Индол его строение и свойства в состав какой аминокислоты входит индол

Индол представляет собой ароматическое гетероциклическое органическое соединение с формулой C 8 H 7 N . Он имеет бициклическую структуру, состоящую из шестичленного бензольного кольца, конденсированного с пятичленным пиррольным кольцом. Индол широко распространен в естественной среде и может вырабатываться различными бактериями . Как межклеточная сигнальная молекула , индол регулирует различные аспекты физиологии бактерий, включая образование спор , стабильность плазмиды , устойчивость к лекарствам , образование биопленок и вирулентность . Аминокислота триптофан вл етс производное индола и предшественником нейротрансмиттера серотонина .

Общие свойства и появление

Индол находится в твердом состоянии при комнатной температуре. Он естественным образом встречается в человеческих фекалиях и имеет сильный запах фекалий . Однако при очень низких концентрациях он имеет цветочный запах и входит в состав многих духов . Это также происходит в каменноугольной смоле .

Соответствующий заместитель называется индолилом .

Индол подвергается электрофильному замещению , в основном в положении 3 (см. Диаграмму справа). Замещенные индолы являются структурными элементами (а для некоторых соединений – синтетическими предшественниками) алкалоидов триптамина, полученных из триптофана , в том числе нейромедиаторов серотонина и мелатонина , а также природных психоделических препаратов диметилтриптамина и псилоцибина . Другие индольные соединения включают ауксин растительного гормона (индолил-3-уксусную кислоту, ИУК ), триптофол , противовоспалительный препарат индометацин и бета-блокатор пиндолол .

Имя индол является портманто из слов тх УГОВ и оле мкм , так как индол был впервые выделен обработкой красителя индиго с олеумом.

История

Химия индолов начала развиваться с изучением красителя индиго . Индиго можно превратить в изатин, а затем в оксиндол . Затем, в 1866 году, Адольф фон Байер восстановил оксиндол до индола, используя цинковую пыль. В 1869 году он предложил формулу индола (слева).

Некоторые производные индола были важными красителями до конца XIX века. В 1930-х годах интерес к индолу усилился, когда стало известно, что индольный заместитель присутствует во многих важных алкалоидах (например, триптофане и ауксинах ), и сегодня он остается активной областью исследований.

Биосинтез и функция

Индол биосинтезируется в шикиматном пути через антранилат . Он является промежуточным звеном в биосинтезе триптофана , где он остается внутри молекулы триптофансинтазы между удалением 3-фосфоглицеральдегида и конденсацией с серином . Когда в клетке необходим индол, он обычно производится из триптофана триптофаназой .

Как межклеточная сигнальная молекула , индол регулирует различные аспекты физиологии бактерий, включая образование спор , стабильность плазмиды , устойчивость к лекарствам , образование биопленок и вирулентность . Ряд производных индола выполняет важные клеточные функции, включая нейротрансмиттеры, такие как серотонин .

Синтетические маршруты

Индол и его производные также можно синтезировать множеством методов.

Основные промышленные маршруты начинаются с анилина через парофазную реакцию с этиленгликолем в присутствии катализаторов :

Обычно реакции проводят при температуре от 200 до 500 ° C. Урожайность может достигать 60%. Другие предшественники индола включают формилтолуидин , 2-этиланилин и 2- (2-нитрофенил) этанол, все из которых подвергаются циклизации .

Синтез индола Леймгрубера-Батчо

Индол синтез Leimgruber-Batcho является эффективным методом синтеза индола и замещенных индолов. Этот метод, впервые описанный в патенте 1976 г., является высокоэффективным и может генерировать замещенные индолы. Этот метод особенно популярен в фармацевтической промышленности , где многие фармацевтические препараты состоят из специально замещенных индолов.

Синтез индола по Фишеру

Одним из старейших и наиболее надежных методов синтеза замещенных индолов является синтез индола Фишера , разработанный в 1883 году Эмилем Фишером . Хотя синтез индола сам по себе проблематичен с использованием синтеза индола Фишера, он часто используется для получения индолов, замещенных в 2- и / или 3-положениях. Индол все еще может быть синтезирован с использованием синтеза индола Фишера путем взаимодействия фенилгидразина с пировиноградной кислотой с последующим декарбоксилированием образовавшейся индол-2-карбоновой кислоты. Это также было выполнено в однореакторном синтезе с использованием микроволнового излучения.

Другие индолообразующие реакции

• Синтез индола Бартоли
• Синтез индола Бишлера – Мёлау
• Синтез индола Фукуяма
• Синтез индола по Гассману
• Геметсбергерский синтез индола
• Ларок синтез индола
• Синтез маделунга
• Синтез индола Неницеску
• Reissert синтез индола
• Синтез индола Байера-Эммерлинга
• В реакции Дильса-Риза диметилацетилендикарбоксилат реагирует с 1,2-дифенилгидразином с образованием аддукта, который в ксилоле дает диметилиндол-2,3-дикарбоксилат и анилин . С другими растворителями образуются другие продукты: с ледяной уксусной кислотой – пиразолон , а с пиридином – хинолин .

Химические реакции индола

Основность

В отличие от большинства аминов , индол не является основным : как и пиррол , ароматический характер кольца означает, что неподеленная пара электронов на атоме азота недоступна для протонирования. Однако сильные кислоты, такие как соляная кислота, могут протонировать индол. Индол в основном протонируется по C3, а не по N1, из-за енаминоподобной реакционной способности части молекулы, расположенной за пределами бензольного кольца. Протонированная форма имеет p K a -3,6. Чувствительность многих индольных соединений (например, триптаминов ) в кислых условиях вызвана этим протонированием.

Электрофильное замещение

Наиболее реакционной позицией на индоле для электрофильного ароматического замещения является C3, который в 10 13 раз более реактивен, чем бензол . Например, он алкилируется фосфорилированным серином в процессе биосинтеза аминокислоты триптофана. Вильсмайер-Хаак формилирование индола будет иметь место при комнатной температуре исключительно на C3.

Поскольку пиррольное кольцо является наиболее реакционной частью индола, электрофильное замещение карбоциклического (бензольного) кольца обычно происходит только после замещения N1, C2 и C3. Заслуживающее внимания исключение возникает, когда электрофильное замещение проводится в условиях, достаточно кислых, чтобы полностью протонировать C3. В этом случае C5 является наиболее частым местом электрофильной атаки.

Грамин , полезный синтетический промежуточный продукт, получают по реакции Манниха индола с диметиламином и формальдегидом . Это предшественник индол-3-уксусной кислоты и синтетического триптофана.

N – H кислотность и металлоорганические анионные комплексы индола

N – H-центр имеет ap K a в ДМСО 21 , поэтому для полного депротонирования требуются очень сильные основания, такие как гидрид натрия или н- бутиллитий, и условия отсутствия воды . Полученные металлоорганические производные могут реагировать двумя способами. Более ионные соли, такие как соединения натрия или калия, имеют тенденцию реагировать с электрофилами при азоте-1, тогда как более ковалентные соединения магния ( индольные реактивы Гриньяра ) и (особенно) комплексы цинка имеют тенденцию реагировать на углероде 3 (см. Рисунок ниже). Аналогичным образом полярные апротонные растворители, такие как ДМФА и ДМСО, склонны способствовать атаке азота, тогда как неполярные растворители, такие как толуол, способствуют атаке C3.

Углеродная кислотность и литиирование C2

После протона N – H водород в точке C2 является следующим по кислотности протоном индола. Реакция N- защищенных индолов с бутиллитием или диизопропиламидом лития приводит к литированию исключительно в положении C2. Этот сильный нуклеофил затем можно использовать как таковой с другими электрофилами.

Бергман и Венемальм разработали технику литиирования 2-положения незамещенного индола, как и Катрицки.

Окисление индола

Из-за того, что индол богат электронами, он легко окисляется . Простые окислители, такие как N- бромсукцинимид, будут избирательно окислять индол 1 до оксиндола ( 4 и 5 ).

Циклоприсоединения индола

Только пи-связь C2 – C3 индола способна к реакциям циклоприсоединения . Внутримолекулярные варианты часто более продуктивны, чем межмолекулярные циклоприсоединения. Например, Padwa et al. разработали эту реакцию Дильса-Альдера для образования передовых промежуточных соединений стрихнина . В этом случае 2-аминофуран представляет собой диен , а индол – диенофил . Индолы также претерпевают внутримолекулярные [2 + 3] и [2 + 2] циклоприсоединения.

Несмотря на посредственные выходы, межмолекулярные циклоприсоединения производных индола хорошо задокументированы. Одним из примеров является реакция Пикте-Шпенглера между производными триптофана и альдегидами , которая дает смесь диастереомеров , приводящую к снижению выхода желаемого продукта.

Гидрирование

Индолы подвержены гидрированию иминной субъединицы.

Смотрите также

• Индол-3-масляная кислота
• Индоловый тест
• Изоиндол
• Изоиндолин
• Мартине синтез диоксиндола
• Скатол (3-метилиндол)
• Stollé синтез
• Триптамин

Ссылки

Общие ссылки

• Хулихан, WJ, изд. (1972). Индолы, часть первая . Нью-Йорк: Wiley Interscience.
• Сандберг, Р.Дж. (1996). Индолы . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 978-0-12-676945-6.
• Джоуль, JA; Миллс, К. (2000). Гетероциклическая химия . Оксфорд, Великобритания: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05453-4.
• Джоуль, Дж. (2000). EJ, Томас (ред.). Наука синтеза . 10 . Штутгарт: Тиме. п. 361. ISBN. 978-3-13-112241-4.
• Schoenherr, H .; Лейтон, Дж. Л. (2012). «Прямые и высокоэнантиоселективные реакции изо-Пикте-Шпенглера с α-кетоамидами: доступ к малоизученным структурам ядра индола». Орг. Lett . 14 (10): 2610–3. DOI : 10.1021 / ol300922b . PMID  22540677 .

внешние ссылки

• Синтез индолов (обзор новейших методов)
• Синтез и свойства индолов на chemsynthesis.com