Indol
- Para a proba microbiolóxica ver proba do indol.
Indol | |
---|---|
![]() | |
![]() |
![]() |
Indol | |
Outros nomes 2,3-benzopirrol, ketol, | |
Identificadores | |
Número CAS | 120-72-9 |
PubChem | 798 |
ChemSpider | 776 |
UNII | 8724FJW4M5 |
KEGG | C00463 |
ChEBI | CHEBI:16881 |
ChEMBL | CHEMBL15844 |
Número RTECS | NL2450000 |
Imaxes 3D Jmol | Image 1 |
| |
| |
Propiedades | |
Fórmula molecular | C8H7N |
Masa molecular | 117,15 g/mol |
Aspecto | Sólido branco |
Densidade | 1,1747 g/cm3, sólido |
Punto de fusión | 52–54 °C |
Punto de ebulición | 253–254 °C (526 K) |
Solubilidade en auga | 0,19 g/100 ml (20 °C) Soluble en auga quente |
Acidez (pKa) | 16,2 (21,0 en DMSO) |
Basicidade (pKb) | 17,6 |
Estrutura | |
Estrutura cristalina | Pna21 |
Forma da molécula | Plana |
Momento dipolar | 2,11 D en benceno |
Perigosidade | |
MSDS | [3] |
Declaracións R/S | R: 21/22-37/38-41-50/53 S: 26-36/37/39-60-61 |
Punto de inflamabilidade | 121 °C; 250 °F; 394 K |
Compostos relacionados | |
compostos aromáticos relacionados |
benceno, benzofurano, carbazol, carbolina, indeno, indolina, isatina, metilindol, oxindol, pirrol, excatol |
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa. |
O indol é un composto orgánico heterocíclico aromático. Ten unha estrutura bicíclica, constituída por un anel hexagonal de benceno fusionado cun anel pentagonal pirrol que contén nitróxeno. O indol está amplamente distribuído nos ambientes naturais, xa que poden producilo diversas bacterias. Como molécula de sinalización celular o indol regula varios aspectos a fisioloxía bacteriana, como a formación de esporas, estabilidade dos plásmidos, resistencia aos fármacos, formación de biopelículas, e a virulencia.[1] Un importante derivado do indol é o aminoácido triptófano, o cal é o precursor do neurotransmisor serotonina.[2]
Propiedades xerais e distribución
[editar | editar a fonte]O indol é sólido a temperaturas moderadas. O indol poden producilo moitas bacterias como produto de degradación do aminoácido triptófano. Está presente de forma natural nas feces humanas e ten un intenso cheiro fecal. Porén, a concentracións moi baixas ten un aroma floral,[3] e é un constituínte de moitos recendos de flores (como o das flores de laranxeira) e perfumes. Tamén aparece no alcatrán de hulla.
Cando funciona como substituínte denomínase indolil (ou ás veces indol-).
O indol pode sufrir substitución electrofílica, principalmente na posición 3. Os indois substituídos son elementos estruturais (e para algúns compostos os precursores sintéticos) dos alcaloides derivados do triptófano triptaminas, como o neurotransmisor serotonina, e a melatonina. Outros compostos indólicos son a hormona vexetal auxina (ácido indolil-3-acético, IAA), triptofol, o fármaco antiinflamatorio indometacina, o betabloqueante pindolol, e o alucinóxeno natural dimetiltriptamina.
O nome indol procede da fusión das palabras indigo e oleum, xa que o indol illouse primeiramente tratando a tintura índigo con aceite (oleum). A terminación ol non se refire, pois, aos alcohois.
Historia
[editar | editar a fonte]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/Baeyer_indole_structure.png/120px-Baeyer_indole_structure.png)
A química do indol empezou a desenvolverse co estudo da tintura índigo. O índigo pode converterse en isatina e despois en oxindol. Máis tarde, en 1866, Adolf von Baeyer reduciu o oxindol a indol utilizando po de cinc.[4] En 1869, este investigador propuxo unha fórmula para o indol (imaxe á esquerda).[5]
Certos derivados do indol foron importantes tinturas para uso industrial ata o final do século XIX. Na década de 1930, intensificouse o interese polo indol cando se chegou a saber que o núcleo do indol está presente en moitos alcaloides importantes, e no triptófano e as auxinas, e esta segue sendo unha área de activa investigación hoxe en día.[6]
Biosíntese
[editar | editar a fonte]O indol biosintetízase por medio do antranilato.[2] Condénsase coa serina por medio da adición de Michael do indol ao PLP-aminoacrilato.
O indol prodúcese por medio do antranilato e é alquilado para dar o aminoácido triptófano.
O indol é o principal constituínte do alcatrán de hulla, e a fracción de destilación a 220–260 °C é a principal fonte industrial deste produto.
Rutas sintéticas
[editar | editar a fonte]O indol e os seus derivados poden tamén sintetizarse por diversos métodos.[7][8][9]
A principais rutas de síntese industrial do indol empezan a partir da anilina por medio dunha reacción en fase de vapor co etilén glicol en presenza de catalizadores:
En xeral, as reaccións realízanse entre os 200 e os 500 °C. Os rendementos poden chegar ao 60%. Outros precursores do indol son a formiltoluidina, a 2-etilanilina, e o 2-(2-nitrofenil)etanol, todos os cales sofren ciclacións.[10] Desenvolvéronse moitos outros métodos aplicables.
Síntese do indol de Leimgruber-Batcho
[editar | editar a fonte]A síntese de indol de Leimgruber-Batcho é un método eficiente de sintetizar indol e indois substituídos. Divulgado orixinalmente nunha patente en 1976, este método ten un alto rendemento e pode xerar indois substituídos. Este método é especialmente popular na industria farmacéutica, na cal moitos fármacos están feitos de indois especificamente substituídos.
Síntese de indol de Fischer
[editar | editar a fonte]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/One-pot_synthesis_of_indoles.svg/370px-One-pot_synthesis_of_indoles.svg.png)
Un dos métodos máis antigos e máis fiables para a síntese de indois substituídos é a síntese de indol de Fischer, desenvolvida en 1883 por Emil Fischer. Aínda que a síntese do propio indol é complicada utilizando o método de Fischer, este utilízase a miúdo para xerar indois substituídos nas posicións 2- e 3. Porén, o indol pode tamén sintetizarse polo método de Fischer facendo reaccionar fenilhidrazina con ácido pirúvico seguindo coa descarboxilación do ácido indol-2-carboxílico formado. Isto realizouse nunha síntese nun só recipiente utilizando irradiación con microondas.[11]
Outras reaccións formadoras de indol
[editar | editar a fonte]- síntese de indol de Bartoli
- síntese de indol de Bischler-Möhlau
- síntese de indol de Fukuyama
- síntese de indol de Gassman
- síntese de indol de Hemetsberger
- síntese de indol de Larock
- síntese de Madelung
- síntese de indol de Nenitzescu
- síntese de indol de Reissert
- síntese de indol de Baeyer-Emmerling
- Na reacción de Diels-Reese [12][13] o dimetil acetilenodicarboxilato reacciona coa difenilhidrazina a un aduto, que en xileno dá dimetil indol-2,3-dicarboxilato e anilina. Con outros solventes, fórmanse outros produtos: con ácido acético glacial unha pirazolona, e con piridina unha quinolina.
Reaccións químicas do indol
[editar | editar a fonte]Basicidade
[editar | editar a fonte]A diferenza da maioría das aminas, o indol non é básico. A situación dos enlaces é completamente análoga á do pirrol. Cómpren ácidos moi fortes como o ácido clorhídrico para protonar o indol. A forma protonada ten unha pKa de −3,6. A sensibilidade de moitos compostos indólicos (por exemplo, as triptaminas) en condicións ácidas débese a esta protonación.
Substitución electrofílica
[editar | editar a fonte]A posición máis reactiva no indol para unha substitución aromática electrofílica é C-3, a cal é 1013 veces máis reactiva en certas reaccións que o benceno. Por exemplo, é alquilado por unha serina fosforilada na biosíntese do aminoácido triptófano (ver figura máis arriba). A reacción de formilación de Vilsmeier-Haack do indol[14] ten lugar a temperaturas moderadas exclusivamente en C-3. Como o anel pirrólico é a porción máis reactiva do indol, a substitución electrofílica do anel carbocíclico (benceno) pode ter lugar só despois de que son substituídos N-1, C-2, e C-3.
A gramina é un útil intermediario sintético que se produce pola reacción de Mannich do indol con dimetilamina e formaldehido. É o precursor do ácido indol-acético e do triptófano sintético.
Acidez do N-H e complexos anión indol organometálicos
[editar | editar a fonte]O centro N-H ten un pKa de 21 en DMSO, polo que cómpren bases moi fortes como o hidruro de sodio ou o butil litio e condicións libres de auga para completar a desprotonación. Os derivados alcali metal resultantes poden reaccionar de dúas maneiras. Os sales máis iónicos como os compostos de sodio ou potasio tenden a reaccionar con electrófilos no nitróxeno-1, mentres que os compostos, máis covalentes, de magnesio (reactivos de Grignard de indol) e, especialmente, os complexos de cinc tenden a reaccionar no carbono-3 (ver figura de máis abaixo). De xeito análogo, solventes apróticos polares como a DMF e o DMSO tenden a favorecer o ataque sobre o nitróxeno, mentres que os solventes non polares como o tolueno favorecen o ataque en C-3.[15]
Acidez do carbono e litiación C-2
[editar | editar a fonte]Despois do protón do N-H, o hidróxeno en C-2 é o seguinte protón máis ácido do indol. A reacción de indois con N protexido co butil litio ou coa litio diisopropilamida causan a litiación exclusivamente na posición C-2. Este forte nucleófilo pode despois utilizarse como tal con outros electrófilos.
Bergman e Venemalm desenvolveron unha técnica para litiar a posición 2 de indois non substituídos.[16]
Alan Katritzky desenvolveu outra técnica para a litiación na posición 2 de indois non substituídos.[17]
Oxidación do indol
[editar | editar a fonte]Debido á natureza rica en electróns do indol, é unha molécula facilmente oxidable. Oxidantes simples como a N-bromosuccinimida oxidan selectivamente o indol (1 na figura) a oxindol (4 e 5).
Cycloadicións do indol
[editar | editar a fonte]Só o enlace pi de C-2 e C-3 do indol pode experimentar reaccións de cicloadición. As variantes intramoleculares son a miúdo de maior rendemento que as cicloadicións intermoleculares. Por exemplo, Padwa et al.[18] desenvolveron esta reacción de Diels-Alder para formar intermediarios de estricnina avanzados. Neste caso, o 2-aminofurano é o dieno, mentres que o indol é o dienófilo. Os indois tamén sofren cicloadicións intramoleculares [2+3] e [2+2].
Malia os rendementos mediocres que se obteñen, as cicloadicións intermoleculares de derivados do indol están ben documentadas.[19][20] [21]Un exemplo é a reacción de Pictet-Spengler entre derivados do triptófano e aldehidos.[22] A reacción de Pictet-Spengler de derivados do indol, como o triptófano, orixina como produtos unha mestura de diastereómeros. A formación de múltiples produtos reduce o rendemento químico do produto desexado.
Aplicacións
[editar | editar a fonte]O aceite esencial natural de xasmín, utilizado na industria do perfume, contén arredor dun 2,5% de indol. Como obter 1 kg de aceite natural require o procesamento de varios millóns de flores de xasmín e costa arredor de 10.000 dólares, o indol (entre outras cousas) utilízase na produción do aceite de xasmín sintético (que costa arredor de mil veces menos).
Proba do indol
[editar | editar a fonte]- Artigo principal: Proba do indol.
Para a identificación de bacterias unha das probas bioquímicas que se utiliza é a proba do indol. Consiste en ver se a bacteria ten ou non o encima triptofanase, que transforma o triptófano en indol. A presenza de indol ponse de manifesto ao engadir un reactivo ao caldo de cultivo, que causa un cambio de cor.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Lee, Jin-Hyung; Lee, Jintae (2010). "Indole as an intercellular signal in microbial communities". FEMS Microbiology Reviews. ISSN 0168-6445. doi:10.1111/j.1574-6976.2009.00204.x.
- ↑ 2,0 2,1 2.^ a b Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2005), Principles of Biochemistry (4th ed.), New York: W. H. Freeman, ISBN 0-7167-4339-6
- ↑ http://www.leffingwell.com/olfact5.htm
- ↑ Baeyer, A. (1866). "Ueber die Reduction aromatischer Verbindungen mittelst Zinkstaub". Ann. 140 (3): 295. doi:10.1002/jlac.18661400306.
- ↑ Baeyer, A.; Emmerling, A. (1869). "Synthese des Indols". Chemische Berichte 2: 679. doi:10.1002/cber.186900201268.
- ↑ R. B. Van Order, H. G. Lindwall (1942). "Indole". Chem. Rev. 30: 69–96. doi:10.1021/cr60095a004.
- ↑ Gribble G. W. (2000). "Recent developments in indole ring synthesis—methodology and applications". J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 (7): 1045. doi:10.1039/a909834h.
- ↑ Cacchi, S.; Fabrizi, G. (2005). "Synthesis and Functionalization of Indoles Through Palladium-catalyzed Reactions". Chem. Rev. 105 (7): 2873. PMID 16011327. doi:10.1021/cr040639b.
- ↑ Humphrey, G. R.; Kuethe, J. T. (2006). "Practical Methodologies for the Synthesis of Indoles". Chem. Rev. 106 (7): 2875. PMID 16836303. doi:10.1021/cr0505270.
- ↑ Gerd Collin and Hartmut Höke “Indole” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI 10.1002/14356007.a14_167 [1].
- ↑ Bratulescu, George (2008). "A new and efficient one-pot synthesis of indoles". Tetrahedron Letters 49 (6): 984. doi:10.1016/j.tetlet.2007.12.015.
- ↑ Diels, Otto; Reese, Johannes (1934). "Synthesen in der hydroaromatischen Reihe. XX. Über die Anlagerung von Acetylen-dicarbonsäureester an Hydrazobenzol". Ann. 511: 168. doi:10.1002/jlac.19345110114.
- ↑ Ernest H. Huntress, Joseph Bornstein, and William M. Hearon (1956). "An Extension of the Diels-Reese Reaction". J. Am. Chem. Soc. 78 (10): 2225. doi:10.1021/ja01591a055.
- ↑ James, P. N.; Snyder, H. R. (1959). "Indole-3-aldehyde". Organic Syntheses 39: 30.
- ↑ Heaney, H.; Ley, S. V. (1974). "1-Benzylindole". Organic Syntheses 54: 58.
- ↑ Bergman, J.; Venemalm, L. (1992). "Efficient synthesis of 2-chloro-, 2-bromo-, and 2-iodoindole". J. Org. Chem. 57 (8): 2495. doi:10.1021/jo00034a058.
- ↑ Alan R. Katritzky, Jianqing Li, Christian V. Stevens (1995). "Facile Synthesis of 2-Substituted Indoles and Indolo[3,2-b]carbazoles from 2-(Benzotriazol-1-ylmethyl)indole". J. Org. Chem. 60 (11): 3401–3404. doi:10.1021/jo00116a026.
- ↑ Lynch, S. M. ; Bur, S. K.; Padwa, A. (2002). "Intramolecular Amidofuran Cycloadditions across an Indole
π -Bond: An Efficient Approach to the Aspidosperma and Strychnos ABCE Core". Org. Lett. 4 (26): 4643. PMID 12489950. doi:10.1021/ol027024q. - ↑ Cox, E. D.; Cook, J. M. (1995). "The Pictet-Spengler condensation: a new direction for an old reaction". Chemical Reviews 95 (6): 1797–1842. doi:10.1021/cr00038a004. [2]
- ↑ Gremmen, C.; Willemse, B.; Wanner, M. J.; Koomen, G.-J. (2000). "Enantiopure Tetrahydro-
β -carbolines via Pictet-Spengler Reactions with N-Sulfinyl Tryptamines". Org. Lett. 2 (13): 1955–1958. doi:10.1021/ol006034t. - ↑ Larghi, Enrique L.; Amongero, Marcela; Bracca, Andrea B. J.; Kaufman, Teodoro S. (2005-10-07). "The intermolecular Pictet-Spengler condensation with chiral carbonyl derivatives in the stereoselective syntheses of optically-active isoquinoline and indole alkaloids". ARKIVOC. Commemorative Issue in Honor of Prof. Rosa Lederkremer on the occasion of her 70th anniversary (2005-10-19) 2005 (12): 98–153. doi:10.3998/ark.5550190.0006.c09.
- ↑ Bonnet, D.; Ganesan, A. (2002). "Solid-Phase Synthesis of Tetrahydro-
β -carbolinehydantoins via the N-Acyliminium Pictet-Spengler Reaction and Cyclative Cleavage". J. Comb. Chem. 4 (6): 546–548. doi:10.1021/cc020026h.
- Referencias xerais
- Indoles Part One, W. J. Houlihan (ed.), Wiley Interscience, Nova York, 1972.
- Sundberg, R. J. (1996). Indoles. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-676945-1.
- Joule, J. A.; Mills, K. (2000). Heterocyclic Chemistry. Oxford, UK: Blackwell Science. ISBN 0-632-05453-0.
- Joule, J., In Science of Synthesis, Thomas, E. J., Ed.; Thieme: Stuttgart, (2000); Vol. 10, p. 361. ISBN 3-13-112241-2 (GTV); ISBN 0-86577-949-X (TNY).
- Schoenherr, H.; Leighton, J. L. Direct and Highly Enantioselective Iso-Pictet-Spengler Reactions with alpha-Ketoamides: Access to Underexplored Indole Core Structures. Org. Lett. 2012, 14, 2610.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Outros artigos
[editar | editar a fonte]- Ácido Indol-3-butírico
- Isoindol
- Escatol
- Proba do indol, proba para a identificación de especies bacterianas
- Ácido indolacético
- Triptaminas
Ligazóns externas
[editar | editar a fonte]![]() |
Commons ten máis contidos multimedia sobre: Indol |
- Síntese de indois (panorma xeral de métodos recentes)
- Síntese e propiedades dos indois en chemsynthesis.com