吡咯

luò(英語:pyrrole[2]是一种杂环化合物,化学式为C4H4NH。[3]它是一种无色挥发性液体,暴露在空气中很容易变黑。吡咯的官能团称为“唑”(氮杂的英文发音之缩读的汉译),氮杂茂)在化学系统命名法中亦指吡咯本身,但在生化语境中几乎专用于吡咯衍生物的尾部词缀。

吡咯
1H-唑键线式
1H-氮杂茂结构
IUPAC名
1H-Pyrrole
1H-吡咯
别名[1]
氮雜茂
识别
CAS号109-97-7  checkY
PubChem8027
ChemSpider7736
SMILES
 
  • N1C=CC=C1
InChI
 
  • 1/C4H5N/c1-2-4-5-3-1/h1-5H
Beilstein1159
Gmelin1705
UN编号1992, 1993
EINECS203-724-7
ChEBI19203
RTECSUX9275000
性质
化学式C4H5N
摩尔质量67.09 g·mol⁻¹
密度0.967 g/cm3
熔点−23 °C
沸点129–131 °C
热力学
ΔfHm298K108.2 kJ mol–1 (气态)
ΔcHm2242 kJ mol–1
热容1.903 J k–1 mol–1
危险性
NFPA 704
2
2
0
 
闪点33.33 °C
自燃温度550 °C
爆炸極限3.1–14.8%
相关物质
相关化学品吲哚呋喃噻吩吡啶
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

多个吡咯环可以形成更大的环系,如血红蛋白中的卟啉环,叶绿素中的卟吩环和维生素B12中的咕啉环。[4]

歷史

1857年,它從骨頭的熱解物中分離出來。它的名字來自希臘的pyrrhosπυρρός,“微紅,火熱”),來自用來檢測它的反應—當它被鹽酸浸濕後賦予木材紅色。[5]

性质与反应

酸碱性

吡咯碱性较其它胺类弱,其共轭酸的pKaH约为–1到–2。这是因为氮原子上的一对电子与两个双键上的电子形成离域体系(Π56)。正因为如此,吡咯有芳香性,形成共轭酸后芳香体系被破坏,故吡咯氮不易结合质子。

吡咯有微弱酸性,其pKa为16.5。用正丁基锂氢化钠之类的强碱处理吡咯得其负离子,与亲电试剂如碘甲烷反应得N-甲基吡咯。

芳香性

与苯和其它五元杂环化合物比较,亲电取代反应活性吡咯>呋喃噻吩。吡咯亲电取代反应反应活性非常高,例如吡咯在氢氧化钠作用下与碘反应生成四碘吡咯。[6]这是由于吡咯π电子雲密度高于苯,且碳正离子中间体非常稳定。吡咯硝化不宜直接使用硝酸,因易被氧化,常使用温和的非质子试剂硝酸乙酰酯;磺化也避免使用硫酸,常用吡啶三氧化硫加合物作磺化试剂。[7]

吡咯亲电取代反应α位活性更高,可通过曼尼希反应Vilsmeier-Haack反应从吡咯制备α位上有取代基的衍生物。[8]

吡咯与醛缩合得卟啉环,如苯甲醛与吡咯反应,冷凝得四苯基卟啉。对于取代吡咯,如已有基团为邻对位定位基,第二个基团进入相邻α位;如为间位定位基,则进入间位α位。[7]

聚合

吡咯在浓酸中树脂化,在冷的稀酸或三氯化铁的甲醇溶液中聚合,得到导电化合物聚吡咯[6]

n C4H4NH + 2 FeCl3 → (C4H2NH)n + 2 FeCl2 + 2 HCl

氧化

与其它胺一样,吡咯在空气中和光照下氧化变黑,生成聚吡咯和多种胺氧化物。因此吡咯使用前需要蒸馏。[9]

D-A反应

吡咯在一定条件下例如路易斯酸催化,或加热,高压而作为双烯体参与D-A反应

鉴定

吡咯和被盐酸浸过的松木片作用,松木片会显鲜红色。[10]

合成

工业上吡咯由呋喃在固体酸催化剂作用下与氨反应得到。[5]

以氧化铝为催化剂,在氨的作用下可从呋喃和噻唑合成吡咯。这个反应名为Yurev合成,可实现吡咯、呋喃、噻吩环系的互变。[7]

另一种方法是由半乳糖二酸的铵盐脱水制得。通常用甘油作溶剂,加热半乳糖二酸铵,蒸出生成的吡咯。[11]

取代吡咯的合成

取代吡咯有多种合成方法,较经典的有Knorr吡咯合成Hantzsch吡咯合成Paal-Knorr合成

Piloty–Robinson吡咯合成使用肼和2倍当量的醛做原料,[12][13]合成3,4位上具有特定取代基的吡咯。 反应生成二亚胺中间体(R–C=N−N=C–R),然后在盐酸作用下重排,失去一分子氨关环得取代吡咯。

改进的方法加入苯甲酰氯,在高温与微波照射反应:[14]

在上述反应的第二步发生了[3,3]σ迁移

相关条目

参考资料