Heterociclos aromáticos de cinco eslabones: pirrol, furano y tiofeno
En el pirrol, el furano y el tiofeno, el heteroátomo aporta un par de electrones al sistema π: seis electrones repartidos entre cinco átomos. Son heterociclos π-excedentes, mucho más reactivos que el benceno frente a los electrófilos, que atacan preferentemente el C2. Su aromaticidad, menor que la del benceno, decrece en el orden tiofeno > pirrol > furano.
Estructura y aromaticidad
Los cuatro carbonos aportan un electrón π cada uno, y el heteroátomo, un par libre, que deja así de estar disponible: el pirrol no es básico en el nitrógeno. El oxígeno, muy electronegativo, cede su par a regañadientes, y el furano es el menos aromático de los tres; el azufre, menos electronegativo y más polarizable, hace del tiofeno el más parecido al benceno. Repasa los compuestos heteroaromáticos y la aromaticidad en La Química Orgánica Transparente.
La baja aromaticidad del furano se nota en su reactividad: actúa como dieno en la reacción de Diels-Alder (con el anhídrido maleico da el aducto exo) y en medio ácido acuoso se abre a compuestos 1,4-dicarbonílicos, la reacción inversa de la síntesis de Paal-Knorr. El NH del pirrol es débilmente ácido (pKa ≈ 17,5) y puede desprotonarse con NaH o con butillitio para alquilar el nitrógeno.
Sustitución electrófila
El pirrol reacciona con los electrófilos tan deprisa como un fenóxido o una anilina, y el orden de reactividad es pirrol > furano > tiofeno ≫ benceno. El ataque se produce en C2 porque el complejo σ resultante reparte la carga positiva entre tres átomos, uno de ellos el heteroátomo; el ataque en C3 solo permite dos formas resonantes. Repasa el mecanismo de la SEAr.
Esa misma reactividad obliga a usar reactivos suaves. Los ácidos fuertes protonan el pirrol y el furano en C2 y los polimerizan, y los halógenos dan productos polihalogenados: el pirrol y el bromo dan el 2,3,4,5-tetrabromopirrol. En lugar de la mezcla sulfonítrica se usa nitrato de acetilo; en lugar del cloruro de aluminio, anhídridos con ácidos de Lewis débiles, o la formilación de Vilsmeier-Haack.
Metalación
El butillitio arranca el protón del C2 del furano y del tiofeno, más ácido que los demás por la proximidad del heteroátomo. Los 2-litio derivados reaccionan con electrófilos o se transforman en ácidos borónicos y estannanos para los acoplamientos cruzados. El pirrol se protege antes en el nitrógeno (con Boc o con un grupo fenilsulfonilo) para litiarlo en C2. El tiofeno es tan estable que forma parte de muchos fármacos como sustituto del benceno (bioisóstero).
El pirrol fue aislado en 1834 por Friedlieb Ferdinand Runge del alquitrán de hulla. Cuatro anillos de pirrol unidos por puentes de metino forman las porfirinas del grupo hemo y de la clorofila.