吲哚

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋
吲哚
IUPAC名
Indole
別名 2,3-苯並吡咯
識別
CAS號 120-72-9
ChemSpider 776
SMILES
RTECS NL2450000
性質
化學式 C8H7N
摩爾質量 117.15 g·mol⁻¹
外觀 白色固體
密度 1.22 g/cm3,固體
熔點 52 - 54℃ (326 K)
沸點 253 - 254℃ (526 K)
溶解性 0.19 g/100 ml (20 ℃)
溶於熱水
pKa 16.2
(在DMSO中為21.0)
pKb 17.6
結構
晶體結構  ?
分子構型 平面
偶極矩 2.11 D(在中)
危險性
警示術語 R:R21/22-R37/38-R41-R50/53
安全術語 S:S26-S36/37/39-S60-S61
MSDS [1]
閃點 121℃
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

吲哚是一個芳香雜環有機化合物,是一個雙環結構,包含了一個六元環和一個五元含吡咯環。因為氮的孤對電子參與形成芳香環,所以吲哚不是一個,性質也不同於簡單的

在室溫下,吲哚是一個固體。自然情況下,吲哚存在於類的糞便之中,並且有強烈的糞臭味。然而,在很低的濃度下,吲哚具有類似於的香味[1],是許多花香的組成部分 ,例如橘子花,吲哚也被用來製造香水煤焦油中也能發現吲哚的存在。

在很多有機化合物中能發現吲哚結構,比如色氨酸及含色氨酸的蛋白質,生物鹼及色素中也包含有吲哚結構。

吲哚能發生親電取代反應,多取代於3號位。取代吲哚是許多色胺鹼的基礎結構,比如神經傳遞素複合胺,褪黑素迷幻藥二甲基色胺5-甲氧基-二甲基色胺LSD。其他的吲哚化合物包括植物生長素(吲哚-3-乙酸),抗炎藥物消炎痛(茚甲新)和血管舒張藥物心得樂

吲哚的名稱indole是由indigo(靛系染料)和oleum(發煙硫酸)所組成,因為吲哚首次製得是通過混合靛藍和發煙硫酸。

歷史[編輯]

拜爾在1869年設想得吲哚的結構

吲哚化學是隨着對靛青的研究開始發展的,繼而轉化為研究靛紅,然後是羥吲哚。在1866年,阿道夫·馮·拜爾粉將羥吲哚還原為了吲哚[2]。1869年,他假設出了吲哚的結構,至今仍然被大家公認[3]

直到19世紀末,某些吲哚化合物也僅僅是作為重要的染料來看待。到了20世紀30年代,人們對吲哚的興趣逐漸增強,因為吲哚作為一個核心基團出現在了很多重要的生物鹼中,例如色氨酸植物激素,到現在對於吲哚的研究仍然很活躍[4]

吲哚的合成[編輯]

吲哚是煤焦油的主要成分,其中220-260℃的蒸餾產物是重要的工業原料。吲哚及其衍生物可以被多種原料合成主流的工業路線是以苯胺為原料,在催化劑存在下與乙二醇在氣相反應得到[5][6][7]

Reaction of aniline and ethylene glycol to give indole.

反應溫度控制在200至500℃,產率可高達60%[8]

合成吲哚的反應[編輯]

吲哚的化學反應[編輯]

鹼性[編輯]

不同於大多數,吲哚幾乎沒有鹼性。它的成鍵環境與吡咯極為相似,只有像鹽酸這樣的強酸才可能將之質子化,得到的共軛酸的pKa是-3.6。很多吲哚類化合物(如色胺)在酸性環境下的活性都是由此產生的。

親電取代反應[編輯]

吲哚上最容易發生親電取代反應的位置是3位,它的活性是其苯環碳的1013倍。例如Vilsmeier-Haack醯化反應在室溫下就能於3位碳上發生[9]。由於吡咯環上電子富集,往往在1位氮和2,3位碳都被取代後,苯環上的親核取代反應才可能發生。

The Vilsmeyer-Haack formylation of indole

蘆竹鹼是一種由吲哚、二甲亞胺甲醛通過Mannich反應得到的常用中間體。它是3-吲哚乙酸色氨酸的前體。

Synthesis of Gramine from indole

N位氫的酸性和金屬有機鹽[編輯]

N位氫在DMSO中電離的pKa是21,所以需要非常強的鹼,諸如氫化鈉或者丁基鋰,才有可能在無水環境下將之去質子化。得到的金屬有機鹽(具有非常強的鹼性)有兩種存在形式。對於難成共價鍵的離子,負電荷集中在1位氮上;而對於可以成共價鍵的(包括Grignard試劑)和(尤其是),負電荷則集中在3位碳上。類似的,在極性非質子溶劑比如DMFDMSO中,1位氮易受到親電試劑進攻;而在非極性溶劑比如甲苯中,則是3位碳更活潑[10]

Formation and reactions of the indole anion

碳上氫的酸性和2位碳的鋰化[編輯]

2位碳上的氫酸性排第二。對於氮被保護了的吲哚衍生物,丁基鋰或二異丙基氨基鉀就專一地在2位碳上發生去質子反應,得到非常強的親核試劑。 Bergman 和 Venemalm 開發出了在不保護氮的條件下在2位碳上取代的反應[11]

2-position lithiation of indole

Alan Katrizky 也曾開發出過類似的技術[12]

吲哚的氧化[編輯]

由於吲哚的富電子性,吲哚很容易被氧化。N-溴代丁二醯亞胺可以選擇性的將吲哚氧化為羥吲哚[13]

Oxidation of indole by N-bromosuccinimide

吲哚的環加成反應[編輯]

只有2位碳和3位碳上的π鍵能發生環加成反應。吲哚發生分子間環加成的傾向不高,但其衍生物的分子異變卻可以有很高的產率。例如 Padwa et al 通過Diels-Alder反應合成了士的寧的下一步中間體。在這個反應中,2-氨基呋喃作為了雙烯體,而吲哚作為親雙烯體

Example of a cycloaddition of indole

吲哚也可以發生分子內的 [2+3] 和 [2+2] 環加成反應。

引用[編輯]

  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. 

參見[編輯]

相關化合物[編輯]