常見的吡啶類化合物合成反應

2021-01-17 有機合成

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吡啶類化合物是目前雜環化合物中開發應用範圍最廣的品種之一，作為一種重要的精細化工原料，其衍生物主要有烷基吡啶、滷代吡啶、氨基吡啶、溴吡啶、甲基吡啶、碘吡啶、氯吡啶、硝基吡啶、羥基吡啶、苄基吡啶、乙基吡啶、氰基吡啶、氟吡啶、二氫吡啶等，其中農藥佔毗吒系列產品消費總量的50%左右;飼料添加劑約為30%;醫藥及其他領域佔20%。

吡啶的重要衍生物有煙酸、煙醯胺、異煙醯肼、菸鹼、馬錢子鹼、維生素B6等。吡啶具有接近正六角形的結構，與苯相似，具有相同的電子結構。由於環中氮原子的吸電子作用，使2，4，6位上電子云密度低於3，5位，在酸性介質中，親電取代反應發生在3，5位，親核反應如胺化、烷基化、芳基化、醯化發生在2，4，6位。吡啶是一種弱的叔胺，在乙醇溶液中能與多種酸(如苦味酸、高氯酸等)形成不溶於水的鹽;由於吡啶呈鹼性，能與鹽酸生成吡啶鹽酸鹽(C5H5N·HCl)。在鎳催化劑作用下，在200℃及15～30MPa下，加氫還原，可生成哌啶;也可電解還原為哌啶;它的還原性較苯容易。吡啶較苯難氧化，但用過氧化氫或過氧酸可將吡啶氧化生成N-氧化吡啶，這是一個重要的吡啶衍生物，因氮原子氧化後，不能形成帶正電荷的吡啶離子，有利於芳基的親電取代反應。吡啶的親電取代如硝化、磺化、滷化都較困難，但滷化較前二者稍易，在200℃以上，可得 3，5-二氯吡啶，或3，4.5-三氯吡啶。吡啶能與多種金屬離子形成結晶性的配位化合物。


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一、Boekelheide反應


2-甲基吡啶氮氧化物用三氟乙酸酐或乙酸酐處理得到2-羥甲基吡啶的反應。



二、Boger吡啶合成反應


1,2,4-三氮唑和親二烯體（如烯胺）通過雜原子D-A加成脫去N2得到吡啶的反應。



三、Chichibabin吡啶合成反應


醛和氨縮合製備吡啶的反應。



四、Chichibabin反應

20世紀早期，A.E. Chichibabin利用吡啶和氨基鈉在二甲胺中高溫（110 °C）下反應，用水後處理後，以80%的收率得到2-氨基吡啶。十年後，在320 °C下，他將吡啶加入到KOH粉末中，用水後處理後得到2-羥基吡啶。與此類似的，吡啶及其衍生物與強親核試劑，如烷基或芳基鋰，反應可以得到2位的烷基或芳基吡啶。



五、Ciamician–Dennstedt重排

吡咯在強鹼條件下與滷仿(CHX 3 where X = Cl, Br, I)反應重排生成 3-滷代吡啶的反應。此反應是由G.L. Ciamician在1881年首先發現，後來M.Dennstedt 利用甲醇鈉催化吡咯和二碘甲烷反應製備得到吡啶，使此方法的應用範圍更加廣泛。後來在此研究的基礎上，利用吲哚和喹啉的方法也被發現。因此此類反應都統稱為Ciamician-Dennstedt重排反應。



六、Hetero-Diels–Alder reaction（雜-Diels–Alder反應）

雜二烯體和親二烯體（或者雜親二烯體和二烯體）進行Diels–Alder反應得到六元雜環的反應。最常見的是氮雜Diels–Alder反應和氧雜Diels–Alder反應。



七、Guareschi–Thorpe縮合


氰基乙酸酯和1,3-二酮在氨存在下縮合製備2-吡啶酮的反應。



八、Hantzsch二氫吡啶合成法


醛，β-酮酯和氨縮合得到1,4-二氫吡啶的反應。Hantzsch1,4-二氫吡啶在有機催化反應中是非常常用的還原劑。得到二氫吡啶衍生物，再用氧化劑（亞硝酸或鐵氰化鉀）氧化得到吡啶衍生物。這是一個用於合成吡啶同系物很普遍的反應。



九、Kröhnke吡啶合成

由α-吡啶基甲基酮鹽和α,β-不飽和酮反應製備吡啶的方法。



十、Zincke反應

N-(2,4-二硝基苯基)吡啶鹽（ Zincke鹽）與苯胺或脂肪胺作用進行胺交換生成相應的N-芳基或N-烷基吡啶鹽的反應。



十一、Ladenburg吡啶苄基化反應

銅鹽作用下，吡啶和苄基滷代物反應得到2位或4位苄基化產物的反應。其他的一些烷基滷代物也可以進行此反應，但產率不高。



十二、Kaiser-Johnson-Middleton二腈環化反應

HBr作用下，二腈關環合成溴取代的五元，六元或七元環雜環的反應。合成吡啶。



十三、Baeyer吡啶合成反應

吡喃酮和胺（氨）關環合成吡啶的反應。



十四、Hammick吡啶烷基化反應

2-吡啶甲酸加熱脫羧後對羰基化物進行親核加成得到2-吡啶甲醇的反應。



十五、Michaelis-Nylen吡啶膦酸化反應

膦酸二烷基酯鋰鹽親核進攻吡啶-N-氧化物得到二位吡啶膦酸二烷基酯的反應。類似反應Michaelis-Arbuzov膦酸酯合成。



十六、Minisci反應



十七、稠環吡啶

常見的喹啉合成反應

常見的異喹啉合成反應



十八、其他

Bohlmann-Rahtz吡啶合成

烯胺和乙炔基酮縮合後加熱誘導E/Z異構化，關環脫水得到取代吡啶的反應。



Katritzky吡啶合成反應

α,β-不飽和酮, α-(N-苯並三氮唑)酮和乙酸銨在乙酸存在下加入關環得到2,4,6-三取代吡啶的反應。機理同Kröhnke吡啶合成。



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  • 吡啶的物理性質介紹
    1.64臨界溫度（℃）：346.85臨界壓力（MPa）：6.18電導率（25℃）（μS/cm）：4熱導率（20℃）（W/m.K）：0.182黏度（15℃）（mPa.S）：1.038（20℃）（mPa.S）：0.952（30℃）（mPa.S）：0.829蒸發熱（25℃）（KJ/mol）：40.4277熔化熱（KJ/mol）：7.4133生成熱（液體）（KJ/mol）：99.9808偶極距：2.22D 吡啶為極性分子
  • 吡啶的芳香性質介紹
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