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La piridina si ottiene sia per sintesi a partire da acetaldeide e ammoniaca oltreché per distillazione del carbone.
Proprietà
Basicità
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 amminealifatiche.
In presenza di composti acidi, la piridina lega a sé uno ione H+ per dare il catione piridinio C5H5NH+.
Polarità
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 shift
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.
Spettri
Spettro di massaSpettro UV/Visibile
Struttura
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.
Delocalizzazione elettroni del benzene e della piridina a confronto
Reattività
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-base
Come esposto sopra, la piridina è relativamente basica e dà 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 elettrofili
Sostituzione elettrofila aromatica
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.
Nitrazione
È possibile notare che il prodotto finale è in concentrazioni molto basse.
Solfonazione
Acetossimercuriazione
Questo processo fornisce un intermedio di sintesi estremamente versatile e può essere usato per l'introduzione di diverse funzionalità nell'anello aromatico.
Alogenazione
La presenza di altri gruppi influenza notevolmente 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 aromatica
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 riduzione
Usi
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.
Tossicità
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 piridina
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.
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