Indool

Indool is 'n heterosikliese aromatiese organiese verbinding met die formule C8H7N. Dit het 'n bisikliese struktuur, bestaande uit 'n ses-lid benseenring en 'n vyf-lid stikstofbevattende pirroolring. Indool kom wyd versprei in die natuur voor, en kan geproduseer word deur 'n verskeidenheid van bakterieë. As 'n intersellulêre seinmolekuul, reguleer indool verskeie aspekte van bakteriële fisiologie, insluitend spoorvorming, plasmiedstabiliteit, weerstand teen antibiotika, die vorming van biofilms, en virulensie. Die aminosuur triptofaan is 'n afgeleide van indool en die voorloper van die neurotransmitter serotonien.

Algemene eienskappe en voorkoms 
Indool is 'n vaste stof by kamertemperatuur. Dit kom natuurlik in menslike feses voor en het 'n intense fekale reuk. Teen baie lae konsentrasies het dit egter 'n florale reuk, en dit word dus ook as 'n bestanddeel van parfuums gebruik waar 'n blomreuk nageboots word, soos byvoorbeeld lemoenbloeisels.

Die ooreenstemmende substituent word indoliel genoem.

Indool ondergaan elektrofiele substitusie, hoofsaaklik op posisie 3. Gesubstitueerde indole is strukturele elemente, en soms sintetiese voorlopers, van die triptofaan-afgeleide triptamien alkaloïede soos die neurotransmitters serotonien en melatonien. Ander indoliese verbindings sluit die planthormoon auxin (indolyl-3-asynsuur), triptofol, die anti-inflammatoriese middel indometasien, die beta-blokker pindolol, en die natuurlike hallusinogeen dimetieltriptamien.

Die naam indool is'n kofferwoord wat geskep is uit die woorde indigo en oleum, aangesien indool vir die eerste keer geïsoleer is deur indigo kleurstof met oleum te behandel.

Geskiedenis 

Die ontwikkeling van die indoolchemie het begin met die studie van die kleurstof indigo. Indigo kan omgeskakel word na isatin en dan na oxindool. in 1866 het Adolf von Baeyer oxindool na indool gereduseer deur fynverdeelde sink te gebruik. In 1869 het hy 'n struktuur vir indool voorgestel (links).

Sekere indoolderivate was tot en met die einde van die 19de eeu belangrike kleurstowwe. In die 1930's het belangstelling in indool versterk toe dit bekend geword het dat die indoolsubstituent teenwoordig is in baie belangrike alkaloïede (bv., triptofaan en die auxiene), en dit bly tot vandag toe nog 'n aktiewe gebied van navorsing.

Biosintese en funksie 
Indol word in die sjikimaat reaksiesekema gesintetiseer, via antranilaat. Dit is 'n intermediêre stap in die biosintese van Triptofaan, waar dit binne die triptofaansintase ensiem bly tussen die verwydering van die 3-fosfo-gliseraldehied en die kondensasiereaksie met serien. Wanneer indool in die sel benodig word, word dit gewoonlik uit triptofaan gevorm deur die ensiem triptofanase.
 
As 'n intersellulêre seinmolekuul, reguleer indool die verskillende aspekte van bakteriële fisiologie, insluitende spoorvorming, plasmiedstabiliteit, weerstand teen antibiotika, die vorming van biofilms, en virulensie. 'n Aantal indolafgeleides het belangrike sellulêre funksies, byvoorbeeld neurotransmitters soos serotonien.

Sintetiese roetes 
Indool en sy afgeleides kan ook deur 'n verskeidenheid van metodes gesintetiseer word.

Die belangrikste industriële roetes begin met anilien via dampfase reaksie met etileenglikol in die teenwoordigheid van katalisatore:
 
In die algemeen, word die reaksies tussen 200 en 500 °C uitgevoer. Opbrengste kan so hoog as 60% wees. Ander voorlopers sluit formieltoluidien, 2-etielanilien, en 2-(2-nitrofeniel)etanol in, wat almal gesikliseer word.

Leimgruber–Batcho indoolsintese 
 
Die Leimgruber–Batcho indoolsintese is 'n doeltreffende metode om indool en gesubstitueerde indole te sintetiseer. Dit is oorspronklik in 'n patent in 1976 bekendgemaak, het 'n hoë opbrengs, en kan gesubstitueerde indole lewer. Hierdie metode is veral gewild in die farmaseutiese bedryf, waar baie geneesmiddels uit spesifieke gesubstitueerde indole gemaak word.

Fischer indoolsintese 
 

Een van die oudste en mees betroubare metodes vir die sintese van gesubstitueerde indole is die Fischer indoolsintese, wat ontwikkel is in 1883 deur Emil Fischer. Hoewel die sintese van indool self deur die Fischer indoolsintese problematies is, word dit dikwels gebruik om indole te genereer wat in die 2- en/of 3-posisies gesubstitueer is. Indool kan wel met die Fischer indoolsintese gesintetiseer word deur fenielhidrasien met pirodruiwesuur te reageer, gevolg deur dekarboksilisering van die gevormde indool-2-karboksielsuur. Dit kan ook in 'n een-pot sintese gedoen word met behulp van mikrogolfbestraling.

Ander indoolvormende reaksies 
 Bartoli indoolsintese
 Bischler–Möhlau indoolsintese
 Fukuyama indoolsintese
 Gassman indoolsintese
 Hemetsberger indoolsintese
 Larock indoolsintese
 Madelung sintese
 Nenitzescu indoolsintese
 Reissert indoolsintese
 Baeyer–Emmerling indoolsintese
 In die Diels–Reese reaksie reageer dimetielasetileendikarboksilaat met 1,2-difenielhidrasien om 'n addukt te vorm, wat in xileenoplossing dimetiel indool-2,3-dikarboksilaat en anilien lewer. In ander oplosmiddels word ander produkte gevorm: in ysasynsuur word 'n pirasoloon gevorm, en met piridien word 'n kinolien gevorm.

Chemiese reaksies van indool

Basisiteit 
In teenstelling met die meeste amiene, is indol nie basies nie: net soos pirrool, lei die aromatiese karakter van die ring daartoe dat die alleenpaar elektrone op die stikstofatoom nie beskikbaar is vir protonering nie. Sterk sure soos soutsuur kan egter indool protoneer. Indool word hoofsaaklik by die C3 atoom geprotoneer, eerder as die stikstof, as gevolg van die enamien-agtige reaktiwiteit van die gedeelte van die molekuul wat buite die benseenring geleë is. Die geprotoneerde vorm het 'n pKa van -3.6. Die sensitiwiteit van baie indoliese verbindings onder suur toestande (bv., die triptamiene) is 'n gevolg van hierdie protonering.

Elektrofiele substitusie 
Die mees reaktiewe posisie op indool vir elektrofiele aromatiese substitusie is C3, wat 1013 keer meer reaktief as benseen. Dit word byvoorbeeld gealkileer deur gefosforileerde serien in die biosintese van die aminosuur triptofaan. Vilsmeier–Haack formilering van indool vind by kamer temperatuur uitsluitlik op C3 plaas.
 
Aangesien die pirroolring die mees reaktiewe gedeelte van indool is, vind elektrofiele substitusie van die benseenring gedeelte oor die algemeen slegs plaas nadat die N1, C2 en C3 reeds gesubstitueer is. 'n Noemenswaardige uitsondering vind plaas wanneer elektrofiele substitusie uitgevoer word by lae genoeg pH die C3 koolstof volledig te protoneer. In hierdie geval is C5 is die mees algemene punt van elektrofiele aanval.

Gramien, 'n bruikbare sintetiese tussenganger, word geproduseer deur 'n Mannichreaksie van indool met dimetielamien en formaldehied. Dit is die voorloper van indool-3-asynsuur en sintetiese triptofaan.

N–H suur en organometaal indoolanioon komplekse 
Die N–H sentrum het 'n pKa van 21 in DMSO, sodat baie sterl basisse soos natriumhidried of n-butiellitium en watervrye toestande nodig is vir volledige deprotonering. Die gevolglike organometaalderivate op twee maniere reageer. Die meer ioniese soute soos natrium- of kaliumverbindings is geneig om by die stikstofatoom met elektrofiele te reageer, terwyl die meer kovalente magnesiumverbindings (indool Grignard-reagense) en veral sinkkomplekse geneig is om op C3 te reageer (sien figuur hieronder). Polêre aprotiese oplosmiddels soos DMF en DMSO is ook geneig om die aanval op die stikstofatoom te bevoordeel, terwyl nie-polêre oplosmiddels soos tolueen eerder C3 aanval bevorder.

C2 litiëring 
Naas die N–H proton, is die waterstof by C2 is die mees suuragtige proton van indool. Die reaksie van N-beskermde indole met butiellitium of litium diisopropielamied lei daartoe dat litiëring uitsluitlik by die C2 posisie plaasvind. Hierdie sterk nukleofiel kan dan met ander elektrofiele reageer.

Bergman en Venemalm het 'n tegniek ontwikkel vir die litiëring van die 2-posisie van ongesubstitueerde indool.
 
Katritzky het ook 'n tegniek ontwikkel vir lithiating die 2-posisie van unsubstituted indol.

Oksidasie van indool 
As gevolg van die elektron-ryk aard van indool, word dit maklik geoksideer. Eenvoudige oksideermiddels soos N-bromosuksinimied sal indool 1 selektief oksideer na oksindool (4 en 5).

Sikloaddisiereaksies van indool 
Slegs die C2-C3 pi-binding van indool is in staat om aan sikloaddisiereaksies deel te neem. Intramolekulêre variante gee dikwels hoër opbrengs as intermolekulêre sikloaddisies. Byvoorbeeld, Padwa et al. het die onderstaande Diels-Alder reaksie ontwikkel om gevorderde strignien-tussenprodukte te vorm. In hierdie geval is die 2-aminofuraan die diëen, terwyl die indool as die diënofiel optree. Indool ondergaan ook intramolekulêre [2+3] en [2+2] sikloaddisies.
 
Ten spyte van middelmatige opbrengste, is intermolekulêre sikloaddisies van indoolderivate goed gedokumenteer. Een voorbeeld is die Pictet-Spengler reaksie tussen triptofaanderivate en aldehiede. Dit lei tot 'n mengsel van diastereomere as produkte, wat die opbrengs aan die gewenste produk verminder.

Verwysings

Verdere leesstof

Eksterne skakels 
 Sintese van indole (oorsig van onlangse metodes)
 Sintese en eienskappe van indole by chemsynthesis.com

Organiese verbindings