Chơng 32
HợP CHấT Dị VòNG 6 CạNH 1 Dị Tố
Dị Tố Là NITơ HOặC OXY
Mục tiêu
1. Nêu đợc cấu tạo và tính chất thơm của dị vòng 6 cạnh.
2. Nêu đợc các hóa tính của pyridin.
1. Pyridin
1.1. Cấu tạo của pyridin
Pyridin tơng tự với benzen. Nhóm CH của benzen đợc thay thế bằng
nguyên tử nitơ. Cặp điện tử không liên kết của N chiếm một orbital sp
2
và thẳng
góc với hệ thống điện tử

của vòng. Hệ thống điện tử

của vòng đợc tạo thành
do 5 điện tử p của 5 nguyên tử carbon và 1 điện tử p của nitơ. Có thể minh họa
công thức của pyridin theo các công thức sau:
Cấu trúc orbital của pyridin
N
H
H
H
H
H
.
.
.
.
.

N
0,849
o,947
0,822
o,947
0,849
..

N
..
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2

Khác với benzen mật độ điện tử trên các nguyên tử carbon của pyridin khác
nhau. Nguyên tử N có độ âm điện lớn hơn nên phân tử pyridin có sự phân cực.
Momen lỡng cực của pyridin là 2,5 D.Pyridin có các công thức giới hạn sau:

..
..

N


6
5
4
3
2
1
N
1.2. Tổng hợp vòng Pyridin
Pyridin có trong nhựa than đá (khoảng 0,1%). Khi chng cất nhựa than đá
có thể thu đợc hỗn hợp gồm pyridin, metylpyridin (picolin), dimetylpyridin
(lutidin) và trimetylpyridin (colidin). Vòng pyridin có thể đợc tổng hợp theo các
phơng pháp:
1.2.1. Ngng tụ hợp chất

,

-aldehyd cha no với amoniac
N
CH
3
- 2H
2
O
2 CH
2
=CH-CHO + NH
3

COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
R
R
R
- 2[ H ]
N
COOC
2
H
5
H
C
2
H
5
OOC
HR
R
R
NH
3
R

Pyridin là chất lỏng không màu, rất bền, sôi ở 115 - 116
O
C, có mùi hôi đặc trng.
1.3.1. Phản ứng thế ái điện tử
Pyridin tác dụng yếu với các tác nhân ái điện tử so với benzen.
ứng dụng độ bền của ion carbonium trung gian để giải thích sự định hớng
của tác nhân thế ái điện tử vào nhân pyridin:

106
Nếu tác nhân ái điện tử tấn công vào vị trí 4 hoặc vị trí 2 thì ion carbonium
là sự tổ hợp của 3 công thức I, II, III.
Nếu tác nhân ái điện tử tấn công vào vị trí 3 thì ion carbonium là sự tổ hợp
của các công thức IV, V, VI.
N
N
H
H
E
N
E
H
H
N
H
E
H
N
H
E
+


Tất cả trạng thái trên đều kém bền so với các trạng thái của benzen, vì
nguyên tử nitơ N hút điện tử về phía mình. Trong các trạng thái trên thì trạng
thái III kém bền nhất vì nguyên tử nitơ N chỉ có 6 điện tử. Phản ứng thế ái điện
tử xảy ra tại các vị trí 3 và 5 (vị trí

) là chủ yếu và phản ứng xảy ra chậm hơn
phản ứng của benzen.

Phản ứng nitro hóa trực tiếp bằng HNO
3
và H
2
SO
4

hoặc KNO
3
ở 300

C
thu đợc 3-nitropyridin với hiệu suất thấp (vài phần trăm).

Phản ứng sulfon hóa pyridin xảy ra với hỗn hợp H
2
SO
4
+ SO
3
(oleum 20%)

HgOCOCH
3
N
SO
3
H
N
Br
N
NO
2
N
H
2
SO
4

+ KNO
3
300
o
C
H
2
SO
4

+ SO
3
230

n-Butyllithium hoặc phenyllithium là những tác nhân ái nhân mạnh tác
dụng với pyridin thu đợc 2-n-butylpyridin hoặc 2-phenylpyridin.
N
N
NH
2
H
N
C
4
H
9
H
- NaH
NNH
2
NNHNa
+ H
2
Na
+
-
-
Li
+
N
C
4
H
9

+ CH
3
ONa
N
OCH
3
+ NaCl
4-Cloropyridin 4-metoxypyridin
Phản ứng thế ái điện tử và thế ái nhân vào pyridin rất giống phản ứng thế
của nitrobenzen. Tính chất của pyridin gần giống tính chất của nitrobenzen. Vị
trí 3 của nitrobenzen có tính ái điện tử, vị trí 2 và 4 có tính ái nhân tơng tự với
pyridin.
N
3
4
2
1
N
O
O
3
1
2
4
+
N
H

+ H
2
O

-Picolin

3-Methylpyridin
Acid Nicotinic
Pyridin-3-Carboxylic
CH
3
N
N
COOH
3[ O ]
+ H
2
O

CH
3
N
N
COOH

C
2
H
5
OH + Na
C
2
H
5
OH + Na
N
H
N
H
N
H
..
..
C
2
H
5
OH + Na
1,4-Dihydropyridin 1,2,3,4-Tetrahydropyridin piperidin
pyridin
..
N

3
4-OCH
3
4-NO
2
2-CN 4-CN
pKa 5,23 6,86 5,98 9,17 3,28 6,62 1,61 -0,26 1,90

Nhóm thế ở vị trí 4 làm tăng tính base trên nitơ N của pyridin.
4-Dimethylaminopyridin bị proton hóa vào nguyên tử N của pyridin và
cation đợc ổn định hơn. N
N
CH
3
CH
3
N
N
CH
3
CH
3
H
N

+
SO
4
2

-
+ H
2
SO
4
Sul
fat pyridin

Pyridin nh là một amin bậc ba có khả năng tạo muối alkylhalogenid bậc 4.

- N-methylpyridini iodid
- Methylatpyridin iodid
N
+ CH
3
I
I
-
+
N
CH
3

N
+ RCOOH
+ RCOOOH
N
O110