Индолин

Индолин — это гетероциклическое органическое соединение, производное индола, в котором пиррольное кольцо частично гидрировано (насыщено). Химическая формула — C₈H₉N. По строению представляет собой бензольное кольцо, конденсированное с пятичленным азотсодержащим циклом, в котором отсутствует одна двойная связь по сравнению с индолом. Индолин является важным структурным фрагментом многих природных и синтетических биологически активных веществ, а также используется в органическом синтезе и производстве красителей.

История открытия и получения

Впервые индолин был получен в 1878 году немецким химиком Адольфом фон Байером, который также внёс значительный вклад в изучение индола и его производных. Байер синтезировал индолин путём восстановления индола с использованием цинковой пыли в уксусной кислоте. Этот метод остаётся одним из основных лабораторных способов получения соединения и в настоящее время.

В начале XX века были разработаны более эффективные методы синтеза, включая каталитическое гидрирование индола в присутствии никелевых или палладиевых катализаторов. Промышленное производство индолина было налажено в середине XX века в связи с ростом потребности в нём как в полупродукте для синтеза красителей и фармацевтических препаратов.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Индолин представляет собой бесцветную или слегка желтоватую маслянистую жидкость с характерным аминным запахом. При комнатной температуре он является жидкостью, что отличает его от твёрдого индола. Ключевые физические константы:

• Молярная масса: 119,16 г/моль
• Температура плавления: −21 °C
• Температура кипения: 220–221 °C (при атмосферном давлении)
• Плотность: 1,063 г/см³ (при 20 °C)
• Показатель преломления: 1,592
• Растворимость: хорошо растворим в органических растворителях (этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол), ограниченно растворим в воде.

Химические свойства

Химическое поведение индолина определяется наличием вторичной аминогруппы (NH) в насыщенном пиррольном кольце и ароматического бензольного кольца. Основные реакции:

• Окисление: индолин легко окисляется до индола под действием различных окислителей (например, хлорида железа(III), перманганата калия, перекиси водорода). Эта реакция является обратимой и используется в аналитической химии.
• Алкилирование и ацилирование: аминогруппа индолина способна вступать в реакции нуклеофильного замещения, образуя N-алкильные и N-ацильные производные. Эти реакции широко применяются в синтезе более сложных соединений.
• Реакции электрофильного замещения: бензольное кольцо индолина, в отличие от индола, менее активировано к электрофильному замещению из-за отсутствия сопряжения с неподелённой парой азота. Тем не менее, оно может вступать в реакции нитрования, сульфирования и галогенирования, преимущественно в положения 5 и 6.
• Восстановление: при жёстких условиях (например, под действием натрия в жидком аммиаке) возможно полное гидрирование бензольного кольца с образованием октагидроиндола.

Способы получения

Лабораторные методы

1. Восстановление индола: наиболее распространённый метод. Индол обрабатывают цинковой пылью в присутствии уксусной кислоты или проводят каталитическое гидрирование на палладиевом катализаторе при давлении водорода 1–3 атм и температуре 50–100 °C.
2. Циклизация фенилгидразинов: реакция фенилгидразина с γ-бутиролактоном или его производными с последующим восстановлением промежуточного продукта.
3. Восстановление индоксила: индоксил (3-гидроксииндол) может быть восстановлен до индолина с помощью амальгамы натрия или цинка в кислой среде.

Промышленные методы

В промышленности индолин получают преимущественно каталитическим гидрированием индола. В качестве катализаторов используют никель Ренея или палладий на носителе (угле, оксиде алюминия). Процесс проводят в автоклавах при температуре 150–200 °C и давлении водорода 10–50 атм. Выход продукта превышает 90%. Альтернативный метод — восстановление индола натрием в присутствии аммиака, однако он менее экономичен и применяется реже.

Применение

В органическом синтезе

Индолин является ценным полупродуктом для синтеза разнообразных гетероциклических соединений. Он используется для получения:

• Производных индола (через окисление)
• N-замещённых индолинов (алкилированием)
• Конденсированных гетероциклов (например, карбазолов, пирроло[2,3-b]индолов)

В фармацевтической промышленности

Индолиновый фрагмент входит в структуру многих лекарственных средств. Наиболее известные примеры:

• Индометацин — нестероидное противовоспалительное средство, содержащее индолиновое кольцо.
• Сертралин — антидепрессант из группы селективных ингибиторов обратного захвата серотонина, в своей структуре имеет индолиновый фрагмент.
• Винкамин и его производные — алкалоиды, используемые для улучшения мозгового кровообращения, содержат индолиновое ядро.

Индолин также используется в синтезе аналогов природных алкалоидов, таких как резерпин, стрихнин и других.

В производстве красителей

Индолин является исходным сырьём для синтеза некоторых типов кубовых и сернистых красителей. Например, его конденсация с ароматическими альдегидами приводит к образованию полиметиновых красителей, используемых для окрашивания синтетических волокон. Кроме того, индолин применяется при производстве индигоидных красителей, хотя в меньших масштабах, чем сам индол.

В агрохимии

Производные индолина используются в качестве регуляторов роста растений. Например, индолил-3-уксусная кислота (гетероауксин), синтезируемая из индолина, является одним из наиболее распространённых фитогормонов — ауксинов. Она стимулирует корнеобразование, рост клеток и деление.

Безопасность и токсикология

Индолин относится к умеренно токсичным веществам. При попадании на кожу и слизистые оболочки может вызывать раздражение. При вдыхании паров возможны головная боль, тошнота, головокружение. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м³. При работе с индолином необходимо использовать средства индивидуальной защиты: резиновые перчатки, защитные очки, респиратор. Хранят соединение в герметично закрытой таре в прохладном, хорошо вентилируемом месте, вдали от источников огня и окислителей.

Интересные факты

• Индолин является одним из немногих гетероциклических соединений, которые в чистом виде являются жидкостью при комнатной температуре, в то время как большинство его аналогов (индол, бензофуран, бензотиофен) — твёрдые вещества.
• Несмотря на то, что индолин легко окисляется до индола, в природе он встречается редко, в основном в виде метаболитов некоторых микроорганизмов.
• Реакция окисления индолина до индола используется в аналитической химии для качественного и количественного определения индолина в смесях — при добавлении хлорида железа(III) появляется характерное окрашивание.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2.
• Общая органическая химия / Под ред. Д. Бартона и У. Д. Оллиса. — М.: Химия, 1982. — Т. 4.
• Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений. — М.: Мир, 1996.
• Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. — М.: Химия, 1964. — Т. 2.
• Патент РФ № 2 345 089 «Способ получения индолина».