피롤

3. 성질, 구조 및 결합

피리딘과 같은 다른 아민이나 방향족 화합물에 비해 매우 약한 염기성을 지닌다. 양성자가 첨가되면 방향족성이 깨지기 때문이다.^[6] 피롤은 무색의 휘발성 액체로 공기에 노출되면 쉽게 어두워지며, 견과류 냄새가 난다. 푸란과 티오펜과 같은 5원자 고리 방향족 헤테로고리 화합물이다. 푸란과 티오펜과 달리, 이 화합물은 이원자 분자 쪽에 양(+) 전하를 띠는 쌍극자를 가지며, 쌍극자 모멘트는 1.58 D이다. 피롤은 아민으로서는 매우 약한 염기로, 짝산 p''K''_a는 -3.8이다. 또한 N–H 위치에서 약한 산성이며, p''K''_a는 16.5이다.

피롤은 질소 원자의 고립 전자쌍이 고리로 부분적으로 비편재화되어 4''n'' + 2 방향족 시스템을 생성하므로 방향족성을 갖는다. 방향족성 측면에서, 피롤은 벤젠에 비해 적지만 티오펜 및 푸란과 유사하다. 공명 에너지는 벤젠, 피롤, 티오펜, 푸란의 경우 각각 152, 88, 121, 67 kJ/mol (36, 21, 29, 16 kcal/mol)이다.^[7] 분자는 평면형이다.

피롤은 질소 원자를 포함하지만, 그 염기성은 아민이나 피리딘에 비해 훨씬 낮다. 이는 질소 원자의 고립 전자쌍이 환 전체에 비편재화되어 있기 때문이다.

4. 자연에서의 존재

5. 합성

퓨란과 암모니아를 SiO₂, Al₂O₃ 같은 고체산 촉매 존재 하에 반응시키면 피롤을 산업적으로 제조할 수 있다.^[9]

5. 1. 주요 합성법

5. 2. 기타 합성법

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6. 생합성

피롤 고리의 생합성은 아미노레불린산(ALA)에서 시작되며, 이는 글리신과 석시닐-CoA로부터 합성된다. ALA 탈수소효소는 두 개의 ALA 분자를 Knorr형 고리 합성을 통해 축합하여 포르포빌리노젠(PBG)을 형성한다. 이는 나중에 헴, 엽록소와 같은 매크로사이클을 형성하는데 사용된다.^[26]

6. 1. 프롤린으로부터의 생합성

7. 반응성

방향족성 때문에 피롤은 수소화 반응을 겪기 어렵고, 디엔으로 작용하여 디엘스-알더 반응을 쉽게 하지 않으며, 일반적인 올레핀 반응도 겪지 않는다. 피롤의 반응성은 벤젠과 아닐린과 유사하여, 알킬화와 아실화가 쉽다. 산성 조건에서 피롤은 쉽게 산화되어 폴리피롤이 되므로,^[30] 벤젠 화학에서 사용되는 많은 친전자체 시약은 피롤에 적용할 수 없다.

7. 1. 친전자체와의 반응

7. 2. 탈양성자화된 피롤의 반응

7. 3. 환원 반응

7. 4. 고리화 반응

8. 피롤 고리

분자 내에 피롤을 부분 구조로 포함하는 화합물은 매우 많으며, 이 구조를 피롤 고리라고 부른다.

피롤 고리 4개가 탄소 원자 1개씩을 사이에 두고 결합한 고리(테트라피롤 고리)에는 헴(헤모글로빈이나 시토크롬에 포함)의 포르피린 고리, 클로로필의 클로린 고리, 비타민 B12의 코린 고리 등이 있다. 이들은 대부분 내부의 금속을 킬레이트하고 있다. 또한 빌리루빈이나 피코빌린(광합성 색소인 피코시아닌, 피코에리트린 등의 발색단)은 피롤 고리가 4개 직렬된 구조(개환 테트라피롤)를 가지고 있다. 이러한 테트라피롤 화합물은 생체 내 물질에 많으며, 이중 결합이 다수 공액하고 있기 때문에 가시광선을 흡수하여 특유의 색을 나타내는 것이 많다.

다수의 피롤 고리를 결합한 합성 화합물 폴리피롤은 전도성을 나타내며 합성 유기 금속이나 유기 반도체의 재료가 된다.

8. 1. 폴리피롤 합성

9. 상업적 이용

폴리피롤은 상업적 가치가 있다. ''N''-메틸피롤은 제약 화학의 구성 요소인 ''N''-메틸피롤카르복실산의 전구체이다.^[9] 피롤은 아토르바스타틴, 케토롤락, 수니티닙을 포함한 여러 약물에서 발견된다. 피롤은 내광성 적색, 스칼렛, 코치닐 안료로 사용된다.^[40][41]

10. 유사체 및 유도체

피롤의 구조적 유사체는 다음과 같다.

• 피롤린은 이중 결합이 하나 있는 부분 포화 유사체이다.
• 피롤리딘은 포화 수소화 유사체이다.

참조

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