Cuprins - Alexandru Ioan Cuza University
Transcript of Cuprins - Alexandru Ioan Cuza University
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.