4.1.4. Реакции с нуклеофильными реагентами.
По способности вступать в реакции нуклеофильного замещения в ядре пиридин и его производные резко отличаются от соединений бензольного ряда. В общем виде реакцию можно представить следующим образом:
При определенном сходстве в механизмах электрофильного и нуклеофильного замещения водорода в ароматических системах следует отметить принципиальную разницу в этих реакциях. Если при электрофильном замещении водород отщепляется на последней стадии достаточно легко в виде протона, то при нуклеофильном замещении реакция завершается удалением гидрид-иона. Этот этап труднее осуществим и часто требует присутствия окислителя, который играет роль акцептора гидрид-иона.
К реакции нуклеофильного замещения относятся реакции аминирования, гидроксилирования и алкилирования (арилирования), т.е. непосредственного введения нуклеофильных групп в кольцо пиридина или его гомологов.
Аминирование. Прямое введение аминогруппы в пиридиновое ядро, называемое реакцией Чичибабина (1914), представляет собой наиболее типичный пример нуклеофильного замещения. Реакцию обычно проводят при нагревании пиридина и амида натрия или калия в безводных апротонных растворителях (углеводы или N,N-диметиланилин). С высокой избирательностью атакуется α-положение, а когда оба α-положения заняты, то образуется γ-изомер, но с меньшим выходом.
С избытком амида металла при повышенной температуре (160-1800С) получается 2,6-диамидопиридин также с высоким выходом.
Реакция аминирования находит широкое применение, поскольку из амидопиридинов могут быть легко получены разнообразные производные пиридина.
Гидроксилирование. Пиридин склонен вступать в еще одну реакцию, не свойственную бензолу, - прямого введения гидроксильной группы в ядро. Реакция протекает в очень жестких условиях и с низким выходом продукта, поскольку нуклеофильность гидроксид-иона ниже, чем амид-иона.
Алкилирование и арилирование. Такие сильные нуклеофильные реагенты, как литийорганические соединения, легко присоединяются к пиридину, образуя соли 1,2-дигидропиридина, которые иногда даже могут быть выделены в индивидуальном состоянии. Возврат к ароматической системе путем отщепления гидрид-иона достигается термически или действием окислителя.
4.1.5. Окисление и восстановление.
Окисление по атому азота. Пиридин легко превращается в кристаллический N-оксид под действием пероксикислот – пероксибензойной или пероксиуксусной.
Восстановление. Полное гидрирование пиридина осуществляется каталитически в мягких условиях.
В промышленности пиперидин получают гидрированием пиридина над никелем при температуре 170-2000С. При более высокой температуре происходит расщепление связи С─N с образованием пентиламина и даже пентана и аммиака.
5. Гетероциклы с двумя гетероатомами.
5.1. Азолы.
Группу пятичленных гетероциклов, которые образованы из пиррола, фурана и тиофена путем замены звена ─СН═ хотя бы одним пиридиновым атомом азота, называют азолами. Частный случай представляют циклы с двумя атомами азота – диазолы.
Азолы, содержащие два гетероатома, в зависимости от их взаимного расположения подразделяются на 1,2-азолы и 1,3-азолы. Наиболее значимыми из них являются имидазол, пиразол и тиазол.
