Indool

Indool ehk 1H-indool ehk bensopürrool ehk 2-3-bensopürrool ehk 1-bensasool ehk ketool on amiinide hulka kuuluv heterotsükliline kondenseeritud aromaatne ühend üldvalemiga C₈H₇N. Indooli molekulis on ühendatud benseeniring ja pürrooliring.

Indool esineb värvitute kristallidena, millel on halvaks läinud kapsajuurika lõhn.

Indoolituum on struktuurielemendina paljude biomolekulide koosseisus. Eraldi ainena esineb indool kivisöetõrvas ja mõnedes eeterlikes õlides, näiteks jasmiiniõlis. Indooli võivad tekitada mitmesugused bakterid. Rakkudevahelise signaalmolekulina reguleerib indool indooli tootvatel bakteritel muu hulgas eoste moodustumist, plasmiidide stabiilsust, ravimiresistentsust, biokilede moodustumist ja virulentsust; paljud indooli mittetootvad bakterid, taimed ja loomad toodavad oksügenaase, mis sekkuvad indoolsignalisatsiooni. Aminohape trüptofaan on indooli derivaat ja virgatsaine serotoniini prekursor.

Indoolile vastavat asendusrühma nimetatakse indolüülrühmaks. Prootoni liitumisel saadav ooniumioon on indooliumioon.

Füüsikalised omadused

Normaaltingimustel kujutab indool endast värvituid valgeid lehekujulisi kristalle.

Lõhn meenutab halvaks läinud kapsajuurika ja rooja lõhna. Väga väikestes kontsentratsioonides on indoolil lillelõhn (jasmiinilõhn).

Molaarmass on 117,151 g·mol⁻¹, tihedus 1,1747 g/cm³.

Sulamistemperatuur on 52–54 °C, keemistemperatuur 253–254 °C.

Magnetiline vastuvõtlikkus on –85,0·10⁻⁶ cm³/mol.

Molekul on tasandiline. Kristallistruktuur on Pna2₁.

Elektriline dipoolmoment on 2,11 D benseenis.

Lahustuvus

Vees lahustub halvasti (0,19 g / 100 g 20 °C juures; 0,36 g / 100 g 25 °C juures). Kuumas vees lahustub.

Etanoolis lahustub (35,9 g / 100 g 20 °C juures).

Lahustub benseenis, ligroiinis ja metanoolis, dietüüleetris lahustub kergesti.

Keemilised ja biokeemilised omadused

Happe dissotsiatsioonikonstant (pK_a) on 16,2, dimetüülvääveloksiidis 21,0. Aluse tasakaalukonstant (pK_b) on 17,6.

Indool sarnaneb reaktsioonivõime poolest benseeniga, kuid on reaktiivsem. Lämmastiku elektronide jagamata paar on aromaatse seksteti osa, sellepärast ei kaldu indool siduma prootonit ja tal puuduvad aluselised omadused. Vastupidi, reaktsioonides tugevate alustega ilmutab indool nõrga NH-happe omadusi. Indool on nõrgalt aluseline, aga hapetega sooli tavaliselt ei moodusta.

Leelismetallid abstraheerivad NH-prootoni. Nõrga happena moodustab indool naatriumi lahuses vedelas ammoniaagis N-naatriumindooli, kaaliumhüdroksiidiga 130 °C juures N-kaaliumindooli.

Tal on aromaatsed omadused. Elektrofiilsete reaktsioonide korral reageerib eeskätt pürrooliring. Elektrofiilne asendusreaktsioon toimub süsinikuaatomi positsioonis 3.

Indooli nitreerib tavaliselt bensoüülnitraat, sulfeerib püridiinvääveldioksiid, bromeerib dioksaandibromiid, kloreerib sulfurüülkloriid, alküülivad aktiivsed alküülhalogeniidid.

Atsüülimine äädikhappes läheb samuti positsiooni 3, naatriumatsetaadi juuresolekul positsiooni 1.

Atseetanhüdriidis moodustub 1,3-diаtsetüülindool. Indool liitub a,b-kaksiksideme abil küllastumata ketoonide ja nitriilidega.

Aminometüülimine (Mannichi reaktsioon) kulgeb pehmetes oludes positsiooni 1, karmides oludes positsiooni 3.

Reageerib kergesti vaikpolümeeridega.

Indool inhibeerib ensüüme kümotrüpsiini, lüsosüümi ja trüptofanaasi (trüptofaanpürrolaas, trüptofaani 2,3-dioksügenaas).

Leidumine

Indooli leidub jasmiiniõieõlis, kuldlakaõlis, robiinia õites ja aarumis.

Suures kontsentratsioonis põhjustab indool aminohappe trüptofaani lagunemissaadusena koos skatooliga (3-metüülindool) fekaalidele tüüpilist lõhna.

Indooli leidub ka kivisöetõrva fraktsioneeriva destillatsiooni puhul 240–260 °C juures keevas fraktsioonis.

Derivaadid

Indool on valkude koosseisu kuuluva aminohappe trüptofaani koosseisus.

Indooli struktuurielemendina sisaldavate ainete seas on hormoone ja alkaloide.

Nende seas on trüptofaani derivaadid trüptamiinalkaloidid, sealhulgas virgatsaine serotoniin (5-hüdroksütrüptamiin), hormoon melatoniin (N-atsetüül-5-metoksütrüptamiin), looduslikud psühhedeelikumid dimetüültrüptamiin ja seeneaine psilotsübiin, samuti strühniinipuualkaloidid (sealhulgas strühniin ja brutsiin) ja tungalteraalkaloidid (ergotamiin ja selle derivaat LSD).

Indooli sisaldavad ka auksiin indool-3-äädikhape, trüptofool, põletikuvastane ravim indometatsiin ja beetablokaator pindolool.

Indooli derivaatidest loodetakse ravimeid tuberkuloosi, malaaria, diabeedi, vähi, migreeni, krampide, hüpertensiooni, MRSA ja viirushaiguste vastu.

Tuntumad värvained, mis on indooli derivaadid, on indigo ja purpur.

Derivaatide seas on isatiin, 1-metüülindool, 2-metüülindool, skatool, 4-metüülindool, 5-metüülindool, 6-metüülindool, 7-metüülindool, karbasool ja karboliin.

Biosüntees ja funktsioon

Indooli biosüntees toimub šikimaatsel rajal antranilaadi vahendusel. Ta saadakse indool-3-glütseroolfosfaadist, kusjuures eraldub glütseraldehüüd-3-fosfaat]. Indool on trüptofaani biosünteesi vahesaadus. Pärast glütseraldehüüd-3-fosfaadi eraldumist ja seriiniga kondenseerimist on indooli molekul trüptofaani süntaasi molekuli sees.

Kui rakus läheb indooli tarvis, saadakse see tavaliselt trüptofanaasi abiga trüptofaanist. Inimese soolestikus teevad seda trüptofanaasi ekspresseerivad soolebakterid. Maksas saadakse sellest indoksüüli kaudu indoksüülsulfaat. (Suurtes kontsentratsioonides mürgise indoksüülsulfaadi sisalduse vähendamiseks vereplasmas kasutatakse sorbent aktiivsütt, mis indooli adsorbeerib.) Bakter Clostridium sporogenes toodab indooli ja sellest edasi indool-3-propioonhapet. Indool vallandab L-rakkudes GLP-1 nõristamise ja on arüülsüsivesinike retseptori ligand.

Rakkudevahelise signaalmolekulina reguleerib indool indooli tootvatel bakteritel muu hulgas eoste moodustumist, plasmiidide stabiilsust, ravimiresistentsust, biokilede moodustumist ja virulentsust; paljud indooli mittetootvad bakterid, taimed ja loomad toodavad oksügenaase, mis sekkuvad indoolsignalisatsiooni.

Saamine

Indooli ja selle derivaate saadakse mitmesugustel viisidel.

Peamiste tööstuslike sünteesiviiside puhul reageerib aniliin aurufaasis katalüsaatorite juuresolekul 1,2-etaandiooliga.

Reaktsioonid toimuvad üldiselt temperatuuridel 200–500 °C. Saagis võib ulatuda 60%-ni.

Teiste lähteainete seas on formüültoluidiin, 2-etüülaniliin ja 2-(2-nitrofenüül)etanool, mis kõik tsükliseeruvad.

Leimgruberi-Batcho indoolisüntees

 Pikemalt artiklis Leimgruberi-Batcho indoolisüntees

Leimgruberi-Batcho indoolisüntees ehk Batcho-Leimgruberi indoolisüntees on tõhus meetod indooli ja selle derivaatide sünteesimiseks. See patenteeriti 1976. aastal. Meetod on eriti populaarne farmaatsiatööstuses.

Fischeri indoolisüntees

 Pikemalt artiklis Fischeri indoolisüntees

Fischeri indoolisüntees

Indooli ühenõusüntees fenüülhüdrasiinist ja püroviinamarihappest mikrolainekiieguse abil

Üks vanemaid ja kindlamaid meetodeid indooli derivaatide sünteesimiseks on Fischeri indoolisüntees, mille töötas 1883. aastal välja Emil Fischer. Kuigi indooli ennast on sel meetodil problemaatiline sünteesida, sünteesitakse niiviisi sageli indooli derivaate asendusrühmaga 2. või 3. positsioonil. Indooli saab siiski sünteesida, kui Fischeri indoolisünteesiga pannakse fenüülhüdrasiin reageerima püroviinamarihappega, misjärel moodustunud indool-2-karboksüülhape dekarboksüülitakse. Seda on tehtud ka ühenõusünteesina mikrolainekiirguse abiga (Bratulescu 2008).

Teisi sünteesiviise

• Jappi-Klingemanni reaktsioon
• Bischleri-Möhlau indoolisüntees
• Larocki indoolisüntees
• Madelungi indoolisüntees ehk Madelungi süntees
• Nenitzescu indoolisüntees
• Gassmani indoolisüntees
• Reisserti indoolisüntees
• Fürstneri indoolisüntees
• Baeyeri-Emmerlingi indoolisüntees
• Bartoli indoolisüntees
• Cadogani-Sundbergi indoolisüntees
• Fukuyama indoolisyntees
• Hemetsbergeri indoolisüntees
• Dielsi-Reese reaktsioon

Kasutamine

Väikeses kontsentratsioonis annab indool tüüpilist lillelõhna, mistõttu seda lisatakse ka parfüümidele.

Peale selle valmistatakse indoolist tehislikku jasmiiniõli ja nerooliõli.

Ohtlikkus ja mürgisus

Indool on allaneelamisel kahjulik ja nahaga kokkupuutel mürgine.

Pärast indooliga tegelemist tuleb hoolikalt pesta. Indooli kasutamise ajal ei tohi süüa, juua ega suitsetada. Tuleb kasutada kaitsevarustust. Neelamise korral tuleb halva enesetunde korral helistada mürgikeskusse või arstile. Kui indool satub nahale, tuleb pesta rohke veega. Loputada suu. Indooliga kokkupuutunud riided kohe ära võtta ja enne uuesti kasutamist pesta. Indooli tuleb hoida luku taga.

Leektemperatuur on 121 °C.

Uurimislugu

Indooli keemiline struktuurivalem, mille pakkus välja Adolf von Baeyer 1869. aastal

Indooli uurimine sai alguse taimse värvaine indigo uurimisest (sellest ka indooli nimetus). Indigost võib oksüdeerimise teel saada isatiini ja seejärel indoksüüli. 1866. aastal redutseeris Adolf von Baeyer (1866) indoksüüli tsingitolmu abil indooliks. Baeyer ja Adolph Emmerling (1869) leiutasid Baeyeri-Emmerlingi indoolisünteesi.

Huvi indooli vastu suurenes 1930. aastatel, kui saadi teada, et indolüülrühm sisaldub paljudes tähtsates alkaloidides (indoolalkaloidides) (Van Order, Lindwall 1942).

Vaata ka

• indoolalkaloidid
• indeen
• indoliin
• indool-3-võihape
• indoolitest
• isoindool
• isoindoliin
• Martinet' dioksindoolisüntees
• Stollé süntees
• trüptamiin

Kirjandus

• Adolf von Baeyer. Ueber die Reduction aromatischer Verbindungen mittelst Zinkstaub. – Annalen der Chemie und Pharmacie, 1866, kd 140, nr 3, lk 295—296.
• Adolf von Baeyer, Adolph Emmerling. Synthese des Indols. – Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1869, 2, lk 679–682.
• R. B. Van Order, H. G. Lindwall. Indole. – Chemical Reviews, 1942, 30, lk 69–96.
• George Bratulescu. A new and efficient one-pot synthesis of indoles. – Tetrahedron Letters, 2008, kd 49, nr 6, lk 984–986.
• Jin-Hyung Lee, Jintae Lee. Indole as an intercellular signal in microbial communities. – FEMS Microbiology Reviews, 2010, kd 34, nr 4, lk 426–444. Veebis.