PYRIDIN: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, TOXIZITÄT, SYNTHESE - CHEMIE - 2025

Das Pyridin ist ein aromatisches Amin mit der chemischen Formel C ₅ H ₅ N ist die Version stickstoffhaltiger Benzol, wie eine -CH wird von einem Stickstoffatom (N) ersetzt wurde. Pyridin bildet zusammen mit Pyrrol die Gruppe der einfachsten aromatischen Amine von allen.

Pyridin wurde ursprünglich aus Kohlenteer hergestellt, war jedoch eine Methode mit geringer Ausbeute. Dies führte zur Entwicklung mehrerer Methoden für die chemische Synthese, bei denen die Reaktion von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak angewendet wird.

Strukturformel von Pyridin. Quelle: Calvero. / Public Domain

Pyridin wurde zuerst von Thomas Anderson (1843), einem schottischen Chemiker, erhalten, der durch Erhitzen von tierischem Fleisch und Knochen ein Öl herstellte, aus dem Pyridin gereinigt wurde.

Thomas Anderson (Juli 1819)

Pyridin wird als Rohstoff für die Synthese von Verbindungen verwendet, die die Vermehrung von Insekten, Pilzen, Kräutern usw. eliminieren und kontrollieren. Es wird auch zur Herstellung zahlreicher Arzneimittel und Vitamine sowie als Lösungsmittel verwendet.

Pyridin ist eine toxische Verbindung, die Leber, Nieren und die Funktion des Zentralnervensystems chronisch schädigen kann. Pyridin kann durch Verschlucken, Einatmen und Diffusion durch die Haut in den Körper gelangen. Im chemischen Bereich ist bekannt, dass es sich um eine Substanz handelt, die bei Männern Impotenz verursachen kann.

Struktur von Pyridin

Molekular

Molekülstruktur von Pyridin. Quelle: Benjah-bmm27 / Public Domain

Das obere Bild zeigt die Molekülstruktur von Pyridin, dargestellt durch ein Kugel- und Balkenmodell. Wie zu sehen ist, ist sein Molekül dem von Benzol sehr ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, dass einer seiner Kohlenstoffe (schwarze Kugeln) durch Stickstoff (blaue Kugel) ersetzt wird.

Da Stickstoff elektronegativer ist, zieht er die Elektronendichte zu sich selbst an, wodurch ein permanentes Dipolmoment in Pyridin erzeugt wird. Daher interagieren Pyridinmoleküle durch Dipol-Dipol-Kräfte.

Wasserstoffatome sind die elektronenarmen Regionen, daher orientieren sie sich in Richtung des Stickstoffatoms eines benachbarten Moleküls.

Kristallin

Kristallstruktur von Pyridin. Quelle: Orci / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pyridinmoleküle haben nicht nur die Dipol-Dipol-Kräfte, sondern auch die Wechselwirkungen der aromatischen Ringe. Somit gelingt es diesen Molekülen, sich in einer geordneten Weise zu positionieren, um einen Kristall mit einer orthorhombischen Struktur (oberes Bild) bei einer Temperatur von -41,6 ° C zu erzeugen.

Pyridineigenschaften

Pyridinprobe. LHcheM / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Aussehen

Farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch, ähnlich wie Fisch.

Molmasse

79,1 g / mol

Dichte

0,9819 g / ml

Schmelzpunkt

-41,6 ºC

Siedepunkt

115,2 ºC

Löslichkeit

Es ist mit Wasser und auch mit Alkohol, Äther, Petrolether, Ölen und vielen organischen Flüssigkeiten im Allgemeinen mischbar.

Dampfdruck

16 mmHg bei 20 ° C.

Wasserdampfdichte

2,72 relativ zu Wasser = 1

Brechungsindex (n

1,5093

Viskosität

0,88 cP

Dipolmoment

2.2 D.

Zündpunkt

21 ºC

Selbstentzündungstemperatur

482 ºC

Zersetzung

Beim Erhitzen zur Zersetzung entsteht Cyanidrauch.

Korrosion

Pyridin in flüssiger Form greift einige Formen von Kunststoffen, Kautschuken und Beschichtungen an.

pH

8,5 (0,2 M Lösung in Wasser)

Basizität und Reaktivität

Pyridin ist eine schwache Base. Es ist ein tertiäres Amin, dessen 0,2 M Lösung in Wasser einen pH von 8,5 erzeugt. Aufgrund der Elektronegativität von Stickstoff hat es eine geringe Affinität zu Elektronen, so dass seine Kohlenstoffe normalerweise keine elektrophile Substitution erfahren.

Pyridin wird nukleophil substituiert, vorzugsweise an den C _{4 -} und C _{2 -Positionen} des Rings. Aufgrund seiner Fähigkeit, Elektronen abzugeben, ist Pyridin oxidationsbeständiger als Benzol und reagiert heftig mit Schwefelsäure, Salpetersäure und Maleinsäureanhydrid.

Verwendung von Pyridin

Pestizide

Pyridin ist eine Vorstufe der Herbizide Paraquat und Diquat. In gleicher Weise wird es zur Synthese des Insektizids Chlorpyrifos verwendet, dessen erster Schritt die Chlorierung von Pyridin ist. Es ist auch der Ausgangsstoff für die Gewinnung des Fungizids auf Pyrithionbasis.

Lösungsmittel

Pyridin ist ein polares Lösungsmittel, das für Dehalogenierungsreaktionen und die Extraktion von Antibiotika verwendet wird. Pyridin wird als Lösungsmittel in der Farben- und Gummiindustrie sowie in Forschungslabors als Lösungsmittel bei der Extraktion von Pflanzenhormonen verwendet.

Medizin

Pyridin dient als Ausgangspunkt für die Synthese von Cetylpyridinium und Laurylpyridinium, Verbindungen, die als Antiseptika in Mund- und Zahnpflegeprodukten verwendet werden. Das Pyridinmolekül ist Teil der chemischen Struktur vieler Arzneimittel.

Zum Beispiel Esmeprazol, verwendet, um gastroösophagealen Reflux zu behandeln. Loratidin ist ein weiteres Arzneimittel auf der Basis von Pyridin, bekannt unter dem Namen Claritin, das zur Behandlung von allergischen Prozessen eingesetzt wird.

Pyridintabletten (Phenazopyridin) werden zur symptomatischen Behandlung einer Reizung der Harnwege eingesetzt, die in einigen Fällen mit Schmerzen, Brennen und Harndrang einhergeht. Phenazopyridin ist ein Farbstoff, der als Analgetikum im Harntrakt wirkt.

Diacylhydrazin ist ein Derivat von Pyridin mit einer antibakteriellen Aktivität, die auf gramnegative Bakterien wie E. coli und grampositive Bakterien wie S. albus wirkt.

Pyridin dient als Basis für Thiazolopyridin, eine Verbindung mit antiviraler Aktivität, insbesondere gegen das Influenza-β-Mass-Virus. 2-Acetylpyridin, ein Derivat von Pyridin, hat eine große Antitumoraktivität und ist ein Inhibitor der Leukämie.

Andere

Pyridin wird zur Herstellung von Vitaminen, Gummiprodukten, Klebstoffen, Farben und Insektiziden verwendet. Es wird auch zur Denaturierung von Alkohol und zum Färben einiger Textilien verwendet.

20% Pyridin werden zur Herstellung von Piperidin verwendet. Piperidin ist an der Vulkanisation und Landwirtschaft beteiligt.

Pyridin wird auch bei der Synthese von Polycarbonatharzen, als Lebensmittelaroma und als Reagenz zum Nachweis von Cyanid verwendet.

Toxizität

- Pyridin gelangt hauptsächlich durch Einatmen und Diffusion durch die Haut in den Körper. Akute Exposition gegenüber Pyridin kann zu Augen- und Hautreizungen und Verbrennungen bei Kontakt führen.

- Pyridin kann Dermatitis und Allergien auf der Haut verursachen. Die Entwicklung einer Allergie kann zusätzlich zu Juckreiz und Hautausschlag einhergehen.

- Das Einatmen von Pyridin kann zu Reizungen der Nase und des Rachens führen, begleitet von Husten und keuchender asthmatischer Atmung.

- Durch Verschlucken kann Pyridin Übelkeit, Erbrechen, Durchfall und Bauchschmerzen verursachen. Ebenso kann die Aufnahme einer hohen Dosis Pyridin in den Körper Kopfschmerzen, Müdigkeit, Ohnmacht, Benommenheit, Schwindel, Verwirrtheit und schließlich Koma und Tod verursachen.

- Die am stärksten von der Wirkung von Pyridin betroffenen Organe sind Leber, Nieren, männliche Genitalien und das Zentralnervensystem. Es kann auch auf das Knochenmark einwirken und die Produktion von Blutplättchen induzieren. Eine krebserzeugende Wirkung von Pyridin wurde im Tierversuch nicht nachgewiesen.

Die OSHA legte eine Expositionsgrenze in der Luft von 5 ppm pro 8-Stunden-Schicht fest.

Synthese

Die ersten Methoden zur Gewinnung von Pyridin basierten auf seiner Extraktion aus organischen Materialien. Thomas Anderson (1843) erhielt Pyridin zuerst durch Erhitzen von Tierfleisch und Knochen. In einem ersten Schritt produzierte Anderson ein Öl, aus dem er das Pyridin destillieren konnte.

Traditionell wurde Pyridin aus Kohlenteer oder aus der Vergasung von Kohle gewonnen. Diese Verfahren waren umständlich und von geringer Ausbeute, da die Pyridinkonzentration in diesen Rohstoffen sehr niedrig war. Daher wurde eine Synthesemethode benötigt.

Chichibabin-Methode

Obwohl es viele Methoden zur Synthese von Pyridin gibt, wird immer noch hauptsächlich das 1923 eingeführte Chichibabin-Verfahren angewendet. Bei dieser Methode wird Pyridin aus der Reaktion von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak synthetisiert, die billige Reagenzien sind.

In der ersten Stufe reagieren Formaldehyd und Acetaldehyd unter Bildung der Acroleinverbindung in einer Knoevenagel-Kondensationsreaktion, wobei auch Wasser gebildet wird.

Pyridinkondensation aus Acrolein und Acetaldehyd

Schließlich reagiert Acrolein in einer zweiten Stufe mit Formaldehyd und Ammoniak unter Bildung von Dihydropyridin. Anschließend wird das Dihydropyridin in einer Reaktion bei 350-550ºC in Gegenwart eines festen Katalysators, beispielsweise Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, zu Pyridin oxidiert.

Reaktionen

Elektrophile Substitutionen

Diese Substitutionen treten aufgrund der geringen Elektronendichte von Pyridin normalerweise nicht auf.

Die Sulfanierung ist schwieriger als die Nitrierung. Bromierung und Chlorierung treten jedoch leichter auf.

Pyridin-N-oxid

Der Oxidationsort in Pyridin ist das Stickstoffatom, wobei die Oxidation durch Persäuren (Säuren mit einer OOH-Gruppe) erzeugt wird. Die Stickstoffoxidation fördert die elektrophile Substitution an den Kohlenstoffen 2 und 4 von Pyridin.

Nucleophile Substitutionen

Pyridin kann aufgrund der geringen Elektronendichte der Pyridinringkohlenstoffe verschiedene nukleophile Substitutionen eingehen. Diese Substitutionen treten leichter in dem durch Brom, Chlor, Fluor oder Sulfonsäure modifizierten Pyridinmolekül auf.

Die Verbindungen, die die nukleophilen Angriffe auf Pyridin ausführen, sind üblicherweise: Alkoxide, Thiolate, Amine und Ammoniak.

Radikale Reaktionen

Pyridin kann durch radikalische Reaktionen dimerisiert werden. Die radikalische Dimerisierung von Pyridin wird mit elementarem Natrium oder Raney-Nickel durchgeführt, wobei 4,4'-Biperidin oder 2,2'-Biperidin hergestellt werden kann.

Reaktion am Stickstoffatom

Laut Lewis fügen sich Säuren leicht zum Stickstoffatom von Pyridin hinzu und bilden Pyridiniumsalze. Pyridin ist eine Lewis-Base, die ein Elektronenpaar abgibt.

Hydrierungs- und Reduktionsreaktion

Piperidin wird durch Hydrierung von Pyridin mit Nickel, Kobalt oder Ruthenium hergestellt. Diese Reaktion wird bei hohen Temperaturen unter Verwendung eines Katalysators durchgeführt.

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