Синтез Пааля — Кнорра — Органическая химия для олимпиад

Синтез Пааля — Кнорра

8 заданий

Три гетероцикла из одного дикетона

linkОпора

Синтез Пааля — Кнорра — самый прямой путь к пятичленным гетероциклам урока 351. Амин присоединяется к двум группам C=O 1,4-дикетона так же, как при образовании имина (урок 238), а кислота или сульфид фосфора замыкают тот же дикетон в фуран или тиофен. Так из одного исходного вещества получаются три разных кольца.

Как получить гетероцикл по Паалю — Кнорру

  1. Найдите в исходном веществе две группы C=O в положении 1,4.
  2. Выберите реагент: кислота (TsOH, \(\ce{H2SO4}\), \(\ce{P2O5}\)) даёт фуран; аммиак, ацетат или карбонат аммония или первичный амин — пиррол; \(\ce{P4S10}\) или реагент Лавессона — тиофен.
  3. Карбонильные атомы станут атомами C2 и C5 вместе со своими заместителями, атомы между ними — C3 и C4, а гетероатом замкнёт кольцо.
  4. Азот первичного амина входит в кольцо вместе со своим заместителем, и получается 1-замещённый пиррол.
Синтез Пааля — Кнорра: пиррол, фуран и тиофен из гексан-2,5-диона
Синтез Пааля — Кнорра: пиррол, фуран и тиофен из гексан-2,5-диона

Примеры

1. Заместитель у C3. 3-Метилгексан-2,5-дион с ацетатом аммония даёт 2,3,5-триметилпиррол: метильная группа из середины цепи оказывается у атома C3.

Заместитель цепи остаётся у C3
Заместитель цепи остаётся у C3

2. Тиофен. Нонан-4,7-дион с сульфидом фосфора \(\ce{P4S10}\) при нагревании даёт 2,5-дипропилтиофен.

Сульфид фосфора замыкает тиофен
Сульфид фосфора замыкает тиофен

errorГруппы C=O должны стоять в положении 1,4

1,3-Дикетон с аммиаком даёт не пиррол, а енаминокетон, а с гидразином — пиразол (урок 356); 1,5-дикетон с аммиаком замыкается в шестичленный цикл (урок 358).

edit_noteПопробуйте сами

Сколько атомов углерода окажется в кольце пиррола, полученного из гексан-2,5-диона и метиламина, и сколько — вне кольца?

expand_moreПоказать решение

В кольце четыре атома углерода, а вне кольца три: две метильные группы у C2 и C5 и метил у атома азота.

Механизм и ретросинтез

Чтобы спланировать синтез, пятичленный гетероцикл мысленно раскрывают обратно в 1,4-дикарбонильное соединение. Гетероатом и два соседних атома углерода подсказывают, где стояли карбонильные группы. А механизм реакции объясняет, почему вторичный амин пиррол не даёт.

Как найти 1,4-дикетон для заданного гетероцикла

  1. Отметьте гетероатом и два соседних атома углерода (C2 и C5): это бывшие карбонильные атомы.
  2. Мысленно разорвите связи гетероатома с C2 и C5 и поставьте на эти атомы группы C=O: получится 1,4-дикарбонильное соединение.
  3. Соберите дикарбонильное соединение известными реакциями: алкилированием ацетоуксусного эфира α-галогенкетоном (затем гидролиз и декарбоксилирование), алкилированием енамина или реакцией Штеттера (альдегид и енон с тиазолиевым катализатором).
  4. В механизме образования пиррола амин присоединяется к одной группе C=O (полуаминаль), азот атакует вторую группу и замыкает 2,5-дигидроксипирролидин, а две дегидратации дают ароматический пиррол.
\[\ce{CH3CO(CH2)2COCH3 + CH3NH2 -> C7H11N + 2H2O}\]

Примеры

1. Фуран с четырьмя заместителями. 3,4-Диэтил-2,5-диметилфуран раскрывается в 3,4-диэтилгексан-2,5-дион, который кислота замыкает обратно в фуран.

Заместители C3 и C4 приходят из середины цепи
Заместители C3 и C4 приходят из середины цепи

2. Сборка дикетона. Ацетоуксусный эфир алкилируют хлорацетоном в присутствии этилата натрия, а гидролиз и декарбоксилирование дают гексан-2,5-дион.

Сборка 1,4-дикетона
Сборка 1,4-дикетона

errorВторичный амин пиррол не даёт

Атом азота пиррола связан с тремя атомами: C2, C5 и заместителем. У вторичного амина уже две связи с углеродом, и после замыкания кольца азоту не хватает связи для ароматизации: получается иминиевый ион или енамин.

edit_noteПопробуйте сами

Какой 1,4-дикетон нужен для 3-метил-2,5-дифенилфурана?

expand_moreПоказать решение

2-Метил-1,4-дифенилбутан-1,4-дион \(\ce{C6H5COCH(CH3)CH2COC6H5}\).

push_pinГлавное

1,4-Дикарбонильное соединение замыкается в пятичленный гетероцикл: с кислотой (TsOH, \(\ce{P2O5}\)) — в фуран, с аммиаком, первичным амином или ацетатом аммония — в пиррол (заместитель у азота — из амина), с \(\ce{P4S10}\) или реагентом Лавессона — в тиофен. Механизм для пиррола: амин присоединяется к одной группе C=O (полуаминаль), азот атакует вторую (циклический 2,5-дигидроксипирролидин), уходят две молекулы воды. Ретросинтез: заместители при C2 и C5 — от двух карбонильных групп, при C3 и C4 — от атомов между ними; 1,4-дикетон собирают из ацетоуксусного эфира и α-галогенкетона, из енамина и α-галогенкетона или реакцией Штеттера. Вторичный амин пиррола не даёт.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.