Индол: синтез Фишера и реакции — Органическая химия для олимпиад

Индол: синтез Фишера и реакции

9 заданий

Синтез Фишера

linkОпора

Индол — пиррол, сочленённый с бензольным кольцом; его ядро входит в триптофан, серотонин и многие алкалоиды. Самый известный путь к индолам — синтез Фишера: фенилгидразон (урок 239) при нагревании с кислотой перестраивается и замыкает пятичленное кольцо. Ключевая стадия — [3,3]-сигматропный сдвиг, такой же, как в перегруппировке Кляйзена (урок 228).

Как получить индол по Фишеру

  1. Фенилгидразин с кетоном или альдегидом даёт фенилгидразон; его часто не выделяют.
  2. В кислоте фенилгидразон превращается в енгидразин, а [3,3]-сигматропный сдвиг разрывает связь N–N и образует связь C–C с орто-атомом кольца. Затем кольцо ароматизуется, аминогруппа замыкает аминаль, и отщепление аммиака даёт индол.
  3. Атом N1 — азот, связанный с арилом; C2 — бывший карбонильный атом со своим заместителем; C3 — α-атом кетона со своими заместителями, а бензольное кольцо приходит от фенилгидразина.
  4. Несимметричный кетон в сильной кислоте даёт енгидразин в сторону более замещённого α-атома.
  5. Заместитель в пара-положении фенилгидразина окажется в положении 5 индола, а в орто-положении — в положении 7.
Механизм синтеза Фишера: из фенилгидразона ацетона получается 2-метилиндол
Механизм синтеза Фишера: из фенилгидразона ацетона получается 2-метилиндол

Примеры

1. 2-Фенилиндол. Фенилгидразин с ацетофеноном в полифосфорной кислоте даёт 2-фенилиндол: фенил при карбонильном атоме оказывается в положении 2.

Заместитель карбонильного атома — в положении 2
Заместитель карбонильного атома — в положении 2

2. Незамещённый индол. Фенилгидразин с пировиноградной кислотой даёт индол-2-карбоновую кислоту, которая при нагревании теряет \(\ce{CO2}\) и превращается в индол.

Путь к незамещённому индолу
Путь к незамещённому индолу

errorБывший карбонил — это C2

Карбонильный атом кетона становится атомом C2, а не C3: заместитель при карбонильной группе оказывается в положении 2, а заместитель у α-атома — в положении 3. Циклогексанон даёт 1,2,3,4-тетрагидрокарбазол: оба атома входят в новое кольцо.

edit_noteПопробуйте сами

Какой индол даст фенилгидразин с пропаналем?

expand_moreПоказать решение

3-Метилиндол (скатол): карбонильный атом альдегида становится атомом C2 с атомом водорода, а метил α-атома — заместителем у C3.

Реакции индола

Индол — пиррол, сочленённый с бензолом, но электрофил атакует его не в C2, как пиррол (урок 354), а в C3. Причина в том, что при атаке в C3 бензольное кольцо остаётся ароматическим. Связь N–H индола тоже кислая, и его анион алкилируется по азоту или по C3 в зависимости от противоиона.

Как предсказать реакцию индола

  1. Электрофил атакует C3: положительный заряд катиона стабилизирует азот, а бензольное кольцо остаётся ароматическим. При атаке в C2 азот мог бы стабилизировать заряд только ценой разрушения бензольного секстета.
  2. Так идут реакция Вильсмайера (\(\ce{POCl3}\) и ДМФА дают индол-3-карбальдегид), реакция Манниха (формальдегид, диметиламин и уксусная кислота дают грамин), бромирование NBS (3-броминдол) и нитрование бензоилнитратом (3-нитроиндол).
  3. Если C3 занят, электрофил атакует C3 и затем мигрирует в C2 или атакует C2 напрямую.
  4. Связь N–H индола кислая (\(pK_a\) 16,2): гидрид натрия в ДМФА и алкилгалогенид дают 1-алкилиндол, а индолилмагнийгалогенид алкилируется по C3.
Замещение индола в положение 3: индол-3-карбальдегид и грамин
Замещение индола в положение 3: индол-3-карбальдегид и грамин

Примеры

1. Алкилирование по азоту. Индол с гидридом натрия в ДМФА, а затем с иодметаном даёт 1-метилиндол.

Натриевая соль алкилируется по азоту
Натриевая соль алкилируется по азоту

2. Ацилирование в C3. Индол с оксалилхлоридом без катализатора даёт (индол-3-ил)глиоксилилхлорид — первую стадию синтеза триптаминов.

Электрофил атакует C3
Электрофил атакует C3

errorИндол — не пиррол

В пирроле электрофил идёт в положение 2, а в индоле — в положение 3: иначе пришлось бы нарушить ароматичность бензольного кольца.

edit_noteПопробуйте сами

В какое положение войдёт бром при реакции 3-метилиндола с NBS?

expand_moreПоказать решение

В положение 2: положение 3 занято, и электрофил атакует C2 напрямую или после миграции от C3.

push_pinГлавное

Синтез Фишера: фенилгидразин + альдегид или кетон → фенилгидразон; кислота (\(\ce{ZnCl2}\), полифосфорная, \(\ce{H2SO4}\), AcOH) переводит его в енгидразин, [3,3]-сигматропный сдвиг рвёт связь N–N и создаёт связь C–C с орто-атомом кольца, затем ароматизация, замыкание пятичленного цикла (аминаль) и уход \(\ce{NH3}\). Атом C=O кетона становится C2, α-атом — C3; если у α-атома только один H, получается 3H-индол (индоленин). Несимметричный кетон в сильной кислоте даёт более замещённый енгидразин. Индол из ацетальдегида так почти не получается: берут пировиноградную кислоту и декарбоксилируют индол-2-карбоновую кислоту. Индол замещается в C3 — катион сохраняет бензольное кольцо: Вильсмайер → индол-3-карбальдегид, Манних → грамин, NBS → 3-броминдол; N–H кислая (\(pK_a\) 16,2): соль натрия в ДМФА алкилируется по азоту, индолилмагнийгалогенид — по C3.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.