3-μεθυλοπυριδίνη

Η 3-μεθυλοπυριδίνη ή 3-πικολίνη (αγγλικά 3-methylpyridine) είναι βασική ετεροκυκλική αρωματική (δηλαδή ετεροαρωματική) οργανική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και άζωτο, με μοριακό τύπο C₆H₇N. Η χημικά καθαρή 3-πικολίνη, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο υγρό που έχει δυσάρεστη οσμή, παρόμοια με της «μητρικής» πυριδίνης. Είναι μία από τις τρεις (3) ισομερείς του μεθυλοπυριδίνες, των οποίων οι δομές διαφέρουν ανάλογα με τη θέση που η μεθυλομάδα (CH₃) τους επισυνάπτεται γύρω από το πυριδινικό τους δακτύλιο. Είναι ένας πρόδρομη ένωση για άλλες «θυγατρικές» πυριδίνες, που έχουν εφαρμογές στη φαρμακευτική και στις αγροχημικές βιομηχανίες.

Παραγωγή

Η 3-μεθυλοπυριδίνη παράγεται βιομηχανικά με αντίδραση συμπύκνωσης ακρολεΐνης (CH₂=CHCHO) και αμμωνίας (NH₃):

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}$

Η αντίδραση αυτή συμπαράγει, επίσης, σημαντικές ποσότητες της «μητρικής» πυριδίνης. Μια άλλη παραγωγική οδός, που να δίνει καλύτερο έλεγχο του προϊόντος, ξεκινά με αντίδραση συμπύκνωσης ακρολεΐνης,  προπιοναλδεΰδης, και αμμωνίας:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}$

Στην πράξη, και αυτή η αντίδραση συμπαράγει επίσης σημαντικές ποσότητες «μητρικής» πυριδίνης, ως αποτέλεσμα της μερικής απαλκυλίωσης της κυρίως παραγώμενης 3-μεθυλοπυριδίνης, πάνω από το οξείδιο που χρησιμοποιείται ως καταλύτης. Η 3-μεθυλοπυριδίνη μπορεί, επίσης, να ληφθεί ως παραπροϊόν της

σύνθεσης «μητρικής» πυριδίνης με αντίδραση συμπύκνωσης ακεταλδεΰδης (CH₃CHO), φορμαλδεΰδης (HCHO), αμμωνίας (ΝΗ₃), μέσω της σύνθεσης Τσιτσιμπαμπίν. Περίπου 9.000 τόνοι/έτος παράγονταν σε όλο τον κόσμο, το 1989. Επίσης, έχει συνθεθεί 3-μεθυλοπυριδίνη και με αφυδρογόνωση της 3-μεθυλοπιπεριδίνης, που προέρχεται, με τη σειρά της, από την υδρογόνωση 2-μεθυλογλουταρονιτριλίου.

Ακόμη, η παραγωγή της 3-μεθυλοπυριδίνης μπορεί να γίνει με διάφορες μεθόδους, που προκύπτουν από τις γενικές μεθόδους παραγωγής πυριδινών.

Με συντριμερισμό ενώσεων με τριπλό δεσμό

Με μείγμα προπινίου (CH₃C≡CH), αιθινίου (HC≡CH) και υδροκυανίου (HCN), παρουσία διαλυτών ενώσεων του κοβαλτίου, όπως το κοβαλτιοκένιο [Co(C₅H₅)₂], παράγεται μείγμα τριών (3) μεθυλοπυριδινών. Συγκεκριμένα, συμπαράγoνται 2-μεθυλοπυριδίνη, 3-μεθυλοπυριδίνη και 4-μεθυλοπυριδίνη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{\equiv }\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{\equiv }\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}\underset{Co(C_5{H}_5{)}_2}{\overset{\mathrm{△}}{\to }}\frac{1}{4}$$\mathrm{+}\frac{1}{2}$$\mathrm{+}\frac{1}{4}$

Με επίδραση εναμίνης σε β-δικαρβονυλική ένωση

Η 3-μεθυλοπυριδίνη μπορεί να παραχθεί με δύο (2) συνδυασμούς εναμίνης και β-δικαρβονυλικής ένωσης:

α) Με επίδραση 2-προπεν-1-αμίνης (CH₃CH=CHNH₂) σε προπανοδιάλη (HCOCH₂CHO), που αντιδρά με τη μορφή της ταυτομερούς της 3-υδροξυπροπενάλης (HOCH=CHCHO):

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}$

β) Με επίδραση αιθεναμίνης (CH₂=CΗNH₂) σε μεθυλοπροπανοδιάλη [HCOCΗ(CH₃)CHO], που αντιδρά με τη μορφή της ταυτομερούς της μεθυλο-3-υδροξυπροπενάλης [HOCH=C(CH₃)CHO]:

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}$

Με επίδραση 1,3-οξαζολίου σε προπένιο και αφυδάτωση

Με επίδραση 1,3-οξαζολίου σε προπένιο (CH₃CH=CH₂) παράγεται αρχικά μείγμα από 2,3-διυδρο-3-μεθυλο-2-πυριδινόλη και 2,3-διυδρο-4-μεθυλο-2-πυριδινόλη, που με αφυδάτωση δίνει τελικά μείγμα από 3-μεθυλοπυριδίνη και 4-μεθυλοπυριδίνη:

$\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\frac{1}{2}$$\mathrm{+}\frac{1}{2}$$\stackrel{\pi .H_{2}S{O}_4}{\to }\frac{1}{2}$$\mathrm{+}\frac{1}{2}$

Χημικές ιδιότητες

Η 3-μεθυλοπυριδίνη είναι μονοϋποκατεστημένη «θυγατρική» πυριδίνη και γι' αυτό είναι σημαντικά δραστικότερη από τη «μητρική» πυριδίνη.

Ωστόσο και πάλι, τα ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια συνήθως προτιμούν να αντιδρούν με το περισσότερο ηλεκτραρνητικό και επομένως ισχυρότερο πυρινόφιλο άτομο αζώτου της 3-μεθυλοπυριδίνης, σχηματίζοντας άλατα 3-μεθυλοπυριδινιωνίου. Ο σχηματισμός του 3-μεθυλοπυριδινιωνίου ενισχύει επιπλέον τη δραστικότητα της ένωσης έναντι πυρινόφιλων αντιδραστηρίων.

Αξιόλογα παράγωγα και εφαρμογές

Η 3-πικολίνη είναι χρήσιμη πρόδρομη ένωση για αγροχημικά, όπως η χλωροπύριφος. Η χλωροπύριφος παράγεται από την 3,5,6-τριχλωρο-2-πυριδινόλη, που παράγεται με τη σειρά της από την 3-πικολίνη μέσω  3-κυανοπυριδίνης. Αυτή η μετατροπή περιλαμβάνει αμμωξείδωση της 3-μεθυλοπυριδίνης:

$\mathrm{+}\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\frac{1}{3}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\frac{2}{3}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{-}\mathrm{(}{\mathrm{C}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{N}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{N}$

Η 3-κυανοπυριδίνη είναι επίσης πρόδρομη ένωση για το 3-πυριδινοκαρβοξαμίδιο [3-(C₅H₄N)COOH] , που είναι, με τη σειρά του πρόδρομη ένωση για την 3-πυριδινοκαρβαλδεΰδη [3-(C₅H₄N)CHO]:

$\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{|}\mathrm{H}\mathrm{|}\stackrel{\kappa \alpha \tau .}{\to }\mathrm{3}\mathrm{-}\mathrm{(}{\mathrm{C}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{N}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

Η 3-πυριδινοκαρβαλδεΰδη χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή αντίδοτων για δηλητηρίαση από οργανοφωσφορικούς αναστολείς της ακετυλοχολινεστεράσης.

Νιασίνη

Η 3-μεθυλοπυριδίνη είναι η κύρια πρόδρομος για τη νιασίνη, που είναι μια από τις βιταμίνες Β. Ο όρος «νιασίνη» είναι γενικό όνομα για το νικοτινικό οξύ και το νικοναμίδιο, που μπορούν να ονομαστούν αντίστοιχα 3-πυριδινοκαρβοξυλικό οξύ και 3-πυριδινοκαροξυλαμίδιο [3-C₅H₄N)CONH₂]. Το νικοτινικό οξύ πρωτοσυνθέθηκε το 1867, με οξειδωτική αποικοδόμιση νικοτίνης. Η νιασίνη είναι, επίσης, ένα σημαντικό πρόσθετο τροφίμων για κατοικίδια και (άλλα) εκτρεφόμενα ζώα. Πάνω από το 60% της παραγώμενης νιασίνης καταναλώνεται από πουλερικά,  χοίρους, οικόσιτα μηρυκαστικά, ψάρια, και άλλα κατοικίδια ζώα. Μαζί με τη χρήση της ως απαραίτητη βιταμίνη, η νιασίνη είναι επίσης χρήσιμη και ως πρόδρομη ένωση για πολλές άλλες εμπορικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων των φαρμάκων κατά του καρκίνου, αντιμικροβιακούς παράγοντες και τα φυτοφάρμακα. Περίπου 10,000 τόνοι/έτος νιασίνης παράγονται σε όλον τον κόσμο.

Η νιασίνη παράγεται με υδρόλυση νικοτινονιτριλίου, που αντιστοιχεί στην 3-κυανοπυριδίνη, που προέρχεται με τη σειρά της από την οξείδωση της 3-μεθυλοπυριδίνης, όπως περιγράφτηκε παρά πάνω. Η οξείδωση αυτή μπορεί να επηρεάζεται από τον αέρα, αλλά η αμμωξείδωση είναι πιο αποτελεσματική. Οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση παραπάνω προέρχονται από οξείδια αντιμονίου, βαναδίου και τιτανίου. Οι νεώτεροι πιο «πράσινοι» καταλύτες δοκιμάζονται χρησιμοποιώντας μαγγάνιοϋποκατεστημένα αργιλιοφωσφορικά, που χρησιμοποιούν ακετυλυπερβορικά ως μη διαβρωτικά οξειδωτικά. Η χρήση του συνδυασμού καταλύτη και οξειδωτικού είναι πιο «πράσινη», επειδή δεν συμπαράγουν οξείδια του αζώτου (NO_x), όπως τα παραδοσιακά αμμωξειδωτικά.

Περιβαλλοντική συμπεριφορά

Οι «θυγατρικές» πυριδίνες, που συμπεριλαμβάνουν την 3-μεθυλοπυριδίνη, ανήκει στους περιβαλλοντικούς ρυπαντές, που σχετίζονται με την επεξεργασία ορυκτών καυσίμων, όπως το σχιστολιθικό πετρέλαιο, και η διεργασία αεριοποίησης άνθρακα. Μπορούν επίσης να βρεθούν σε διαρροές από υδατοδιαλυτά κλάσματα του αργού πετρελαίου. Έχουν, επίσης, εντοπιστεί σε περιοχές επεξεργασίας του ξύλου legacy. Η υψηλή υδατοδιαλυτότητα  της 3-μεθυλοπυριδίνης αυξάνει τη δυνατότητα της ένωσης να μολύνει τον υδροφόρο ορίζοντα. Ωστόσο, η 3-μεθυλοπυριδίνη είναι βιοδιασπώμενη, αν και διασπάται πιο αργά και εξατμίζεται πιο εύκολα από δείγματα μολυσμένου με αυτήν νερού, σε σύγκριση με τις ισομερείς της 2-μεθυλοπυριδίνη και 4-μεθυλοπυριδίνη.

Δείτε επίσης

• Πυριδίνη
• 2-μεθυλοπυριδίνη
• 4-μεθυλοπυριδίνη
• 2-αιθυλοπυριδίνη
• 3-αιθυλοπυριδίνη
• 2,3-λουτιδίνη
• 2,4-λουτιδίνη
• 2,5-λουτιδίνη
• 2,6-λουτιδίνη
• 3,4-λουτιδίνη
• 3,5-λουτιδίνη
• Τολουόλιο
• Ανιλίνη
• μ-τολουϊδίνη