吡啶

C5H5N,音同“比定”,英語:,系统名氮杂苯CAS号110-86-1。分子量为79.10g/mol。 吡啶由苏格兰化学家托马斯·安德森于1849年在骨焦油中发现,两年后,安德森通过分馏得到纯品。[3]由于其可燃性,安德森以希臘語(pyr,意为火)命名。[4]吡啶的结构由Wilhelm Körner(于1869年)和詹姆斯·杜瓦(于1871年)独立确定。[5]

吡啶
IUPAC名
Pyridine
别名 氮杂苯、py
识别
CAS号 110-86-1  
PubChem 1049
ChemSpider 1020
SMILES
InChI
InChIKey JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYAY
EINECS 203-809-9
ChEBI 16227
KEGG C00747
性质
化学式 C5H5N
摩尔质量 79.101 g·mol¹
外观 无色液体
氣味 强烈的不愉快气味
密度 0.9819 g/cm³ (液)
熔点 −41.6 
沸点 115.2 
溶解性 混溶
折光度n
D
1.5093[1]
黏度 0.94 cP, 20 
偶极矩 2.2 D[2]
热力学
ΔfHmo298K 101.2
ΔcHmo −2783.2
危险性
欧盟危险性符号
易燃 F
有害 Xn
警示术语 R:R20/21/22-R34-R36-R38
NFPA 704
3
3
0
 
闪点 21 
相关物质
相关 甲基吡啶喹啉
相关化学品 苯胺嘧啶哌啶
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

结构与性质

分子结构

从结构上看,吡啶是一个氮原子取代了上的一个碳原子而形成的化合物,是苯的等电子体。氮原子的5个电子中,1个用来与其它碳原子形成大π键,因此吡啶仍有芳香性。又因为氮原子负的诱导效应,吡啶π电子云分布不均匀,其共振能小于苯(吡啶为117kJ·mol-1,苯为150kJ·mol-1)。[6]氮的诱导效应还反映在C-N键长(137 pm)小于苯环中C-C键长,吡啶环中C-C键长与苯环相同(139 pm)。[7]吡啶中氮的邻、间或对位碳原子再被氮取代生成化学式为C4H4N2的化合物依次为哒嗪嘧啶吡嗪

物理性质

常温下,吡啶是一种无色液体,有刺激性鱼腥味,熔点-41.6℃,沸点115.2℃,密度0.9819g/cm3。可以与乙醚乙醇等任意比例混合。[1]其本身也可作溶剂,可以溶解各种有极性或无极性的化合物,甚至是无机盐。其溶解性与其他有机化合物有所不同的是:吡啶环上被取代的羟基越多,其在水中的溶解度反而下降。

化学性质

吡啶是典型的杂环芳香化合物。由于在吡啶环中的氮的电负性大,与苯环相比缺电子,故难发生亲电取代反应,其亲电取代反应在3-或5-位进行,与硝基苯类似。相反地,吡啶能与强碱发生亲核取代反应,例如齐齐巴宾反应

吡啶能催化加氢,兰尼镍催化生成六氢吡啶(哌啶)。[8]反应热为-193.8 kJ·mol−1[9]释放热量略小于苯催化加氢(205.3 kJ·mol−1)。它也可以被乙醇还原为六氢吡啶。[10]

由于氮上的孤对电子,具有叔胺的性质,例如吡啶具有性,也是一种良好的配体(作配体时记作py)。[11]共轭吡啶合氢离子的pKa值为5.30。吡啶能与活泼卤代烃形成季铵盐;被过氧化物氧化,形成N-氧化物。[12]

吡啶能发生一系列的自由基反应而二聚。使用不同引发剂反应具有选择性。如用钠得到4,4'-联吡啶,兰尼镍得2,2'-联吡啶,[13][14]后者是化学工业中的重要的前体试剂。

来源

吡啶可从天然煤焦油中获得,但煤焦油中只含约0.1%的吡啶,需通过多级分馏,故效率低下。[15]目前吡啶主要通过各种途径化学合成,例如乙醛和氨通过齐齐巴宾吡啶合成;醛、β-酮酯和和含氮化合物之间的汉奇吡啶合成

齐齐巴宾合成首次发表于1924年,该方法至今仍用于吡啶的工业生产[16] 。反应需要高温(400-450 °C),以及过渡金属催化剂。


齐齐巴宾反应第一步,甲醛与乙醛缩合丙烯醛
丙烯醛与乙醛进一步反应,羰基氨代,合环得吡啶

传统的齐齐巴宾反应制备非取代吡啶产量很低(约20%),且有大量副产物,未改进的版本现已很少使用[17]

在實驗室中,吡啶能够直接购买,或使用菸鹼酸在銅基催化劑下於300℃以上脫羧製備。

应用

除作溶剂外,吡啶在工业上还可用作变性剂、助染剂,以及合成一系列产品的起始物,包括药品、消毒剂、染料、食品调味料、粘合剂、炸药等等。

毒性

吡啶有毒,通过吸入、摄取或皮肤接触进入体内。[18]吡啶中毒急性的影响包括头晕,头痛,缺乏协调,恶心,流涎,食欲不振,可能发展成腹痛,肺淤血,神志不清。[19]人体的最低致死量(LDLO)为500 mg/kg。口服半数致死量(LD50)为891 mg/kg。高剂量的吡啶具有麻醉作用,其蒸气浓度超过3600​​ ppm将对健康构成威胁。[20]吡啶也可能有轻微的神经毒性,遗传毒性和诱导染色体断裂的影响。[21]

相关条目

注釋

    参考资料

    1. Lide, p. 3–448
    2. . Thieme Chemistry (Stuttgart: Georg Thieme). 2009.
    3. The products of the destructive distillation of animal substances "Transactions of the Royal Society of Edinburgh", 25, 1868, 205–16
    4. Anderson, Th. . Annalen der Chemie und Pharmacie. 1851, 80: 44. doi:10.1002/jlac.18510800104.
    5. A review on the Medicinal Importance of Pyridine Derivatives, 1, 2015, 1-11
    6. Joule, p. 7
    7. Elschenbroich, C. Organometallchemie, 6th ed., p. 218, Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8
    8. Burrows, George H.; King, Louis A. . Journal of the American Chemical Society. 1935, 57 (10): 1789. doi:10.1021/ja01313a011.
    9. Cox, J. D. and Pilcher, G. (1970). Thermochemistry of Organic and Organometallic Compounds, Academic Press, New York, p. 1–636, ISBN 978-0-12-194350-9
    10. 谷亨杰 等. 有机化学(第二版). 高等教育出版社, 2000.7. 一、吡啶及其衍生物. pp 386
    11. Pal, Satyanarayan. . 2018 [2020-02-14]. doi:10.5772/intechopen.76986. (原始内容存档于2021-01-04).
    12. R. Milcent, F. Chau: Chimie organique hétérocyclique: Structures fondamentales, pp. 241–282, EDP Sciences, 2002, ISBN 978-2-86883-583-3
    13. Badger, G; Sasse, W. . Advances in Heterocyclic Chemistry 2: 179. 1963. ISBN 9780120206025. doi:10.1016/S0065-2725(08)60749-7.
    14. Sasse, W. H. F. (PDF). Organic Syntheses. 1966, 46: 5–8 [2013-08-17]. (原始内容 (PDF)存档于2012-01-21).
    15. A. Gossauer: Struktur und Reaktivität der Biomoleküle, 2006, p. 488, Wiley-VCH Weinheim, ISBN 978-3-906390-29-1
    16. Chichibabin, A. E. [On condensation of aldehydes with ammonia to make pyridines]. Journal für Praktische Chemie. 1924, 107: 122 [2017-01-19]. doi:10.1002/prac.19241070110. (原始内容存档于2018-09-20).
    17. Frank, R. L.; Seven, R. P. . Journal of the American Chemical Society. 1949, 71 (8): 2629–2635. doi:10.1021/ja01176a008.
    18. Aylward, G, (2008), "SI Chemical Data 6th Ed.", ISBN 978-0-470-81638-7 (pbk.)
    19. International Agency for Research on Cancer (IARC). . IARC Summaries & Evaluations. IPCS INCHEM. 22 August 2000 [17 January 2007]. (原始内容存档于2018-10-02).
    20. S. Shimizu, N. Watanabe, T. Kataoka, T. Shoji, N. Abe, S. Morishita, H. Ichimura Pyridine and Pyridine Derivatives, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a22_399
    21. Record of Pyridine in the GESTIS Substance Database from the IFA
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.