В) Взаимодействие с ангидридами карбоновых кислот

COCOCl

³

NH₃

₂ + (COCl)₂ –HСl –HСl

N₁ N

H H

индол хлористый ангидрид индолил хлорангидрид

щавелевой кислоты двузамещенный щавелевой кислоты

(3-(хлороксалил)индол)

COCONH₂CH₂CH₂NH₂

LiAlH₄

–2H₂O

NN

H H

индолиламид щавелевой кислоты триптамин

(3-(амидоксалил)индол) (3-(2′-аминоэтил)индол)

Некоторые β-замещенные индола являются биологически активными веществами, выполняющими ответственные функции в животных организмах.

Так, триптофан, незаменимая α-аминокислота в цепи биохимических превращений, в результате окислительного декарбоксилирования превращается в 5-окситриптамин – серотонин – важнейший биогенный амин. Серотонин, являясь медиатором нервных импульсов, участвует в процессе передачи нервного возбуждения центральной нервной системы и регуляции психической деятельности.

Антагонистом серотонина является диэтиламид лизергиновой кислоты, выделенной впервые из алкалоидов спорыньи (препарат LSD – 25), который вытесняет серотонин из его рецепторов (опасный наркотик – причина появления слуховых, зрительных галлюцинаций, потери чувства собственной личности). LSD – 25, охарактеризованный впервые в 1943 г., биогенетически связан с триптофаном.

Другое направление метаболизма триптофана приводит к триптамину и индолилуксусной кислоте:

СН₂ – СН – СООН

NH₂

N

H

D, L – триптофан

окисление,

декарбоксилирование декарбоксилирование

CH₂–COOH СH₂CH₂NH₂ HO СH₂–CH₂–NH₂

окисление

N N N

H H H

индолилуксусная триптамин серотонин

кислота

Индолилуксусная и индлилпропионовая кислоты являются стимуляторами роста растений, благоприятствующими корнеобразованию при вегетативном размножении. Индолилуксусная кислота получается совместной конденсацией индола с формальдегидом и цианидом калия по механизму электрофильного замещения, а индолилпропионовая кислота синтезируется цианэтилированием индола:

CH₂CN CH₂COOH

CH₂O; KCN (ОН^–)

150⁰C;~10⁶Па N –NH₃ N

Н H

β – индолилацетонитрил β – индолилуксусная кислота

N

H CH₂CH₂CN CH₂CH₂COOH

CH₂=СH – CN (ОН^–)

N –NH₃ N

120-130⁰C H H

β – индолилпропиононитрил β – индолилпропионовая кислота

Кислородные производные индола – оксиндол, индоксил, изатин.

Оксиндол существует в кето-форме и образует два ряда производных. Это явление объяснялось таутомерией:

СН₂ СН₂

С = О C – OH

N N

H

кетонная форма гидрокси-форма

Возможно, что истинная причина кроется в способности иона, возникающего при отрыве протона, к двойственному реагированию.

Индоксил важен как промежуточный продукт при синтезе индиго, в которое он легко превращается при окислении. Он, по-видимому, способен к таутомерии:

О OH

С C

СН₂ CH

N N

H H

индоксил

Изатин был получен при окислении индиго хромовой смесью или азотной кислотой. Сейчас его синтезируют из анилина, хлоральгидрата и гидроксиламина. Сначала образуется изонитрозоацетанилид, который затем превращается в изатин.

Изатин (кристаллы красного цвета с темп. пл. 200-201⁰С) легко размыкает цикл, обратимо превращаясь в изатиновую кислоту.

+ СН (ОН)₂ + NH₂OH CH = NOH

CCl₃ –3HCl; –H₂O C = O

NH₂ NH

анилин хлоральгидрат гидроксиламин изонитрозоацетанилид

O O

C KOH C

C = O COOK

HCl

N NH₂

H

изатин калиевая соль изатиновой кислоты

Индиго – синий краситель, применявшийся еще в глубокой древности, впервые упоминается Ю. Цезарем в его «Записках о галльской войне». Первоначально его добывали из индигоносных растений (разновидности индигоферы и вайды), где он находился в виде глюкозида, гидролизующегося под влиянием ферментов или минеральной кислоты до глюкозы и индоксила:

ОС₆Н₁₁О₅ ОН

С С

СН H₂O СН

–C₆H₁₂O₆

N N

H H

глюкозид индоксила индоксил

Строение индиго было установлено А. Байером в 1870 г., им же впервые осуществлен синтез индиго. Технические способы синтеза были предложены учеником А. Байера – К. Гейманом. Исходными продуктами в них служат анилин или антраниловая и монохлоруксусная кислоты.

Конденсация анилина с натриевой солью хлоруксусной кислоты приводит к фенилглицину, который циклизуется при нагревании со щелочными агентами (гидроксидом калия, смесью гидроксида калия и гидроксида натрия или амидом натрия). Эта операция является наиболее ответственной. Далее индоксил окисляется кислородом воздуха в индиго.

Конденсация антраниловой кислоты с натриевой солью хлоруксусной кислоты дает фенилглицин-о-карбоновую кислоту, которая циклизуется в α-индоксилкарбоновую кислоту. Ее декарбоксилирование приводит к индоксилу, а затем при окислении образуется индиго:

NaO O O

C C

+ OH + CH₂ – COONa

CH₂ Cl

NH₂ Cl NH₂

анилин натриевая соль антраниловая кислота

хлоруксусной кислоты

–HCl – NaCl

HO O O

C C

OH

CH₂ CH₂ – COOH

N N

H H

фенилглицин фенилглицин – о-карбоновая кислота

–Н₂О 1) КОН; 300⁰С –Н₂О NaOH

2) КОН + NaOH O

3) NaNH₂; 150-200⁰C C

CH – COOH

N

H

α-индоксилкарбоновая кислота

О

С

CH₂ –CO₂

N

H

индоксил

O₂ (воздух)

O H

C N

C C

N C

H O

индиго

Индиго имеет транс-строение, при котором пространственно сближенные карбонильные группы и атомы водорода имино-групп образуют внутримолекулярные водородные связи. Подобное строение индиго объясняет его высокую прочность, стойкость к свету.

Индиго – родоначальник большой группы индигоидных красителей. Это темно-синий порошок (темп. пл. 390-392⁰С), легко возгоняющийся с образованием пурпурно-красных паров. Он нерастворим в воде и в обычных органических растворителях, хорошо растворяется в кипящем анилине и нитробензоле. При восстановлении гидросульфитом натрия (Na₂S₂O₃) получается бесцветное соединение – лейкоиндиго (белое индиго, от греч. «лейкос» - белый):

О Н OH H

С N C N

C C [H] C C

N C [О] N C

H O H OH

синее индиго белое индиго

Лейкоиндиго содержит гидроксильные группы фенольного характера, поэтому легко растворяется в щелочах. На воздухе щелочной раствор лейкоиндиго легко окисляется, снова превращаясь в синее индиго.

Краситель индиго был известен в Древнем Египте за 2000 лет до н. э. Его структура показывает еще одну особенность длинноволнового поглощения света. Окисленная и восстановленная формы индиго резко различаются по способности поглощать свет. Окисленная форма имеет интенсивно голубой цвет и поглощает свет при 606 нм, а восстановленная форма (лейко-форма) бесцветна.

На этом принципе основано крашение индиго. При крашении ткань или пряжу погружают в щелочной раствор лейкоиндиго, называемый индиговым кубом (способностью выбираться целлюлозой обладает кислая соль лейкоиндиго, В. Г. Абозин), затем вынимают и оставляют на воздухе. Лейкоиндиго на ткани или пряже окисляется и превращается в синее индиго, окрашивающее материал в глубокий чистый синий цвет. Краситель неустойчив к трению, что и требуется при крашении джинсов.

Индиго применяют для крашения хлопка, в ситцепечатании, а также для крашения шерсти. Исследования по установлению строения индиго и разработке методов его синтеза являются одной из ярких страниц в развитии органической химии второй половины XIX в.

Из других природных красителей, известных с глубокой древности, отмечают 6,6΄-диброминдиго и ализарин. 6,6΄-Диброминдиго получали из средиземноморских моллюсков и применяли при крашении тканей в пурпурный цвет для знатных вельмож.

О Н O OH

С N Br OH

C C

Br N C

H O O

6,6΄-диброминдиго ализарин

Ализарин добывали из корней марены и применяли для крашения тканей в алый цвет, предварительно обрабатывая ткань солями алюминия.

В настоящее время все эти природные красители получают синтетически.

Соединение, в котором пиррольный цикл конденсирован с двумя бензольными кольцами, называется карбазолом. Карбазол входит в состав антраценовой фракции каменноугольной смолы. Это бесцветное кристаллическое соединение (темп. пл. 245-247⁰С). Его используют для получения ценных сернистых кубовых красителей и инсектицидов, применяемых для борьбы с вредителями виноградников. Технический интерес представляет N-винилкарбазол, получаемый присоединением ацетилена к карбазолу:

^{5 4}

^{6 3} HC ≡CH

₇

₈ N₉ ² N

H ¹

CH=CH₂

карбазол N-винилкарбазол

N-Винилкарбазол при полимеризации образует поливинилкарбазол, известный под названием полектрона, обладающий исключительно высокой диэлектрической постоянной. Винилкарбазольные полимеры применяют в качестве покровных материалов, для пропитывания бумаги и т. д. N-Винилкарбазол физиологически активен: попадая на кожу, он вызывает дерматит (воспаление кожи).