Pyrrool
Pyrrool wordt industrieel bereid door behandeling van furaan met ammoniak in aanwezigheid van vaste zure katalysatoren, zoals SiO2 en Al2O3.
Pyrrool kan ook worden gevormd door katalytische dehydrogenering van pyrrolidine.
LaboratoriumroutesEdit
Er zijn verschillende syntheses van de pyrrolring beschreven.
Hantzsch pyrroolsyntheseEdit
De Hantzsch pyrrol synthese is de reactie van β-ketoesters (1) met ammoniak (of primaire amines) en α-haloketonen (2) om gesubstitueerde pyrrolen (3) te geven.
Knorr pyrrol syntheseEdit
De Knorr pyrroolsynthese omvat de reactie van een α-amino keton of een α-amino-β-ketoester met een geactiveerde methyleenverbinding. De methode omvat de reactie van een α-aminoketon (1) en een verbinding die een methyleengroep α aan (gebonden aan de volgende koolstof aan) een carbonylgroep (2).
Paal-Knorr pyrroolsyntheseEdit
In de Paal-Knorr pyrroolsynthese reageert een 1,4-dicarbonylverbinding met ammoniak of een primaire amine tot een gesubstitueerde pyrrool.
Van Leusen reactieEdit
De Van Leusen-reactie kan worden gebruikt om pyrrolen te vormen, door reactie van tosylmethylisocyanide (TosMIC) met een enon in de aanwezigheid van base, in een Michael-additie. Een 5-endo cyclisatie vormt dan de 5-getalige ring, die reageert om de tosylgroep te elimineren. De laatste stap is tautomerisatie tot de pyrrol.
Barton-Zard syntheseEdit
De Barton-Zard synthese verloopt op een vergelijkbare wijze als de Van Leusen synthese. Een isocyanoacetaat reageert met een nitroalkene in een 1,4-additie, gevolgd door 5-endo-dig cyclisatie, eliminatie van de nitro groep, en tautomerisatie.
Piloty-Robinson pyrroolsyntheseEdit
Het uitgangsmateriaal in de Piloty-Robinson pyrroolsynthese, genoemd naar Gertrude en Robert Robinson en Oskar Piloty, zijn twee equivalenten van een aldehyde en hydrazine. Het product is een pyrrol met substituenten op de posities 3 en 4. Het aldehyde reageert met de diamine tot een intermediair di-imine (R-C=N-N=C-R). In de tweede stap vindt een -sigmatropische herschikking plaats tussen. Toevoeging van zoutzuur leidt tot ringsluiting en verlies van ammoniak om de pyrrol te vormen. Het mechanisme werd ontwikkeld door de Robinsons.
In een modificatie wordt propionaldehyde eerst met hydrazine en vervolgens met benzoylchloride behandeld bij hoge temperaturen en geholpen door bestraling met microgolven:
Cycloaddition-based routesEdit
Pyrrolen met meerdere substituenten worden verkregen uit de reactie van münchnonen en alkynen. Het reactiemechanisme omvat 1,3-dipolaire cycloadditie gevolgd door het verlies van koolstofdioxide door een retro-Diels-Alder proces. Vergelijkbare reacties kunnen worden uitgevoerd met azalactonen.
Pyrrolen kunnen worden bereid door zilver-gekatalyseerde cyclisatie van alkynen met isonitrillen, waarbij R2 een elektron-onttrekkende groep is, en R1 een alkaan, arylgroep of ester. Voorbeelden van gedesubstitueerde alkynen hebben ook de vorming van de gewenste pyrrol in aanzienlijke opbrengst. Voorgesteld wordt de reactie te laten verlopen via een tussenproduct van zilveracetylide. Deze methode is analoog aan de azide-alkyne click chemie die gebruikt wordt om azolen te vormen.
Andere methodenEdit
Een synthetische route naar pyrrol omvat de decarboxylering van ammonium mucaat, het ammoniumzout van mucinezuur. Het zout wordt meestal verhit in een destillatieopstelling met glycerol als oplosmiddel.
Biosynthese van pyrrolenEdit
De de novo biosynthese van pyrrolringen begint met aminolevulinezuur (ALA), dat wordt gesynthetiseerd uit glycine en succinyl-CoA. ALA dehydratase katalyseert de condensatie van twee ALA moleculen via een Knorr-type ringsynthese om porphobilinogeen (PBG) te vormen. Dit reageert later om bijvoorbeeld de macrocycli heem en chlorofyl te vormen.
Proline is biosynthetisch afgeleid van het aminozuur L-glutamaat. Glutamaat-5-semialdehyde wordt eerst gevormd door glutamaat-5-kinase (ATP-afhankelijk) en glutamaat-5-semialdehyde dehydrogenase (waarvoor NADH of NADPH nodig is). Dit kan vervolgens spontaan cycliseren tot 1-pyrroline-5-carboxylzuur, dat tot proline wordt gereduceerd door pyrroline-5-carboxylaatreductase (met behulp van NADH of NADPH), of omgezet in ornithine door ornithine-aminotransferase, gevolgd door cyclisatie door ornithine-cyclodeaminase om proline te vormen.
Proline kan worden gebruikt als precursor van aromatische pyrrolen in secundaire natuurlijke producten, zoals in prodigiosinen.
De biosynthese van Prodigiosine omvat de convergente koppeling van drie pyrrolachtige ringen (aangeduid met A, B en C in figuur 1) uit L-proline, L-serine, L-methionine, pyruvaat en 2-octenal.
Ring A wordt gesynthetiseerd uit L-proline via de nonribosomale peptide synthase (NRPS) route (figuur 2), waarin de pyrrolidine ring van proline tweemaal door FAD+ wordt geoxideerd om pyrrool ring A op te leveren.
Ring A wordt vervolgens via de polyketidesynthase-route uitgebreid om L-serine in ring B op te nemen (figuur 3). Het fragment van ring A wordt door een KS-domein overgebracht van het peptidyl-dragereiwit (PCP) naar het Acyl-dragereiwit (ACP), gevolgd door overdracht naar malonyl-ACP via decarboxylatieve Claisen-condensatie. Dit fragment is vervolgens in staat te reageren met het gemaskeerde carbanion gevormd uit de PLP-gemedieerde decarboxylering van L-Serine, dat in een dehydratatiereactie cycliseert om de tweede pyrrolring op te leveren. Dit tussenproduct wordt vervolgens gemodificeerd door methylering (waarbij een methylgroep uit L-methionine wordt toegevoegd aan de alcohol op de 6-positie) en oxidatie van de primaire alcohol tot het aldehyde om de kern A-B ringstructuren te verkrijgen.
