Кіріспе

Индолдарды өндіруге арналған органикалық химиялық реакция. Органикалық химияда Маделунг синтезі – жоғары температурада күшті негіз қолданылып, N-фениламидтердің ішкі молекулалық циклдеуі арқылы (субститутталған немесе субститутталмаған) индолдарды өндіретін химиялық реакция. Маделунг синтезі 1912 жылы Уолтер Маделунгпен хабарланды, ол N-бензоил-о-толуидин және екі эквивалент натрий этиоксиді қолданылып, қыздырылған, ауадан қорғалған реакция кезінде 2-фенилинддолдың синтезделгенін байқады. Көбінесе реакция жағдайларына 200–400 °C температурада гексан немесе тетрагидрофуран еріткіштерінде негіз ретінде натрий немесе калий алкоксидін қолдану кіреді. Синтезде гидролиз кезеңі де қажет. Маделунг синтезі маңызды, себебі ол N-ацил-о-толуидиндердің негіз катализделген термиялық циклдеуінен индолдарды өндіретін сирек белгілі реакциялардың бірі болып табылады.

Жалпы реакция

Басқа негіздер немесе қосымша топтармен нұсқалар мүмкін, бірақ бұл әдіс негізінен 2 алкинилиндолдарды дайындаумен шектеледі (электрофильді ароматтық алмастыру арқылы алу қиын), себебі реакция жағдайлары өте күшті. Маделунг синтезінің толық реакция механизмі төменде келтірілген.

Реакция механизмі

Реакция амид тобының азотынан сутегін және күшті негіздің әрекетімен амид тобына орто-жағдайдағы бензилді сутегін алудан басталады. Содан кейін, бензилді сутегін алу нәтижесінде пайда болған карбанион амид тобының электрофилді карбонил көміртегіне нуклеофилді шабуыл жасайды. Бұл оқиға кезінде амидтің π-байланысы бос электрон жұбына айналып, теріс зарядталған оттек пайда болады. Осы бастапқы қадамдардан кейін күшті негіз қажет болмайды және гидролиз жүруі керек. Теріс зарядталған азот бейтарап зарядын қайта алу үшін протонмен біріктіріледі, ал оттек жақсы кететін топқа айналу үшін екі рет протонмен біріктіріледі. Азоттан бос электрон жұбы оң зарядталған кететін топты шығарып тастау үшін π-байланысын құрайды, сонымен қатар азоттың оң зарядқа ие болуына себеп болады. Реакцияның соңғы қадамы – жою реакциясы (нақтырақ айтқанда E2 реакциясы), ол екі циклді қосылыс түзілгенге дейін бензилді болған екінші сутегінің алынуын қамтиды, оның электрондары сақина жүйесінде жаңа π-байланысын құрайды. Бұл азоттың бейтарап зарядын қалпына келтіру үшін алдыңғы қадамда азотпен құрылған π-байланысын азоттың бос электрон жұбына қайта айналдыруға мүмкіндік береді.

Реакция шарттарын жақсартудағы жетістіктер

Қажетті индол өнімінің түзілуін арттыру үшін әртүрлі техникалар қолданылды. Ароматтық сақинада электрон беретін топтар болғанда жоғары түзілім алынады, ал электрон қабылдайтын топтар болғанда керісінше болады. Дегенмен, R5 тобы электрон қабылдайтын болса, түзілім төмендеудің орнына артады. Сонымен қатар, реакцияның тиімділігі R6 тобының кеңдігіне де зор тәуелді. Бұл топ неғұрлым кең болса, реакция соғұрлым тиімсіз болады. Маделунг синтезі үшін қажетті жағдайлар өте қиын. Ақырқы кезде, жоғарыда айтылған өзгерістер оның қолдануға ыңғайлылығын арттыру үшін қолданылды, реакция жүргізілетін температураны төмендетуге және қажетті өнімнің түзілуін арттыруға бағытталды. Мысалы, N-фениламидтің ароматтық сақинасына электрон беретін топтар орналастырылса және R5 орнына электрон қабылдайтын топ қойылса, реакция үшін қажетті температура шамамен 25 °C-қа төмендейді. Бұл ерекше өзгеріс, осы металл катализдік негіздердің кез келгенін пайдалану, Маделунг-Хоулихан түрі деп аталады.

Синтетикалық қолдану

Маделунг синтезі химия, биохимия және өнеркәсіптік химияда көптеген маңызды қолданыстарға ие. Бұл реакция 81% өніммен архитектуралық тұрғыдан күрделі треморгендік индол алкалоидын ( ) пенитрем D синтездеуге пайдалы болды, бұл молекула ергота саңырауқұлағымен табиғи түрде өндіріледі және малдарда әртүрлі бұлшықет және неврологиялық ауруларды тудырады. Бұл токсин мал шаруашылығында маңызды экономикалық проблемаларды тудыратындықтан, алкалоид ( ) пенитрем D-ді синтездеу және оны оңай ыдырату жолдарын түсіну өте маңызды. Дегенмен, мұндай күрделі молекуланы синтездеудің өзі үлкен жетістік еді. Маделунг синтезі 2,6-дифенил-1,5-диаза-1,5-дигидросиндаценді 2,5-диметил-1,4-фенилендиаминнен синтездеуде де қолданылды. Бұл синтез Маделунг синтезіне ешқандай өзгеріссіз, 320–330 °C температурада натрий этиоксиді негізін қолдана отырып жүзеге асырылды. Бұл индацен – коммерциялық өнеркәсіпте қолданылуы мүмкін, төмен құнмен жарық дисплейлеріне арналған органикалық жарықдиод болып табылады.

Смит-модификацияланған Маделунг синтезі

Смит модификацияланған Маделунг синтезі, сондай-ақ Смит индол синтезі деп аталады, 1986 жылы Амос Смит және оның зерттеу тобы тарапынан ашылды. Бұл синтезде 2-алкил N-триметилсилил анилиндерінен туындаған органолитий реагенттерінің эфирлер немесе карбон қышқылдарымен конденсациялық реакциясы қолданылады, нәтижесінде алмастырылған индолдар алынады. Бұл синтез алькил, метокси және галоген топтары бар, сонымен қатар энолизделмейтін эфирлер немесе лактондармен реакцияласып, N-литийкетамин аралықтарын бере алатын әртүрлі алмастырылған анилиндерге қолданылатыны дәлелденді. Бұл аралық заттар индолиндерді алу үшін молекулаішілік гетероатомдық Петерсон олефинациясына түседі, содан кейін 2-алмастырылған индолға таутомерленеді. Смит индол синтезі – Маделунг синтезіне енгізілген маңызды модификациялардың бірі.

Смит индол синтезінің реакциялық механизмі

Смит индол синтезі органолитий реагентінің екі эквивалентін (органолитий реагенттері өте күшті негіздер болғандықтан) алкил тобы мен азоттан протонды жою үшін қолданудан басталады, нәтижесінде екеуінде де теріс заряд пайда болады. Синтез карбанионның эфир немесе карбон қышқылының электрофильді карбонил көміртегіне нуклеофильдік шабуылымен жалғасады. Бұл оқиғада электрофилдің π байланысы оттегідегі бос электрон жұбына айналады. Бұл бос электрон жұптары кейін π байланысына қайта айналып, ОR тобының шығарылуына әкеледі. Содан кейін, теріс зарядталған азот жақын орналасқан электрофильді карбонил көміртегіне нуклеофильдік шабуыл жасайды, бұл да электрофилдің π байланысын оттегідегі бос электрон жұбына айналдырады. Бұл теріс зарядталған оттегі триметилсилил (TMS) тобының кремний атомына нуклеофильдік шабуыл жасайды, нәтижесінде трициклді қосылыс, оң зарядталған кремний атомы және бейтарап оттегі атомы түзіледі. Синтез молекулаішілік гетероатомдық Петерсон олефинациясы арқылы жүреді, соңында TMSO тобының шығарылуына және азот атомындағы бес мүшелі сақинада π байланысының қалыптасуына әкелетін жою реакциясы орын алады. Содан кейін кето-энол таутомеризмі жүзеге асып, қажетті өнім пайда болады.