N-甲基吲哚的合成与研究

简述

N-甲基吲哚（N-Methylindole）是一种化学物质，分子式是C₉H₉N，分子量131.18，淡黄色透明液体。在三氟化硼乙醚(BFEE)溶液中N-甲基吲哚可以阳极氧化聚合 生成聚(N-甲基吲哚)。单体在BFEE中的起始氧化电位为0.95 V，远低于单体在CH₃CN+0.1 mol/L Bu₄NBF₄体系中的起始氧化电位(1.23 V)。BFEE中获得的聚(N-甲基吲哚)膜具有良好的电化学性质和荧光性质。红外光谱表明聚合反应发生在2，3位[1]。

物理性质

沸点：133℃26 mm Hg(lit.)

熔点：94 - 95℃

闪点：>230 °F

折射率：n20/D 1.606(lit.)

水溶解性：不溶

密度：1.051 g/mL at 20℃(lit.)

合成方法

以N-甲基苯胺和乙二醇为底物，以负载钯的催化剂Pd/Al₂O₃作为催化剂，TsOH和ZnO作为助催化剂可以合成N-甲基吲哚。过量的乙二醇在高温条件下与催化助剂对甲苯磺酸的质子结合，脱去一分子水，同时N-甲基苯胺脱除质子，与乙醇基团结合生成2-甲基苯基乙醇胺。随后在ZnO作用下脱水环化生成吲哚啉，最后在钯催化剂的作用下脱去两原子氢生成N-甲基吲哚[2]。

F-C反应

机械力化学作为一种新型清洁，绿色的固态合成方法具有重要的研究价值。研究发现，以供-受体环丙烷二甲酯与N-甲基吲哚为原料，以三氟甲磺酸镱为催化剂，利用机械力化学法在振动频率35 Hz下球磨反应90 min，以38.4%~77.8%的产率可以合成13个3-烷基化-N-甲基吲哚衍生物。以上实验过程在机械力化学促进下，N-甲基吲哚能在条件温和，操作简单和无溶剂等条件下有效实现傅克烷基化反应[3]。

不对称合成研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B₃LYP方法，在B₃LYP/6-31+ G(d,p)基组水平上(In采用赝势基组LanL₂DZ)，二氯乙烷(DCE)作为溶剂，研究了InX₃ (X=F,Br)催化N-甲基吲哚与酮酸酯不对称合成微观反应机理。研究过程对反应通道上反应物、中间体、过渡态和产物进行了结构优化，通过能量和振动频率分析以及内禀反应坐标(IRC)计算证实了过渡态和中间体的合理性，并且在相同基组水平上，通过自然键轨道(NBO)理论和原子理论(AIM)分析了分子轨道间的相互作用及成键特点。

结果发现，在InF₃催化作用下，N-甲基吲哚与酮酸酯反应形成1,2-加成产物和1,4-加成产物的反应速控步骤活化能分别为25.62和12.52 kcal/mol。在InBr₃催化作用下，N-甲基吲哚与酮酸酯反应形成1,2-加成产物和1,4-加成产物的反应速控步骤活化能分别为26.87和13.95 kcal/mol。比较研究结果，InF₃能有效催化该反应的进行，且1,4-加成产物更容易生成。采用连续介质模型(PCM)比较了5种溶剂化作用对反应的影响，可以预测：二甲亚砜(DMSO)溶剂条件下，InF₃催化1,4-加成产物的产率会更高[4]。

参考文献

[1]徐景坤,魏振宏,侯健,等.三氟化硼乙醚中聚(N-甲基吲哚)的电化学合成[J].高分子学报, 2006(3):5.DOI:10.3321/j.issn:1000-3304.2006.03.019.

[2]常宏宏,张娟,延秀银,等.一种N-甲基吲哚的合成方法:CN202111044996.2[P].CN113773241B.

[3]庞杰,车立杰,刘志平,等.机械力化学促进供-受体环丙烷与N-甲基吲哚的傅-克烷基化反应[J].合成化学, 2023, 31(11):918-923.

[4]王薇,毛双,彭丹,等.InX₃(X=F,Br)催化N-甲基吲哚与酮酸酯不对称合成机理的研究[J].有机化学, 2016, 036(003):613-621.