Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

1

CuprinsIII. Grupa pirolului ..................................................................................................................... 2 

III.1. Pirolul ............................................................................................................................ 2 

III.1.1. Metode de preparare .............................................................................................. 2 

III.1.2. Proprietăți fizice ..................................................................................................... 3 

III.1.3. Proprietăți chimice ................................................................................................. 3 

III.2. Benzopiroli .................................................................................................................... 7 

III.2.1. Indolul (Benzopirolul) ........................................................................................... 7 

III.2.2. Derivați ai indolului ............................................................................................. 11 

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

2

III.Grupapirolului

III.1.Pirolul

Este un heterociclu de cinci atomi care conţine drept heteroatom azotul.

Se mai numeşte ulei roşu datorită unei reacţii de recunoaştere: o surcea de brad

îmbibată în HCl se colorează în roşu când este trecută prin vapori de pirol (reacţie specifică

ligninei).

III.1.1.Metodedepreparare

a) Prin încălzirea 1,4-butindiolului cu amoniac sub presiune.

b) Prin încălzirea furanului cu NH3 în prezență de P2O5.

c) Din combinațiile 1,4-dicarbonilice prin încălzire cu NH3 rezultă pirol sau derivați

ai acestuia.

d) Condensarea unei -aminocetone cu o cetonă liberă.

e) Obținerea de piroli prin intermediul esterului -aminocrotonic. Esterul -

aminocrotonic se obține prin tratarea esterului acetilacetic cu NH3:

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

3

- H2OC CH2 COOR

ester -aminocrotonicester acetilacetic

H3C

ONH3 C CH2 COORH3C

NHC CH COORH3C

NH2

Condensarea cloroacetonei cu esterul -aminocrotonic (Metoda Hantzsch).

Condensarea unei hidroxialdehide sau cetone esterul -aminocrotonic (Metoda

Nenițescu).

f) Prin tratarea pirolului cu ester diazoacetic. Reacția are loc în solvent anhidru și ea

conduce la derivați ai pirolului (metoda Nenițescu)

III.1.2.Proprietăți fizice

Este un lichid incolor cu miros slab caracteristic. În contact cu aerul și în prezența

luminii se colorează în roșu brun. Păstrat în timp se rezinifică (resin = eng. rășină).

Rezinificarea este imediată în contact cu acizii. Mai stabili față de acizi sunt derivații

acestuia. Pirolul este stabil față de baze.

III.1.3.Proprietăți chimice

a) Caracter slab acid și slab bazic. Se explică prin implicarea în conjugare a electronilor

neparticipanți de la azot, aceștia nemaiputând fi disponibili spre a fixa proton (Vezi

bazicitatea pirolului).

Datorită acestei conjugări, atomul de azot se desparte mai ușor de protonul său formând

ionul pirolat (Vezi aciditatea pirolului). Ca urmare pirolul reacționează ușor cu K sau

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

4

KOH înlocuind H de la N. Intermediarul obținut (ionul pirolat) prin tratare cu halogenuri

de alchil sau cu cloruri acide conduce la derivați substituiți la N.

b) Reacția cu derivații organomagnezieni, duce la descompunerea acestora.

Reacția exprimă caracterul acid al pirolului și al derivaților săi.

c) Oxidat cu acid cromic pirolul trece în maleinimidă.

d) Se nitrează cu un amestec de anhidridă acetică și acid azotic (nitrat de acetil) la 5°C.

e) Se sulfonează în prin tratare cu aductul SO3-piridină (agent slab de sulfonare).

+

acid pirol-2-sulfonicaduct

N

H

N

H

SO3HN

+N

SO3 piridina

f) Reacționează cu sărurile de diazoniu formând coloranți azoici.

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

5

g) Aldehide substituite ale pirolului se pot obține prin tratarea derivaților acestuia cu acid

cianhidric și acid clorhidric uscat (Reacția Fischer).

Metoda nu se aplică pentru obținerea -formilpirolului întrucât pirolul se rezinifică în

contact cu acizii. În acest scop se folosește reacția dintre pirol și cloroform în mediu de

NaOH (Reacția Reimer - Tiemann). Mecanismul reacției presupune formarea

intermediară a diclorocarbenei.

-Clorpiridina este un produs secundar al acestei reacții și el influențează negativ

randamentul de lucru. Metoda industrială de obținere a pirolaldehidei folosește ca

reactanți bromura de piril magneziu și formiatul de etil.

h) Reacționează cu clorurile acide formând derivați acilați în poziția .

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

6

i) Derivații alchilați ai pirolului pot reacționa cu aldehida formică în prezența unui

hidroxid alcalin conducând la alcooli primari.

Alcoolul primar reacționează cu derivatul pirolului în cataliză acidă rezultând

dipirilmetanul care, oxidat în prezență de FeCl3, conduce la dipirilmetenă sau pirometenă

(produs care intră în structura coloranților dipirilmetanici).

j) Prin reducere cu pulbere de zinc în acid acetic rezultă 3-pirolina. Reducerea energică pe

catalizator de nichel în fază gazoasă la 200°C dă pirolidina.

Un derivat al pirolidinei (2-pirolidona) se obține din -btirolactonă prin tratare cu NH3(l)

la 200°C și 200 atm (Metda Reppe).

2-pirolidona prin încălzire cu acetilenă la 20 atm conduce la N-vinilpirolidona.

Aceasta se poate polimeriza după schema vinilică folosind H2O2 ca promotor.

Polivinilpirolidona astfel obținută formează cu apa o soluție coloidală (suspensie) utilizată

în medicină ca înlocuitor de plasmă sanguină.

Polivinilpirolidona formează cu iodul un complex numit iod-povidonă care prezintă

proprietăți dezinfectante. Acest complex este utilizat în diverse produse precum soluții,

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

7

unguente, săpun lichid și dezinfectantele folosite de chirurgi. Este cunoscut sub numele

înregistrat Pyodine™ and Betadine™, precum și multe altele.

k) Prin tratare cu hidroxilamină pirolul deciclizează la succindialdoxima.

III.2.Benzopiroli

III.2.1.Indolul(Benzopirolul)

Este un sistem heterociclic ce conține un nucleu benzenic condensat cu unul pirolic.

Metode de obținere

a) Trecerea anilinei împreună cu acetilenă printr-un tub de oțel încălzit la 700°C.

b) Prin dehidrociclizarea o-etilanilinei (metodă industrială).

c) Prin încălzirea fenilhidrazonelor aldehidelor sau cetonelor alifatice în prezență de ZnCl2

la 200°C. Reacția are loc printr-o transpoziție de tip bezidinică.

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

8

d) Prin deshidratarea N-formil-o-toluidinei la încălzire cu terț-butoxid de potasiu

((CH3)3CO-K+) în absența solventului (metoda Madelung).

e) Printr-un mecanism similar dacă se folosește ca produs de plecare N-acetil-o-toluidina,

încălzită la 360°C în prezență de EtONa se formează -metilindolul.

f) Prin reducerea o-nitrobenzilcetonelor și apoi deshidratarea și ciclizarea intermediarului

format.

g) Prin tratarea p-benzochinonei cu ester -aminocrotonic în soluție de acetonă rezultă 2-

metil-5-hidroxiindolul (Metoda Nenițescu).

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

9

Proprietăți fizice

Se prezintă sub formă de cristale insolubile în apă, solubile în solvenți organici. În

concentrație mică accentuează mirosul plăcut al unor flori, motiv pentru care se folosește în

parfumerie (uleiul natural de iasomie, utilizat în parfumerie, conține aproximativ 2.5% indol).

Colorează în roșu o surcea de brad îmbibată în HCl.

Proprietăți chimice

Dă reacții de substituție electrofilă întocmai ca și pirolul. Spre deosebire de acesta

substituția se produce în poziția , iar când este ocupată reacția poate avea loc și în poziția .

Această comportare a indolului se poate explica în baza conjugării reprezentată prin

următoarele structuri limită:

Structura II este mai favorizată comparativ cu structura III (care este mai puțin

probabilă din cauza perturbării stării aromatice din ciclul benzenic).

a) Cu metalele alcaline formează derivați metalați la atomul de azot.

b) Compușii organomagnezieni pot înlocui de asemenea H de la N. Intermediarul format

prin tratare cu cloruri acide conduce la cetone.

c) Cu HNO2 formează un nitrozoderivat, iar cu sărurile de diazoniu un colorant azoic.

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

10

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

11

III.2.2.Derivațiaiindolului

1. N-metil indolul

Se obține folosind ca produs de plecare N-metilfenilhidrazona acidului piruvic

astfel.

2. Gramina (-[N-dimetilaminometil]-indol)

Este un alcaloid ce se găsește în cereale. Se obține printr-o reacție Mannich folosind

indolul, aldehida formică și dimetilamina în cataliză acidă. Se formează inițial o sare de

metilen-amoniu și aceasta reacţionează apoi cu indolul.

+

sare demetilenamoniu

- H2O

HCH2 O(CH3)2NH CH2 OH(CH3)2N

(dimetilamino)metanol

CH2(CH3)2N H3C N

CH3

CH2

Gramina constituie materia primă pentru sinteza triptofanului (metodă de obținere a

aminoacizilor).

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

12

3. Triptamina (-(2-etilamino)-indol)

Rezultă prin tratarea indolului cu clorură de oxalil urmată de reducerea amidei

acidului -indolilglioxilic.

Este un alcaloid monoaminic care se găsește în plante (în concentrație mai mare în

specii de salcâm) și în urme în creierul mamiferelor unde se presupune a avea rol de

neurotransmițător sau neuromodulator.

Triptamina este partea comună dintr-o serie de compuși cunoscuți drept triptamine

substituite. Această serie include mulți compuși cu activitate biologică, inclusiv

neurotransmițători (serotonina, melatonina, etc) și substanțe psihedelice (psilocybin).

NH

HN

psilocybin

OP

O

HO O-

4. Serotonina (5-hidroxitriptamina)

Rezultă folosind ca produs de plecare 5-benziloxiindolul astfel:

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

13

Este un neurotransmițător monoaminic, se crede că este un factor care contribuie la

sentimentele de bunăstare și fericire. Serotonina se găsește în primul rând în sistemul nervos

enteric situat în tractul gastrointestinal. Totuși, este produsă și în sistemul nervos central. În

plus, serotonina este depozitată în trombocite din sânge și este eliberată în timpul agitării și

vasoconstricției, atunci când acționează ca agonist la alte trombocite.

5. Melatonina (O-metil-N-acetil serotonina)

NH

HN

Melatonina

OO

O-metil-N-acetil serotoninaN-(2-(5-methoxy-1H-indol-3-yl)ethyl)acetamide

NH

NH2

Serotonina

HO

3-(2-aminoethyl)-1H-indol-5-ol

Melatonina este un hormon produs de glanda pineală printre alte locații, care

reglează starea de veghe. Ca medicament, este utilizat pentru a trata insomnia; totuși, dovada

beneficiului este neclară (un studiu a descoperit că debutul somnului a avut loc cu 6 minute

mai rapid cu utilizarea, dar nu a constatat nici o schimbare în timpul total de somn).

La animale, melatonina este implicată în antrenarea (sincronizarea) ritmurilor

circadiane, incluzând reglarea timpului de debut/sfârșit al somnului, reglarea tensiunii

arteriale, reproducerea sezonieră.

Multe dintre efectele sale biologice sunt produse prin activarea receptorilor de

melatonină, în timp ce alții se datorează rolului său de antioxidant, în special în protecția

ADN-ului nuclear și mitocondrial. În plante funcționează ca o primă linie de apărare

împotriva stresului oxidativ.

6. Acidul 3-indolilacetic

Se obține prin tratarea iodurii de indolilmagneziu cu cloracetonitril, etapă urmată de

hidroliză.

Curs 05 Chimia Heterociclurilor Grupa pirolului

14

Are, asupra plantelor tinere, efectul unui hormon vegetal de creștere. Pe baza acestei

proprietăți se folosește în agricultură ca stimulator de creștere. Servește în special pentru

creșterea rădăcinii viței de vie și la transplantarea arborilor.