Pyrrol
|
|||
|
|||
| Namn | |||
|---|---|---|---|
|
Föredraget IUPAC-namn
^ H -Pyrrol |
|||
Andra namn
|
|||
| Identifierare | |||
|
3D-modell ( JSmol )
|
|||
| 1159 | |||
| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| ECHA InfoCard | 100.003.387 | ||
| EG-nummer |
|
||
| 1705 | |||
|
PubChem CID
|
|||
| RTECS-nummer |
|
||
| UNII | |||
| FN-nummer | 1992, 1993 | ||
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
| Egenskaper | |||
| C4H5N _ _ _ _ | |||
| Molar massa | 67,091 g·mol -1 | ||
| Densitet | 0,967 g cm −3 | ||
| Smältpunkt | −23 °C (−9 °F; 250 K) | ||
| Kokpunkt | 129 till 131 °C (264 till 268 °F; 402 till 404 K) | ||
| Ångtryck | 7 mmHg vid 23 °C | ||
| Surhet (p K a ) | 16,5 (för N−H-protonen) | ||
| Grundläggande (p K b ) | 13,6 (p K a 0,4 för CA ) | ||
| −47,6 × 10 −6 cm 3 mol −1 | |||
| Viskositet | 0,001225 Pa s | ||
| Termokemi | |||
|
Värmekapacitet ( C )
|
1,903 J K -1 mol -1 | ||
|
Std formationsentalpi ( Δ f H ⦵ 298 ) |
108,2 kJ mol −1 (gas) | ||
|
Standardentalpi för förbränning (Δ c H ⦵ 298 ) |
2242 kJ mol -1 | ||
| Faror | |||
| NFPA 704 (branddiamant) | |||
| Flampunkt | 33,33 °C (91,99 °F; 306,48 K) | ||
| 550 °C (1 022 °F; 823 K) | |||
| Explosiva gränser | 3,1–14,8 % | ||
| Säkerhetsdatablad (SDS) | Kemikaliesäkerhetsdata | ||
| Besläktade föreningar | |||
|
Besläktade föreningar
|
Fosfol , arsole , bismol , stibol | ||
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|||
Pyrrol är en , en C4H4NH . heterocyklisk , aromatisk , organisk förening femledad ring med formeln Det är en färglös flyktig vätska som mörknar lätt vid exponering för luft. metylpyrrol , C4H4NCH3 . Substituerade , derivat kallas också pyrroler t.ex. N - Porfobilinogen , en trisubstituerad pyrrol, är den biosyntetiska prekursorn till många naturliga produkter som hem .
Pyrroler är komponenter i mer komplexa makrocykler, inklusive porfyrinogenerna och produkter härledda därav, inklusive porfyriner av hem , klorerna , bakterioklorinerna och klorofyllerna .
Egenskaper
Pyrrol är en färglös flyktig vätska som mörknar lätt vid exponering för luft och renas vanligtvis genom destillation omedelbart före användning. Pyrrol har en nötig lukt. Pyrrol är en 5-ledad aromatisk heterocykel, som furan och tiofen . Till skillnad från furan och tiofen har den en dipol där den positiva änden ligger på sidan av heteroatomen, med ett dipolmoment på 1,58 D . I CDCI3 har den kemiska förskjutningar vid 6,68 (H2, H5) och 6,22 (H3, H4). Pyrrol är en extremt svag bas för en amin, med en konjugatsyra p K a på -3,8. Den mest termodynamiskt stabila pyrroliumkatjonen (C 4 H 6 N + ) bildas genom protonering vid 2-positionen. Substitution av pyrrol med alkylsubstituenter ger en mer basisk molekyl - till exempel har tetrametylpyrrol en konjugatsyra p Ka på +3,7. Pyrrol är också svagt sur vid N–H-positionen, med ap Ka på 16,5. Som en vätebindande Lewis-syra klassificeras den som en hård syra och ECW-modellen listar dess syraparametrar som E A = 1,38 och C A = 0,68.
Historia
Pyrrol upptäcktes först av F. F. Runge 1834, som en beståndsdel av stenkolstjära . År 1857 isolerades det från pyrolysat av ben. Dess namn kommer från grekiskans pyrrhos ( πυρρός , "rödaktig, eldig") från reaktionen som användes för att upptäcka den - den röda färgen som den ger trä när det fuktas med saltsyra .
Förekomst i naturen
Pyrrol i sig är inte naturligt förekommande, [ citat behövs ] men många av dess derivat finns i en mängd olika kofaktorer och naturliga produkter . Vanliga naturligt producerade molekyler som innehåller pyrroler inkluderar vitamin B12 , gallpigment som bilirubin och biliverdin , och porfyrinerna av hem , klorofyll , kloriner , bakteriokloriner och porfyrinogener. Andra sekundära metaboliter som innehåller pyrrol inkluderar PQQ, makaluvamin M, ryanodin, rhazinilam, lamellarin, prodigiosin, myrmikarin och sceptrin. Synteserna av pyrrolinnehållande hemin, syntetiserad av Hans Fischer, erkändes av Nobelpriset.
Pyrrol är en beståndsdel i tobaksrök och kan bidra till dess toxiska effekter.
Syntes
Pyrrol framställs industriellt genom behandling av furan med ammoniak i närvaro av fasta sura katalysatorer , som SiO 2 och Al 2 O 3 .
Pyrrol kan också bildas genom katalytisk dehydrering av pyrrolidin.
Laboratorievägar
Flera synteser av pyrrolringen har beskrivits.
Hantzsch pyrrolsyntes
Hantzsch-pyrrolsyntesen är reaktionen mellan β-ketoestrar ( 1 ) med ammoniak (eller primära aminer) och a-haloketoner ( 2 ) för att ge substituerade pyrroler ( 3 ).
Knorr pyrrolsyntes
Knorr-pyrrolsyntesen involverar reaktionen av en a-aminoketon eller en a-amino-β-ketoester med en aktiverad metylenförening. Metoden involverar reaktionen av en α- aminoketon ( 1 ) och en förening innehållande en metylengrupp α till (bunden till nästa kol till) en karbonylgrupp ( 2 ) .
Paal–Knorr pyrrolsyntes
I Paal-Knorr-pyrrolsyntesen reagerar en 1,4-dikarbonylförening med ammoniak eller en primär amin för att bilda en substituerad pyrrol.
Van Leusens reaktion
Van Leusen-reaktionen kan användas för att bilda pyrroler, genom reaktion av tosylmetylisocyanid (TosMIC) med en enon i närvaro av bas, i en Michael-addition . En 5- endocyklisering bildar sedan den 5-ledade ringen, som reagerar för att eliminera tosylgruppen. Det sista steget är tautomerisering till pyrrolen. [ citat behövs ]
Barton-Zard syntes
Barton-Zard-syntesen fortsätter på ett sätt som liknar Van Leusen-syntesen. Ett isocyanoacetat reagerar med en nitroalken i en 1,4-addition, följt av 5- endo - dig cyklisering, eliminering av nitrogruppen och tautomerisering .
Piloty–Robinson pyrrolsyntes
Utgångsmaterialen i Piloty–Robinson pyrrolsyntesen, uppkallad efter Gertrude och Robert Robinson och Oskar Piloty , är två ekvivalenter av en aldehyd och hydrazin . Produkten är en pyrrol med substituenter i 3 och 4 positionerna. Aldehyden reagerar med diaminen till en intermediär dimin ( R−C=N−N=C−R). I det andra steget sker en [3,3] -sigmatropisk omlagring mellan. Tillsats av saltsyra leder till ringslutning och förlust av ammoniak för att bilda pyrrolen. Mekanismen utvecklades av Robinsons .
I en modifiering behandlas propionaldehyd först med hydrazin och sedan med bensoylklorid vid höga temperaturer och med hjälp av mikrovågsstrålning :
![Piloty–Robinson reaction[22]](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Piloty-Robinson_reaction.png)
Cykelbelastningsbaserade rutter
Pyrroler som bär flera substituenter erhålls från reaktionen av munchnoner och alkyner . Reaktionsmekanismen involverar 1,3-dipolär cykloaddition följt av förlust av koldioxid genom en retro- Diels–Alder- process. Liknande reaktioner kan utföras med azalaktoner.
Pyrroler kan framställas genom silverkatalyserad cyklisering av alkyner med isonitriler , där R2 är en elektronbortdragande grupp och R1 är en alkan, arylgrupp eller ester. Exempel på disubstituerade alkyner har också visat sig bilda den önskade pyrrolen i avsevärt utbyte. Reaktionen föreslås ske via en silveracetylid- mellanprodukt . Denna metod är analog med azid-alkyn- klickkemin som används för att bilda azoler.
Andra metoder
En syntetisk väg till pyrrol involverar dekarboxylering av ammoniummukat , ammoniumsaltet av slemsyra . Saltet värms vanligtvis upp i en destillationsuppställning med glycerol som lösningsmedel .
Biosyntes av pyrroler
De novo biosyntesen av pyrrolringar börjar med aminolevulinsyra (ALA), som syntetiseras från glycin och succinyl-CoA . ALA-dehydratas katalyserar kondensationen av två ALA-molekyler via en ringsyntes av Knorr-typ för att bilda porfobilinogen (PBG). Denna reagerar senare för att bilda till exempel makrocyklerna hem och klorofyll .
.
Prolin är biosyntetiskt härlett från aminosyran L - glutamat . Glutamat-5-semialdehyd bildas först av glutamat 5-kinas (ATP-beroende) och glutamat-5-semialdehyddehydrogenas (som kräver NADH eller NADPH). Detta kan sedan antingen spontant cyklisera för att bilda 1-pyrrolin-5-karboxylsyra , som reduceras till prolin av pyrrolin-5-karboxylatreduktas (med NADH eller NADPH), eller omvandlas till ornitin av ornitinaminotransferas , följt av cyklisering av ornitincyklodeaminas att bilda prolin.
Prolin kan användas som prekursor för aromatiska pyrroler i sekundära naturprodukter, som i prodigiosiner.
Biosyntesen av Prodigiosin involverar den konvergenta kopplingen av tre ringar av pyrroltyp (märkta A, B och C i figur 1) från L -prolin, L -serin, L -metionin, pyruvat och 2-oktenal.
Ring A syntetiseras från L -prolin genom den icke-ribosomala peptidsyntas (NRPS)-vägen (figur 2), där pyrrolidinringen av prolin oxideras två gånger genom FAD+ för att ge pyrrolring A.
Ring A expanderas sedan via polyketidsyntasvägen för att införliva L -serin i ring B (figur 3). Ring A-fragment överförs från peptidylbärarproteinet (PCP) till acylbärarproteinet (ACP) med en KS-domän, följt av överföring till malonyl-ACP via dekarboxylativ Claisen-kondensation. Detta fragment kan sedan reagera med den maskerade karbanjonen som bildas från den PLP-medierade dekarboxyleringen av L -serin, som cykliserar i en dehydreringsreaktion för att ge den andra pyrrolringen. Denna intermediär modifieras sedan genom metylering (som införlivar en metylgrupp från L -metionin på alkoholen vid 6-positionen) och oxidation av den primära alkoholen till aldehyden för att ge kärnans A–B-ringstrukturer.
Reaktioner och reaktivitet
På grund av sin aromatiska karaktär är pyrrol svår att hydrera , reagerar inte lätt som en dien i Diels-Alder- reaktioner och genomgår inte vanliga olefinreaktioner . Dess reaktivitet liknar den för bensen och anilin , genom att den är lätt att alkylera och acylera. Under sura förhållanden polymeriserar pyrroler lätt, och därför är många elektrofila reagens som används inom bensenkemin inte tillämpliga på pyrroler. Däremot har substituerade pyrroler (inklusive skyddade pyrroler) använts i ett brett spektrum av omvandlingar.
Reaktion av pyrrol med elektrofiler
Pyrroler reagerar i allmänhet med elektrofiler i α-positionen (C2 eller C5), på grund av den högsta graden av stabilitet hos den protonerade mellanprodukten.
Pyrroler reagerar lätt med nitreringsmedel (t.ex. HNO 3 / Ac 2 O ), sulfonering ( Py·SO 3 ) och halogeneringsmedel (t.ex. NCS , NBS , Br 2 , SO 2 Cl 2 och KI / H 2 O 2 ). Halogenering ger i allmänhet polyhalogenerade pyrroler, men monohalogenering kan utföras. Såsom är typiskt för elektrofila tillsatser till pyrroler sker halogenering i allmänhet i 2-positionen, men kan även ske i 3-positionen genom silering av kvävet. Detta är en användbar metod för ytterligare funktionalisering av den generellt mindre reaktiva 3-positionen. [ citat behövs ]
Acylering
Acylering sker vanligtvis i 2-positionen, genom användning av olika metoder. Acylering med syraanhydrider och syraklorider kan ske utan katalysator; alternativt kan en Lewis-syra användas. 2-Acylpyrroler erhålls också från reaktion med nitriler, genom Houben-Hoesch-reaktionen . Pyrrolaldehyder kan bildas genom en Vilsmeier-Haack-reaktion . N -Acylering av enkel pyrrol förekommer inte. [ citat behövs ]
Alkylering
Elektrofil alkylering av enkel pyrrol är ovanligt. Alkylering för att bilda enoner vid C2 har setts. [ citat behövs ]
Reaktion av deprotonerad pyrrol
NH-protonen i pyrroler är måttligt sur med ett . pKa på 16,5 Pyrrol kan deprotoneras med starka baser som butyllitium och natriumhydrid . Den resulterande alkalipyrroliden är nukleofil . Behandling av denna konjugatbas med en elektrofil såsom jodmetan ger N -metylpyrrol. N- metalliserad pyrrol kan reagera med elektrofiler vid N- eller C-positionerna, beroende på den koordinerande metallen. Fler joniska kväve-metallbindningar (som med litium, natrium och kalium) och fler solvaterande lösningsmedel leder till N -alkylering. Nitrofila metaller, såsom MgX, leder till alkylering vid C (främst C2), på grund av en högre grad av koordination till kväveatomen. När det gäller N -substituerade pyrroler är metalleringen av kolen enklare. Alkylgrupper kan införas som elektrofiler eller genom korskopplingsreaktioner. [ citat behövs ]
Substitution vid C3 kan uppnås genom användning av N -substituerad 3-bromopyrrol, som kan syntetiseras genom bromering av N -silylpyrrol med NBS . [ citat behövs ]
Minskningar
Pyrroler kan genomgå reduktioner till pyrrolidiner och till pyrroliner . Till exempel Björkreduktion av pyrrolestrar och amider pyrroliner, med regioselektiviteten beroende på positionen för den elektronbortdragande gruppen. [ citat behövs ]
Cykliseringsreaktioner
Pyrroler med N -substitution kan genomgå cykloadditionsreaktioner såsom [4+2]-, [2+2]- och [2+1]-cykliseringar. Diels-Alder-cykliseringar kan inträffa med pyrrolen som fungerar som en dien, speciellt i närvaro av en elektronbortdragande grupp på kvävet. Vinylpyrroler kan också fungera som diener. [ citat behövs ]
Pyrroler kan reagera med karbener , såsom diklorkarben , i en [2+1]-cykloaddition. Med diklorkarben bildas en diklorcyklopropan-mellanprodukt, som bryts ner för att bilda 3-klorpyridin (Ciamician–Dennstedt-omläggningen).
Kommersiell användning
Polypyrrol är av visst kommersiellt värde. N- metylpyrrol är en föregångare till N -metylpyrrolkarboxylsyra, en byggsten inom farmaceutisk kemi. Pyrroler finns också i flera läkemedel, inklusive atorvastatin , ketorolac och sunitinib . Pyrroler används som ljusäkta röda, scharlakansröda och karminpigment.
Analoger och derivat
Strukturella analoger av pyrrol inkluderar:
- Pyrrolin , en delvis mättad analog med en dubbelbindning
- Pyrrolidin , den mättade hydrerade analogen
Derivat av pyrrol inkluderar indol , ett derivat med en sammansmält bensenring .
Se även
Vidare läsning
- Jones, R. Jones, red. (1990). Pyrroler. Del I. Syntesen och de fysiska och kemiska aspekterna av pyrrolringen . Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas . Heterocykliska föreningars kemi. Vol. 48. Chichester: John Wiley & Sons. sid. 351. doi : 10.1002/recl.19911100712 . ISBN 978-0-471-62753-1 .
- Jolicoeur, Benoit; Chapman, Erin E.; Thompson, Alison; Lubell, William D. (2006). "Pyrrolskydd". Tetraeder . 62 (50): 11531–11563. doi : 10.1016/j.tet.2006.08.071 .
externa länkar
- Syntes av pyrroler (översikt över senaste metoder)
- Substitutionsreaktionsmekanismer för kväveinnehållande heteroaromatics
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|