Piridina

composto chimico
Piridina
formula di struttura e modello molecolare
Pyridine sample.jpg
Nome IUPAC
piridina
Abbreviazioni
Py
Nomi alternativi
azina
azabenzene
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC5H5N
Massa molecolare (u)79,1012
Aspettoliquido incolore
Numero CAS110-86-1
Numero EINECS203-809-9
PubChem1049
SMILESC1=CC=NC=C1
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)0,978
Indice di rifrazione1,509
Costante di dissociazione acida (pKa) a 298 K5,3
Solubilità in acquasolubile
Temperatura di fusione−42 °C (231 K)
Temperatura di ebollizione115 °C (388 K)
ΔebH0 (kJ·mol−1)40,4
Tensione di vapore (Pa) a 293 K2000
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)100,2
C0p,m(J·K−1mol−1)132,7
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma17 °C (290 K)
Limiti di esplosione1,7 - 12,4% vol.
Temperatura di autoignizione482 °C (755 K)
TLV (ppm)TWA 10 (15 mg/m³)
Simboli di rischio chimico
infiammabile irritante
pericolo
Frasi H225 - 302 - 312 - 332 [1]
Consigli P210 - 233 - 302+352 [2]

La piridina è un composto eterociclico aromatico appartenente al gruppo delle azine; a temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore dallo sgradevole odore caratteristico.

La piridina si ottiene sia per sintesi a partire da acetaldeide e ammoniaca oltreché per distillazione del carbone.

Indice

ProprietàModifica

BasicitàModifica

Grazie alla disponibilità della coppia solitaria di elettroni sull'azoto, la piridina si comporta sia da base sia da nucleofilo. Tuttavia, poiché la coppia di elettroni risiede in un orbitale sp2 con maggior carattere s rispetto a un orbitale sp3, la sua basicità è notevolmente inferiore a quella delle ammine alifatiche.

In presenza di composti acidi, la piridina lega a sé uno ione H+ per dare il catione piridinio C5H5NH+.

PolaritàModifica

Essendo l'azoto più elettronegativo del carbonio, esso modifica la distribuzione elettronica all'interno dell'anello. La maggior densità elettronica risiede sull'atomo di azoto, mentre la minor densità elettronica risiede sugli atomi di carbonio, in particolare sui carboni α e γ.

Ciò significa che la piridina esibisce un elevato valore del momento dipolare che porta a un punto di ebollizione abbastanza alto (il benzene, a titolo d'esempio, bolle a 80 °C).

Chemical shiftModifica

La piridina presenta valori di chemical shift differenziati, a seconda della posizione nell'anello rispetto all'azoto. Infatti, per effetto mesomero e induttivo, i protoni in posizione α e γ hanno valori di chemical shift più elevati di quelli dei protoni in posizione β. Ciò è dovuto al momento dipolare della molecola e alla delocalizzazione nell'anello degli elettroni.

Da questo punto di vista l'effetto causato dall'azoto all'interno dell'anello può essere paragonato a quello del gruppo -NO2 del nitrobenzene.

SpettriModifica

 
Spettro di massa
 
Spettro UV/Visibile

StrutturaModifica

La sua struttura è planare e ha la forma di un esagono grossomodo regolare, inoltre essendo aromatico presenta la tipica delocalizzazione degli elettroni sopra e sotto il piano.

L'atomo di azoto partecipa al sistema aromatico con un elettrone spaiato; il suo doppietto elettronico non condiviso giace pertanto sul piano della molecola.

 
Delocalizzazione elettroni del benzene e della piridina a confronto

ReattivitàModifica

 
Schema generale

La piridina dà reazione di sostituzione e non di eliminazione. L'azoto nella piridina essendo più elettronegativo degli atomi di carbonio attrae fortemente la nuvola elettronica π lasciando l'anello tendenzialmente positivo e quindi adatto a subire SNAr.

Reazioni acido-baseModifica

Come esposto sopra, la piridina è relativamente basica e da reazioni acido-base classiche.

Benché per ragioni diverse, la sua basicità può essere paragonata a quella dell'anilina.

I gruppi sostituenti influenzano la basicità della piridina in base alla natura e alla posizione del sostituente nell'anello aromatico. Gruppi elettrofili (come il Cl-) abbassano il pKa e quindi la basicità diminuisce, questo soprattutto se il gruppo è in posizione β. Gruppi elettrondonatori, invece, aumentano il carattere basico, soprattutto se sono nelle posizioni α e γ.

 
Alcuni esempi di variazioni di pKa derivante da alcuni gruppi sostituenti

Reazioni con elettrofiliModifica

Sostituzione elettrofila aromaticaModifica

Il gruppo aza =N- si comporta come un gruppo fortemente elettronattrattore, paragonabile al gruppo -NO2. Come tale, esso disattiva l'anello verso la sostituzione elettrofila aromatica. Inoltre, l'interazione dell'azoto con reagenti e catalizzatori (acidi di Lewis), sovente necessari alla reazione, contribuisce a rendere l'anello della piridina ancor più disattivato. Ovviamente, come mostrano le strutture limiti di risonanza dell'intermedio carbocationico, la posizione che risulta meno disattivata è la posizione β che, di conseguenza, è quella che subisce l'attacco.

NitrazioneModifica

È possibile notare che il prodotto finale è in concentrazioni molto basse.

SolfonazioneModifica

AcetossimercuriazioneModifica

Questo processo fornisce un intermedio di sintesi estremamente versatile e può essere usato per l'introduzione di diverse funzionalità nell'anello aromatico.

AlogenazioneModifica

La presenza di altri gruppi influenza notevolemente sia la reattività dell'anello piridinico sia l'orientamento. I gruppi elettron-attrattori (-SO3H, NO2, COR, etc.) rendono pressoché inerte l'anello piridinico. I gruppi elettron-donatori (OH, OR, NR2, ecc.) rendono più reattive le piridine sostituite. L'orientamento è quello previsto nelle sostituzioni elettrofile su benzeni sostituiti con un gruppo elettron-attrattore.

Sostituzione nucleofila aromaticaModifica

Quando la piridina si trova a reagire con nucleofili estremamente forti (ad esempio organometalli polari R-M) è possibile osservare la sostituzione dell'idrogeno, il quale esce come ione idruro. In questi casi speciali, l'attacco avviene sempre in posizione 2 (o α).

Reazioni di riduzioneModifica

UsiModifica

La piridina è ampiamente usata come solvente, data la sua versatilità: è polare ma aprotica. È miscibile con una vasta gamma di solventi compreso esano e acqua. La piridina deuterata, denominata D5, è un solvente comune per la spettroscopia NMR.

Nella sintesi chimica la piridina è importante nel ramo industriale, sia come reagente fondamentale sia come un solvente per reazioni di sintesi organica. È, ad esempio, usata come solvente nella condensazione di Knoevenagel.

È inoltre un prodotto risultante dalla sintesi di prodotti come insetticidi, diserbanti, prodotti farmaceutici, aromi per alimenti, tinture, prodotti di gomma, adesivi, vernici, esplosivi e disinfettanti. La piridina inoltre è usata come denaturante per miscele antigelo, per l'alcol etilico e per fungicidi.

TossicitàModifica

La piridina è una sostanza tossica per inalazione, ingestione e assorbimento attraverso la pelle. È un sospetto cancerogeno e riduce la fertilità maschile. Tra i sintomi più comuni legati all'esposizione alla piridina rientrano la nausea, il vomito, il mal di testa, la tosse e la difficoltà a respirare.

Immagini 3D della piridinaModifica

 
Anaglifo della piridina. Per una corretta visualizzazione, indossare gli occhialini con lenti blu e rosse.
 
Modello 3D Cross-Eyed della piridina. Per una corretta visualizzazione, indossare gli occhiali adatti.

NoteModifica

Voci correlateModifica

Altri progettiModifica

Collegamenti esterniModifica

Controllo di autoritàLCCN: (ENsh85109332 · GND: (DE4176469-9
  Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia