PIRROLI

DAVID DOLPHIN
PIRROLI
Estratto dal voI. VIII
della "Enciclopedia della Chimica"
USES EDIZIONI SCIENTIFICHE FIRENZE
condo è caratterizzato da un 'in tensa luce
bianca per relevato calore di combustione
dc! metallo. I petardi e le candele romane
devono pure i loro effetti alle miscele di
propeHente. Le stcHe usate in questi tipi di
fuochi sono costituite da pastiglie di un comburente (circa 70 ~'(;). di un sale che produce
la colorazione (circa I:) (~:,) e di vari rnateriali
gommosi e resinosi come leganti. QlIc~te pastiglie vengono poste nella testa del razzo. o
caricate nel tubo di una candela romana fra
SI rati successivi di composizione per micce e di
polvat: da lancio.
Torce a mano c piccole lance vengono usate
per creare effetti pittoreschi se riempite di
miscele a combustione rapida, tipo nitrato
di bario. polvere di alluminio e di zolfo. che
danno una luce bianca e brillante. Esse sono
spesso caricate con una serie di miscele. in
modo che la combustione produca una successione di colori. Per la comune cascata di
scintille sono state raccomandate numerose
formulazioni. una delle più semplici è: perclorato di potassio (60 ~/~), alluminio (30 j;))
e destrina (lO ~/~).
Le castagnole cinesi sono i più noti fuochI
artificiali per produrre rumori. Esse sono costituite da tubetti appiattiti. caricati di polvere da sparo. confinati in spazi separati da
intervalli regolari, per mezzo di piegature e
nodi sul tubo riempito. Una piccola quantità
di clorato di potassio viene aggiunta al nitrato di potassio per aumentare il rumore
dello scoppio, ed i risultati migliori si ottengono impiegando miscde di clorato di potassio e di alluminio. Queste miscele. che
sono impiegate anche in altri [llochi artificiali per prod u rre scoppi. sono estremamcn te
pericolose e la loro fabbricazione è efrettuata
con grande rischio.
Un curioso produttore di scoppi è il fuoco
artificiale sibilante. Esso consiste in una piccola cartuccia sottile con perclorato di potassio ed acido gallico in rapporto 3: I. L 'effetta del sibilo si produce poiché la velocità
di generazione dei gas di decomposizione
aumenta e diminuisce in accordo con una velocità di reazione variabile periodicamente
con la decrepitazione dell"acido gallico.
Svaria ti effetti a forma di serpente si basano sulla formazione di ceneri volu min OSè
quando si accendono pastiglie di particolari
materiali. Il tiocianato mercurico dà cene("Ì
costituite di paracianogeno e solfu ro mercurico, c i serpenti senza mercurio si ottengono
hruciando pece di naftolo nitrata (la pece (;.
un prodotto secondario nella preparazion e
del {i-naftolo). La preparazione di serpenti
al mercurio è generalmente scoraggiata poiché le pastiglie presen lano pericoli di tossicità. soprattutto per i bambini. Occorre osservare akune precauzioni: operare all'aperto. non respirare i vapori, non toccare il residuo della combustione.
Altre applicazioni. Le composizioni pirolecniche trovano molte applicazioni civili come
convenienti fonti di energia propulsiva. Ad
es., i segnali aerei usati per emergenza in
mare sono fabbricati con stratì di polvere
propellen te. ciascuno dei quali fornisce l'energia pcr accendere una stella luminosa sul
mare. Razzi con corde attaccate, usati per
stabilire collegamenti fra le navi e la riva.
con tengono miscele propellen ti analoghe.
sebbene i prodotti più recenti siano basati su
propellenti moderni di tipo composito. Ulteriori esempi sono i sistemi pirotecnici per
disperdere insetticidi e fu lOogeni in serre e
magazzini: questi sono generalmente caricati
con miscele di clorato di potassio e lattosio
del tipo usato per produrre fumo colorato,
Composizion i per bengala e segni di fu 100.
simili a quelle di uso militare, sono disponibili anche in campo civile. Una miscela. a
lenta combustione e senza metalli, di nitrato
di stronzio. perclorato di potassio c zol fo.
è la base dei segnali rossi di pericolo usati
nelle ferrovie. ed i fumogeni di colore arancione sono internazionalmente riconosciuti
come segnali di soccorso diurni.
Fra gli usi dei fuochi artificiali rumorosi.
si possono citare i dispositivi per scacciare
gli uccelli e per produrre segnali acustici di
pericolo sui binari dei treni. Miscele di tipo
termite forniscono calore per operazioni di
saldatura. ed inneschi pirotecnici accesi elettricamen te ven gono spesso usati per accendere caldaie industriali alimentate ad olio
combustibile.
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t
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,',;1'-" -
.-
'.
\".
;'~'.{.,::"',
-
CH=CH.~
CHI
I
HOOCH/'Hl
crl.'CHiCOOH
(I Il)
eme
CH=Cl'L
CH,
I
CH,
I -
O
T'H2
COOCHl
COO-fìtolo
(IV)
rVAN DUNSTAN C JOHN A. BELL
clorofilla
Il
che rappresen tano degli intermedi nella fotosintesi convertendo i fotoni in energia chimica. Prodotti catabolici di questi macrocicli,
ad es., i pigmenti biliari (V) (-+):
CHI
H1C=CH
H,C
~ NHOO~CH=CH!
HN~
Ij
.:::.N
L'anello pirrolico CO~tltUlsce il nucleo fondamentale di numerosi prodotti, sia presenti
in natura che importanti industrialmente,
come, ad es., l'indolo (-+) (lI):
.
,J
'.~
e gli alcaloidi corrispondenti (v. lNDOLO, ALCALOIDI DELL'), le porfirine (-+) come l'eme
(I II) che è presente quale gruppo prostctico
in numerosi enzimi e proteine come l'emoglobina, e le clorofille (I V) (-+):
l. Il. III. OxCord, Pc:rgamoll l'rcs~. II)6...j-I<)()7.
Watkins r. F.. Cach:tt J C. Hall R. G .. C!Jcmlcol
WaJj(lff'. PyrolcdJ/lics lllld Ihe Fire H ork.\ Induslry.
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Al pirrolo (figura), isolato nel 1834 e caratterizzato nel 1857, fu attribuita dal Bayer nel
1870 la struttura O), attualmente accettata:
.
Modello del pinolo secondo Stuart e Briegleb.
Tec/lll%K)" aj E\p/oslVes
PIRROLI
"' 1--
A"
,'o',",
HjC
~
HN
~
~
:::--....(
HOOCH 2CH 2C
CHI
C."H!CH!COOH
(V)
biliverdina
0~
~N11
(lI)
giocano un ruolo fisiologico importante nella
maggior parte dei sistemi viventi, mentre
pigmenti come l'indaco (VI):
PIRROLI
I 601
cxYço
di Erlich (v. sotto) che avviene per condensazione tra i gruppi carbonilici della lignina
acidificata e il p.
Nella tabella I sono riportate le proprietà
fisiche del pirrolo.
o
(VI)
indaco
Proprietà fisicbe e chimiche
e le ftalocian ine (VI I):
(~N~
)--~H -~~
~Nxb
(VII)
collegano il primo colorante usato dall'uomo
ad alcuni dci pigmenti più recenli ed attualmente più usati.
Mentre i prodotti che abbiamo citaLO coprono l'intero visibile dal rosso al violetto,
il p. è incolore Omax 207,5 nm, G = 7600).
Il suo nome (1tVPPO'ç, rosso fuoco) deriva
dalla colorazione rossa che assume Una scheggia di pino quando viene trattata prima con
acidi e poi con p. Questa colorazione è indubbiamente il primo esempio della reazione
TAB. I
PROPRIETÀ FISICHE nEL PIRROLO
1l:<,5 ,·c
[30 "C
0,9098
1,5085
39 "C
366 "C
1.84 D
8,00
17,5
-3,8
(.Il tUl>lOnl:
punto di ebollizione a 760 mmHg
densllà a 20 "C
indlc~ di rifrazione a 20 °C
pllllto di infiammabilità
I.:mperatura critica
momento dipolare in benzene
.:oslalllc diclcllrtCa a 20 "e
pliniO
l'KAH
IIKAH~
T AB. Il SCHEMA DELLE REAZIONI
DEL PIRROLO CON UN ELETTROFILO A'+
n
,.,
(, ~A+ H'.j")
INH
i
(XV)
Il p. è completamente miscibile con la maggior parte dei solventi organici e ha una solubilità dì 8 g Ìn 100 mi di acqua a 2yl . È soggetto ad autoossidazione e a polimerizzazione catalizzata dagli acidi ed è conveniente
conservarlo al fresco sotto azoto e protetto
dalla luce.
La struttura proposta dal Bayer, come
quella del benzene di Kekulè, non descrive
con precisione le caratteristiche del p . Con
la spettroscopia a microonde si è dimostrato
che la molecola è planare e sono stati calcolali la lunghezza dei legami (VIII) c gli angoli (IX):
Come il benzene, il p, è un sistema aromatico
su cui è delocalizzato un sestetto di elettroni 1t
(fra i quali il doppietto solitario dell'azoto) .
Questa ipotesi è avvalorala dalle misure di
energia di risonanza calcolate dai calori dì
combustione, che danno valori di 23-31
kcal' mol t , L'azoto e i quattro atomi di
carbonio dell'anello sono ibridati Sp2 e il p .
può essere rappresentato dalle strutture risonanti (X):
o ~ We ~ '-J(;)
N
I
H
/ .\.11:\0
N
N
N
H A
A
1·3,7 1:.
A
A
rt2 ~Fo-H ~ ~i
'~JNH
INH
(XIV)
602
INH
+
H'i)
)
(t~0 ~ ~ ~+~)-)
N
I
H
N
I
H
;-\1.".,.-.
~
I)I.(I -;-~I
N
III.... )
(XII)
I
(XIII)
A
-8
Le misure del momento dipolare S0l10 in accordo con il fatto che il p. può essere rappresentato con tali strutture risonanti (X),
dato che il polo positivo è rivolto verso l'azoto
e quello negativo verso l'anello. La natura
aromatica del nucleo pirrohco è ulteriormente
confermata dal suo comportamento chimico
c dalle sue proprietà spettroscopiche (v. il
capitolo corrispondente). Poiché il doppietto
dell'azoto fa parte del sestetto aromatico,
questi elettroni non sono più disponibili per
le reazioni, e questo è chiaramente dimostrato
dal valore del pKAH't che è - 3,~.
I calcoli secondo il modello dell'orbitale
mo1ecolare, assumendo una struttura aromatica delocalizzata, danno le densità degli
elettroni (J e 1t qui riportate in (XI) e (XII) :
, '\'It.il
l\.
N
I
H
~:
O
(X)
(
M~(;~+H"t
Sintesi
La sintesi più versatile e pÌù usata per il p .
è quello di Knorr (--+). Viene condensato un
amminochetone (spesso preparato in situ per
riduzione di un C(-nitroso-derivato) con un
composto carbonilico avente in C( un gruppo
metilenico attivato: ad es., il (XVI) si ottiene
a partire dall'acetoacetato di etile:
(XIII)
N
I
H
la stabilità sia del prodotto di partenza che
dell'intermedio formatosi per attacco elettrofilo. Le reazioni possibili del pirrolo con
un elettrofilo A~' sono riportate nella tabella IL
Chiaramente, una reazione all'azoto genererebbe l'intermedio (XIJJ) che non è stabilizzato per risonanza e, infatti, le sostituzioni elettrofile all'azoto sono rare, Reazioni
sul C-l e sul C-2 (C( e /3) danno intermedi sta·
bilizzati per risonanza. Lo schema della tabella Il suggerisce che l'energia di attacco per
la formazione dell'intermedio (X V) dovrebbe
essere minore di quella per la formazione
del (XI V) e, con l'eccezione delle selenocianazioni e della nitrosazione, l'attacco in posizione cc dovrebbe essere preferito a quello
in {J; in realtà, ambedue le posizioni possono
reagire facilmente con reagenti elettrofili.
Le reazioni principali del nucleo pirrolico,
come di altri sistemi aromatici, sono reazioni
di sostituzione elettrofila; teoricamente potrebbe dare reazioni elettrofile all'azoto, al
C-l e al C-2. C'è la tendenza ad usare la
configurazione e le densità elettroniche dello
stato fondamentale per predire la posizione
in cui avviene la sostit uzione elettrofila. Questo metodo è spesso sbagliato e fuorviante
perché si devono considerare le strutture e
Tutti i tetrapirroli naturali descritti prima
provengono dall'acido b-amminolevulinico
(ALA) (X VII) che condensa, per via enzimatica, al porfobilìnogeno (XVIII) che a sua
volta condensa per dare 1'uroporfirinogeno,
un macrociclo tetrapirrolico (tab, III).
Nella maggior parte degli organismi viventi l'ALA si forma per condensazione del
succinato con la glicina: sembra, tuttavia,
che le piante (Bogorad, 1978), possano usare
un 'altra strada per formare il porfobilin 0geno.
La sintesi di Paal-Knorr forma p. quando
i dichetoni 1,4 vengono scaldati con ammoniaca od ammine primarie. Questa sintesi
trova delle limitazioni nella disponibilità dei
dichetoni. La formazione in situ di composti
bicarbonilici dai 2,5-dialcossifurani aumenta
la versatilità della condensazione di PaalKnorf.
Quando si scalda furano, ammoniaca e
acqua in presenza di allumina come catalizzatore, si ottiene il p. Questa reazione procede presumibilmcnte attraverso degli intermedi analoghi a quelli della reazione di
Paal-Knorr.
Come precursori dei p. sono stati usati
derivati dell'acetilene e dell'allene, ma la reazione ha impieghi limitati. Ad es., il dibromoallcne (XIX) dà il pirrolo (XX) per trattamento con ammine primarie, mentre l'acetilene (XXI) reagisce con ammoniaca per dare
il composto (XXII):
BrHC=C=CH-CH~Br
> ~~)
RNH ,
(XIX)
I
R
(XX)
Ar
I
HC==C-C=CH -CI
n
Ar
_---'----N'----H_---7
NH
(XXI)
(XXIII
I diacetiletìIeni (XXIIJ) e le ammine (o l'ammoniaca) danno i p. (XXI V) in presenza di
cloruro rameoso:
R-C==C-C==C-R'
NH ,
R-1'-~R'
)
NH
(XXIII)
(XXIV)
Le im mine (X X V), i n presenza d i ossidi metallici, possono dimerizzare a diimminc che
poi ciclizzano a p. (XX VI):
R
n
R'
I
R-CH~-C=N-rt'
(XXV)
MnO, )
R
R'..J(N~R
I
R'
(XXVI)
Stapfcr e D'Andrea (1970) hanno riportato
una sin tesi potenzialmente utile dei p. a partire
dalle azine: si suppone che l'azina (XXVII)
in presenza di cloruro dì nichel formi il p .
(XXVIII) :
H:,C
dell'attacco elettrofilo sono confrontabili con
quelle del fenolo e del fenato; infatti, sotto
molti aspetti, la reattività del p. è analoga a
quella dci fenolo.
Sebbene la protonazione in rJ. sia terrnodinamicamente favorita, gli scambi cinetici in
H20/H2S0~ sono apparentemente pÌù veloci
in posizione fi. La basicità del nucleo pirrolico varia di diversi ordin i di grandezza a
seconda dei sostituenti: così il 2,3,4,5-tetrametilpirrolo ha un pKAH
-3,7, quello
del p. è di -3,8 mentre quello dell'N-fenilpirrolo è di -5,8. Quando sono presenti dei
gruppi elettronattrattori coniugati, il sistema
pirrolico è molto meno basico rispetto a
quando sono presenti gruppi alchilici ed è
corrispondentemente meno suscettibile ad attacchi elettrofili e perciò più stabile. In genere i p. che non hanno almeno un sostituente elettronattrattore sono estremamente
rcattivi e la loro conservazione e manipolazione chimica può presentare dei problemi.
Con acido solforico concentrato, si formano i sali dei p. che possono essere messi
in evidenza con varie tecniche spettroscopiche . La protonazione avviene di preferenza
sul carbonio che sull'azoto; anche se i sali
che si formano per protonazione in rJ. sono
più stabili, si può osservare sia la prolonazione in Cl. che quella in 13· Ad es ., il 2,5-dimctilpirrolo (XXX) dà, per protonazione,
una miscela 2: 1 di (XXXI) e (XXXII):
TAR III BIOSINTESI DEL PORFOBILINOGENO
7-'=
ghCIIl:l atllvala
+
HOOCCl-LCH!COSCoA
succinil- CoA
'i
'(§
~
,
H ~ NCI1~COCH2CH ~ COOH
(XVII)
2i
CH2CH~COOH
HOOCH1C
H,NH,C~
(XVlIl)
porfobilinogeno
~CH
NH
eH ;
co
l) <5- ammlnolevulinJCo aciùo sinlasi
JCIÙO dei<.lratasi
2) D-amminolevulinlco
(XXX()
NH
(XXVIII)
IXXX)
HIC~CHI
CC=N-N=)
\
/
(XXVI[)
(XXIX)
Tuttavia, usando la stessa strada Dolphin
non è riuscito ad ottenere dei p., ma ha
ottenuto il pirazolo (XXI X), in accordo con
la ben nota capacità delle azine dì convertirsi in pirazolì.
In laboratorio, il p. può essere preparato
con la pirolisi classica dci mucato di ammonio, tuttavia la procedura e le rese non
sono affatto soddisfacenti. Commercialmente,
si prepara dal furano e ammoniaca (vedi
sopra) o per deidrogenazione catalitica della
pirrolidina.
Reazioni di sostituzione elettrofila
Il p . può su bire molte reazioni di sosti tuzione elettrofila con le quali si possono preparare vari derivati e cioè:
a) protonazione;
b) alchil-derivati:
c) alogeno-derivati;
d) acidi solfonici:
e) oitro-deri va li;
1) diazocomposti:
g) aldeidi e chetoni:
h) acidi carbossilici:
i) ammino- ed idrossipirroli .
Protonazione. Quando il p. viene equilibrato
sotto argo con acido acetico-d I e acqua pesante (l: 6) per sei ore si forma pirrolo-d a
(Fajer et a/., 1973). La facilità e la velocità
CHI
CH.I
CH.1 CR,
CH 3
CH,
(XXXVI)
(XXXVII)
H.\C"-.ç~HI
(XXXI1)
n-CHì CH·,
NQ
successivamente :
~
Una reazione caratleristica della chimica del
p. è la polimerìzzazionc catalizzata dagli acidi.
In presenza di vari tipi di acidi il pirrolo dà
una polvere amorfa ad alto peso molecolare
detla l'OSSO dI pin%. In condizioni accuratamente controllate, con HCl 5N per 30 s a O",
si ottiene il trimero cristallino (XXXIIJ) :
h
~
~
'
]-1
'NH' ~
NH
HN-
~
(XXXlII)
Analogamente j 2-alchil- o arìl-pirroli trattati con HCl anidro danno i dimeri (XXXI V)
(v. sotto) . Un intermedio per questo tipo dì
condensazione può essere una specie protonata, analoga a (XXXJI), che può agire come
elettrofilo in una condensazione del tipo di
quella di Mannich. In acido solforico acquoso
caldo, il 2-metilpirrolo dà il 2,4-dimetilindolo
(XXXV) attraverso un dimero del tipo
(XXXIV) :
~NH
N__(
Alchil-dcrivati. La reazIOne dci p . con alogenuri alchilici semplici dà, come nel caso della
protonazione, principalmente alchilazione al
carbonio, con predominanza deIl'isomero (l.
Il p., che ha una pK AH di 17,5, non dà sali
in modo quantitativo con J'etilato di potassio
(PK AH dell'etanolo = 16) o col potassio, ma
con il1ìtio o il sodio metallici forma l'anione
(X X X VI II). Quando viene trattato con bromo di allile, il sale potassico di (XXXVIII)
dà r N-alchilpirrolo (XXXIX). Tuttavia il
sale di sodio, che può essere preparato da
pirrolo e sodioammide, nelle stesse condizioni si alchila al C-2 per dare (XL) che non
proviene da (XX XI X) per trasposizione :
(XL)
R
~')'-R
lJ-
(XXXIX)
NH
(XXXV)
Il 2,5-dimetilpirrolo con poi vere di zinco in
acido acetico a riflusso forma la tetrametilisoindolina (XXXVII) . Reazioni che implicano l'apertura dell'anello e la formazione dì
sistemi del tipo (X XX VI) verranno discussi
l
J
(~~HA
pN
~.:}
(f)QH
eN A
(
)
~:)
(XLI)
Il bromuro di pirrilmagnesio (XXXVIII,
PIRROLI
I 603
M = MgBr) che si può preparare da p . e
bromuro di alchilmagncsio, reagisce con alogenuri di alchile per dare alchilazione prevalentemente al C-2 e qualche volta al C-3.
Gruppi e1ettronattrattori abbassano il pKAH
(il pirrolo di Knorr ha una pKAH = 13,4 e
il 2,5-dinitropirrolo 3,60) e posson o essere
isolati sali stabili deprotonati.
Quando dall'azoto pirrolico si allontana il
protone, la nuova coppia dì elettroni si trova
in un orbitale Sp2 perpendicolare al sistema 11:
dell'anello e quindi non può essere delocalizzata su di esso. La maggior acidità del
gruppo NH del p. rispetto a quella della pirrolina (PK AH "" 33) non deriva tanto dalla stabilizzazione dell'anione quanto dal fatto che
il doppietto solitario occupa un orbitale molecolare Sp2 invece di un spJ. Quando il doppietto elettronico non fa parte di una coppia
ionica mollO forte, come nel sale di potassio di (X XX VI II), si può a vere N-alchilazione . In caso contrario, il doppietto elettronico non reagisce facilmente e allora si ha
alchilazione al carbonio; e non perché gli
elettroni sono delocalizzatì sull'anello, ma
perché l'intermedio è particolarmente stabilizzato per mezzo di strutture risonanti del
tipo (XLl). È evidente che la posizione su
cui avviene l'alchilazione negli anioni del
(XXXVIII) dipenderà dal metallo, dal solvente e dalle condizioni di reazione. Un esempio è la condensazione del p. con formaldeide, catalizzata da carbonato di potassio:
a '" 50 n si ha alchilazione all'azoto con formazione di (XLII) mentre a ...... 80 n si forma
(XLIII) :
é'-'~
N
I
CH 20H
(XLII)
(XLVII)
(XLVI)
È stato proposto (Dewar, 1949) che questa
reazione implichi lo spostamento di un ossidrile dell'alcool da parte dell'anione del p.
(XLVIII). Questo è chiaramente impossibile .
A temperature elevate, gli a1colati sono donatori di idruro e appena si forma un gruppo
aldeidico si verifica il seguente ciclo di reazioni:
R-CHO _ _
N_H_~)
[~CHOH
NH
RCH,01
R-CHO
H,CO
~
o
\
NH
.\
l
(XLIX)
OH C-COOH CH,COOH
H5CO
COOH
OH
H
~
jC
~
NH
1
NH
NH
(LVI)
Sia i dipirrilmetani che i dipirrilmeteni sono
eH
CH I
o
(LI)
Di grande importanza nella chimica del p.
è la condensazione di un'aldeide o di un che-
tone con un p . in posizione IX o /3, in condizioni acide o basiche. Il trattamento di un
p. libero in IX o in fJ con aldeide formica e
acido cloridrico porta ad un dipirrilmetano
(LII):
intermedi importanti nella sintesi dei tetrapirrolì.
La reazione di Erlich, un test colorimetrico
molto sensibile per i p. liberi in IX, usato in
chimica clinica per accertare la presenza di
porfobilinogeno (XVIII) nelle urine, consiste
neUa condensazione catalizzata dagli acidi
della p-dimetilamminobenzaldeide (L VI I) con
un p. libero in IX. Il primo prodotto di reazione, il carbinolo (L VIII), perde acqua per
dare il sistema (LIXajUXb), stabilizzato per
risonanza, che ha un intenso colore rosso.
Le benzaldeidi. che non possono stabilizzare
il catione (LI XaJLI Xb) condensano per formare il dipirrilmetano (LX) fenil-sostituito;
l'ulteriore condensazione e ciclizzazione genera il porfirinogeno (LXI) che facilmente
si autoossida alla meso - tetrafen ilporfiri n a
(LXII) :
'N-·A
/
~
CHO
(LVII)
+
~
NH
NH
H;C,O~CH,X
(LIll)
~
R
+
H 20
2
H.C,«~C,H;
O NH
NH O
(LV)
O
+
C ,H.,CHO
NH
lCH.cOOH
nNH~NH
rr~
H.C~ H
(LX)
".CHolo
t
C,H
NH
H-;C
B
H
H ,c"
H
O
R
+ ~CH
NH
I n tutte queste reazioni, il primo intermedio
della condensazione del p. con l'aldeide è il
carbinolo [ad es., (XLVIII) e (L)]. Questo
viene ridotto oppure dà luogo, in presenza di
un acido, a un carbocatione (uno ione azafulvenico) che condensa con una seconda
mole di p. per dare il (LI I). I dipirrilmetani
possono essere anche ottenuti con buona
resa per so)volisi dei p. del tipo (LI11) dove
(X) è un buon gruppo uscente. Lo ione azafulvenico, ad es., il (LXIV)" che deriva dal
(LlII) (v. sotto), condensa con un'altra molecola di (LUI) per dare (LI V) che elimina
l'equivalente di una mole di formaldeide per
dare il dipirrilmetano (LV). La reazione tra
un a.-formilpirrolo e un p. libero in a. dà il
dipirrilmetene (LVI) che per riduzione passa
a dipirrilmetano :
I
Sono note analoghe alchilazioni riduttive :
così la formaldeide e l'acido iodidrico me-
604
HIC
-tcr,;)-
(LlI)
(XLIII)
I p. si possono a1chilare sia in 2 che in 3 per
trattamento con alcolato di sodio a -.200 0
[(XLIV)-+(XLV) e (XLVI)-+(XLVII)] :
[1
tilano sia il C-2 che il C-3 . Inoltre, si può
usare l'acido gliossilico e una miscela dì acido
iodidrico e H.1P02 per introdurre la catena
dell'acido acetico:
C~H:.
(LXI)
l°,
Questa sequenza di reazioni costituisce una
via semplice per le porfirine meso-sostituite.
I p. si possono alchilare in 2 e in 3 con la
reazione di Mannich usando formaldeide ed
un'ammina secondaria per dare i dialchilamminometilpirroli (LXIII). Questi composti si
possono anche ottenere per reazione tra un
2~bromometilpirrolo ed una diaIchilammina.
La quaternarizzazione dell'azoto permette il
suo spostamento con vari n ucleofili; così, con
NaBH .. si forma il metiI-derivato . La protonazione di (LXIII) dà il carbocationc (LXI V)
e se R 4:- H questo condensa per dare dipirrilmetani, ma se R = H si ha un'ulteriore condensazione e ciclizzazionc per dare
porfirinogeni che possono essere ossidati a
porfirine :
R'
,ì;i ~
R~H~
(LXIII)
H'+
)
" R'
(LXIV)
po rlì ri nogen i
(LXI)
Gli N-alchil- e gli N-aril-pirroli traspongono
a temperature > 500 0 a prodotti sostituiti
in 2, termodinamicamente più stabili.
Derivati alogenati. Il trattamento del p . con
KIl" o Br 2 porta al 2,3,4,5-tetraalogenoderivato. Se l'anello pirrolico è disattivato per la
presenza di un gruppo elettronattrattore (come l'etossicarbonile), l'alogenazione può essere controllata, ma si ha ancora sostituzione
in (1. e in p. La decarbossilazione alogenativa
può rappresentare una strada stereospecifica
per ottenere i p. alogenati solo se è preceduta
dall'attacco elettrofilo:
Il miglior sistema per la dealogenazione è la
riduzione catalitica; sia gli (l- che i fJ-ìodopirroli danno la reazione di Ullmann, in
presenza di rame, con formazione di bipirrolì.
Acidi solfonici. l tentativi dì solfonazione del
p. in acido solforico portano a polimerizzazione o a protonazione con conseguente
disattivazione dell'anello nei riguardi di un
ulteriore attacco elettrofilo. Tuttavia il p. può
essere 50lfonato con ottime resc al corrispondente acido /X-solfonìco per mezzo del
complesso piridina/anidride solforica.
Nitro-derivati. Essendo l'acido nitrico contemporaneamente un acido ed un ossidante
dà col p . solo delle peci intrattabili; ciononostante è possibile ottenere dei nitropirroli,
in rese accettabili, per trattamento con nitrato dì acetile a - 50 0 .
Diazocomposti. Il p. subisce attacchi elettrofili con velocità analoga a quella del fenato
e, come questo, può copulare sul carbonio
con sali di diazoni o arilici . Come in tutte le
reazioni elettrofile, il p. reagisce preferenzialmente al C-2, ma la copulazione avviene facilmcnte anche al C-3.
Aldeidi e chetoni. Spesso, per mezzo di una
delle vie di sintesi del p. già descritte, come
la sintesi di Knorr, si ottengono direttamente
dei pirri1chetoni. Quando il nucleo del p. non
è disattivato da gruppi elettronattrattori, i
chetoni si possono preparare anche per acitazione secondo Friedel-Crafts in assenza di
catalizzatori. Così, il p., per riscaldamento
con anidride acetica, dà il 2-acetilpirrolo. Se
sono presenti gruppi elettronattrattori si può
applicare la classica reazione di Friede1-Crafts
usando tricloruro di alluminio o il metodo di
Vielsmeier-Haack. Si può disacetilare il p .
per riscaldamento con acido polifosforico
al1'85 %; il gruppo carbonilico può essere ridotto con diborano a metìlene.
Le 2-pirrolcarbossialdeidi gIocano un ruolo
molto importante nella sintesi dei composti
tetrapirrolici e sono state studiate a fondo.
Per un certo periodo di tempo, la preparazione delle aldeidi venne effettuata tramite
reazi0T)c di Reimer e Tiemann, ma con scarse
rese e numerosi sottoprodotti. La formilazione di Gattermann , con acido cloridrico e
acido cianidrico, dà sia (X- che ,B-aldeidi con
buone rese, ma attualmente questa reazione,
difficile sperimentalmente, è stata sostituita
dal metodo di Vielsmeier-Haack. L'acilazione
classica secondo questo metodo implica la
reazione tra ossicloruro di fosforo e una dialchilammìde per formare l'intermedio (LX V)
che può condensare con p. liberi sia in (X che
in {l. L'atomo di azoto positivo presente nello
ione intermedio (LXVI), è un elettronattrattore in grado dj disattivare il nucleo pirrolico
da un ulteriore attacco, cosicché, anche in
presenza di un eccesso di agente fOfmilante,
si ottiene solo il 2-formilpirrolo. 11 sale di
imminio in condizioni basiche si idrolizza facilmente per dare composti che presentano il
gruppo carbonilico :
RR
NHAy
O
(
1-1 1 0
~®
R
NHAy "
R
(LXVII
L'uso del cloruro di benzoile al posto dell'ossicloruro di fosforo permette di condurre
la formilazione in condizioni molto blande.
Gli a-metilpirroli possono essere ossidati da molti agenti ossidanti [Br 2, S02CI2,
Pb(OCOCH a)4] ai corrispondenti metil-derivati bisostituiti che per idrolisi danno l'/X-formilpirrolo.
] formilpirroli sono delle ammidi viniloghe
I(LXVIl)~(LXVlIl)J e questa delocalizzazione elettronica modifica sia le proprietà del
p. che quelle del gruppo formilico. Il gruppo
NH è più acido, i sali si possono ottenere
facilmente usando etilato di sodio e il nucleo
pirrolico è molto meno sensibile ad un at-
tacco elettrofilo. La pirrolo-2-carbossialdeide
mostra uno slrelching del carbonile a 1665
cm - I (analoga a quella di numerose ammidi
alifatiche viniloghe) ed è considerevolmente
più bassa di quella delle arilaldeidi (ad es.,
la benzaldeide ha una vc=o = 1710 cm- I).
] formilpirroli non danno le reazioni di Cannizzaro e di Perkin e neppure reagiscono con
i reattivi di Tollens o di Fehling, ma reagiscono con i reattivi di Wittig e formano vari
derivati imminici (ossi me, idrazoni, ecc.). La
riduzione con idruri metallici forma i corrispondenti alchitpirroli. Sebbene i formilpirroli non si autoossidino, si decompongono
in condizioni acide e in presenza di vari
agenti ossidanti. È possibile proteggere il
gruppo formilico da queste reazioni per mezzo
del derivato cianovinilico (LXIX):
(LXVII)
(LXVIII)
Oltre a proteggere la funzione aldcidica, i
gruppi cianovinilici aumentano l'elettrofilìa
dell 'anello pirrolico rispetto a quella di un
derivato formilico non protetto; si può rigenerare la funzione aldeidica usando soda
caustica acquosa concentrata. Come è stato
descritto sopra, la condensazione di un (l-formilpirrolo con un p. libero Ìn /X dà i dipirrìlmeteni (L VI) che sono derivati importanti
nella sintesi dei tetrapirroli.
Acidi carbossilici. Per ottenere direttamente
gli acidi pirrolcarbossilici (in genere, sotto
forma dei loro esteri) si può usare sia la sintesi di Knorr, tale e quale, che le sue varie
modjficazioni . Il p. è sufficientemente elettrofilo per essere direttamente carbossilato, con
anidride carbonica in carbonato di ammonio
a 130°, per dare l'acido /X-pirrolcarbossilico.
Molti p . liberi in /X o in fJ reagiscono col butillitio e il complesso di litio risultante può
essere carbossilato con anidride carbonica,
come fanno i reagenti pirrolici di Grignard. Quando si tratta gli a-metilpirroli con
agentì ossidanti in eccesso l S02CI2. Br 2,
Pb(OCOCH a) ..], si ottengono i corrisponden ti (l-metiI-derivati trisostituiti che danno
gli acidi carbossilici per idrolisi. Varie altre
reazioni dei sostituenti del p. possono essere
usate per ottenere acidi carbossilici (idrolisi
dei nitrili, ossìdazione delle aldeidi, reazione
aloformica dei mctilchetoni, ccc.).
L'acidità (PKHA ) degli acidi pirrolcarbossiliei è comparabile a quella degli acidi ariIcarbossilici e mostra variazioni analoghe a quelle
degli acidi benzoici sostituiti (tab. IV).
Gli acidi pirro1carbossilici decarbossilano
facilmente e questa reazione è facilitata dalla
presenza di elettrofili (ad es., HEB o alogeni).
L'acido 2-pirrolcarbossìlico decarbossila per
riscaldamento a 192°, mentre l'isomero in 3
decarbossila a 162°. In genere, gli isomeri in 2
sono più stabili di quelli in 3. Gli acidi pirro1carbossilici che hanno solo sostituenti alchilici decarbossilano facilmente per distillazione in corrente di vapore da acido acetico
PIRROLI
I 605
H
CH. a
CHa
H
CH J
H
H
CHa
CH 3 CH t
H
NO z
CH 3
COOCZHb
NO z
CHa
4,39
7,30
6,40
3,22
5,61
diluito. L'instabilità di questi composti non
permette, in genere, l'esterificazione con catalisi acida; gli esteri si possono ottenere o
con diazometano o da un alcool ed il cloruro
dell'acido. I pinilcarbossilati sì possono transesterificare in presenza dì una base in q uantÌtà catalitica. In presenza di un eccesso di
base, avviene facilmente la saponificazione .
La velocità di idrolisi degli esteri sostituiti in
posizione 2 o 3 non è uguale: così, l'idrolisi
del p. di Knorr (XVI), con un equivalente
di base dà esclusivamente l'a-carbossilato.
Questo comportamento può essere razionalizzato su basi steriche: poiché l'idrolisi basica implica la formazione di un intermedio
tetraedrico, è sterìcamente meno ingombrato
quello in posizione 2 (LXX) rispetto a quello
in posizione 3 (LXXI):
H
CHa
CH"
H
CH.1
CHa
H
H
COOC1H~
eH,
CH J
NO'1
H,C 'j '\
HO
,c(l)
y
COR
:..:........:_-> (M
N~O
ArCOOC,H.
O
I
R
(LXXIV)
(LXXXII)
Ammino- e idrossi-pirroli. Pochi sono gli amminopirroli noti; questi possono essere preparati per riduzione dei corrispondenti nitroo nitroso-derivati c in pochi casi per sintesi
diretta. Forse la preparazione più conveniente
consiste nella riduzione dell'arilazopirrolo
(LXX V), preparato per copulazione azoica:
~~N=NÙ
NH
. )
Oli
,
0(-;-)
(LXX)
HC.c'O--:;_{H.
COOCH·,
(LXXI)
Fischer ha trovato che in acido solforico concentrato il p. di Knorr dà l'acido 3-carbossilico. Tuttavia l' N-metilpirrolo di Knorr in
acido solforico si idrolizza preferenzialmente
in f3 piuttosto che in a, cosicché le considerazioni stcriche non possono svolgere un ruolo
predominan te nella regioselettività. J noltre
l'idrolisi in acido solforico concentrato procede attraverso lo ione acilio (LXXII) che ha
poche esigenze steriche:
l-teooc
hNH
C~O(f)
(LXXIII)
Elettronicamente il composto (LXX 111) (proveniente dal 2-estere) dovrebbe essere più stabile del (LXII) . Questo suggerisce che la reazione è cineticamente controllata o che, in
acido solforico concentrato (PKAH < - IO),
lo ione acilio può essere ulteriormente protonato sull'anello pirrolico cosicché il (LXXII)
diventa più stabile del (LXXIII).
Quando gli acidi 2-pirrolcarbossilici vengono riscaldati con anidride acetica si ha
N-acilazione intermolecolare con formazione
di un'ammide ciclica, la pirrocolla (LXXI V):
606
6,58
(LXXV)
bO
~~
4,95
7.83
7,30
o
OCH-,
NH
I
I
H... COOC~CH~
H.lC
e dei y-amminochetoni. La riduzione dei pirroli con zinco e acido porta a piccole quantità
di LI 1- e maggiori quantità di L1 3-pirroline, ma
le Ll a possono trasporre a .1 1 con nichel Raney.
Il miglior sistema per ottenere le jl-pirroline
è la deidroalogenazione delle N-cloropirrolidine con idrossido di potassio. Le pirroline
si comportano come alchilammine avendo un
pK AH ~ 7. I sali dì immìnio protonati sono
forti elettrofili come i corrispondenù nitroni
(immine ossidi).
Le LI'.!-pirroline possono essere preparate
dai 2-pirrolidoni (LXXXII) e ì reattivi di
Grigoard. La condensazione dci 2-pirrolidoni
con esteri aromatici seguita da trattamento
con acidi forti genera le 2-arìl-L1 2-pirroline
(LXXXIII):
VALORI 01 pK HA DI ALCUNI ACIDI PIRROLCAR80SSILICI
TAB. IV
Gli amminopirroli possono essere diazotati con acido nitroso per dare sali di diazonio stabilizzati per risonanza che possono
copulare con altri p. liberi in Cl o in f3 e con
fenoli .
I dati spcttroscopici mostrano che gli ammìnopirroli esistono in [orma amminica, piutloslo che nella forma tautomera imminica
e questo è in accordo con la loro reattività
chimica che è quella di una normale arilammina.
I 2-ìdrossipirroli, invece, esistono in manÌera predominante come tautomen pirrolonici (LXXVI) :
~O
(LXXVI)
NH
(LXXVII)
(LXXVIII)
n
NH
n
(LXXrX)
(LXXX)
NH
Le L1 1-pirroline possono essere preparate per
ossidazione delle pirrolidine con acetato mercuri co e per cicJizzazione degli a-cloronitriti
<:
I
R
(LXXXIII)
Analoghe condensazioni di Claisen con l'ossalato dietilico, seguite da trattamento con
acido, generano gli acidi LlI-pirrolin.l-carbossilici. Le L1 2-pirroline sono enammine c mostrano proprietà fisiche e chimiche tipiche di
questo gruppo.
Le L1~-pìrrolìne si ottengono per riduzione
dei pirroli con zinco in ambiente acido; mostrano le proprietà delle ammine secondarie
e si isomerizzano a LI l-pirroline con nichel
Raney.
Le pirrolidine si formano per riduzione dei
p., sia per via catalitica che con fosforo e
acido iodidrico. Sono anche note numerose
ciclizzazioni di sistemi aciclici. Le pirrolidine
sono ammine alifatiche secondarie. Le corrisponden ti 2-ossopirrolidine (2-pirrolidoni)
(LXXXI) c i loro N-metil-derivati sono usati
come solventi; l' N-vinil-2-pirrolidone è un
monomero importante usato nella preparazione di polimeri dalle proprietà non comuni.
Le pirroJenine(2H-e 3H-pirroli)(LXXXIV)
c (LXXXV):
U
NH
Riduzione
La riduzione dei gruppi legati al nucleo pirrolico è stata già descritta. Si può aggiungere
che molti gruppi funzionali possono essere
ridotti per via elettrochimica (Volke, 1963),
mentre il nucleo pirrolico è inattivo e1ettrochimicamente all'elettrodo a goccia di mercurio . In teoria, i p. possono dar luogo a
riduzioni a due elettroni (2 atomi di idrogeno),
per dare .1 \ .1 2_ e L1 3-pirroline, (LXXVII),
(LXXVIII) e (LXXIX), e una riduzione a 4
elettroni, per dare pirrolidina (LXXX):
o n
(N~Ar
O
(LXXXI)
o
N
(LXXXIV)
o
N
(LXXXV)
non sono note, ma sono noti quegli a1chil-derivati che non possono tautomerizzare ai corrispondenti p., e ne sono note sintesi e proprietà.
Ossidazione
J p . possono dar luogo ad una grande varietà di autoossidazioni e di ossidazioni chimiche.
I 2,3,4-trialchilpirroli danno per autoossidazione o per ossidazione con pcrossido dì
idrogeno il dimero (LXXXV!) e una dimerizzazione analoga di (LXXXVII) dà per
autoossidazionc il composto (LXXX VIII) :
~h
O~N~ HN~O
(LXXXVI)
(LXXXVII)
(LXXXVIII)
L'autoossidazione degli N-alchilpirroli procede a velocità minore di quella dei C-alchilderivati e dà luogo a vari monomeri c dimeri.
li meccanismo di queste ossidazioni non è
chiaro, ma poiché in molte di queste reazioni
si formano perossidi e poiché il perossido di
idrogeno dà luogo agli stessi prodotti è ragionevole supporre che queste reazioni procedano, come molte autoossidazioni, attraverso radicali: questa ipotesi è avvalorata dal
fatto che gruppi elettronattrattori sul nucleo
pirrolico ritardano l'autoossidazione. Una distinzione chiara tra auto c fotoossidazione
in letteratura non sempre viene fatta. Così,
è riportato che l'autoossidazione del 2,4-dimetilpirrolo dà il composto (LXX XI X), ma
è anche vero che prodotti simili si formano
per fotoossidazione:
CHI
H,C-j,--=io
HO NH
(LXXXIX)
Così la fotoossidazione del p. in acqua, in
presenza di un adatto sensibilizzatore, dà il
composto (XC) e l' N-metilpirrolo dà il corrispondente N-meiil-derivato:
HO
~
NH O
Le maleimmidi si formano quando i p.,
sostituiti o non nelle posizioni 2 e 5, e i sistemi tetrapirrolici naturali, descritti neWintroduzione, vengono ossidati con i composti
del CrV] : questo tipo di ossidazione venne
usato nei primi tentativi di determinare i sostituenti periferici dell'eme e della clorofilla .
l p. possono essere ossidati da una larga
varietà di ossidanti sia organici che inorganici che portano a tipi di prodotti differenti.
Da notare che con pcrossido di idrogeno il p.
si ossida a (XCIII) e (XCI V) e questi condensano a (XCV) e (XCVI):
/
~
~
NH O
~
NH O
(XCIII)
(XCIV)
\,')----(/ \kO
NH
NH
~~
CH ~
L'autoossidazione del 2,3,4,5-tetrafenilpirrolo (CIII) deprotonato forma l'ammide (CI V).
Lo stesso prodotto si ottiene per fotoossidazione di (CII I) :
R
R)j-R
_ _0-,., --_)-:;.
.\//'
11l'
che è un prodotto non caratterizzato. Pohmeri simili si ottengono quando il p . è trattato con molti altri ossidanti.
La reazione dell'ozono col 2,5-dimetilpirroIo forma (XCVII) e (XCVIlI) in quantità
analoghe. Questo può essere interpretato come una prova per la struttura elettronica dclocalizzata del p., ma la formazione di
(XCVI I l) può anche essere interpretata come
un'addizione 1,4 dell'ozono per dare un addotto (XCI X) che può collassare al dichetone (C) e reagire ancora con ozono:
R=C,,H-,
Si pensa che il (CIV) si formi dal perossido
ciclico (CV). In modo analogo, l'addizione
fotochimica dell'estere acetìlendicarbossilico
al p. forma l'addotto (CVI) che, con apertura
dell'anello, traspone alI'azepina (CVI I):
crOOCH3
H,CO NH
<Ob
1
H0
H
H,CO NH O-OH
(XCI)
La formazione di un endoperossido è anche
in accordo con l'osservazione che il 3,4-dietilpirrolo dà la dietilmaleimmide (XCII), anche se il p. forma solo tracce di maleimmide
per fotoossidazìone :
H i C2
O + ~.
~ ~COOCH,
ç)-COOCl-L
{('VIl)
L 'ossidazione fotochimica dell' N-fcnilpirrolo
(XCIX)
o
O
O
(XCVIII)
O
CH,COOH)
Zn (OCOCH,),
o
rf-'o
N
o
-----7>
H~N~R
I
C"H-,
I
I
C"H.,
C"H -,
(CIX)
(CVIII)
CH.,
Complessi metallici
È già stato accennato che i p . formano sali
con i melalli alcalini e i reattivi di Grignard
e che la natura della coppia ionica determina
la reattivita di quesli sistemi ricchi di elellroni .
Inoltre, i p. formano, con i metalli di transizione, complessi (J e 1f. covalenti: così con lo
zinco c il titanio formano i complessi (J [(CX)
e (eX I)], ma sono noti anche altri compiessi (J :
]l ~ /H
H ' ' ' ( ì(
eH ~ O
(CII)
I ("t[-t'
(XCII)
t---~ ""10,)
" N CH ,OH
R=COOCH ,
Sono note molte reazioni di apertura dell'anello, non collegate tra loro, ma non di
meno molto interessanti. Quando il p. è trattato con idrossilammina si forma la diossima
della succindialdeide. Analogamente, quando
il 3,4-dimetilpirrolo è trattato con acetalo di
zinco e acido acetico, si forma la pirrocolina
(CI), attraverso la dialdcide (CII):
NH O
porta all'ammide (CIX) attraverso il perossido ciclico (C VI II) :
(C)
Reazioni di apertura dell'anello
eH-,
L'ossidazione fotochimica dei pigmenti della
bile implica reazioni con l'ossigeno in stato
di singoletto simili a quelle descritte sopra e
robabilmente svolge un ruolo importante
~lla fototerapia dell'itterizia neonatale .
l
H1C~CHI
O
h
O
COOCHl
COOCH.,
H ,CAyH -E-(_ _O,;. :.'_ _
H/o~O ~<- -
R
(CIV)
I
COOCH 3
CH,1OH
-"'VNH
d
O
RANH~
Jl~ R
~ ........
,
(XCVI)
Il prodotto principale della reazione tra p.
e perossido di idrogeno è il nero di pirrolo
Quando la fotoossidazione viene condotta in
metanolo il p. e molti suoi alchil-derivali
danno prodotti del tipo (XCI) ed è stata
avanzata l'ipotesi che queste reazioni implichino un 'addizione di Diels-Alder dell'ossigeno in stato dì singoletto al nucleo del p .
che si comporterebbe come un diene, per
dare un endoperossido che reagendo con mctanolo porterebbe al (XCI):
NH
9
_-;:O--=-, /_K'----O_H_)-3>
benzene
(CIII)
(XC)
~ -~
CH.,
(XXXVII)
(XXXVI)
R
~
O NH
NH
NH O
(XCV)
Nelle stesse condizioni, il 2,4-dimetilpirrolo
forma il composto (XXX VI); il 2,5-dimetilpirrolo in condizioni riducenti con zinco e
acido acetico dà il diidroisoindolo (XXXVII):
~'-:II
i)
l
Zn
( N
I
N
O
(CI)
(ex)
(ex!)
PIRROLI
I 607
TAB, V
nNH~
BIOSINTESI DELLA PRODIGIOSINA
CHI.
O
OH H,C-f
bH
o
I
~
~
\li
()_{JOCH,
~CH,
NH HN~H
(CXX) O
NH
CHI
(C'XXI)
L-------------.----1_
- -I
(CXVI)
T AB. VI FORMULE DI STRUTTURA
DI ALCUNJ ANTIBIOTICI PIRROLICI
H
NH
8b~NH
t
'QyNH
7 h
~
o
CH'l
CHI
. NH
NH
Il p, è isoelettronico col ciclopentadiene e
quindi il p. deprotonato è isoelettronico con
l'anione del ciclopemadiene ed ha la stessa carica, Si può perciò supporre che gli aza-analoghi del ferrocene e dei sistemi simili siano stabili. Mentre il diazoferrocene non è ancora noto, lo sono molti altri complessi 11: del pirrolo
e i complessi del ferro (CXII) e del cromo
(CXII I) sono dei tipici sistemi a J 8 elettroni:
"~~ ~
tH o
NH~
.1
CH.1
I
N
©
o
(CXXIV)
H1NnN~ distamicina A
NH
1 ~
NH
r
NQy
7 ~
o
HOH 2 C
'r,-~
I
l
eH
CH
\
o
~ ~
NH
CH
\
'l
NH
I
(CXXV)
(CXXVI)
verrucarina E
FRAMMENTAZIONE DEL PIRROLO
H~H ~
H
H
I-~ "'/:~
H
H
~
NH li --->
mie 67
H
H
H~H
HN
l
/1\
OC CO CO
(CXIII)
(CXII)
Le porfirine (III), le clorofille (I V) e i pigmenti
biliari (V) costituiscono i principali derivati
del p. presenti in natura. Biogcncticamente,
si formano attraverso il porfobilinogeno
(XVlll) che, a sua volta, viene condensato
a uroporfirinogeno III (CXIV), un macrociclo tetrapirrolico:
+éH=NH
H
(CH,),-
I
R ~ -(CH,)., - , -eH
HC=CH
H
e -C 1-1 (CI1,),,I
C,H,
m/(' 41
~
(C'XIV)
<tNH
Il
m/e 40
,2:, -~L
H
608
H
La prodigiosina (eX Vl), un pigmento tripirrolico rosso, è stata isolata per la pri ma volta
dal Baciflus prodìgiosus: ha attivi tà sia antifungina che antibatteflca, ma è anche estremamente tossica. Oltre alla prodigiosina sono
stati isolati altri composti simili [(CXVII)(CXIX)] :
R=CH", e C"H_,
"..,;i+;'i'-.... +
H
P'=CH,CH,-CONH_
Pirroli naturali
netropsina
TAB. VII
.A;= CH 1 COi"H,
Cf
NH
NH~
o
(C'XV)
+
fIIlr 2&
Questo può dare poi porfirine, clorofille e
pigmenti biliari. Un altro macrocic\o tetrapirrolico che deriva dal porfobìlinogeno è il
coenzima della vitamina BJ~ (CXV) che funziona da coenzima in molti sistemi enzimatici:
~ ___~OCHI
Q; NH ~
N~ I
ICXIX)
___R
R~
I
CH,
-CH(CI-IJ,-,
I
CH.
H,C-CH(CH,),CH,
I
e-(CH..}, -CH-Cl--II
CH,
Nessuno di questi si forma biogeneticamente
dal porfobilinogeno. La biosintesi della prodigiosina comporta la condensazione di alanina, prolina, glicina, seri na e acetato per
formare il bipirrolo (CXX) che condensa col
p. (CXXI) per dare la prodigiosina (CX VI)
(tab. V).
Altri p. con proprietà antibiotiche sono
stati isolati ed è stata studiata la loro biogenesi (in genere da amminoacidi). Per la loro
diversità e complessità non è possibile darne
una dettagliata descrizione e ci limitiamo a
ricordarne i principali.
La pirrolnitrina (CXXIl) e composti analoghi, con atomi di alogeno sia sul nucleo
pirrolico che sul fenile, sono stati isolati da
una varietà di Pseudomonas . Un antibiotico strettamente correlato è la pioluteorina
(CXXIII), isolata da Pseudomonas aeruginosa:
~N:'
NH
'~
mo
OH O
(CXXIIIl
(CXXlJ)
Gli oligopeptidi distamicina A (CXXI V) e netropsina (CX X V), strettamente collegata alla
prima, che funzionano come inibitori delle
DNA-polimerasi, sono stati isolati da Streptomyces, mentre la verrucarina E (eX X VI)
è stata isolata da Myrothecium verrucaris
(tab. VI) .
Sono noti anche alcuni alcaloidi, steroidi
e composti glicosidici derivati degli acidi
pirrol-2- e 3-carbossilici.
Proprietà spettroscopicbe
Come in tutti i sistemi aromatici le proprietà
spettroscopiche sono funzione dei gruppi periferici; nel caso del p. questo significa che si
conoscono moltissimi dati e quindi si possono
fare molte correlazioni.
Lo spettro elettronico del p. mostra un assorbimento a 207,5 nm dovuto ad una transizione n-n*. In genere, gli effetti delle sostituzioni sulle transizioni elettroniche sono analoghi a quelli dì analoghe sostituzioni sul
benzene, eccetto per il fatto che una maggiore
delocalizzazione nei derivati del p . compona
un maggiore spostamento batocromo. La sostituzione sul C-2 porta a uno spostamento
maggiore di "" 20 nm rispetto alla sostituzione sul C-3.
I p. e i bipirroli sono incolori (ma possono
presentare fluorescenza nel visibile) a meno
che il cromoforo non sia ulteriormente esteso
per coniugazione. Così, i dipirrilmeteni (L VI)
(ma non i dipirrilmetani) e i derivati dei
formilpirroli, [ad es., (LXIX)] (ma non i formilpirroIi) sono gialli.
La corrente diamagnetica del nucleo del p.
scherma meno i gruppi periferici e il p. stesso
mostra due multipletti nello spettro NM R, a
b = 6,33 per i protoni in (X e 6,14 Rer quelli
in p. Sono noti anche gli spettri :le e l4N
del p. e dei suoi derivati.
Gli spettri infrarossi e Raman dci p. sono
noti e i risultati sperimentali sono stati confrontati con quelli ottenuti con un calcolo
delle coordinate normali.
Il gruppo NH e la natura polare di molti
derivati pirrolici danno luogo a considerevoli interazioni soluto-soluto e soluto-solvente e quindi a modifiche delle frequenze
caratteristiche dci gruppi e della forma dei
picchi. Anche la delocalizzazione elettronica
può modificare le frequenze caratteristiche
dei gruppi. Ad es., i formilpirrolì, che sono
viniloghi delle ammidi> e i derivati degli acidi
carbossilici del p., che sono viniloghi con ì
carbammati, mostrano delle frequenze anomale .
Nello spettro di massa del p. il picco base
è il picco molecolare a 67 m/e e i frammenti
molecolari corrispondenti sono mostrati nella
tab. VII.
È noto anche lo spettro fotoelettrico del p . :
la prima ionizzazione a 8,2 e V deriva dalla
perdita di un elettrone dall'orbitale molecocolare 1l. I p. ricchi di elettroni mostrano il
primo potenziale di ionizzazione a potenziali
leggermente minori (ad es., il 2,4-dimetilpirfolo a 7,54 e V) c viceversa.
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