Химические свойства. Пиридин легко реагирует с минеральными кислотами, образуя протонные соли, которые под действием оснований превращаются в нейтральные пиридины.

Реакции с кислотами

Пиридин легко реагирует с минеральными кислотами, образуя протонные соли, которые под действием оснований превращаются в нейтральные пиридины.

Реакции N-алкилирования (кватернизации)

При взаимодействии с алкилгалогенидами и другими алкилирующими агентами пиридин проявляет нуклеофильные свойства, образуя четвертичные соли.

Реакция протекает по механизму S_N2.

Реакции электрофильного замещения водорода

Реакции электрофильного замещения водорода типичны для соединений проявляющих ароматические свойства.

Электроноакцепторный пиридиновый атом азота не благоприятствует взаимодействию с электрофильными реагентами.

На азоте имеется избыток электронной плотности, на всех атомах углерода – недостаток. Особенно понижена электронная плотность в положениях α- и γ-кольца. В реакциях электрофильного замещения пиридин ведет себя как сильно дезактивированный бензол. Реакции галогенирования, нитрования и сульфирования идут только в очень жестких условиях с низким выходом, а алкилирование и ацилирование по Фриделю-Крафтсу провести не удается. Входящая в цикл группа оказывается в положениях β- (3- или 5-), которые наименее обеднены электронами.

Для получения α- и γ-замещенных пиридинов используют пиридин-N-оксиды, получаемые окислением гетероцикла пероксидом водорода в уксусной кислоте.

Глядя на структурную формулу пиридин-N-оксида создается впечатление, что появление в молекуле положительно заряженного атома азота (формально более акцепторного, чем азот нейтрального пиридина) отрицательно скажется на возможность участия такой системы в реакциях с электрофилами. Однако N-оксиды проявляют высокую активность в реакциях электрофильного замещения вследствие сопряжения ароматической шестерки с электронами атома кислорода.

В результате сопряжения в α- и γ-положения N-окиси могут достаточно легко быть введены электрофильные заметители. При необходимости, после проведения реакции замещения проводят реакцию восстановления N-оксидной группы.

Реакции нуклеофильного замещения

Заметный недостаток электронной плотности в положениях 2-, 4- и 6- пиридинового цикла указывает на возможность атаки этих углеродов нуклеофильными реагентами. Действительно для пиридина и всех шестичленных азотсодержащих гетероароматических соединений характерны реакции нуклеофильного замещения водорода – S_NH.

В 1914 г. А.Е. Чичибабин взаимодействием пиридина с амидом натрия в кипящем ксилоле получил продукт реакции нуклеофильного замещения водорода (S_NH) – 2-аминопиридин (реакция Чичибабина).

В этой реакции происходит замещение гидрид-иона (Н^-), который является с энергетической точки зрения самой плохой уходящей группой. Не существует растворителей способных сольватировать и, следовательно, понижать энергию Н^-. Реакции нуклеофильного замещения водорода всегда проходят в присутствии окислителя, превращающего гидрид-ион в воду. В качестве окислителя могут быть использованы KMnO₄, Ac₄Pb, элементарная сера и многие другие. Если в схеме реакции окислитель не указан, это означает, что окисление происходит действием кислорода воздуха.

Аналогичная реакция нуклеофильного замещения происходит при высокой температуре при взаимодействии пиридина со щелочами.

В 2(4,6)-амино- и 2(4,6)-гидроксипиридинах возможны соответственные таутомерии: амино-иминная и лактон-лактимная.

В аминопиридинах таутомерное равновесие полностью сдвинуто в сторону амино-формы, в гидроксипиридинах – в сторону кето-формы (лактамной).

3-Амино- и гидроксизамещенные пиридины в таутомерные превращения вступать не могут.

Моноциклические азины могут содержать до четырех атомов азота в цикле (от моно- до тетразинов).

При увеличении числа атомов азота в цикле склонность к реакциям электрофильного замещения уменьшается (уже в ряду диазинов такие реакции не идут), а активность в реакциях нуклеофильного замещения растет.

Мощным средством активации азинов в реакциях нуклеофильного замещения является их кватернизация (превращение в четвертичную соль). Положительный заряд, формально находящийся на атоме азота, делокализован по всему кольцу уменьшая электронную плотность на атомах углерода и облегчая нуклеофильную атаку.

Так, аминирование пиридина происходит при температуре 140^о, а аминирование N-метилпиридиниевой соли – в жидком аммиаке.