吲哚

吲哚（拼音：yǐn duǒ，注音：ㄧㄣˇ ㄉㄨㄛˇ，粤拼：jan5 do2，音同“引朵”、IUPAC命名：indole），是芳香杂环有机化合物，为双环结构，包含了一个六元苯环和一个五元含氮的吡咯环。因为氮的孤对电子参与形成芳香环，所以吲哚不是碱，性质也不同于简单的胺。在室温，吲哚是固体。自然情况下，吲哚存在于人类的粪便之中，并且有强烈的粪臭味。然而，在很低的浓度下，吲哚具有类似于花的香味，是许多花香的组成部分 ，例如橘子花，吲哚也用来制造香水，煤焦油也会有吲哚。在很多有机化合物中能发现吲哚结构，比如色氨酸及含色氨酸的蛋白质，生物碱及色素中也包含有吲哚结构。吲哚能发生亲电取代反应，多取代于3号位。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-二甲基色胺和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。吲哚的名称indole是由indigo（靛蓝）和oleum（发烟硫酸）所组成，因为吲哚首次制得是通过混合靛蓝和发烟硫酸。吲哚化学是随着对靛青的研究开始发展的，继而转化为研究靛红，然后是羟吲哚。在1866年，阿道夫·冯·拜尔用锌粉将羟吲哚还原为了吲哚。1869年，他假设出了吲哚的结构，至今仍然被大家公认。直到19世纪末，某些吲哚化合物也仅仅是作为重要的染料来看待。到了20世纪30年代，人们对吲哚的兴趣逐渐增强，因为吲哚作为一个核心基团出现在了很多重要的生物碱中，例如色氨酸和植物激素，到现在对于吲哚的研究仍然很活跃。吲哚是用苯甲酸被生物合成。吲哚是煤焦油的主要成分，其中220-260℃的蒸馏产物是重要的工业原料。吲哚及其衍生物可以被多种原料合成。主流的工业路线是以苯胺为原料，在催化剂存在下与乙二醇在气相反应得到。反应温度控制在200至500℃，产率可高达60%。不同于大多数胺，吲哚几乎没有碱性。它的成键环境与吡咯极为相似，只有像盐酸这样的强酸才可能将之质子化，得到的共轭酸的pKa是-3.6。很多吲哚类化合物（如色胺）在酸性环境下的活性都是由此产生的。吲哚上最容易发生亲电取代反应的位置是3位，它的活性是其苯环碳的1013倍。例如Vilsmeier-Haack酰化反应在室温下就能于3位碳上发生。由于吡咯环上电子富集，往往在1位氮和2，3位碳都被取代后，苯环上的亲电取代反应才可能发生。芦竹碱是一种由吲哚、二甲胺和甲醛通过Mannich反应得到的常用中间体。它是3-吲哚乙酸和色氨酸的前体。N位氢在DMSO中电离的pKa是21，所以需要非常强的碱，诸如氢化钠或者丁基锂，才有可能在无水环境下将之去质子化。得到的金属有机盐（具有非常强的碱性）有两种存在形式。对于难成共价键的钾、钠离子，负电荷集中在1位氮上；而对于可以成共价键的镁（包括Grignard试剂）和（尤其是）锌，负电荷则集中在3位碳上。类似的，在极性非质子溶剂比如DMF或DMSO中，1位氮易受到亲电试剂进攻；而在非极性溶剂比如甲苯中，则是3位碳更活泼。2位碳上的氢酸性排第二。对于氮被保护了的吲哚衍生物，丁基锂或二异丙基氨基钾就专一地在2位碳上发生去质子反应，得到非常强的亲核试剂。 Bergman 和 Venemalm 开发出了在不保护氮的条件下在2位碳上取代的反应。Alan Katrizky 也曾开发出过类似的技术。由于吲哚的富电子性，吲哚很容易被氧化。N-溴代丁二酰亚胺可以选择性的将吲哚氧化为羟吲哚。只有2位碳和3位碳上的π键能发生环加成反应。吲哚发生分子间环加成的倾向不高，但其衍生物的分子异变却可以有很高的产率。例如 Padwa et al 通过Diels-Alder反应合成了士的宁的下一步中间体。在这个反应中，2-氨基呋喃作为了双烯体，而吲哚作为亲双烯体。吲哚也可以发生分子内的 和 环加成反应。