ТЕОРИЯ ПИРРОЛА, ТИОФЕНА И ФУРАНА

модель пиррол тиофен фуран

Это 5-членные гетероциклы, гетероатомами которых являются азот, сера и кислород. Это ароматические системы (они соответствуют правилу Хюккеля), причем тиофен обладает наибольшей энергией стабилизации (более ароматический), за ним следует пиррол, а фуран является наименее ароматическим из-за сильной электроотрицательности кислорода, что затрудняет делокализацию кислорода. , электронное облако.

пирролтиофенфуран

[1] Пиррол

[2] Тиофен

[3] Фуран

Пиррол имеет кислый водород при атоме азота с pKa = 17. В случае тиофена и фурана кислые водороды находятся в положении 2, хотя они имеют гораздо более низкую кислотность, чем пиррол.

водороды-кислоты-пиррол

Из трех изученных в этой теме гетероциклов пиррол является наиболее реакционноспособным в электрофильном замещении. В кислых средах полимеризуется, нитра — в присутствии азотной кислоты и уксусного ангидрида, сульфона — с комплексом пиридин-SO 3 , галогена — в присутствии разбавленных растворов галогена при низкой температуре и дает реакции Вильсмейера и Манниха.

Пиррол нитруется азотной кислотой в уксусном ангидриде, так как сульфонитовая смесь вызывает полимеризацию.

нитрование пиррола

а) Галогенирование пиррола

Во избежание полигалогенирования следует работать с разбавленным галогеном и при низкой температуре. Другой вариант — использовать NBS или NCS.

галогенирование-пиррол

Формилирование по Вильсмейеру включает реакцию гетероциклов, богатых электронной плотностью, с диметилформамидом в присутствии окситрихлорида фосфора.
Вильсмайер-пиррол-01

Реакция Манниха позволяет поместить аминометильную группу в положение 2 пиррола.

манних-пиррол-01

Можно добавить электрофилы в положение 3,4 пиррола, поместив объемные группы на атом азота, чтобы предотвратить положение 2,5. Одной из наиболее часто используемых групп является триизопропилсилил.

замена-электрофил-положение-3

Однако нитра фурана с азотной кислотой в уксусном ангидриде из-за его низкой ароматичности подвергается атаке нуклеофилов в среде в его 5-м положении и требует заключительной стадии основной обработки или нагревания для восстановления ароматичности.

Этап 1. Генерация электрофита

нитрат-фуран-01

Стадия 2. Нуклеофильная атака фурана на ацетат нитрония

нитрат-фуран-02

Хотя он менее реакционноспособен, чем пиррол в S E , он все же имеет проблемы с полигалогенированием, поэтому требуется использовать разбавленные галогены и при низких температурах. Также можно использовать NBS и NCS.

галогенирование-фуран-01

а) Сульфирование фурана:

Фурансульфоны с комплексом SO 3 -Py

фуран 01 сульфирование

г) формулировка Вильсмейера

Фуран реагирует с диметилформамидом и окситрихлоридом фосфора с последующим основным гидролизом с образованием фуран-2-карбальдегида.
фуран вильсмайер
Механизм аналогичен описанному для пиррола.

Реагенты и условия реакции аналогичны используемым в пирроле.

а) Нитрование тиофена

нитрование тиофена

б) Галогенирование тиофена

галогенирование тиофена

Пиррол, тиофен и фуран не подвергаются атаке нуклеофилов из-за сильной электронной плотности кольца (отличные р- системы). Поэтому реакции нуклеофильного присоединения, характерные для р- дефицитных систем, таких как пиридин, хинолин и изохинолин, не наблюдаются.

Неспособность стабилизировать интермедиат, образующийся после нуклеофильной атаки, делает эту реакцию невозможной в 5-членных гетероциклах. Однако наличие дезактивирующих групп, присоединенных к кольцу, может компенсировать этот недостаток, позволяя протекать реакции.

нуклеофильное замещение пиррол тиофен фуран

Нитро, расположенное в положении 5, позволяет делокализации заряда, образующегося на стадии добавления.

Реакция галогенированных гетероциклов с металлоорганическими соединениями лития приводит к обмену галогена на металл с образованием нового металлоорганического соединения, которое позволяет атаковать широкий спектр электрофилов.

литирование гетероцикла 01

Низкая ароматичность фурана позволяет ему участвовать в реакциях, разрушающих сопряжение кольца, таких как: Дильса-Альдера, 1,3-диполярная, фотохимическая и келотропная.

реакции фуранового циклоприсоединения

а) Уходящая группа у ринга

Кольцо вытесняет уходящие группы, находящиеся в соседнем положении, причем это положение атакуют нуклеофилы в середине.
производные пиррола тиофена фурана 01
Реакция происходит независимо от того, находится ли цепь в положении 2 или в положении 3.
производные пиррола тиофена фурана 02

Фуран раскрывается в водно-кислой среде с образованием 1,4-дикарбонилов. Реакция следует обратным стадиям синтеза Паала-Кнорра.

открытие фурана

Образует пирролы в результате реакции 1,4-дикарбонилов с аминами или аммиаком.

Паал Кнорр Пиррол 01

Он состоит из реакции первичного амина с 3-кетоэфиром с образованием имина, который позже таутомеризуется в энамнин, атакуя α-галокетон. На последующей стадии циклизации получают пиррол.

синтез пиррола Ганча 01

Илиды нитрила реагируют с алкинами посредством 1,3-диполярной реакции с образованием пирролов.

13 диполярный пиррол