Введение
2-Пиридон — это органическое соединение с формулой. Это бесцветное твердое вещество. Хорошо известно, что оно образует димеры, связанные водородными связями, и является классическим примером соединения, существующего в виде таутомеров.
Таутомеризм
Второй таутомер — 2-гидроксипиридин. Этот лактам-лактимный таутомеризм также может наблюдаться во многих родственных соединениях.
Таутомеризм в растворе
Таутомеризация была всесторонне изучена. Разность энергий представляется очень незначительной. Неполярные растворители благоприятствуют 2-гидроксипиридину, а полярные растворители, такие как спирты и вода, – 2-пиридону. Разность энергий для двух таутомеров в газовой фазе, измеренная с помощью ИК-спектроскопии, составила 2,43–3,3 кДж/моль для твердого состояния и 8,95 кДж/моль и 8,83 кДж/моль для жидкого состояния.
Механизм таутомеризации А
Одномолекулярная таутомеризация характеризуется запрещенным 1,3-супрафациальным переходным состоянием и, следовательно, имеет высокий энергетический барьер для этой таутомеризации, который, согласно теоретическим расчетам, составляет 125 или 210 кДж/моль. Прямая таутомеризация энергетически не выгодна. Существуют другие возможные механизмы этой таутомеризации.
Агрегация в твердом состоянии
В твердом состоянии димерная форма отсутствует; 2-пиридоны образуют спиральную структуру за счет водородных связей. Некоторые замещенные 2-пиридоны образуют димер в твердом состоянии, например, 5-метил-3-циано-2-пиридон. Определение всех этих структур было проведено с помощью рентгеноструктурного анализа. В твердом состоянии водород расположен ближе к азоту, поэтому можно считать правильным называть бесцветные кристаллы в колбе 2-пиридоном. В конденсации Гуарески-Торпа цианоацетамид реагирует с 1,3-дикетоном с образованием 2-пиридона. Реакция названа в честь Ицилио Гуарески и Джослин Филд Торпа.
Каталитическая активность
2 Пиридон катализирует разнообразные реакции, зависящие от протонов, например, аминолиз сложных эфиров. В некоторых случаях расплавленный 2-пиридон используется в качестве растворителя. 2 Пиридон оказывает значительное влияние на реакцию активированных эфиров с аминами в неполярных растворителях, что связывают с его таутомеризацией и способностью выступать в роли дитопического рецептора. Перенос протона от 2-пиридона и его таутомера был исследован методами изотопной маркировки, кинетическими и квантово-химическими расчетами.
Координационная химия
Пиридон и некоторые его производные используются в качестве лигандов в координационной химии, как правило, в роли 1,3-мостового лиганда, аналогичного карбоксилату.
В природе
Пиридон не встречается в природе, однако производное было выделено как кофактор в некоторых гидрогеназах.
Экологическое поведение
Пиридон быстро разлагается микроорганизмами в почвенной среде, период полураспада составляет менее одной недели. Организмы, способные расти на 2-пиридоне как единственном источнике углерода, азота и энергии, были выделены рядом исследователей. Наиболее изученным микроорганизмом, осуществляющим деградацию 2-пиридона, является грамположительная бактерия Arthrobacter crystallopoietes, относящаяся к типу Actinomycetota, который включает в себя множество родственных организмов, способных разлагать пиридин или один или несколько алкил-, карбокси- или гидроксизамещенных пиридинов. Деградация 2-пиридона обычно инициируется атакой монооксигеназы, приводящей к образованию диола, такого как 2,5-дигидроксипиридин, который метаболизируется по малеаматному пути. Расщепление кольца происходит под действием 2,5-дигидроксипиридиномонооксигеназы, которая также участвует в метаболизме никотиновой кислоты по малеаматному пути. В случае Arthrobacter crystallopoietes, по крайней мере часть деградационного пути закодирована в плазмидах. Диолы пиридина претерпевают химические превращения в растворе с образованием интенсивно окрашенных пигментов. Аналогичные пигменты наблюдаются при деградации хинолина, также из-за трансформации метаболитов, однако желтые пигменты, часто сообщаемые при деградации многих пиридиновых растворителей, таких как незамещенный пиридин или пиколин, обычно являются результатом избыточной продукции рибофлавина в присутствии этих растворителей. В общем, деградация пиридонов, дигидроксипиридинов и пиридинокарбоновых кислот обычно опосредуется оксигеназами, в то время как деградация пиридиновых растворителей часто не связана с их участием и в некоторых случаях может включать начальную стадию восстановления.