Pirrolo: reattività, risonanza, reazioni

Il pirrolo è un eterociclo a 5 termini come il furano e il tiofene avente formula C4H4NH in cui il doppietto elettronico solitario dell’azoto fa parte del sistema aromatico.

Tuttavia, rispetto al furano e al tiofene in cui la carica negativa è localizzata sull’ossigeno e sullo zolfo rispettivamente, il pirrolo presenta una carica positiva localizzata sull’azoto.

Il pirrolo è molto meno basico delle ammine secondarie ed è un acido molto debole (pKa =17,5). Il protone legato all’azoto può essere estratto dal pirrolo mediante l’uso di basi forti come la sodio ammide nell’ammoniaca liquida e l’n-butillitio nell’esano .

Risonanza del pirrolo

Nelle strutture limite di risonanza la carica negativa compare su tutti e quattro gli atomi di carbonio mentre sull’atomo di azoto compare solo la carica positiva.

pirrolo

L’effetto della risonanza prevale rispetto alla differenza di elettronegatività e pertanto il comportamento chimico del pirrolo è conseguente alla distribuzione degli elettroni delle rispettive strutture di risonanza. Trattando il composto con un acido infatti possono protonarsi gli atomi di carbonio e non l’azoto. Pertanto  il catione più stabile da un punto di vista termodinamico è quello in cui la protonazione avviene in posizione 2.

Ha proprietà anfotere. Esso  è  una base debole ma anche un acido molto debole infatti reagisce con il potassio metallico per dare un composto ionico di potassio.

L’anione è stabilizzato per risonanza ed è un nucleofilo.

Reattività

Come gli altri eterocicli dà luogo a reazioni di sostituzione elettrofila che, a causa della maggiore densità elettronica sugli atomi di carbonio, avviene sul carbonio piuttosto che sull’azoto. Tuttavia vi sono due diversi tipi di carbonio ovvero i carboni in posizione 2 e 5 e quelli in posizione 3 e 4.

Per comprendere dove avviene la sostituzione si devono considerare le strutture di risonanza relative ai due intermedi di reazione.

Nel caso che la sostituzione avvenga in posizione 2 ( ovvero 5) si hanno 3 strutture limite di risonanza:

sostituzione elettrofila

Nel caso in cui la sostituzione avvenga in posizione 3 (ovvero 5) si hanno solo 2 strutture limite di risonanza:

sostituzione elettrofila

Pertanto la sostituzione in posizione 2 è favorita ed infatti la nitrazione del pirrolo porta all’80% del 2-nitropirrolo e al 20% del 3-nitropirrolo.

Nell’ambito delle reazioni si sostituzione elettrofila, come il benzene, il pirrolo dà luogo alla nitrazione, solfonazione alogenazione, alchilazione e acilazione.

Reazioni

Subisce la sostituzione elettrofila con notevole facilità mentre le reazioni di sostituzione nucleofila nei sistemi pirrolici semplici sono sconosciute.

Tutte le posizioni dell’anello sono attivate verso l’attacco elettrofilo ma, come nel caso del tiofene e per ragioni simili, la posizione α se libera viene solitamente sostituita preferenzialmente. Il pirrolo mostra poca tendenza a subire reazioni di addizione ben definite; in particolare non forma un addotto con l’anidride maleica come avviene per il furano ma reagisce per sostituzione per formare acido 2-pirrilsuccinico.

Una tipica reazione è la reazione di Mannich in cui reagisce con un’ammina secondaria e metanale per dare un prodotto di sostituzione elettrofila

sostituzione elettrofila

La reazione del pirrolo detta reazione di Vilsmeier con un’ammide N,N-disostituita porta all’acilazione in posizione 2

sostituzione elettrofila

La reattività alla sostituzione elettrofila è paragonabile a quella dei fenoli e delle aniline. Ad esempio reagisce con lo iodio per dare il tetraidropirrolo. Dà reazioni di copulazione con i sali di diazonio e dà reazione di Friedel-Craft con anidride acetica.

Il pirrolo reagisce con le basi forti o con i reattivi di Grignard o con il potassio in solventi inerti. Reagisce  con sodioammide in ammoniaca per dare sali che possono essere usati per alchilare o acilare l’atomo di azoto.

Usi

Derivati pirrolici si trovano in molti farmaci attivi che agiscono come agenti antinfiammatori e antifungini . L’anello pirrolico è anche un’impalcatura reattiva per la polimerizzazione, inibisce la corrosione, solvente per resine e intermedio nelle reazioni sintetiche organiche.

In particolare, le attività antibatteriche esibite da questa classe di composti sono state ampiamente studiate nell’ultimo decennio concentrandosi su agenti patogeni Gram-positivi e Gram-negativi resistenti ai farmaci.

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