Индол: физические свойства и применение¶

Индол — органическое соединение, азотсодержащий ароматический гетероцикл класса индолов, общей формулой C₈H₇N. Представляет собой бициклическую систему, состоящую из конденсированных бензольного и пиррольного колец. Широко распространён в природе: входит в состав аминокислоты триптофана, алкалоидов, красителей, а также присутствует в составе фекалий, нефти и каменноугольного дёгтя. В промышленности применяется как исходное сырьё для синтеза фармацевтических препаратов, красителей и ароматизаторов.

¶Физические свойства

Индол — белое кристаллическое вещество с характерным запахом. При комнатной температуре — твёрдое вещество, температура плавления около 52–54 °C, кипения — около 254 °C. Молекулярная масса — 117,15 г/моль. Практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях — этаноле, эфире, бензоле, хлороформе. В растворах индол проявляет слабые кислотные свойства: атом азота в пиррольном кольце способен отдавать протон в присутствии сильных оснований, например, бутyllития.

Важной особенностью индола является то, что он обладает ароматичностью: 10 π-электронов распределены по бициклической системе, что соответствует правилу Хюккеля. Это определяет его химическую инертность по отношению к реакциям присоединения и склонность к реакциям электрофильного замещения, преимущественно в положении C-3.

¶Строение и изомерия

Индол изомерен с индоленом, изоиндолом и другими соединениями той же молекулярной формулы. В природе и промышленности наибольшее значение имеют N-замещённые производные индола — N-метилиндол, N-бензилиндол и другие, а также 3-замещённые индолы, где в положении 3 находится функциональная группа (карбоксильная, амино-, гидроксильная и др.).

¶Получение

¶Лабораторные методы

Наиболее распространённый лабораторный метод синтеза индола — реакция Маделунга. Она заключается во внутримолекулярной циклизации N-ацил-o-толуидинов при нагревании с сильным основанием (например, KOH или NaNH₂) в инертном растворителе. Модификация с использованием бутиллития вместо щёлочи позволяет проводить реакцию при более мягких условиях.

Другой известный метод — синтез Фишера. Он включает реакцию арилгидразинов с альдегидами или кетонами в присутствии кислотного катализатора с образованием гидразонов, которые затем циклизуются в индолы. Синтез Фишера широко применяется для получения 2-замещённых и 2,3-дизамещённых индолов.

¶Промышленный синтез

В промышленных масштабах индол получают из каменноугольного дёгтя, где он присутствует в небольших количествах, а также синтетическим путём. Один из промышленных методов основан на дегидрировании о-этиланилина или на циклизации N-фенилэтанамина. Индол также можно получать каталитическим дегидрированием 2-этиланилина.

¶Применение

¶Фармацевтическая промышленность

Индол — ключевой строительный блок (синтон) для синтеза многих лекарственных препаратов. Среди них:

• Индолуксусная кислота — фитогормон, стимулятор роста растений;
• Серотонин (5-гидрокситриптамин) — нейромедиатор, синтезируемый из триптофана через индольное ядро;
• Мелатонин — гормон эпифиза, производное индола;
• Индометацин — нестероидное противовоспалительное средство;
• Ондансетрон — противорвотное средство;
• Суматриптан — противомигренозное средство;
• Индол-3-карбинол — биологически активное вещество, содержащееся в крестоцветных овощах.

¶Красители

Индол является исходным сырьём для производства ряда азокрасителей и индигоидных красителей. Метилированные производные индола (например, 1,3,3-триметилиндол) используются в производстве цианиновых красителей, применяемых в фотографии и медицине.

¶Ароматизаторы

Производные индола в низких концентрациях обладают цветочным запахом и используются в парфюмерии. Индол входит в состав натурального жасминового масла, где присутствует в концентрации около 2,5 %. В парфюмерии индол применяется как фиксатор и компонент сложных композиций.

¶Биологическая роль

Индол — структурная основа ряда важнейших биологически активных веществ. Аминокислота триптофан, содержащая индольное ядро, является незаменимой для человека. Из триптофана в организме синтезируются:

• серотонин — нейромедиатор, регулирующий настроение, сон и пищевое поведение;
• мелатонин — гормон, регулирующий циркадные ритмы;
• ниацин (витамин B₃) — через путь хинуреновой кислоты.

Бактерии кишечника также синтезируют индол и его производные из триптофана. Индол и индол-3-альдегид играют роль сигнальных молекул в межклеточном взаимодействии бактерий и влияют на проницаемость кишечного барьера.

¶Токсикология

Индол в высоких концентрациях токсичен. При попадании в организм в больших количествах может вызывать тошноту, рвоту и головную боль. В промышленных условиях работа с индолом требует использования средств индивидуальной защиты, так как вещество способно абсорбироваться через кожу и дыхательные пути.

¶Примечания

Источники:

• Википедия: Индол
• Бейли, Н. Органическая химия
• Краткая химическая энциклопедия
• Справочник «Химия» под ред. Кнунянца