Pyrrol
Pyrrol wird industriell durch Behandlung von Furan mit Ammoniak in Gegenwart von festen sauren Katalysatoren, wie SiO2 und Al2O3, hergestellt.
Pyrrol kann auch durch katalytische Dehydrierung von Pyrrolidin gebildet werden.
LaborroutenBearbeiten
Es wurden mehrere Synthesen des Pyrrolrings beschrieben.
Hantzsch-PyrrolsyntheseBearbeiten
Die Hantzsch-Pyrrol-Synthese ist die Reaktion von β-Ketoestern (1) mit Ammoniak (oder primären Aminen) und α-Halogenketonen (2) zu substituierten Pyrrolen (3).
Knorr-Pyrrol-SyntheseBearbeiten
Bei der Knorr-Pyrrolsynthese wird ein α-Aminoketon oder ein α-Amino-β-ketoester mit einer aktivierten Methylenverbindung umgesetzt. Das Verfahren beinhaltet die Reaktion eines α-Aminoketons (1) und einer Verbindung, die eine Methylengruppe α an eine Carbonylgruppe (2) (gebunden an den nächsten Kohlenstoff) enthält.
Paal-Knorr-PyrrolsyntheseBearbeiten
Bei der Paal-Knorr-Pyrrolsynthese reagiert eine 1,4-Dicarbonylverbindung mit Ammoniak oder einem primären Amin zu einem substituierten Pyrrol.
Van-Leusen-ReaktionBearbeiten
Die Van-Leusen-Reaktion kann zur Bildung von Pyrrolen durch Reaktion von Tosylmethylisocyanid (TosMIC) mit einem Enon in Gegenwart einer Base in einer Michael-Addition verwendet werden. Durch eine 5-Endo-Cyclisierung wird dann der 5-gliedrige Ring gebildet, der zur Abspaltung der Tosylgruppe reagiert. Der letzte Schritt ist die Tautomerisierung zum Pyrrol.
Barton-Zard-SyntheseBearbeiten
Die Barton-Zard-Synthese läuft ähnlich ab wie die Van-Leusen-Synthese. Ein Isocyanoacetat reagiert mit einem Nitroalken in einer 1,4-Addition, gefolgt von einer 5-Dendig-Cyclisierung, der Abspaltung der Nitrogruppe und einer Tautomerisierung.
Piloty-Robinson-Pyrrol-SyntheseBearbeiten
Die Ausgangsstoffe der Piloty-Robinson-Pyrrol-Synthese, benannt nach Gertrude und Robert Robinson und Oskar Piloty, sind zwei Äquivalente eines Aldehyds und Hydrazin. Das Produkt ist ein Pyrrol mit Substituenten an den Positionen 3 und 4. Der Aldehyd reagiert mit dem Diamin zu einem intermediären Diimin (R-C=N-N=C-R). Im zweiten Schritt findet eine -sigmatrope Umlagerung statt. Die Zugabe von Salzsäure führt zum Ringschluss und zum Verlust von Ammoniak, wodurch das Pyrrol entsteht. Der Mechanismus wurde von den Robinsons entwickelt.
In einer Modifikation wird Propionaldehyd zunächst mit Hydrazin und dann mit Benzoylchlorid bei hohen Temperaturen und mit Hilfe von Mikrowellenbestrahlung behandelt:
Cycloaddition-basierte RoutenEdit
Pyrrole, die mehrere Substituenten tragen, werden durch die Reaktion von Münchnonen und Alkinen erhalten. Der Reaktionsmechanismus umfasst eine 1,3-dipolare Cycloaddition, gefolgt vom Verlust von Kohlendioxid durch einen Retro-Diels-Alder-Prozess. Ähnliche Reaktionen können mit Azalactonen durchgeführt werden.
Pyrrole können durch silberkatalysierte Cyclisierung von Alkinen mit Isonitrilen hergestellt werden, wobei R2 eine elektronenziehende Gruppe und R1 ein Alkan, eine Arylgruppe oder ein Ester ist. Beispiele für disubstituierte Alkine haben ebenfalls gezeigt, dass sie das gewünschte Pyrrol in beträchtlicher Ausbeute bilden. Es wird vorgeschlagen, die Reaktion über ein Silberacetylid-Zwischenprodukt durchzuführen. Diese Methode entspricht der Azid-Alkin-Click-Chemie, die zur Bildung von Azolen verwendet wird.
Andere MethodenBearbeiten
Ein synthetischer Weg zu Pyrrol beinhaltet die Decarboxylierung von Ammoniummucat, dem Ammoniumsalz der Schleimsäure. Das Salz wird typischerweise in einer Destillationsanlage mit Glycerin als Lösungsmittel erhitzt.
Biosynthese von PyrrolenEdit
Die De-novo-Biosynthese von Pyrrolringen beginnt mit Aminolävulinsäure (ALA), die aus Glycin und Succinyl-CoA synthetisiert wird. Die ALA-Dehydratase katalysiert die Kondensation zweier ALA-Moleküle über eine Ringsynthese vom Knorr-Typ, um Porphobilinogen (PBG) zu bilden. Dieses reagiert später, um z.B. die Makrozyklen Häm und Chlorophyll zu bilden.
Prolin wird biosynthetisch aus der Aminosäure L-Glutamat gewonnen. Glutamat-5-Semialdehyd wird zunächst durch Glutamat-5-Kinase (ATP-abhängig) und Glutamat-5-Semialdehyd-Dehydrogenase (die NADH oder NADPH benötigt) gebildet. Diese kann dann entweder spontan zu 1-Pyrrolin-5-Carbonsäure cyclisieren, die durch Pyrrolin-5-Carboxylat-Reduktase (unter Verwendung von NADH oder NADPH) zu Prolin reduziert wird, oder durch Ornithin-Aminotransferase in Ornithin umgewandelt werden, gefolgt von einer Cyclisierung durch Ornithin-Cyclodeaminase zur Bildung von Prolin.
Prolin kann als Vorstufe von aromatischen Pyrrolen in sekundären Naturstoffen, wie in Prodigiosinen, verwendet werden.
Die Biosynthese von Prodigiosin beinhaltet die konvergente Kopplung von drei pyrrolartigen Ringen (in Abbildung 1 mit A, B und C gekennzeichnet) aus L-Prolin, L-Serin, L-Methionin, Pyruvat und 2-Octenal.
Ring A wird aus L-Prolin über den Weg der nichtribosomalen Peptidsynthase (NRPS) synthetisiert (Abbildung 2), wobei der Pyrrolidinring von Prolin zweimal durch FAD+ oxidiert wird, um Pyrrolring A zu erhalten.
Der Ring A wird dann über den Polyketid-Synthase-Weg erweitert, um L-Serin in den Ring B einzubauen (Abbildung 3). Das Ring-A-Fragment wird vom Peptidyl-Carrier-Protein (PCP) durch eine KS-Domäne auf das Acyl-Carrier-Protein (ACP) übertragen, gefolgt von einer Übertragung auf Malonyl-ACP durch decarboxylative Claisen-Kondensation. Dieses Fragment kann dann mit dem maskierten Carbanion reagieren, das durch die PLP-vermittelte Decarboxylierung von L-Serin gebildet wird, das in einer Dehydratisierungsreaktion zyklisiert, um den zweiten Pyrrolring zu bilden. Dieses Zwischenprodukt wird dann durch Methylierung (bei der eine Methylgruppe aus L-Methionin in den Alkohol an der Position 6 eingebaut wird) und Oxidation des primären Alkohols zum Aldehyd modifiziert, um die Kernstrukturen des A-B-Rings zu erhalten.
