吲哚

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吲哚
IUPAC名
Indole
別名 2,3-苯並吡咯
識別
CAS號 120-72-9
ChemSpider 776
SMILES
C1(NC=C2)=C2C=CC=C1
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)
溶解度 0.19 g/100 ml (20 ℃)​​
溶於熱水
危險性
警示 R:Template:R21/22-Template:R37/38-Template:R41-Template:R50/53
安全警告 S:Template:S26-Template:S36/37/39-Template:S60-Template:S61
MSDS [1]
閃點 121℃
如果無講明,所有數據都係指25 °C,100 kPa嘅時候嘅情況。

吲哚(讀音:jan⁵ do²)係一個芳香雜環有機化合物,係一個雙環結構,包含咗一個六元環同一個五元含吡咯環。因為氮嘅孤對電子參與形成芳香環,所以吲哚唔係一個,性質亦唔同簡單嘅

喺室溫下,吲哚係一個固體。自然情況下,吲哚存在喺類嘅糞便之中,並且有強烈嘅屎臭味。然而,喺好低嘅濃度下,吲哚具有類似嘅香味[1],係好多花香嘅組成部分,例如橘子花,吲哚亦俾人用來整香水。喺煤焦油亦可以發現吲哚嘅存在。

喺好多有機化合物中能發現吲哚結構,比如色氨酸同含色氨酸嘅蛋白質,生物鹼同色素中亦包含有吲哚結構。

吲哚能發生親電取代反應,多取代於3號位。取代吲哚係好多色胺鹼嘅基礎結構,譬如神經傳遞素複合胺、褪黑素迷幻藥二甲基色胺5-甲氧基-二甲基色胺同埋LSD。其他嘅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)同埋血管舒張藥物心得樂

吲哚個名indole係由indigo(靛系染料)同埋oleum(發煙硫酸)所組成,因為吲哚係通過混合靛藍同埋發煙硫酸首次製成。

歷史[編輯]

拜爾喺1869年設想得吲哚嘅結構

吲哚化學係隨著對靛青嘅研究開始發展嘅,繼而轉化為研究靛紅,然後係羥吲哚。喺1866年,阿道夫·馮·拜爾粉將羥吲哚還原為吲哚[2]1869年,佢假設出吲哚嘅結構,至今仍然被大家公認[3]

直到19世紀末,某​​啲吲哚化合物亦僅僅係作為重要嘅染料嚟看待。到咗20世紀30年代,啲人對吲哚嘅興趣逐漸增強,因為吲哚作為一個核心基團出現喺好多重要嘅生物鹼中,例如色氨酸植物激素,到現喺對於吲哚嘅研究仍然好活躍[4]

吲哚嘅合成[編輯]

吲哚係煤焦油嘅主要成分,其中220-260℃嘅蒸餾產物係重要嘅工業原料。喺工業上吲哚可以由苯胺乙二醇喺催化劑存在下嘅氣相反應產生[5][6][7]

Reaction of aniline and ethylene glycol to give indole.

反應溫度控制喺200至500℃,產率可高達60%[8]

合成吲哚嘅反應[編輯]

吲哚嘅化學反應[編輯]

鹼性[編輯]

唔同大多數,吲哚幾乎冇鹼性。它嘅成鍵環境同吡咯極為相似,只有好似鹽酸噉嘅強酸至可能將佢質子化,得到嘅共軛酸嘅pKa係-3.6。好多吲哚類化合物(如色胺)喺酸性環境下嘅活性都係噉樣產生嘅。

親電取代反應[編輯]

吲哚最容易發生親電取代反應嘅位置係3位,佢嘅活性係苯環碳嘅1013倍。例如Vilsmeier-Haack酰化反應喺室溫下會喺3位碳上發生[9]。由於吡咯環上電子富集,往往喺1位氮同2、3位碳都被取代後,苯環上嘅親核取代反應至有可能發生。

The Vilsmeyer-Haack formylation of indole

蘆竹鹼係一種由吲哚、二甲亞胺甲醛通過Mannich反應得到嘅常用中間體。佢係3-吲哚乙酸色氨酸嘅前體。

Synthesis of Gramine from indole

N位氫嘅酸性同金屬有機鹽[編輯]

N位氫喺DMSO中電離嘅pKa係21,所以得非常強嘅鹼,諸如氫化鈉或者丁基鋰,至有可能喺無水環境下將佢之去質子化。得到嘅金屬有機鹽(具有非常強嘅鹼性)有兩種在形式。對於難成共價鍵嘅離子,負電荷集中喺1位氮上;而對於可以成共價鍵嘅(包括Grignard試劑)同(尤其係),負電荷就集中喺3位碳上。類似嘅,喺極性非質子溶劑譬如DMFDMSO中,1位氮易受到親電試劑進攻;而喺非極性溶劑譬如甲苯中,就係3位碳更活潑[10]

Formation and reactions of the indole anion

碳上氫嘅酸性和2位碳嘅鋰化[編輯]

2位碳上嘅氫酸性排第二。對於氮被保護咗嘅吲哚衍生物,丁基鋰或二異丙基氨基鉀就專一地喺2位碳上發​​生去質子反應,得到非常強嘅親核試劑。 Bergman同Venemalm 開發出喺唔保護氮嘅條件下喺2位碳上取代嘅反應[11]

2-position lithiation of indole

Alan Katrizky 亦曾開發出過類似嘅技術[12]

吲哚嘅氧化[編輯]

由於吲哚富電子性,吲哚好易氧化。N-溴代丁二酰亞胺可以選擇性將吲哚氧化為羥吲哚[13]

Oxidation of indole by N-bromosuccinimide

吲哚嘅環加成反應[編輯]

只有2位碳同3位碳上嘅π鍵能夠發生環加成反應。吲哚發生分子間環加成嘅傾向唔高,但其衍生物嘅分子異變就可以有好高嘅產率。例如Padwa et al 通過Diels-Alder反應合成士嘅寧嘅下一步中間體。喺呢個反應中,2-氨基呋喃作為雙烯體,而吲哚作為親雙烯體

Example of a cycloaddition of indole

吲哚亦可以發生分子內嘅[2+3] 同[2+2] 環加成反應。

參考[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. RB Van Order, HG Lindwall. Indole. Chem. Rev. 1942, 30: 69–96. doi:10.1021/cr60095a004. 
  5. Gribble GW. 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, GR; Kuethe, JT. 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. Template:DOI .
  9. James, PN; Snyder, HR. Indole-3-aldehyde. Organic Syntheses. 1959, 39: 30. 
  10. Heaney, H.; Ley, SV. 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, SM ; Bur, SK; 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. 

睇埋[編輯]

相關化合物[編輯]