Síntese de indol de Fischer: faça você mesmo o movimento dos elétrons
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Arraste dos elétrons que se movem (um par isolado ou uma ligação) até o destino deles, ou toque primeiro em um e depois no outro. Abrir a demonstração em tela cheia
Você acabou de movimentar cada seta do síntese de indol de Fischer.
É assim que todo exercício do Arrow Lab parece. Continue:
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Química Orgânica 2 · Demonstração interativa gratuita
Acetofenona e fenil-hidrazina dão 2-fenil-indol com ácido de Brønsted e calor. A hidrazona se transforma em uma ene-hidrazina, sofre rearranjo ao longo de seis átomos e então fecha o anel de cinco membros. Acompanhe os dois nitrogênios: o nitrogênio ligado ao arila permanece no indol, enquanto o nitrogênio terminal sai como NH₃ e é capturado como NH₄⁺.
Desenhe todas as 40 setas nas 16 cenas de reação acima, com três perguntas ao longo do caminho. Cada seta é conferida à medida que você a desenha, e Hint revela a próxima jogada um pouco de cada vez.
Transforme suas próprias anotações em exercícios como este
Com o plano estudante do Arrow Lab, você pode fotografar uma reação das suas anotações de aula ou do seu livro-texto. O Arrow Lab lê os materiais de partida e os reagentes, você confere essa leitura, e ele monta o mecanismo como um exercício igual ao de cima: você desenha cada seta, recebe dicas quando travar, e vê na hora se cada movimento está correto.
Scan Standard, Scan Lite e Scan incluem créditos de scan todo mês, até 20 por dia. Um crédito é uma unidade de trabalho, não um problema: um scan típico usa cerca de 1 crédito, trabalhar de trás para frente a partir de um produto usa cerca de 2, e um mecanismo longo ou complicado usa 2–4.
O mecanismo da síntese de indol de Fischer, passo a passo
O rearranjo [3,3]-sigmatrópico é a etapa-chave: ele quebra a ligação N–N e forma uma ligação C–C; este exercício usa a ene-hidrazina protonada no nitrogênio ligado ao arila. A acetofenona tem apenas um carbono α enolizável: seu carbono metílico se torna o C3 do indol, enquanto seu carbono carbonílico se torna o C2 e mantém o grupo fenila. O trabalho de marcação com ¹⁵N de Allen e Wilson, de 1943, mostrou que o nitrogênio ligado ao arila é mantido e o nitrogênio terminal é eliminado como amônia. A perda de um próton no C3, e não a remoção do N–H do anel, é o que torna o anel de cinco membros aromático.
As 20 etapas da demonstração, com as palavras do próprio exercício. Tente desenhar cada uma acima antes de lê-las.
Choose the attacking nitrogen
Track both nitrogens throughout: the nitrogen that first bonds to the carbonyl carbon is not the nitrogen retained in the indole ring.
Activate acetophenone with acid
Brønsted acid increases carbonyl electrophilicity. This selected reactive encounter uses unprotonated phenylhydrazine, not the full distribution of acid–base species in solution.
Add the terminal nitrogen
The carbinolamine adduct has a neutral OH and a four-bonded, positively charged terminal nitrogen. The N–N bond remains intact.
Neutralize the carbinolamine nitrogen
A solvent-mediated proton transfer gives the neutral carbinolamine and regenerates a hydronium ion. Every transferred hydrogen retains its atom identity.
Protonate hydroxyl and release water
Hydroxyl protonation and water departure share a bookkeeping scene, as two successive acid-catalyzed events rather than a claim of a single elementary step. The original ketone oxygen is now in the water ledger.
Reveal the neutral hydrazone
The acetophenone phenylhydrazone is Ph–C(CH₃)=N–NH–Ph. Condensation has eliminated one water; the acid catalyst remains available for tautomerization.
Which carbon becomes indole’s 3-position?
The original carbonyl carbon becomes indole’s 2-position and retains its phenyl substituent; the methyl carbon becomes the 3-position. The two ortho positions of the unsubstituted phenylhydrazine ring are equivalent.
Protonate the hydrazone nitrogen
Protonating the hydrazone activates it for acid-catalyzed tautomerization. The next carbon deprotonation makes an ene-hydrazine, not a free carbanion.
Form the ene-hydrazine
The ene-hydrazine has Ph–NH–NH–C(Ph)=CH₂ connectivity. One hydrogen on the α carbon remains implicit and one is drawn explicitly for the final aromatization.
Activate the aryl-bound nitrogen
This pedagogical branch uses the ene-hydrazine protonated at the aryl-bound nitrogen. The six-atom rearrangement array is ortho carbon–ipso carbon–aryl-bound nitrogen–terminal nitrogen–carbonyl-derived carbon–α carbon; the drawing places those atoms around an open six-membered loop.
Rearrange through six atoms
The acid-promoted [3,3]-sigmatropic rearrangement breaks N–N and makes C–C in one six-electron reorganization. The ring is temporarily dearomatized: the ortho carbon still bears its hydrogen, and the aryl-bound nitrogen is now the cationic member of a diimine.
Restore the benzene ring
Loss of the ortho proton restores the benzene ring. The aryl-bound nitrogen is now an aniline nitrogen with two hydrogens and a lone pair; the original terminal nitrogen is the side-chain imine nitrogen. Their N–N bond does not reform.
Activate the imine for ring closure
Protonation makes the imine carbon more electrophilic. The neighboring aniline nitrogen can attack intramolecularly to close a five-membered ring.
Close the five-membered ring
The new bond from the aryl-bound nitrogen to the original carbonyl carbon completes the fused five-membered ring. This cyclic aminal is a protonated 2-amino-2-phenylindoline: the ring nitrogen is ammonium and the original terminal nitrogen is a neutral exocyclic NH₂ group.
Relay a proton to the departing nitrogen
A water-mediated proton relay neutralizes the ring nitrogen and converts the exocyclic NH₂ group into an NH₃⁺ leaving group. The two solvent transfers are grouped for bookkeeping, not asserted to be a single elementary event.
Which nitrogen leaves as ammonia?
Allen and Wilson’s 1943 ¹⁵N-labeling work established this nitrogen provenance: the aryl-bound nitrogen is retained in indole, while the terminal nitrogen is eliminated as ammonia.
Expel ammonia
Ammonia leaves, not NH₂⁻. The immediate ring product is an indoleninium ion; the carbon derived from the methyl group still has two hydrogens, so the five-membered ring is not aromatic yet.
Aromatize the five-membered ring
Deprotonation at the carbon that becomes indole’s 3-position gives aromatic 2-phenylindole and regenerates hydronium. The ring N–H bond remains intact; removing that proton is not the aromatization step.
Capture ammonia in acid
In acidic solution ammonia is trapped as NH₄⁺. The acid catalyzes the skeletal transformations, but one acid equivalent is consumed in ammonium formation; its counterion is not drawn.
2-Phenylindole: trace the two nitrogens
The product is 2-phenylindole. Phenylhydrazine supplies the fused benzene ring and the indole N–H nitrogen. Acetophenone supplies the 2-position (its original carbonyl carbon, still bearing phenyl) and the 3-position (its original methyl carbon, now CH). The ketone oxygen left in water. The terminal phenylhydrazine nitrogen was lost as NH₃ and is shown captured by acid as NH₄⁺. All explicit hydrogens remain accounted for in the product and solvent ledger; indole’s pyrrolic N–H is retained.
Como o mecanismo é desenhado
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.