Quelltext der Seite Paal-Knorr-Synthese

Die '''Paal-Knorr-Synthese''' ist eine [[Namensreaktion]] der [[Organische Chemie|organischen Chemie]], die 1884 von [[Ludwig Knorr (Chemiker)|Ludwig Knorr]] und [[Carl Paal]] erstmals beschrieben wurde.<ref>{{Literatur |Autor=Zero Wang |Hrsg= |Titel=Comprehensive Organic Name Reactions an Reagents |Band=3 Bände |Verlag=John Wiley & Sons |Ort= |Datum=2009 |ISBN=978-0-471-70450-8 |Seiten=2107}}</ref> Das Verfahren dient der [[Synthese (Chemie)|Synthese]] von fünfgliedrigen [[Heterocyclen]], also substituierten [[Furane (Stoffgruppe)|Furanen]], [[Thiophene]]n und [[Pyrrole]]n, ausgehend von 1,4-[[Diketone]]n (γ-Diketonen).<ref>{{cite journal| title = Synthese von Thiophen- und Pyrrolderivaten| author = [[Carl Paal]]| journal = Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft| volume = 18| issue = 1| pages = 367–371| year = 1885| doi = 10.1002/cber.18850180175 }}</ref><ref>{{cite journal| title = Einwirkung des Diacetbernsteinsäureesters auf Ammoniak und primäre Aminbasen| author = [[Ludwig Knorr (Chemiker)|Ludwig Knorr]].| journal =Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft| volume = 18| issue = 1| pages = 299–311| year = 1885| doi = 10.1002/cber.18850180154 }}</ref>

== Übersichtsreaktionen ==
Bei der Paal-Knorr-Synthese werden 1,4-Diketone entweder mit Säurekatalysatoren, Aminen oder [[Phosphor(V)-sulfid]] zu [[heteroaromat]]ischen Heterocyclopentadienen umgesetzt.

* Die ''Furan-Synthese'' benötigt Säurekatalysatoren,<ref>T.L. Gilchrist: ''Heterocyclic chemistry.'' ISBN 0-582-01421-2.</ref> es entstehen 2,5-disubstituierte Furane:

:: [[Datei:Paal-Knorr-Furan-Synthesis overview.svg|rahmenlos|hochkant=1.6|zentriert|Übersichtsreaktion der Paal-Knorr-Furan-Synthese]]

* Bei der ''Pyrrol-Synthese'' entstehen durch den Einsatz von [[Primär (Chemie)|primären]]  [[Amine]]n 2,5-substituierte Pyrrole:

:: [[Datei:Paal-Knorr-Pyrrol-Synthesis overview.svg|rahmenlos|hochkant=1.7|zentriert|Übersichtsreaktion der Paal-Knorr-Pyrrol-Synthese]]

* Für die Herstellung 2,5-disubstituierter ''Thiophene'' wird [[Phosphor(V)-sulfid]] benötigt:

:: [[Datei:Paal-Knorr-Thiophen-Synthesis overview.svg|rahmenlos|hochkant=1.6|zentriert|Übersichtsreaktion der Thiophen-Synthese aus 1,4-Diketonen]]

Bei den Verbindungen sind die Reste R diverse [[Organylgruppe|Organylreste]], z. B. [[Alkylrest]]e.

== Mechanismus ==
=== Furan-Synthese ===
Im ersten Schritt wird eine [[Carbonylgruppe]] des Diketons '''1''' [[Protonierung|protoniert]], wodurch das Kation '''2''' gebildet wird. Im darauffolgenden Schritt wird das Sauerstoffatom der anderen Carbonylgruppe nukleophil unter Ringschluss an die protonierte Carbonylgruppe addiert. Gleichzeitig spaltet sich ein [[Proton]] ab, wodurch das Hydroxyfuran '''3''' entsteht:

[[Datei:Paal-Knorr-Furan-Synthesis mechanism1.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.6|Mechanismus der Paal-Knorr-Furan-Synthese, Teil 1]]

Die [[Hydroxygruppe]] des Hydroxyfurans '''3''' wird protoniert, sodass die reaktive Zwischenstufe '''4''' gebildet wird. Diese reagiert durch [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] und [[Deprotonierung]] weiter zum Furan '''5''':<ref>{{Literatur |Autor=László Kürti, Barbara Czakó |Titel=Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis |Verlag=Elsevier Science & Technology Books |Datum=2005 |ISBN=0-12-369483-3 |Seiten=498}}</ref>

[[Datei:Paal-Knorr-Furan-Synthesis mechanism2.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.6|Mechanismus der Paal-Knorr-Furan-Synthese, Teil 2]]

=== Pyrrol-Synthese ===
Nach Amaraths Veröffentlichung findet der Mechanismus wahrscheinlich als direkte Einführung eines [[Halbaminal]]s statt. Gestützt wird diese Annahme von seinen Forschungsergebnissen, nach denen die stereochemische Konfiguration der Ausgangsverbindung erhalten bleibt.<ref>{{Literatur |Autor=Venkataraman Amarnath, Douglas C. Anthony, Kalyani Amarnath, William M. Valentine, Lawrence A. Wetterau, Doyle G. Graham |Titel=Intermediates in the Paal-Knorr synthesis of pyrroles |Sammelwerk=[[The Journal of Organic Chemistry]] |Band=56 |Nummer=24 |Datum=1991 |Seiten=6924–6931 |DOI=10.1021/jo00024a040}}</ref>

Es ist anzunehmen, dass zunächst eine [[nukleophile Addition]] des [[Amine|Amins]] als Nukleophil an das Kohlenstoffatom einer [[Carbonylgruppe]] des [[Diketon]]s '''1''' erfolgt. Es entsteht eine reaktive Zwischenstufe '''2''', die durch Protonentransfer zum [[Ketoaminol]] '''3''' reagiert. Dieses Ketoaminol kann auch als Halbaminal bezeichnet werden, wenn man den Stickstoff mit der Hydroxygruppe vordergründig betrachtet.

[[Datei:Paal-Knorr-Pyrrol-Synthesis mechanism.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.9|Mechanismus der Paal-Knorr-Pyrrol-Synthese]]

Im nächsten Schritt findet eine weitere nukleophile Addition statt. Der Stickstoff des Aminols '''3''' wird unter Ringschluss nukleophil an die zweite Carbonylgruppe addiert und reagiert zu einer polaren Zwischenstufe '''4'''. Durch Protonierung des Sauerstoffatoms mit gleichzeitiger Deprotonierung des Stickstoffs, bildet sich das Diaminol '''5'''. Unter [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] entsteht das Pyrrolderivat '''6'''.<ref>{{Literatur |Autor=[[Adalbert Wollrab]] |Hrsg= |Titel=Organische Chemie |Verlag=Springer-Verlag |Ort= |Datum=1999 |ISBN=3-540-43998-6 |Seiten=850}}</ref>

=== Thiophen-Synthese ===
Ein möglicher Mechanismus der Synthese eines Thiophens wurde von Foye vorgeschlagen.<ref name="Foye">{{Literatur |Autor=E. Campaigne, William O. Foye |Titel=The Synthesis of 2,5-Diarylthiophenes |Sammelwerk=[[The Journal of Organic Chemistry]] |Band=17 |Nummer=10 |Datum=1952 |Seiten=1405–1412 |DOI=10.1021/jo50010a023}}</ref>

[[Datei:Paal-Knorr-Thiophen-Synthesis mechanism1.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.8|Mechanismus der Thiophen-Synthese (Teil 1)]]

Zunächst wird das 1,4-Diketon '''1''' mit [[Phosphor(V)-sulfid]] versetzt. Phosphorpentasulfid ist ein Thionierungs- und Dehydratisierungs-Reagenz, was die Bildung von Furan begünstigen könnte. Jedoch hat Foye experimentell herausgefunden, dass Furan kein Zwischenprodukt der Thiophen-Synthese ist.<ref name="Foye" /> Durch die Einführung von Schwefel in die Dicarbonylverbindung '''1''' reagiert diese zum Thioketon '''2'''. Das Sauerstoffatom wird protoniert, sodass das Kation '''3''' gebildet wird.

[[Datei:Paal-Knorr-Thiophen-Synthesis mechanism2.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.8|Mechanismus der Thiophen-Synthese (Teil 2)]]

Der Schwefel greift das Kohlenstoffatom der Hydroxygruppe nukleophil an, worauf unter Deprotonierung der Verbindung '''3''' das heterocyclische Thiohalbacetal '''4''' entsteht. Dessen [[Dehydratisierung (Chemie)|Abspaltung von Wasser]] erfolgt unter Bildung des 2,5-disubstituierten Thiophens '''5'''.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Paal–Knorr synthesis|Paal-Knorr-Synthese}}
* [https://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/paal-knorr-furan-synthese.htm Paal-Knorr-Furan-Synthese]
* [https://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/paal-knorr-pyrrol-synthese.htm Paal-Knorr-Pyrrol-Synthese]
* [https://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/paal-knorr-thiophen-synthese.htm Paal-Knorr-Thiophen-Synthese]

[[Kategorie:Namensreaktion]]