Реакции фурана, пиррола и тиофена
Куда идёт электрофил
Пятичленные гетероциклы замещаются намного быстрее бензола, и почти всегда — в положение 2.
Как предсказать место замещения
- Нарисуйте σ-комплексы атаки в C2 и в C3. После атаки в C2 положительный заряд делокализован по трём атомам (C3, C5 и гетероатом), после атаки в C3 — по двум: C2 выгоднее.
- Если оба α-положения (C2 и C5) заняты, электрофил идёт в C3.
- Заместитель в C2 обычно оставляет следующему электрофилу свободное α-положение C5.
- Реагенты — мягкие (таблица): сильные кислоты полимеризуют фуран и пиррол, \(\ce{AlCl3}\) с алкилгалогенидами не годится.
| Реакция | Реагент | Продукт |
|---|---|---|
| нитрование | \(\ce{HNO3}\) в \(\ce{Ac2O}\), −10 °C | 2-нитро- |
| бромирование | NBS или \(\ce{Br2}\) в диоксане | 2-бром- |
| ацилирование | \(\ce{Ac2O}\) с \(\ce{BF3}\) или \(\ce{SnCl4}\) | 2-ацил- |
| формилирование | \(\ce{POCl3}\), ДМФА | 2-формил- |
| сульфирование | \(\ce{SO3}\)·пиридин; тиофен — \(\ce{H2SO4}\) | сульфокислота |
| Манних, азосочетание | HCHO + \(\ce{R2NH}\); \(\ce{ArN2+}\) (пиррол) | 2-замещённые |
Примеры
1. Пиррол + \(\ce{POCl3}\), ДМФА, затем вода → пиррол-2-карбальдегид (задача Сальникова Д.16.2е).
2. Фуран + \(\ce{Ac2O}\), \(\ce{BF3*OEt2}\) → 2-ацетилфуран.
3. Тиофен + концентрированная \(\ce{H2SO4}\) (25 °C) → тиофен-2-сульфокислота: так каменноугольный бензол очищают от тиофена (Сальников, Д.16.2р).
4. 2,5-Диметилтиофен + \(\ce{Ac2O}\), \(\ce{SnCl4}\) → 3-ацетил-2,5-диметилтиофен.
errorФридель — Крафтс алкилированием не идёт
\(\ce{AlCl3}\) и алкилгалогенид полимеризуют фуран и пиррол. Ацилируют только с мягкими кислотами Льюиса (\(\ce{BF3}\), \(\ce{SnCl4}\), \(\ce{ZnCl2}\)), а пиррол — даже ангидридом без катализатора при нагревании.
edit_noteПопробуйте сами
Куда встанет бром при бромировании 2-метилтиофена NBS?
expand_moreПоказать решение
В C5 — свободное α-положение: 2-бром-5-метилтиофен.
Присоединение, металлирование и восстановление
Кроме замещения, фуран работает как диен, все три гетероцикла металлируются, а тиофен можно «растворить» в цепь алканов.
Как использовать другие реакции
- Фуран — диен: с малеиновым ангидридом, ацетилендикарбоксилатами и аринами даёт мостиковые аддукты; кислота раскрывает кислородный мостик и ароматизирует аддукт в фенол.
- Литирование: BuLi снимает протон у C2 (у пиррола и индола — сначала N–H, поэтому азот защищают). 2-Литиевые производные реагируют с \(\ce{CO2}\), ДМФА, RX, альдегидами.
- Гидрирование (\(\ce{H2}\), Pd или Ni) превращает фуран в тетрагидрофуран, пиррол — в пирролидин; тиофен отравляет платиновые катализаторы.
- Никель Ренея обессеривает тиофен: кольцо превращается в цепь из четырёх атомов углерода, насыщенную водородом.
Примеры
1. Фуран + малеиновый ангидрид (25 °C) → экзо-аддукт — производное 7-оксабицикло[2.2.1]гептена; при нагревании реакция обратима (Сальников, Д.16.2к).
2. Тиофен + BuLi, затем \(\ce{CO2}\) и \(\ce{H3O+}\) → тиофен-2-карбоновая кислота.
3. 2,5-Диметилтиофен + никель Ренея → гексан.
errorПиррол сначала отдаёт протон с азота
BuLi, NaH и реактивы Гриньяра депротонируют N–H пиррола и индола раньше, чем C–H. Чтобы литировать C2, азот защищают: 1-метил-, 1-Boc- или 1-триизопропилсилилпиррол.
edit_noteПопробуйте сами
Что получится из 1-метилпиррола с BuLi, затем с ДМФА и водой?
expand_moreПоказать решение
1-Метилпиррол-2-карбальдегид.
push_pinГлавное
Электрофил атакует C2: катион после атаки в C2 описывают три резонансные структуры, после атаки в C3 — две. Если оба α-положения заняты, замещается C3. Активность пиррол > фуран > тиофен >> бензол, поэтому реагенты берут мягкие и без сильных кислот: нитрование — ацетилнитратом (\(\ce{HNO3}\) в \(\ce{Ac2O}\), −10 °C), бромирование — NBS или \(\ce{Br2}\) в диоксане, ацилирование — ангидридом с \(\ce{BF3}\) или \(\ce{SnCl4}\), формилирование — по Вильсмайеру (\(\ce{POCl3}\), ДМФА), сульфирование — \(\ce{SO3}\)·пиридин (тиофен — даже концентрированной \(\ce{H2SO4}\)); для пиррола — ещё реакция Манниха и азосочетание. Алкилирование по Фриделю — Крафтсу не проводят. BuLi металлирует C2 (у пиррола сначала снимается N–H). Фуран — диен в реакции Дильса — Альдера; гидрирование даёт тетрагидрофуран и пирролидин; никель Ренея удаляет серу тиофена.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.