Química Orgánica 2 · Síntesis y transformación de aminas
Síntesis de Fischer del indol: sigue los dos nitrógenos
Condiciones: Acetophenone + phenylhydrazine, Brønsted acid (HA; for example acetic acid with catalytic H₂SO₄), heat. H₃O⁺/water explicitly represents the acid/solvent proton shuttle; the counterion and bulk solvent are omitted. The selected reactive branch uses ene-hydrazine protonated at the aryl-bound nitrogen for the [3,3] rearrangement, not every protonation equilibrium. Hydroxyl protonation/water loss and the aminal solvent relay group successive events, not elementary kinetics. Acetophenone has only one enolizable α carbon; the two arene ortho sites are equivalent. Ph abbreviates only the unchanged acetophenone phenyl group. Hydrazone E/Z equilibration, transient aminal stereochemistry and competing reactions are not assessed. Ammonia is trapped as NH₄⁺, consuming one acid equivalent overall. The linked heavy-atom 3D panel uses seven milestone shapes and displays the nearest prior milestone, not every intermediate.
Dibuja este problema tú mismo
Arrastra desde los electrones que se mueven hasta donde van, o toca uno y luego el otro. Cada flecha se revisa; Pista te ayuda cuando te atascas. No necesitas cuenta.
El mecanismo, paso a paso
Siguiente reproduce las flechas curvas de cada paso y las explica. Los pasos escritos están abajo.
Leer los 20 pasos escritos
Elegir el nitrógeno atacante
Sigue ambos nitrógenos a lo largo de todo el mecanismo: el nitrógeno que primero se une al carbono del carbonilo no es el nitrógeno que se retiene en el anillo del indol.
Activar la acetofenona con ácido
El ácido de Brønsted aumenta la electrofilia del carbonilo. Este encuentro reactivo seleccionado utiliza fenilhidracina no protonada, no la distribución completa de especies ácido-base en disolución.
Las flechas curvas
- Un par solitario del oxígeno del carbonilo acepta el protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio permanece sobre el oxígeno, dando agua.
Adicionar el nitrógeno terminal
El aducto carbinolamina tiene un OH neutro y un nitrógeno terminal con cuatro enlaces y carga positiva. El enlace N–N permanece intacto.
Las flechas curvas
- El par solitario del nitrógeno terminal forma un enlace con el carbono del carbonilo.
- El par π del C=O se desplaza hacia el oxígeno.
Neutralizar el nitrógeno de la carbinolamina
Una transferencia de protón mediada por el disolvente da la carbinolamina neutra y regenera un ion hidronio. Cada hidrógeno transferido conserva su identidad atómica.
Las flechas curvas
- El agua acepta un protón del nitrógeno amónico terminal.
- El par del N–H restaura el par solitario del nitrógeno terminal.
Protonar el hidroxilo y liberar agua
La protonación del hidroxilo y la salida del agua comparten una escena de contabilidad, como dos eventos sucesivos catalizados por ácido y no como la afirmación de un único paso elemental. El oxígeno original de la cetona queda ahora en el balance del agua.
Las flechas curvas
- El oxígeno del hidroxilo acepta el protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio regresa al oxígeno.
- El par solitario del nitrógeno terminal forma el enlace π C=N.
- El par del C–O se va junto con el grupo hidroxilo protonado en forma de agua.
Revelar la hidrazona neutra
La fenilhidrazona de la acetofenona es Ph–C(CH₃)=N–NH–Ph. La condensación eliminó una molécula de agua; el catalizador ácido sigue disponible para la tautomerización.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón restante sobre el nitrógeno imínico con carga positiva.
- El par del N–H permanece sobre el nitrógeno imínico, dando la hidrazona neutra.
¿Qué carbono se convierte en la posición 3 del indol?
El carbono carbonílico original se convierte en la posición 2 del indol y conserva su sustituyente fenilo; el carbono del metilo se convierte en la posición 3. Las dos posiciones orto del anillo de fenilhidracina no sustituido son equivalentes.
Protonar el nitrógeno de la hidrazona
Protonar la hidrazona la activa para la tautomerización catalizada por ácido. La siguiente desprotonación del carbono da una eno-hidracina, no un carbanión libre.
Las flechas curvas
- El par solitario del nitrógeno imínico acepta un protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio permanece sobre el oxígeno.
Formar la eno-hidracina
La eno-hidracina tiene la conectividad Ph–NH–NH–C(Ph)=CH₂. Un hidrógeno del carbono α permanece implícito y otro se dibuja de forma explícita para la aromatización final.
Las flechas curvas
- El agua acepta un protón α del carbono del metilo.
- El par del C–H α forma el enlace C=C.
- El par π del C=N regresa al nitrógeno terminal.
Activar el nitrógeno unido al arilo
Esta rama pedagógica utiliza la eno-hidracina protonada en el nitrógeno unido al arilo. El arreglo de reordenamiento de seis átomos es carbono orto–carbono ipso–nitrógeno unido al arilo–nitrógeno terminal–carbono derivado del carbonilo–carbono α; el dibujo coloca esos átomos alrededor de un bucle abierto de seis miembros.
Las flechas curvas
- El par solitario del nitrógeno unido al arilo acepta el protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio permanece sobre el oxígeno del agua.
Reordenar a través de seis átomos
El reordenamiento sigmatrópico [3,3] promovido por ácido rompe el enlace N–N y forma el C–C en una sola reorganización de seis electrones. El anillo se desaromatiza temporalmente: el carbono orto aún conserva su hidrógeno, y el nitrógeno unido al arilo es ahora el miembro catiónico de una diimina.
Las flechas curvas
- El par π del areno forma el nuevo enlace desde el carbono orto hasta el carbono α.
- El par π de la eno-hidracina forma el enlace C=N de la cadena lateral.
- El par σ del N–N forma el enlace C=N ipso a medida que se rompe el enlace N–N.
Restaurar el anillo de benceno
La pérdida del protón orto restaura el anillo de benceno. El nitrógeno unido al arilo es ahora un nitrógeno de anilina con dos hidrógenos y un par solitario; el nitrógeno terminal original es el nitrógeno imínico de la cadena lateral. Su enlace N–N no se vuelve a formar.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón del carbono orto que adquirió el nuevo enlace C–C.
- El par del C–H orto restaura el enlace π del anillo.
- El par π del C=N ipso regresa al nitrógeno, dando un grupo NH₂ de anilina.
Activar la imina para el cierre del anillo
La protonación hace que el carbono de la imina sea más electrófilo. El nitrógeno de anilina vecino puede atacar intramolecularmente para cerrar un anillo de cinco miembros.
Las flechas curvas
- El nitrógeno imínico de la cadena lateral acepta un protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio permanece sobre el oxígeno.
Cerrar el anillo de cinco miembros
El nuevo enlace desde el nitrógeno unido al arilo hasta el carbono carbonílico original completa el anillo fusionado de cinco miembros. Esta aminal cíclica es una 2-amino-2-fenilindolina protonada: el nitrógeno del anillo es amonio y el nitrógeno terminal original es un grupo NH₂ exocíclico neutro.
Las flechas curvas
- El par solitario del nitrógeno de la anilina forma un enlace con el carbono carbonílico original.
- El par π del iminio regresa al nitrógeno exocíclico.
Transmitir un protón al nitrógeno que se va
Un relevo de protones mediado por agua neutraliza el nitrógeno del anillo y convierte el grupo NH₂ exocíclico en un grupo saliente NH₃⁺. Las dos transferencias de disolvente se agrupan por contabilidad, sin afirmar que sean un único evento elemental.
Las flechas curvas
- El agua acepta un protón del nitrógeno amónico del anillo.
- El par del N–H del anillo restaura el par solitario del nitrógeno del anillo.
- El nitrógeno exocíclico acepta un protón del relevo de disolvente.
- El par del O–H del relevo regresa al oxígeno del agua.
¿Qué nitrógeno se va como amoníaco?
El trabajo de marcaje con ¹⁵N de Allen y Wilson en 1943 estableció esta procedencia del nitrógeno: el nitrógeno unido al arilo se retiene en el indol, mientras que el nitrógeno terminal se elimina como amoníaco.
Expulsar el amoníaco
Se va el amoníaco, no el NH₂⁻. El producto cíclico inmediato es un ion indoleninio; el carbono derivado del grupo metilo todavía tiene dos hidrógenos, por lo que el anillo de cinco miembros aún no es aromático.
Las flechas curvas
- El par solitario del nitrógeno del anillo forma un enlace π C=N.
- El par del C–N exocíclico se va junto con el nitrógeno terminal original en forma de amoníaco neutro.
Aromatizar el anillo de cinco miembros
La desprotonación en el carbono que se convierte en la posición 3 del indol da 2-fenilindol aromático y regenera el hidronio. El enlace N–H del anillo permanece intacto; eliminar ese protón no es el paso de aromatización.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón explícito restante sobre el carbono que se convierte en la posición 3 del indol.
- El par del C–H forma el enlace π C=C en el anillo de cinco miembros.
- El par π del C=N regresa al nitrógeno, cuyo par solitario participa en la aromaticidad del indol.
Capturar el amoníaco en medio ácido
En disolución ácida el amoníaco queda atrapado como NH₄⁺. El ácido cataliza las transformaciones del esqueleto, pero un equivalente de ácido se consume en la formación de amonio; su contraión no se dibuja.
Las flechas curvas
- El par solitario del amoníaco acepta un protón del hidronio.
- El par del O–H del hidronio permanece sobre el oxígeno, dando agua.
2-Fenilindol: rastrear los dos nitrógenos
El producto es el 2-fenilindol. La fenilhidracina aporta el anillo de benceno fusionado y el nitrógeno del N–H del indol. La acetofenona aporta la posición 2 (su carbono carbonílico original, que aún lleva el fenilo) y la posición 3 (su carbono metílico original, ahora CH). El oxígeno de la cetona se fue con el agua. El nitrógeno terminal de la fenilhidracina se perdió como NH₃ y se muestra capturado por el ácido como NH₄⁺. Todos los hidrógenos explícitos quedan contabilizados en el producto y en el balance del disolvente; el N–H pirrólico del indol se retiene.
Qué vas a practicar
Transforma la acetofenona y la fenilhidracina en 2-fenilindol mediante la formación de hidrazona, la tautomerización a eno-hidracina, un reordenamiento [3,3], la ciclación y la pérdida de amoníaco, siguiendo ambos átomos de nitrógeno y cada protón explícito.
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