吡 ( bǐ ) 咯 ( luò ) (英語:pyrrole )[ 2] 是一种杂环化合物 ,化学式为C4 H4 NH。[ 3] 它是一种无色挥发性液体,暴露在空气中很容易变黑。吡咯的官能团称为“唑”(氮杂茂 的英文发音之缩读的汉译),唑 (氮杂茂 )在化学系统命名法中亦指吡咯本身,但在生化语境中唑 几乎专用于吡咯衍生物的尾部词缀。
多个吡咯环可以形成更大的环系,如血红蛋白 中的卟啉 环,叶绿素 中的卟吩 环和维生素B12 中的咕啉 环。[ 4]
歷史
1857年,它從骨頭的熱解物中分離出來。它的名字來自希臘的pyrrhos (πυρρός ,“微紅,火熱”),來自用來檢測它的反應—當它被鹽酸浸濕後賦予木材紅色。[ 5]
性质与反应
酸碱性
吡咯碱性较其它胺类 弱,其共轭酸的pKaH 约为–1到–2。这是因为氮原子上的一对电子与两个双键上的电子形成离域 体系(Π5 6 )。正因为如此,吡咯有芳香性 ,形成共轭酸后芳香体系被破坏,故吡咯氮不易结合质子。
吡咯有微弱酸性,其pKa 为16.5。用正丁基锂 和氢化钠 之类的强碱处理吡咯得其负离子,与亲电试剂如碘甲烷反应得N-甲基吡咯 。
芳香性
与苯和其它五元杂环化合物比较,亲电取代反应活性吡咯>呋喃 >噻吩 >苯 。吡咯亲电取代反应反应活性非常高,例如吡咯在氢氧化钠作用下与碘反应生成四碘吡咯。[ 6] 这是由于吡咯π电子雲密度高于苯,且碳正离子中间体非常稳定。吡咯硝化不宜直接使用硝酸,因易被氧化,常使用温和的非质子试剂硝酸乙酰酯 ;磺化也避免使用硫酸,常用吡啶 与三氧化硫 加合物作磺化试剂。[ 7]
吡咯亲电取代反应α位活性更高,可通过曼尼希反应 或Vilsmeier-Haack反应 从吡咯制备α位上有取代基的衍生物。[ 8]
吡咯与醛缩合得卟啉环,如苯甲醛与吡咯反应,冷凝得四苯基卟啉。对于取代吡咯,如已有基团为邻对位定位基,第二个基团进入相邻α位;如为间位定位基,则进入间位α位。[ 7]
聚合
吡咯在浓酸中树脂化,在冷的稀酸或三氯化铁 的甲醇溶液中聚合,得到导电化合物聚吡咯 。[ 6]
n C4 H4 NH + 2 FeCl3 → (C4 H2 NH)n + 2 FeCl2 + 2 HCl
氧化
与其它胺一样,吡咯在空气中和光照下氧化变黑,生成聚吡咯 和多种胺氧化物。因此吡咯使用前需要蒸馏。[ 9]
D-A反应
吡咯在一定条件下例如路易斯酸催化,或加热,高压而作为双烯体参与D-A反应 。
鉴定
吡咯和被盐酸 浸过的松木片 作用,松木片会显鲜红色。[ 10]
合成
工业上吡咯由呋喃 在固体酸催化剂作用下与氨反应得到。[ 5]
以氧化铝为催化剂,在氨的作用下可从呋喃和噻唑合成吡咯。这个反应名为Yurev合成 ,可实现吡咯、呋喃、噻吩环系的互变。[ 7]
另一种方法是由半乳糖二酸 的铵盐脱水制得。通常用甘油 作溶剂,加热半乳糖二酸铵,蒸出生成的吡咯。[ 11]
取代吡咯的合成
取代吡咯有多种合成方法,较经典的有Knorr吡咯合成 ,Hantzsch吡咯合成 与Paal-Knorr合成 。
Piloty–Robinson吡咯合成 使用肼和2倍当量的醛做原料,[ 12] [ 13] 合成3,4位上具有特定取代基的吡咯。 反应生成二亚胺中间体(R–C=N−N=C–R),然后在盐酸作用下重排,失去一分子氨关环得取代吡咯。
改进的方法加入苯甲酰氯 ,在高温与微波照射反应:[ 14]
在上述反应的第二步发生了[3,3]σ迁移 。
相关条目
参考资料
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