6. Pyrrol

6.1 Pyrrol ist ein Aromat

Pyrrol ist einer der bekanntesten Vertreter der fünfgliedrigen aromatischen Heterocyclen; hier noch einmal das Bild von der Vorseite mit Pyridin und Pyrrol:

Pyridin und Pyrrol nach dem Orbitalmodell
Autor: Ulrich Helmich 12/2023, Lizenz: siehe Seitenende

Wieso Pyrrol ein Aromat ist, kann man auf dem Bild leicht erkennen. Die vier Kohlenstoff-Atome steuern vier π-Elektronen zum aromatischen System bei, das Stickstoff-Atom zwei. In dem p_z-Orbital des sp²-hybridisierten N-Atoms befinden sich - im Gegensatz zum Pyridin - zwei Elektronen, dafür enthält das sp³-Orbital nur ein Elektron (beim Pyridin sind es zwei). Die (4n+2)-Regel von Hückel wird hiermit also erfüllt.

Das Pyrrol hat keine basischen Eigenschaften, im Gegensatz zum Pyridin, wo das N-Atom ja ein freies Elektronenpaar "nach außen" gerichtet hat.

6.2 Herstellung von Pyrrol

Die industrielle Synthese erfolgt vorwiegend aus Furan. Dieser fünfgliedrige Sauerstoff-Heteroaromat reagiert bei Temperaturen zwischen 300 und 400 ºC mit Ammoniak zu Pyrrol, entsprechende Katalysatoren vorausgesetzt:

Zwei industrielle Verfahren zur Synthese von Pyrrol
Autor: Ulrich Helmich 1/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Das obige Bild zeigt ein zweites industrielles Verfahren zur Herstellung von Pyrrol, nämlich die Dehydrierung von Pyrrolidin.

6.2 Reaktionen des Pyrrols

6.2.1 Pyrrol als Säure

Der Stickstoff im Pyrrol hat zwar ein freies Elektronenpaar, aber dies ist in das aromatische pi-System integriert und steht daher nicht für Lewis-Säuren zur Verfügung.

Das H-Atom, das an das N-Atom gebunden ist, kann dagegen recht leicht abgegeben werden, Pyrrol verhält sich wie eine Brönsted-Säure.

6.2.2 Elektrophile Substitution

Bei der elektrophilen Substitution ist Pyrrol wesentlich reaktiver als beispielsweise Benzol. Das liegt an dem Heteroatom, das die Elektronendichte im Ring erhöht. Allerdings sind nicht alle C-Atome de Pyrrols gleichwertig, was die Reaktionsfreudigkeit angeht. Die folgende Abbildung erklärt, warum vor allem die C-Atome an Position 2 und 5 angegriffen werden:

Die Grenzstrukturen der sigma-Komplexe
Autor: Ulrich Helmich 1/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Sind die C-Atome an Position 2 oder 5 an dem sigma-Komplex beteiligt, wird dieser durch drei Grenzstrukturen stabilisiert. Für die sigma-Komplexe an Positionen 3 und 4 gibt es jedoch nur zwei Grenzstrukturen.