吲哚

化合物

yǐnduǒ(英語:Indole),又名靛基质,是芳香杂环有机化合物,為双环结构,有环和五元含吡咯环。氮的孤对电子参与形成芳香环,吲哚不是,性质也不同简单的

吲哚
IUPAC名
Indole
别名 2,3-苯并吡咯
识别
CAS号 120-72-9  checkY
PubChem 798
ChemSpider 776
SMILES
 
  • C1(NC=C2)=C2C=CC=C1
InChI
 
  • 1/C8H7N/c1-2-4-8-7(3-1)5-6-9-8/h1-6,9H
InChIKey SIKJAQJRHWYJAI-UHFFFAOYAI
ChEBI 16881
RTECS NL2450000
KEGG C00463
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至54℃;326 K
沸点 253至254℃;526 K
溶解性 1.9 g/L,20 ℃
溶于热水
pKa 16.2
(在DMSO中为21.0)
pKb 17.6
结构
晶体结构 未知
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,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

吲哚在室温是固体。吲哚广泛分布于自然环境中,尤其是类和畜禽粪便中,有强烈粪臭味;但很低浓度的吲哚有像的香味[1],是橘子花等许多花香的成分,煤焦油也會有吲哚。吲哚也用来制造香水

很多有机化合物都有吲哚结构,比如色氨酸及含色氨酸的蛋白质,生物碱及色素也有吲哚结构。

吲哚能亲电取代,多取代于3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

吲哚首次由混合靛蓝和发烟硫酸制得,英名indole由indigo(靛藍)和oleum(发烟硫酸)组成。

历史

 
拜尔在1869年设想的吲哚结构

吲哚化学在研究靛青後开始发展,继而转化为研究靛红,然后是羟吲哚。1866年,阿道夫·冯·拜尔粉将羟吲哚还原为了吲哚[2]。1869年,他假设出吲哚的结构,至今仍廣受认可[3]

直到19世纪末,人们也仅將某些吲哚化合物看成重要染料。20世纪30年代,人们發现吲哚是色氨酸植物激素等很多重要生物碱的核心基团,对吲哚越來越有兴趣,到现在对吲哚的研究仍然很活跃[4]

自然合成

生物苯甲酸合成吲哚。

 
吲哚经由苯甲酸合成并烷基化,得到氨基酸色氨酸。

吲哚是煤焦油的主要成分,其中220至260℃的蒸馏产物是重要的工业原料。

合成

吲哚及其衍生物可由多种原料合成。主流工业路线以苯胺乙二醇为原料,在气相催化反应得到[5][6][7]

 

反应温度控制在200至500℃,产率可高达60%[8]

合成吲哚的反应

化学反应

碱性

不同大多数,吲哚几乎没有碱性。其成键环境与吡咯极为相似,只有盐酸等的强酸才可能将之质子化得到共轭酸,pKa是-3.6。色胺等很多吲哚类化合物在酸中的活性都是由此产生。

亲电取代反应

3位氫最易亲电取代,活性是苯环氫的1013倍。例如Vilsmeier-Haack酰化反应在室温就能于3位碳反应[9]。吡咯环富集电子,往往在1位氮和2、3位碳都取代后,苯环才可能亲电取代

 

芦竹碱是由吲哚、二甲胺甲醛Mannich反应得到的常用中间体。是3-吲哚乙酸色氨酸的前体。

 

氮位氢的酸性和金属有机盐

氮位氢在二甲亞碸中的pKa是21,需要氢化钠丁基锂等非常强的碱才可能在无水环境将之去质子。其金属盐(非常强碱)有两种存在形式。离子难成共价键,负电荷集中在1位氮;(包括Grignard试剂)和(尤其是)可成共价键,负电荷集中在3位碳。类似,在DMFDMSO等极性非质子溶剂中,1位氮易受到亲电试剂进攻;而在甲苯等非极性溶剂中,则是3位碳更活泼[10]

 

碳位氢的酸性和锂化2位碳

2位碳的氢第二酸。若吲哚衍生物的氮受保护,丁基锂或二异丙基氨基钾就专一將2位碳去质子,得到非常强的亲核试剂。Bergman和Venemalm开发出不保护氮即可取代2位氫的反應[11]

 

Alan Katrizky英语Alan R. Katritzky也曾开发出类似技术[12]

氧化

吲哚富电子,很易氧化。氮-溴代丁二酰亚胺可以选择将吲哚氧化为羟吲哚[13]

 

吲哚的环加成反应

只有2位碳和3位碳的π键环加成。吲哚不太倾向分子间环加成,但其衍生物的分子异变却可以有很高产率。例如Padwa et al用Diels-Alder反应合成士的宁的下步中间体。在这反应中,2-氨基呋喃作为双烯体,而吲哚作为亲双烯体

 

吲哚也可以分子内[2+3]和[2+2]环加成反应。

相关化合物

参见

引用

  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英语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. PMID 16011327. doi:10.1021/cr040639b. 
  7. ^ Humphrey, G. R.; Kuethe, J. T. Practical Methodologies for the Synthesis of Indoles. Chem. Rev. 2006, 106 (7): 2875. PMID 16836303. doi:10.1021/cr0505270. 
  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 [2011-06-27]. (原始内容存档于2012-10-02). 
  10. ^ Heaney, H.; Ley, S. V. 1-Benzylindole. Organic Syntheses. 1974, 54: 58 [2011-06-27]. (原始内容存档于2012-10-02). 
  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-b]carbazoles from 2-(Benzotriazol-1-ylmethyl)indole. J. Org. Chem. 1995, 60 (11): 3401–3404 [2011-06-27]. doi:10.1021/jo00116a026. (原始内容存档于2020-03-16). 
  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. PMID 12489950. doi:10.1021/ol027024q. 

外部链接