Pirazolo: sintesi, reazioni

Il pirazolo è un composto eterociclico aromatico, isomero dell’imidazolo, avente formula C3H3N2H.

Ha una struttura ciclica caratterizzata da un anello a 5 termini con tre atomi di carbonio e due atomi di azoto su posizioni adiacenti. Costituisce il capostipite di una classe di composti che presentano l’anello C3N2 in cui, come nel pirazolo gli atomi di azoto si trovano in posizioni adiacenti.

Il pirazolo ha una temperatura di fusione di 70°C e una temperatura di ebollizione di 187 °C. Esso è una sostanza polare solubile in solventi ossidrilati con punti di ebollizione abbastanza alti a causa della presenza di forti legami a idrogeno intermolecolari che danno forme associate di risonanza.

Metodi di sintesi

Il chimico tedesco Hans von Pechmann nel 1898 sintetizzò per primo il pirazolo a partire dall’acetilene e diazometano

sintesi
sintesi

La formazione dell’anello pirazolico può essere effettuata in molti modi di cui se ne indicano solo alcuni:

1)      Con idrazina e aldeidi α,β insature e successiva deidrogenazione:

sintesi pirazolo

2)      Sintesi di Knorr: pirazoli sostituiti sono preparati per condensazione di 1,3 dichetoni con idrazina in presenza di acido come catalizzatore. Ad esempio l’acetilacetone e l’idrazina danno il 3,5-dimetilpirazolo secondo la reazione:

CH3C(O)CH2C(O)CH3 + H2NNH2 → (CH3)2C3HN2H

Sintesi di Knorr
Sintesi di Knorr

Sebbene la sintesi sia stata fatta la prima volta nel 1884 solo nel 1990 Amarnath ne riuscì a comprendere il meccanismo. Se al posto dell’idrazina è usata un’idrazina sostituita si ottiene una miscela di regioisomeri in cui l’eteroatomo sostituito  è vicino o al sostituente R1 o al sostituente R3

3)      Ciclizzazione intramolecolare di idrazoni di β-chetoesteri in presenza di disidratanti come HCl e ZnCl2

4)      Condensazione di composti α-dicarbonilicicon ammoniaca e aldeidi

Il pirazolo è una base debole che forma con acidi minerali dei sali che idrolizzano in acqua. La bassa basicità del pirazolo è imputabile all’effetto induttivo (- I) del secondo atomo di azoto adiacente che destabilizza la forma protonata.

Reazioni

Il pirazolo reagisce con le basi con formazione di sali. Nel pirazolo le catene laterali vengono trasformate per ossidazione a gruppi carbossilici mentre i gruppi fenilici per ossidazione sono sostituiti da idrogeno.

Per alchilazione con alogenuri alchilici del pirazolo o dei suoi sali metallici si ottengono gli N-alchilderivati e per acilazione si ottengono gli N-acilderivati.

Gli agenti elettrofili possono dare con il pirazolo sia reazioni di addizione all’azoto imminico che reazioni di sostituzione che avvengono nella posizione di massima densità elettronica ovvero nella posizione 4.

La velocità della reazione dipende notevolmente dalle condizioni di reazione e dalla natura dei sostituenti presenti; così in ambiente neutro o alcalino le reazioni di sostituzione elettrofila sono abbastanza veloci, mentre in ambiente acido si osserva una diminuzione della reattività a causa della protonazione dell’azoto imminico con conseguente diminuzione della densità elettronica dell’anello.

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