Заміщення по атому вуглецю

Пірол являє собою електрононадлишкову систему і тому легко вступає в реакції з широким набором електрофілів. Заміщення переважно йде в α-положення, хоча можна отримати і продукти заміщення в β-положенні і полі заміщені сполуки.

Атака піролу E⁺ призводить до утворення продуктів заміщення в α- і β- положення з утворенням катіонів 14 і 15, перехідний стан 14 є нижче за енергією за 15, а резонансні структури ілюструють ступінь делокалізації в обох катіонах.

Перевага S_E в α-положення можна проілюструвати на прикладі протонування піролу: для катіона 16 (α-положення) рК_а = - 3,60 , а для альтернативного катіона 17 (β-положення) рК_а = -5,90, звідки слідує мала імовірність його існування в рівновазі.

Хоч 17 знаходиться в дуже малій концентрації, його реакційна здатність значно більша, ніж у катіону 16, і, як електрофіл, атакує непротоновану молекулу піролу і в результаті послідовності цих реакцій утворюється полімер.

В інших S_E реакціях пірол проявляє себе, як сильно ароматичну нуклеофільну сполуку. Реагенти треба підбирати так, щоб не піддавати пірол дії сильних окисників, яке призводить до його полімеризації.

Табл. 14. Електрофільне заміщення в піролі.

Особливо важливою в хімії піролу можна назвати реакцію формулювання, бо пірол – 2 – карбоксальдегіди використовують в синтезах порфіну. Для введення формільної групи широке значення набула реакція Вільсмейєра. Близька їй реакція за Губеном – Фешем, в котрій взаємодія RCN і HCl призводить до електрофілу . Цей електрофіл може атакувати різноманітні піроли (в тому числі дезактивовані замісниками) з утворенням після гідролізу ацильваних піролів.

Інший важливий тип S_E заміщення – реакція з альдегідами та кетонами в присутності кислого каталізатора – реакція Ерліха (рис. 26).

У випадку піролу ці реакції часто приводять до утворення полімерів, хоча реакція Ерліха використовується як для піролу, так і для його заміщених аналогів. З простішими альдегідами і кетонами (ніж на рис. 26)також утворюється катіон типу (18), але він, як електрофіл, атакує іншу молекулу піролу. Послідовність цих реакцій для 5 – незаміщеного піролу може привести в кінцевому рахунку до утворення полімеру.

Рис. 26. Реакція Ерліха.

При взаємодії піролу з PhCHO на повітрі з малим виходом утворюється тетрафенілпорфірин (19) (рис. 27).

Рис. 27.

Електронодонорний замісник в α(2)-положенні направляє електрофільну атаку в положнення 3 або 5, тоді як електроноакцепторна група – в основному у положення 4 і в незначній мірі у положення 5. Замісники при атомі азоту впливають значно слабше, об’ємні чи сильноелектроноакцепторні замісники орієнтують S_E заміщення в β- положення. Часто в синтезах використовують силюлований пірол 20 бо він активно моно- і дибромується виключно β- положення (рис. 28)

Рис. 28.

N-силіліруванні бром піроли використовують для синтезу інших β- заміщених піролів з літійорганікою.

Наявність спряженої електроноакцепторної групи в циклі понижає реакційну здатність по відношенню до електрофілів і дозволяє краще контролювати заміщення.

1 – пірилмагнійгалогенід реагує з електрофілами в неполярних розчинниках з утворенням в основному 2-заміщених, хоч часто отримують 3- і дизаміщені (рис 29).

Рис. 29. Ацилювання 1 – пірилмагнійхлориду.

Літіювання N-заміщених піролів в α-положення дозволяє вводити в ці положення замісники у специфічнах і контрольованих умовах (рис. 30):

Рис. 30. Використання 2-літійпіролів для специфічного заміщення.(1)-гептаналь; (2) - NiCl₂; (3) – PhBr, PdCl₂, Ph₂P(CH₂)₄PPh₂.