Реакции пиридина: SNAr, Чичибабин, N-оксиды
Электрофилы и N-оксиды
Электрофильное замещение в пиридине — одна из самых трудных реакций ароматики. Выход — сначала «оживить» кольцо кислородом N-оксида.
Как ввести заместитель электрофильно
- Сам пиридин: жёсткие условия и только C3 — в кислой среде он становится пиридиниевым катионом, кольцо беднее электронами, чем у нитробензола.
- Почему C3: при атаке в C2 или C4 одна из резонансных структур σ-комплекса несёт плюс на азоте с секстетом электронов — крайне невыгодно.
- Обходной путь — N-оксид (mCPBA или \(\ce{H2O2}\) в AcOH): кислород отдаёт пару в кольцо и активирует C2 и C4; нитрование идёт в C4 при 90 °C.
- Кислород снимают \(\ce{PCl3}\) или \(\ce{P(OEt)3}\) (остаётся нитрогруппа) или вместе с нитрогруппой восстанавливают железом в AcOH (4-аминопиридин).
- N-Оксид + \(\ce{POCl3}\) → 2- и 4-хлорпиридины; N-оксид 2-алкилпиридина + \(\ce{Ac2O}\) → ацетат по α-атому цепи (перегруппировка Бёкельхейде).
Примеры
1. Пиридин + нитрат калия, олеум, 300 °C → 3-нитропиридин с выходом около 6 %.
2. Пиридин → mCPBA → N-оксид → \(\ce{HNO3}\), \(\ce{H2SO4}\) → 4-нитропиридин-N-оксид → \(\ce{PCl3}\) → 4-нитропиридин.
errorКислота Льюиса садится на азот
\(\ce{AlCl3}\) образует комплекс с азотом, и кольцо становится ещё беднее электронами: ацилирование и алкилирование по Фриделю — Крафтсу не идут вовсе.
edit_noteПопробуйте сами
Что получится из N-оксида пиридина и \(\ce{POCl3}\)?
expand_moreПоказать решение
2-Хлорпиридин (с примесью 4-хлорпиридина).
Нуклеофилы, реакция Чичибабина и пиколины
Всё, что мешает электрофилам, помогает нуклеофилам: пиридин замещается ими легче, чем бензол.
Как ввести заместитель нуклеофильно
- Нуклеофил атакует C2 или C4: в анионном σ-комплексе минус уходит на азот. При атаке в C3 такого нет — 3-галогенпиридины без палладия не реагируют.
- Уходящая группа (F, Cl, Br, \(\ce{NO2}\)) в C2 или C4: \(\ce{RO^-}\), \(\ce{R2NH}\), \(\ce{RS^-}\) замещают её при нагревании.
- Уходящей группы нет — уходит гидрид: \(\ce{NaNH2}\) при 100–130 °C (Чичибабин) → 2-аминопиридин и \(\ce{H2}\); RLi и RMgX присоединяются в C2, затем кольцо ароматизуется (нагревание или окисление).
- Пиридиниевые соли атакуются ещё легче, а N-оксиды с RMgX дают 2-замещённые пиридины.
- Метил в C2 или C4 — C–H-кислота: с альдегидом (основание или \(\ce{Ac2O}\)) — стирилпиридины; BuLi → пиридилметиллитий; \(\ce{KMnO4}\) → пиридинкарбоновые кислоты.
Примеры
1. 2-Хлорпиридин + \(\ce{CH3ONa}\), нагревание → 2-метоксипиридин; 3-хлорпиридин в тех же условиях не реагирует.
2. Пиридин + \(\ce{NaNH2}\), нагревание; затем вода → 2-аминопиридин.
3. Пиридин + фениллитий, затем нагревание → 2-фенилпиридин.
4. 2-Метилпиридин + BuLi, затем бензальдегид → 1-фенил-2-(пиридин-2-ил)этанол.
error4-Хлорпиридин реагирует сам с собой
4-Галогенпиридины настолько активны, что при хранении полимеризуются: азот одной молекулы замещает галоген другой. Их хранят в виде гидрохлоридов.
edit_noteПопробуйте сами
Что даёт 2,6-диметилпиридин в реакции Чичибабина?
expand_moreПоказать решение
4-Амино-2,6-диметилпиридин: оба α-положения заняты, амид-ион атакует C4.
push_pinГлавное
Электрофильное замещение в пиридине идёт трудно (азот протонирован или связан с кислотой Льюиса) и в C3: при атаке в C2 и C4 одна из структур σ-комплекса несёт плюс на азоте с секстетом. Нитрование — нитрат калия в олеуме, 300 °C; Фридель — Крафтс не идёт. N-Оксид активирует C4 (нитрование при 90 °C → 4-нитропиридин-N-оксид), кислород снимают \(\ce{PCl3}\) или \(\ce{P(OEt)3}\); с \(\ce{POCl3}\) N-оксид даёт 2- и 4-хлорпиридины; N-оксид 2-алкилпиридина с \(\ce{Ac2O}\) перегруппировывается в ацетат (Бёкельхейде). Нуклеофилы атакуют C2 и C4 (минус уходит на азот): 2- и 4-галогенпиридины замещают галоген, 3-галогенпиридины — нет; реакция Чичибабина (\(\ce{NaNH2}\), нагревание) даёт 2-аминопиридин и \(\ce{H2}\); RLi присоединяются в C2. Метильные группы в C2 и C4 кислые: конденсации с альдегидами, депротонирование BuLi; \(\ce{KMnO4}\) окисляет их в пиридинкарбоновые кислоты.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.