Пиколин: свойства, изомеры и применение¶

Пиколин — органическое гетероциклическое соединение, относящееся к классу метилпроизводных пиридина. Представляет собой бесцветную жидкость с характерным неприятным запахом, смешивающуюся с водой и большинством органических растворителей. Общая формула — C₆H₇N, молекулярная масса — 93,13 г/моль. Название происходит от латинского pix (смола) и oleum (масло), поскольку вещество было впервые выделено из продуктов перегонки каменноугольной смолы. Пиколины служат важным сырьём для синтеза витаминов, лекарственных препаратов и агрохимикатов.

¶Изомеры

Пиколин существует в виде трёх структурных изомеров, различающихся положением метильной группы относительно атома азота в пиридиновом кольце:

Все три изомера смешиваются с водой, этанолом, диэтиловым эфиром. Наибольшее практическое значение имеют α- и γ-пиколины, тогда как β-изомер встречается реже и в промышленных масштабах получается преимущественно синтетически.

¶Физические и химические свойства

Пиколины — слабые основания: значения pKb лежат в диапазоне 7,4–8,0, что делает их несколько более основными, чем сам пиридин (pKb ≈ 8,8). Это объясняется электронодонорным эффектом метильной группы, повышающим электронную плотность на атоме азота.

Химическое поведение пиколинов определяется двумя реакционными центрами: ароматическим кольцом и метильной группой. По кольцу характерны реакции электрофильного замещения (нитрование, сульфирование, галогенирование), протекающие преимущественно в положения 3 и 5. Метильная группа, находящаяся в α- или γ-положении, обладает повышенной подвижностью: атомы водорода легко замещаются в реакциях с альдегидами, а сама группа окисляется до карбоксильной, давая соответствующие пиридинкарбоновые кислоты.

Ключевые реакции:

• Окисление α-пиколина перманганатом калия приводит к пиколиновой (пиридин-2-карбоновой) кислотe.
• Окисление γ-пиколина даёт изоникотиновую (пиридин-4-карбоновую) кислоту.
• Конденсация с формальдегидом образует винилпиридины — мономеры для полимеров.

¶Получение

Основной промышленный источник пиколинов — каменноугольная смола, где они содержатся в так называемой пиридиновой фракции, выкипающей при 125–160 °C. Разделение изомеров проводят ректификацией и последующей химической обработкой.

Синтетические методы включают:

• реакцию Ганча — циклизацию ацетоуксусного эфира с альдегидами и аммиаком;
• алкилирование пиридина по Крамсу;
• каталитическое дегидрирование соответствующих пиперидинов.

Современные способы ориентированы на селективное получение отдельных изомеров, поскольку их температуры кипения близки и разделение смеси затруднено.

¶Применение

Пиколины — многотоннажное сырьё тонкого органического синтеза.

Фармацевтика. Окислением γ-пиколина получают изоникотиновую кислоту, из которой синтезируют противотуберкулёзные препараты — изониазид и фтивазид. α-Пиколин служит предшественником пиколиновой кислоты и ряда антисептиков.

Витамины. β-Пиколин используется в производстве никотиновой кислоты (витамина PP, ниацина) и её амида.

Агрохимия. Производные пиколинов применяются для синтеза гербицидов (например, пиклорам, клопиралид) и регуляторов роста растений.

Полимеры и материалы. Винилпиридины, получаемые из пиколинов, идут на изготовление ионообменных смол, латексов и адгезивов.

Прочие области. Пиколины используются как растворители, аналитические реагенты и промежуточные продукты в синтезе красителей.

¶Биологическое значение и токсичность

Пиколины токсичны при вдыхании и проглатывании, оказывают раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет порядка 5 мг/м³. При работе с ними требуются средства индивидуальной защиты.

В природе метилпиридины обнаружены в некоторых растениях и продуктах пиролиза органического сырья. Биологическая роль отдельных изомеров изучена недостаточно; известно, что никотиновая кислота, получаемая из β-пиколина, является незаменимым витамином для человека.

¶Историческая справка

Пиколины были выделены в первой половине XIX века из костяного масла и каменноугольной смолы. В 1846 году шотландский химик Томас Андерсон получил пиридин и его метилпроизводные, а структура соединений была установлена работами Кёрнера и других исследователей во второй половине XIX века. Промышленное значение пиколины приобрели в XX столетии в связи с развитием синтеза витаминов и лекарств.