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Organic Chemistry Portal: Paal-Knorr Pyrrole Synthesis
Paal-Knorr-Pyrrol-Synthese
Die Paal-Knorr-Pyrrol-Synthese ist die Kondensation einer 1,4-Dicarbonylverbindung mit einem Überschuss Amin oder Ammoniak zu einem Pyrrol.
Die Reaktion wird unter neutralen oder leicht sauren Bedingungen durchgeführt. Zugabe einer schwachen Säure wie Essigsäure beschleunigt die Reaktion, aber die Verwendung eines Aminhydrochlorid-Salzes oder ein pH unter 3 führen zu Furanen als Hauptprodukt (Paal-Knorr-Furan-Synthese).
Mechanismus
Venkataraman Amarnath hat gezeigt (J. Org. Chem., 1991, 60, 6924), dass meso- und dl-3,4-Diethyl-2,5-hexandione mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten cyclisieren und die stereochemische Konfiguration der offenen Verbindung unter den Reaktionsbedingungen erhalten beibt. Mechanismen die ein Enamin postulieren, bevor es zum Ringschluss kommt, müssen ausgeschlossen werden, da solche Mechanismen immer mit Isomerisierung verbunden wären - wie nachfolgend illustriert:
Wenn die Cyclisierung ausgehend vom Imin erfolgt, das aus einem primären Amin gebildet wurde, so müsste ein geladenes Immonium-Ion als Zwischenstufe resultieren. Amarath versuchte, diese Zwischenstufe mit geeigneten Arylsubstituenten zu stabilisieren und zu destabilisieren.
Die Reaktion mit Ammoniak führt hier nicht über eine geladene Verbindung und ist daher weniger abhängig von der Wahl der Substituenten. Die Arylgruppe hat zudem einen Einfluss auf die Basizität des Imines, mit der elektronenziehenden Nitro-Gruppe, die zu einem reaktiveren Nucleophil führt. Die Reaktionsraten wurden verglichen: Die Nitro-Gruppe hatte in jedem Fall einen positiven Effekt auf die Reaktionsgeschwindigkeit, wohingegen die Methoxygruppe immer zu einer Reaktionsverlangsamung führte. Bei Vergleich der relativen Reaktionsraten für alle Substrate (R: H, Me) konnte keine spezifische Stabilisierung festgestellt werden, die für einen Mechanismus über ein Immoniumion spricht.
Ein Mechanismus, der den Einfluss unterschiedlicher Substitution (meso, dl) und auch den Einfluss der p-Nitrophenylgruppe auf die Reaktionsgeschwindigkeit erklären würde (auch wenn nicht ein Imin als Nucleophil auftritt) beinhaltet die direkte Reaktion eines Aminales, die durch nachfolgende Dehydratisierungen zum Pyrrol führt:
Dieser mechanistische Sachverhalt wird in der Arbeit von Venkataraman Amarnath genauer betrachtet (J. Org. Chem., 1991, 60, 6924).