C 2 L'impiego dell'-ossido di piridina risulta essenziale anche nella procedura di conversione di α bromo acidi in aldeidi aventi un atomo di carbonio in meno rispetto al substrato di partenza: Br C + C 2 + C Br C - Br C La reazione ha un preciso meccanismo ed il metodo degradativo comporta la formazione di anidride carbonica.

13 169 3) Preparazione di 2-alchilpiridine Un'altro uso importante degli -ossidi di piridina comporta, per reazione con reattivi di Grignard, la formazione di ossime insature ω sostituite, che possono esser poi riconvertite in 2-alchilpiridine per trattamento con anidride acetica. Mg Mg Mg Ac 2 Da notare, per finire, che la formazione dell'ossima è stereospecifica e la sua precisa configurazione è stata stabilita mediante spettroscopia M ed I. CMPSTI DI ITEESSE BILGIC ATUALI Molti composti di origine naturale contengono l'anello piridinico, che risultano essenziali in molti casi. L'acido nicotinico (acido piridin-3-carbossilico), che è prodotto commer-cialmente dalla 5-etil-2-metilpiridina, e la sua ammide (nicotinammide) appartengono al gruppo B delle vitamine (vitamina B 5 ). Il fabbisogno di un adulto è di ca. 20 mg/giorno e la mancanza dell'acido nicotinico causa la pellagra.

14 170 C C 2 acido nicotinico nicotinammide nicotina C 3 C 3 nornicotina nicotirina anabasina La nicotina, la nornicotina, la nicotirina, l'anabasina sono alcuni dei prodotti naturali che contengono piridina. Importanti sono anche il piridossale e la piridossamina, entrambi appertenenti al gruppo delle vitamine B 6. C C C 2 C C 3 C 3 piridossale piridossammina Il componente principale delle ossidoriduttasi (enzimi biologici) è costituito da nicotinammide adenina dinucleotide (AD, forma ridotta AD). Il meccanismo di azione procede attraverso un trasferimento reversibile di idrogeno alla posizione 4 del sistema nicotinammidico del coenzima AD:

15 171 2 adenina P AD 2 +, + 2e 2 -, - 2e