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indol

El indol es un compuesto orgánico heterocíclico aromático con la fórmula C 8 H 7 N . Tiene una estructura bicíclica , que consta de un anillo de benceno de seis miembros fusionado a un anillo de pirrol de cinco miembros . El indol está ampliamente distribuido en el ambiente natural y puede ser producido por una variedad de bacterias . Como molécula de señal intercelular , el indol regula varios aspectos de la fisiología bacteriana, incluida la formación de esporas , la estabilidad del plásmido , la resistencia a los fármacos , la formación de biopelículas y la virulencia . [2] El aminoácido triptófano es un derivado del indol y precursor del neurotransmisor serotonina . [3]

Propiedades generales y ocurrencia.

El indol es un sólido a temperatura ambiente. Se produce naturalmente en las heces humanas y tiene un intenso olor fecal . Sin embargo, en concentraciones muy bajas tiene un olor floral [4] y es un componente de muchos perfumes . También se encuentra en el alquitrán de hulla . Se ha identificado en el cannabis . [5]

El sustituyente correspondiente se llama indolilo .

El indol sufre una sustitución electrófila , principalmente en la posición 3 (ver diagrama en el margen derecho). Los indoles sustituidos son elementos estructurales (y para algunos compuestos, los precursores sintéticos de) los alcaloides triptamínicos derivados del triptófano , que incluyen el neurotransmisor serotonina y la hormona [6] melatonina , así como las drogas psicodélicas naturales dimetiltriptamina y psilocibina . Otros compuestos indólicos incluyen la hormona vegetal auxina (ácido indolil-3-acético, IAA ), triptofol , el fármaco antiinflamatorio indometacina y el betabloqueante pindolol .

El nombre indol es un acrónimo de las palabras ind igo y ole um , ya que el indol se aisló por primera vez mediante el tratamiento del tinte índigo con oleum.

Historia

Estructura original de Baeyer para el indol, 1869

La química del indol comenzó a desarrollarse con el estudio del tinte índigo . El índigo se puede convertir en isatina y luego en oxindol . Luego, en 1866, Adolf von Baeyer redujo el oxindol a indol utilizando polvo de zinc . [7] En 1869, propuso una fórmula para el indol. [8]

Ciertos derivados del indol fueron colorantes importantes hasta finales del siglo XIX. En la década de 1930, el interés por el indol se intensificó cuando se supo que el sustituyente indol está presente en muchos alcaloides importantes , conocidos como alcaloides indol (p. ej., triptófano y auxinas ), y sigue siendo un área activa de investigación en la actualidad. [9]

Biosíntesis y función.

El indol se biosintetiza en la vía del shikimato mediante antranilato . [3] Es un intermedio en la biosíntesis del triptófano , donde permanece dentro de la molécula de triptófano sintasa entre la eliminación del 3-fosfo-gliceraldehído y la condensación con serina . Cuando se necesita indol en la célula, generalmente se produce a partir del triptófano mediante la triptofanasa . [10]

El indol se produce a través del antranilato y reacciona aún más para dar el aminoácido triptófano.

Como molécula de señal intercelular , el indol regula varios aspectos de la fisiología bacteriana, incluida la formación de esporas , la estabilidad del plásmido , la resistencia a los fármacos , la formación de biopelículas y la virulencia . [2] Varios derivados del indol tienen funciones celulares importantes, incluidos neurotransmisores como la serotonina . [3]

Métodos de detección

Los métodos clásicos comunes aplicados para la detección de indoles extracelulares y ambientales son los ensayos de reactivos de Salkowski , Kovács , Ehrlich y la HPLC . [15] [16] [17] Para la detección y medición del indol intracelular es aplicable un biosensor sensible al indol codificado genéticamente. [18]

Aplicaciones médicas

Los indoles y sus derivados son prometedores contra la tuberculosis , la malaria , la diabetes , el cáncer , las migrañas , las convulsiones , la hipertensión , las infecciones bacterianas por Staphylococcus aureus resistente a la meticilina ( MRSA ) e incluso los virus . [19] [20] [21] [22] [23]

Rutas sintéticas

El indol y sus derivados también se pueden sintetizar mediante diversos métodos. [24] [25] [26]

Las principales rutas industriales parten de la anilina mediante una reacción en fase de vapor con etilenglicol en presencia de catalizadores :

Reacción de anilina y etilenglicol para dar indol.

En general, las reacciones se llevan a cabo entre 200 y 500 °C. Los rendimientos pueden llegar hasta el 60%. Otros precursores del indol incluyen formiltoluidina, 2-etilanilina y 2-(2-nitrofenil)etanol, todos los cuales sufren ciclaciones . [27]


Síntesis de indol de Leimgruber-Batcho

La síntesis de indol de Leimgruber-Batcho

La síntesis de indol de Leimgruber-Batcho es un método eficaz para sintetizar indol e indoles sustituidos. [28] Este método, originalmente divulgado en una patente en 1976, es de alto rendimiento y puede generar indoles sustituidos. Este método es especialmente popular en la industria farmacéutica , donde muchos fármacos se componen de indoles específicamente sustituidos.

Síntesis de indol de Fischer

La síntesis del indol de Fischer.
Síntesis de indol asistida por microondas en un solo recipiente a partir de fenilhidrazina y ácido pirúvico

Uno de los métodos más antiguos y fiables para sintetizar indoles sustituidos es la síntesis de indol de Fischer , desarrollada en 1883 por Emil Fischer . Aunque la síntesis de indol en sí es problemática utilizando la síntesis de indol de Fischer, a menudo se usa para generar indoles sustituidos en las posiciones 2 y/o 3. Sin embargo, el indol todavía se puede sintetizar utilizando la síntesis de indol de Fischer haciendo reaccionar fenilhidrazina con ácido pirúvico seguido de descarboxilación del ácido indol-2-carboxílico formado. Esto también se ha logrado en una síntesis en un solo recipiente utilizando irradiación de microondas. [29]

Otras reacciones formadoras de indol

Reacciones químicas del indol.

Basicidad

A diferencia de la mayoría de las aminas , el indol no es básico : al igual que el pirrol , el carácter aromático del anillo significa que el par solitario de electrones del átomo de nitrógeno no está disponible para la protonación. [32] Sin embargo, los ácidos fuertes como el ácido clorhídrico pueden protonar el indol. El indol se protona principalmente en C3, en lugar de N1, debido a la reactividad similar a la enamina de la porción de la molécula ubicada fuera del anillo de benceno . La forma protonada tiene un p K a de −3,6. La sensibilidad de muchos compuestos indólicos (p. ej., triptaminas ) en condiciones ácidas es causada por esta protonación.

Sustitución electrófila

La posición más reactiva del indol para la sustitución aromática electrófila es C3, que es de 10 a 13 veces más reactiva que el benceno . Por ejemplo, se alquila mediante serina fosforilada en la biosíntesis del aminoácido triptófano. La formilación de indol de Vilsmeier-Haack [33] se llevará a cabo a temperatura ambiente exclusivamente en C3.

La formilación de indol de Vilsmeyer-Haack

Dado que el anillo pirrólico es la porción más reactiva del indol, la sustitución electrófila del anillo carbocíclico (benceno) generalmente tiene lugar sólo después de que se sustituyen N1, C2 y C3. Una excepción notable ocurre cuando la sustitución electrófila se lleva a cabo en condiciones suficientemente ácidas para protonar exhaustivamente C3. En este caso, C5 es el sitio más común de ataque electrofílico. [34]

La gramina , un intermedio sintético útil, se produce mediante una reacción de Mannich de indol con dimetilamina y formaldehído . Es el precursor del ácido indol-3-acético y del triptófano sintético.

Síntesis de gramina a partir de indol.

Acidez N – H y complejos organometálicos de aniones indol

El centro N–H tiene una p K a de 21 en DMSO , por lo que se requieren bases muy fuertes como el hidruro de sodio o el n -butil litio y condiciones libres de agua para una desprotonación completa . Los derivados organometálicos resultantes pueden reaccionar de dos maneras. Las sales más iónicas , como los compuestos de sodio o potasio , tienden a reaccionar con electrófilos en el nitrógeno-1, mientras que los compuestos de magnesio más covalentes ( reactivos de indol Grignard ) y (especialmente) los complejos de zinc tienden a reaccionar en el carbono 3 (ver figura a continuación). De manera análoga, los disolventes apróticos polares como el DMF y el DMSO tienden a favorecer el ataque del nitrógeno, mientras que los disolventes no polares como el tolueno favorecen el ataque del C3. [35]

Formación y reacciones del anión indol.

Acidez del carbono y litiación C2.

Después del protón N-H, el hidrógeno en C2 es el siguiente protón más ácido del indol. La reacción de indoles protegidos con N con butil-litio o diisopropilamida de litio da como resultado una litiación exclusivamente en la posición C2. Este fuerte nucleófilo puede utilizarse luego como tal con otros electrófilos.

Litiación de 2 posiciones de indol

Bergman y Venemalm desarrollaron una técnica para litiar la posición 2 del indol no sustituido, [36] al igual que Katritzky. [37]

Oxidación del indol

Debido a la naturaleza rica en electrones del indol, se oxida fácilmente . Los oxidantes simples como la N -bromosuccinimida oxidarán selectivamente el indol 1 a oxindol ( 4 y 5 ).

Oxidación del indol por N-bromosuccinimida.

Cicloadiciones de indol

Sólo el enlace pi C2-C3 del indol es capaz de realizar reacciones de cicloadición . Las variantes intramoleculares suelen tener mayor rendimiento que las cicloadiciones intermoleculares. Por ejemplo, Padwa et al. [38] han desarrollado esta reacción de Diels-Alder para formar intermedios avanzados de estricnina . En este caso, el 2-aminofurano es el dieno , mientras que el indol es el dienófilo . Los indoles también sufren cicloadiciones intramoleculares [2+3] y [2+2].

Ejemplo de cicloadición de indol.

A pesar de los rendimientos mediocres, las cicloadiciones intermoleculares de derivados de indol están bien documentadas. [39] [40] [41] [42] Un ejemplo es la reacción de Pictet-Spengler entre derivados de triptófano y aldehídos , [43] que produce una mezcla de diastereómeros , lo que lleva a un rendimiento reducido del producto deseado.

Hidrogenación

Los indoles son susceptibles a la hidrogenación de la subunidad imina. [44]

Ver también

Referencias

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    Tabla 2: Metabolitos microbianos: su síntesis, mecanismos de acción y efectos sobre la salud y la enfermedad
    Figura 1: Mecanismos moleculares de acción del indol y sus metabolitos sobre la fisiología y la enfermedad del huésped
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Referencias generales

enlaces externos