Pyrrolia
Pyrrolia valmistetaan teollisesti käsittelemällä furaania ammoniakilla kiinteiden happokatalyyttien, kuten SiO2:n ja Al2O3:n, läsnäollessa.
Pyrrolia voidaan muodostaa myös pyrrolidiinin katalyyttisen dehydrogenoinnin avulla.
LaboratorioreititEdit
Pyrrolirenkaan synteesejä on kuvattu useita.
Hantzschin pyrrolisynteesiEdit
Hantzsch-pyrrolisynteesi on β-ketoesterien (1) reaktio ammoniakin (tai primaaristen amiinien) ja α-haloketonien (2) kanssa, jolloin saadaan substituoituja pyrrolleja (3).
Knorr-pyrrolisynteesi Muokkaa
Knorr-pyrrolisynteesissä reagoi α-aminoketoni tai α-amino-β-ketoesteri aktivoidun metyleeniyhdisteen kanssa. Menetelmään kuuluu α-aminoketonin (1) ja yhdisteen, joka sisältää metyleeniryhmän α:n karbonyyliryhmään (sidottuna sitä seuraavaan hiileen) (2), reaktio.
Paal-Knorr-pyrrolisynteesi Muokkaa
Paal-Knorr-pyrrolisynteesissä 1,4-dikarbonyyliyhdiste reagoi ammoniakin tai primaarisen amiinin kanssa muodostaen substituoidun pyrrolin.
Van Leusenin reaktio Muokkaa
Van Leusenin reaktiota voidaan käyttää pyrroleiden muodostamiseen reagoimalla tosyylimetyyli-isosyanidin (TosMIC) ja enonin kanssa emäksen läsnäollessa Michaelin additiossa. Tämän jälkeen 5-endosyklisaatio muodostaa 5-jäsenisen renkaan, joka reagoi tosyyliryhmän poistamiseksi. Viimeinen vaihe on tautomerisaatio pyrroliksi.
Barton-Zard-synteesi Muokkaa
Barton-Zardin synteesi etenee samalla tavalla kuin Van Leusenin synteesi. Isosyanoasetaatti reagoi nitroaleenin kanssa 1,4-additiossa, jota seuraa 5-endo-digosyklisaatio, nitro-ryhmän eliminointi ja tautomerisaatio.
Piloty-Robinson-pyrrolisynteesi Muokkaa
Alkuperäainekset Piloty-Robinson-pyrrolisynteesissä, joka on saanut nimensä Gertrude ja Robert Robinsonin sekä Oskar Pilotyn mukaan, ovat kaksi ekvivalenttia aldehydiä ja hydratsiinia. Tuote on pyrroli, jossa on substituentteja 3- ja 4-asemissa. Aldehydi reagoi diamiinin kanssa välituotteeksi muodostuvaksi di-imiiniksi (R-C=N-N=C-R). Toisessa vaiheessa tapahtuu -sigmatrooppinen uudelleenjärjestäytyminen välillä. Suolahapon lisäys johtaa renkaan sulkeutumiseen ja ammoniakin häviämiseen pyrrolin muodostamiseksi. Mekanismin kehittivät Robinsonit.
Yksi muunnoksessa propionaldehydiä käsitellään ensin hydratsiinilla ja sitten bentsoyylikloridilla korkeissa lämpötiloissa ja mikroaaltosäteilytyksen avustamana:
Sykladition-pohjaisia reittejäMuutos
Moninkertaisia substituentteja kantavia pyrroleja saadaan münknonien ja alkyynien reaktiosta. Reaktiomekanismiin kuuluu 1,3-dipolaarinen sykliliitos, jota seuraa hiilidioksidin häviäminen retro-Diels-Alder-prosessilla. Samanlaisia reaktioita voidaan suorittaa atsalaktoneilla.
Pyrroleja voidaan valmistaa alkyynien hopeakatalysoidulla syklisoinnilla isonitriilien kanssa, jossa R2 on elektronia vetävä ryhmä ja R1 on alkaani, aryyliryhmä tai esteri. Esimerkkejä disubstituoiduista alkyyneistä on myös nähty muodostavan haluttua pyrrolia huomattavassa saannissa. Reaktion ehdotetaan etenevän hopeaasetylidin välituotteen kautta. Menetelmä on analoginen atsidi-alkyyni-klikkauskemian kanssa, jota käytetään atsolien muodostamiseen.
Muut menetelmät Muokkaa
Eräs synteettinen reitti pyrroliin sisältää ammoniummukaatin, limahapon ammoniumsuolan, dekarboksyloinnin. Suola kuumennetaan tyypillisesti tislauslaitteistossa, jossa liuottimena on glyseroli.
Pyrrolien biosynteesi Muokkaa
Pyrrolirenkaiden de novo -biosynteesi alkaa aminolevuliinihaposta (ALA), joka syntetisoidaan glysiinistä ja sukkinyyli-CoA:sta. ALA-dehydraasi katalysoi kahden ALA-molekyylin kondensaation Knorr-tyyppisen rengassynteesin kautta muodostaen porfobilinogeenin (PBG). Tämä reagoi myöhemmin muodostaen esimerkiksi makrosyklejä hemi ja klorofylli.
Proliini on biosynteettisesti peräisin aminohappo L-glutamaatista. Glutamaatti-5-semialdehydi muodostuu ensin glutamaatti-5-kinaasin (ATP-riippuvainen) ja glutamaatti-5-semialdehydin dehydrogenaasin (joka vaatii NADH:ta tai NADPH:ta) avulla. Tämä voi sitten joko spontaanisti syklisoitua 1-pyrroliini-5-karboksyylihapoksi, joka pelkistyy proliiniksi pyrroliini-5-karboksylaattireduktaasin avulla (käyttäen NADH:ta tai NADPH:ta), tai muuttua ornitiiniksi ornitiiniaminotransferaasin avulla, minkä jälkeen ornitiinisyklodeaminaasi syklisoi sen proliiniksi.
Proliinia voidaan käyttää aromaattisten pyrrolien esiasteena sekundaarisissa luonnontuotteissa, kuten prodigiosiinissa.
Prodigiosiinin biosynteesiin kuuluu kolmen pyrrolityyppisen renkaan (merkitty kuvassa 1 merkinnöillä A, B ja C) konvergentti kytkeytyminen L-proliinista, L-seriinistä, L-metioniinista, pyruvaatista ja 2-oktenaalista.
Rengas A syntetisoidaan L-proliinista ei-ribosomaalisen peptidisyntaasin (NRPS) reitin kautta (kuva 2), jossa proliinin pyrrolidiinirengas hapetetaan kahdesti FAD+:n avulla, jolloin saadaan pyrrolirengas A.
Rengas A laajenee sitten polyketidisyntaasireitin kautta L-seriinin sisällyttämiseksi renkaaseen B (kuva 3). Rengas A:n fragmentti siirretään peptidyylikuljettajaproteiinista (PCP) asyylikuljettajaproteiiniin (ACP) KS-domeenin avulla, minkä jälkeen se siirretään malonyyli-ACP:hen dekarboksylatiivisen Claisenin kondensaation kautta. Tämä fragmentti voi sitten reagoida L-Seriinin PLP-välitteisestä dekarboksylaatiosta muodostuneen naamioidun karbanionin kanssa, joka syklisoituu dehydraatioreaktiossa ja tuottaa toisen pyrrolirenkaan. Tätä välituotetta muokataan sitten metyloimalla (jolloin L-metioniinista peräisin oleva metyyliryhmä liitetään alkoholiin 6-asentoon) ja hapettamalla primaarinen alkoholi aldehydiksi, jolloin saadaan A-B-ydin rengasrakenteet.
