吲哚

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吲哚
IUPAC名
Indole
别名 2,3-苯并吡咯
识别
CAS号 120-72-9
ChemSpider 776
SMILES
RTECS NL2450000
性质
化学式 C8H7N
摩尔质量 117.15 g·mol⁻¹
外观 白色固体
密度 1.22 g/cm3,固体
熔点 52 - 54℃ (326 K)
沸点 253 - 254℃ (526 K)
溶解性 0.19 g/100 ml (20 ℃)
溶于热水
pKa 16.2
(在DMSO中为21.0)
pKb 17.6
结构
晶体结构  ?
分子构型 平面
偶极矩 2.11 D(在中)
危险性
警示术语 R:R21/22-R37/38-R41-R50/53
安全术语 S:S26-S36/37/39-S60-S61
MSDS [1]
闪点 121℃
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

吲哚是一个芳香杂环有机化合物,是一个双环结构,包含了一个六元环和一个五元含吡咯环。因为氮的孤对电子参与形成芳香环,所以吲哚不是一个,性质也不同于简单的

在室温下,吲哚是一个固体。自然情况下,吲哚存在于类的粪便之中,并且有强烈的粪臭味。然而,在很低的浓度下,吲哚具有类似于的香味[1],是许多花香的组成部分 ,例如橘子花,吲哚也被用来制造香水煤焦油中也能发现吲哚的存在。

在很多有机化合物中能发现吲哚结构,比如色氨酸及含色氨酸的蛋白质,生物碱及色素中也包含有吲哚结构。

吲哚能发生亲电取代反应,多取代于3号位。取代吲哚是许多色胺碱的基础结构,比如神经传递素复合胺,褪黑素迷幻药二甲基色胺5-甲氧基-二甲基色胺LSD。其他的吲哚化合物包括植物生长素(吲哚-3-乙酸),抗炎药物消炎痛(茚甲新)和血管舒张药物心得乐

吲哚的名称indole是由indigo(靛系染料)和oleum(发烟硫酸)所组成,因为吲哚首次制得是通过混合靛蓝和发烟硫酸。

历史[编辑]

拜尔在1869年设想得吲哚的结构

吲哚化学是随着对靛青的研究开始发展的,继而转化为研究靛红,然后是羟吲哚。在1866年,阿道夫·冯·拜尔粉将羟吲哚还原为了吲哚[2]。1869年,他假设出了吲哚的结构,至今仍然被大家公认[3]

直到19世纪末,某些吲哚化合物也仅仅是作为重要的染料来看待。到了20世纪30年代,人们对吲哚的兴趣逐渐增强,因为吲哚作为一个核心基团出现在了很多重要的生物碱中,例如色氨酸植物激素,到现在对于吲哚的研究仍然很活跃[4]

吲哚的合成[编辑]

吲哚是煤焦油的主要成分,其中220-260℃的蒸馏产物是重要的工业原料。吲哚及其衍生物可以被多种原料合成主流的工业路线是以苯胺为原料,在催化剂存在下与乙二醇在气相反应得到[5][6][7]

Reaction of aniline and ethylene glycol to give indole.

反应温度控制在200至500℃,产率可高达60%[8]

合成吲哚的反应[编辑]

吲哚的化学反应[编辑]

碱性[编辑]

不同于大多数,吲哚几乎没有碱性。它的成键环境与吡咯极为相似,只有像盐酸这样的强酸才可能将之质子化,得到的共轭酸的pKa是-3.6。很多吲哚类化合物(如色胺)在酸性环境下的活性都是由此产生的。

亲电取代反应[编辑]

吲哚上最容易发生亲电取代反应的位置是3位,它的活性是其苯环碳的1013倍。例如Vilsmeier-Haack酰化反应在室温下就能于3位碳上发生[9]。由于吡咯环上电子富集,往往在1位氮和2,3位碳都被取代后,苯环上的亲核取代反应才可能发生。

The Vilsmeyer-Haack formylation of indole

芦竹碱是一种由吲哚、二甲亚胺甲醛通过Mannich反应得到的常用中间体。它是3-吲哚乙酸色氨酸的前体。

Synthesis of Gramine from indole

N位氢的酸性和金属有机盐[编辑]

N位氢在DMSO中电离的pKa是21,所以需要非常强的碱,诸如氢化钠或者丁基锂,才有可能在无水环境下将之去质子化。得到的金属有机盐(具有非常强的碱性)有两种存在形式。对于难成共价键的离子,负电荷集中在1位氮上;而对于可以成共价键的(包括Grignard试剂)和(尤其是),负电荷则集中在3位碳上。类似的,在极性非质子溶剂比如DMFDMSO中,1位氮易受到亲电试剂进攻;而在非极性溶剂比如甲苯中,则是3位碳更活泼[10]

Formation and reactions of the indole anion

碳上氢的酸性和2位碳的锂化[编辑]

2位碳上的氢酸性排第二。对于氮被保护了的吲哚衍生物,丁基锂或二异丙基氨基钾就专一地在2位碳上发生去质子反应,得到非常强的亲核试剂。 Bergman 和 Venemalm 开发出了在不保护氮的条件下在2位碳上取代的反应[11]

2-position lithiation of indole

Alan Katrizky 也曾开发出过类似的技术[12]

吲哚的氧化[编辑]

由于吲哚的富电子性,吲哚很容易被氧化。N-溴代丁二酰亚胺可以选择性的将吲哚氧化为羟吲哚[13]

Oxidation of indole by N-bromosuccinimide

吲哚的环加成反应[编辑]

只有2位碳和3位碳上的π键能发生环加成反应。吲哚发生分子间环加成的倾向不高,但其衍生物的分子异变却可以有很高的产率。例如 Padwa et al 通过Diels-Alder反应合成了士的宁的下一步中间体。在这个反应中,2-氨基呋喃作为了双烯体,而吲哚作为亲双烯体

Example of a cycloaddition of indole

吲哚也可以发生分子内的 [2+3] 和 [2+2] 环加成反应。

引用[编辑]

  1. ^ http://www.leffingwell.com/olfact5.htm
  2. ^ Baeyer, A.. Ueber die Reduction aromatischer Verbindungen mittelst Zinkstaub. Ann. 1866, 140 (3): 295. doi:10.1002/jlac.18661400306. 
  3. ^ Baeyer, A.; Emmerling, A. Synthese des Indols. Chemische Berichte. 1869, 2: 679. doi:10.1002/cber.186900201268. 
  4. ^ R. B. Van Order, H. G. Lindwall. Indole. Chem. Rev. 1942, 30: 69–96. doi:10.1021/cr60095a004. 
  5. ^ Gribble G. W. Recent developments in indole ring synthesis—methodology and applications. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 2000, (7): 1045. doi:10.1039/a909834h. 
  6. ^ Cacchi, S.; Fabrizi, G. Synthesis and Functionalization of Indoles Through Palladium-catalyzed Reactions. Chem. Rev. 2005, 105 (7): 2873. doi:10.1021/cr040639b. PMID 16011327. 
  7. ^ Humphrey, G. R.; Kuethe, J. T. Practical Methodologies for the Synthesis of Indoles. Chem. Rev. 2006, 106 (7): 2875. doi:10.1021/cr0505270. PMID 16836303. 
  8. ^ Gerd Collin and Hartmut Höke “Indole” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a14_167.
  9. ^ James, P. N.; Snyder, H. R. Indole-3-aldehyde. Organic Syntheses. 1959, 39: 30. 
  10. ^ Heaney, H.; Ley, S. V. 1-Benzylindole. Organic Syntheses. 1974, 54: 58. 
  11. ^ Bergman, J.; Venemalm, L. Efficient synthesis of 2-chloro-, 2-bromo-, and 2-iodoindole. J. Org. Chem. 1992, 57 (8): 2495. doi:10.1021/jo00034a058. 
  12. ^ Alan R. Katritzky, Jianqing Li, Christian V. Stevens. Facile Synthesis of 2-Substituted Indoles and Indolo[3,2-bcarbazoles from 2-(Benzotriazol-1-ylmethyl)indole]. J. Org. Chem. 1995, 60 (11): 3401–3404. doi:10.1021/jo00116a026. 
  13. ^ Lynch, S. M. ; Bur, S. K.; Padwa, A. Intramolecular Amidofuran Cycloadditions across an Indole π-Bond: An Efficient Approach to the Aspidosperma and Strychnos ABCE Core. Org. Lett. 2002, 4 (26): 4643. doi:10.1021/ol027024q. PMID 12489950. 

参见[编辑]

相关化合物[编辑]