CC BY
19
УДК 547.883.792
Спесивцева В. А., Андреева И. А., Рудаков Г.Ф.
СИНТЕЗ ПРОИЗВОДНЫХ 7-АМИНО[1,2,4]ТРИАЗОЛО[1,5-Ь] [1,2,4,5] ТЕТРАЗИНА
Спесивцева Вероника Александровна, обучающийся 5 курса инженерного химико-технологического
Андреева Ирина Алексеевна, обучающийся 6 курса инженерного химико-технологического факультета; Рудаков Геннадий Федорович, старший преподаватель кафедры химической технологии органических соединений азота; e-mail: [email protected];
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20
Разработан метод синтеза 3-(3,5-диметил-1Н-пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазол[1,5-b][1,2,4,5]тетразин-7-амина из 6-(3,5-диметил-Ш-пиразол-1-ил)-^(тетразол-5-ил)-1,2,4,5-тетразин-3-амина в полифосфорной кислоте. Исследованы особенности нуклеофильного замещения диметилпиразольной группы О- и N-нуклеофилами. Ключевые слова: [1,2,4]триазоло[1,5-b][1,2,4,5]тетразины; 1,2,4,5-тетразины; термолиз; полифосфорная кислота; нуклеофильное замещение
SYNTHESIS OF 7-AMINO[1,2,4]TRIAZOLO[1,5-b][1,2,4,5]TETRAZINE DERIVATIVES
Spesivtseva V.A., Andreeva I.A., Rudakov G.F.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Synthesis of 3-(3,5-dimethyl-1H-pyrazole-1-yl)-[1,2,4]triazole[1,5-b][1,2,4,5]tetrazin-7-amine from 6-(3,5-dimethyl-1H-pyrazole-1-yl)-N-(tetrazol-5-yl)-1,2,4,5-tetrazine-3-amine in polyphosphoric acid has been developed. Nucleophilic substitution of the dimethylpyrazole group by O - and N-nucleophiles was investigated.
Keywords: [1,2,4]triazolo[1,5-b][1,2,4,5]tetrazines; 1,2,4,5-tetrazines; thermolysis; polyphosphoric acid; nucleophilic substitution
Тетразол-5-иламино-1,2,4,5-тетразины Оказалось, что при температуре 160-170°С термолиз
представляют большой интерес в качестве сопровождается заметным газовыделением и компонентов энергоемких композиций [1-4]. Наряду образованием двух основных продуктов имеющих с высоким теплосодержанием [5] они обладают одинаковую молекулярную массу. удовлетворительной чувствительностью к При помощи колоночной хроматографии на
механическим воздействиям и хорошей термической силикагеле соединения были выделены и стабильностью [6]. идентифицированы методами ЯМР (:H, 13С), ИК и
До настоящего времени информация о масс-спектроскопии. Нами установлено, что реакция реакционной способности подобных протекает с образованием 3-(3,5-диметил-1H-
гетероциклических систем ограничивалась пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазоло[1,5-реакциями окисления [7], нитрования [8] и Ь][1,2,4,5]тетразин-7-амина (2) и 6-(3,5-диметил-1H-солеобразования [9,10]. В представленной работе мы пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазоло[4,3-исследовали термолиз 6-(3,5-диметил-1H-пиразол-1- Ь][1,2,4,5]тетразин-3-амина (3) с преобладанием ил)-Ы-(тетразол-5-ил)-1,2,4,5-тетразин-3-амина (1) ранее не опубликованного гетероцикла 2 (схема 1). легко получаемого из 3,6-бис(3,5-диметил-1H- Спектральные характеристики триазолотетразина 3 пиразол-1-ил)-1,2,4,5-тетразина [3]. Реакцию полностью совпали с данными приведенными в проводили при нагревании в полифосфорной работе [11], а структура триазолотетразина 2 была кислоте (ПФК). За ходом процесса следили методом дополнительно подтверждена методом
тонкослойной хроматографии (ТСХ) и жидкостной рентгеноструктурного анализа (РСА). хроматографии с масс-регистрацией (ЖХ/МС).
факультета;
Me
Me
l\/l А
H
1
2 (57%)
3 (5%)
Схема 1. Синтез 3-(3,5-диметил-1.ff-пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазол[1,5-b][1,2,4,5]тетразин-7-амина
Вероятно, механизм термоциклизации тетразина 1 аналогичен трансформации
тетразолиламинопиридинов [12]. В условиях реакции увеличение температуры приводит к раскрытию тетразольного цикла с образованием гуанилазидов А и В с последующей экструзией азота и образованием нитренов С и D (схема 2). Интермедиат D в одну стадию циклизуется в триазолотетразин 2, а образование триазолотетразина 3 предполагает предварительную изомеризацию интермедиата С в замещенный карбодиимид. Нитрены являются высоко реакционно способными структурами, поэтому соотношение изомеров по всей видимости определяется особенностями азидо-тетразольной таутомерии тетразина 1 (К1/К2) или различием в термической стабильности азидов А и В.
Принимая во внимание снижение нуклеофугности 3,5-диметилпиразольной группы (ДМП) при переходе от 6-(3,5-диметил-1#-пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазоло[4,3-b][1,2,4,5]тетразина [11,13,14] к его аминопроизводному 3 было
H
Все продукты чистили методом колоночной хроматографии на силикагеле, используя в качестве подвижной фазы систему хлороформ - ацетонитрил. Идентификацию проводили методами ЯМР ('И, 13С), ИК и масс-спектроскопии (APCI, ESI, EI). Производные 7-амино [ 1,2,4]триазоло[1,5-
целесообразно оценить реакционную способность изомерного триазолотетразина 2 в условиях нуклеофильного замещения ДМП. В качестве нуклеофилов были выбраны простейшие спирты, а также аммиак и бензиламин (схема 3). Оказалось, что алкоксипроизводные 5а,б образуются лишь в присутствии соответствующих алкоголятов натрия. Замещение проходило при кипении за 1-2 ч с небольшим избытком основания (1.5-2 экв.). Взаимодействие с аминами удалось осуществить лишь при длительном нагревании в автоклаве (10-16 ч, 120-125°С) с избытком нуклеофила 50-100 экв. Методика выделения целевых соединений определялась растворимостью продукта в реакционной массе. Триазолотетразины 5а,б после охлаждения отфильтровывали и промывали подходящим растворителем. К3-Бензил-
[ 1,2,4]триазоло [1,5-Ь] [ 1,2,4,5]тетразин-3,7-диамин (6б) осаждался после подкисления смеси до рН 1-2 разбавленной соляной кислотой, а
[ 1,2,4]триазоло [1,5-Ь] [ 1,2,4,5]тетразин-3,7-диамин (6а) получали путем отгонки растворителя.
Ь][1,2,4,5]тетразина представляют собой кристаллические окрашенные соединения. В условиях ионизации электрораспылением и химической ионизации при атмосферном давлении все продукты образуют интенсивный ион [М+1]+. В ИК спектрах наблюдаются сильные полосы в
H H
N N N к N N NH к2 N^ N NH2
N' ^ Kl N'^S 2 ^ N' V V 2
X .N hLN ^^ X .N N3 ^- X -N N3
I^M* N ДМП^4 N' . 3 ДМП^ N' D 3 1
ДМП^ N' ДМП^ N' A 3 ДМП^ N B
- N2 rVNYNH N'"V% ^'VN
A ijcb ^ ¿J ^мпл L/
ДМП^4 N' n ДМП*^ ^^^ ДМП^ N' ^
C NH2
3 2
- N2 n:n^n^nh2
^ ii ^ л N /Ь
ДМП<>N'^J1 " ДМП^N' N
NH2
2
Схема 2. Механизм термолиза тетразолиламинотетразина
Me
N^^V^R R0Na NuH HN 2N J N ^- H2N-^ ^ [ -► H2N ft | 7
N^N' ROH N^N*N CH3CN,T,P
5 2 6
R = Me (a 71%), N u = NH2 (a 54%)'
Et 79%) BnNH (b, 82%)
Схема 3. Нуклеофильное замещение диметилпиразольной группы
B
D
области характерной для валентных колебаний связи N-H (3294-3327 и 3164-3166 см-1) и колебаний C=N (1634-1657 см-1). Значение химического сдвига протонов NH2 группы существенным образом зависит от природы заместителя в 3 положении гетероцикла и находиться в области 7.10-8.02 м.д. (ДМСО^б, 400 МГц).
В настоящей работе разработан удобный метод синтеза нового представителя аннелированных 1,2,4,5-тетразинов - 3-(3,5-диметил-1H-пиразол-1-ил)-[1,2,4]триазоло [1,5 -Ь][1,2,4,5]тетразин-7-амина пригодного для дальнейшей функционализации и построения как энергоемких, так и биологически активных соединений.
Список литературы
1. Kent R.V., Wiscons R.A., Sharon P., Grinstein D., Frimer A.A., Matzger A.J. Cocrystal Engineering of a High Nitrogen Energetic Material // Cryst. Growth Des. - 2018. - Vol. 18. №1. - P. 219-224.
2. Рудаков Г.Ф., Моисеенко Ю.А., Спесивцева Н.А. Синтез монозамещенных 1,2,4,5-тетразинов: 3-амино-1,2,4,5-тетразины // Химия гетероциклических соединений. - 2017. - № 53 (6/7) - С. 802-810.
3. Chavez D.E., Hiskey M.A., Naud D.L. Tetrazine explosives // Propellants Explos. Pyrotech. - 2004. -Vol. 29. № 4. - P. 209-215.
4. Saikia A., Sivabalan R., Polke B.G., Gore G.M., Singh A., Subhananda R.A., Sikder A.K. Synthesis and characterization of 3,6-bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5-ylamino)-1,2,4,5-tetrazine (BTATz): novel high-nitrogen content insensitive high energy material // J. Hazard. Mater. - 2009. - Vol.170. - P. 306-313.
5. Jafari M., Keshavarz M.H. Simple approach for predicting the heats of formation of high nitrogen content materials // Fluid Ph. Equilibria. - 2016. -Vol. 415 - P. 166-175.
6. Sinditskii V. P., Egorshev V. Yu., Rudakov G. F., Burzhava A. V., Filatov S. A., Sang L. D. Thermal behavior and combustion mechanism of high-nitrogen energetic materials DHT and BTATz // Thermochim. Acta. - 2012. - Vol. 535. № 10. - P. 48-57.
7. Wei H., Gao H., Shreeve J.M. N-Oxide 1,2,4,5-Tetrazine-Based High-Performance Energetic Materials // Chem. Eur. J.- 2014. - Vol. 20. № 51. - P. 1694316952.
8. Aizikovich A., Shlomovich A., Cohen A., Gozin M. The nitration pattern of energetic 3,6-diamino-1,2,4,5-tetrazine derivatives containing azole functional groups // Dalton Trans. - 2015. - Vol. 44. № 31. - P. 1393913946.
9. Liu Q., Yang B., Yang J., Ren Y., Zhang X., Ma H., Xu K., Zhao F., Hu R. Energetic calcium(II) complexes of 3,6-bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5 -yl-amino) 1,2,4,5-tetrazine: synthesis, crystal structure, and thermal properties // J. Coord. Chem. - 2017. - Vol. 70. № 13. -P. 2249-2260.
10. Zhang X-B., Ren Y-H., Li W., Zhao F-Q., Yi J-H., Wang B-Z., Song J-R. 3,6-Bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5-yl-amino)-1,2,4,5-tetrazine - based energetic strontium(II) complexes: Synthesis, crystal structure and thermal properties // J. Coord. Chem. - 2013. - Vol.66. №12. -P. 2051-2064.
11. Chavez D.E., Hiskey M.A. Synthesis of the Bi-Heterocyclic Parent Ring System 1,2,4-Triazolo[4,3-b][1,2,4,5]Tetrazine and Some 3,6-Disubstituted Derivatives // J. Heterocyclic Chem. - 1998. - Vol. 30. № 35 - P. 1329-1332.
12. Ishimoto K., Nagata T., Murabayashi M., Ikemoto T. Oxidative Cyclization of 1-(Pyridin-2-yl)guanidine Derivatives: A Synthesis of [1,2,4]Triazolo[1,5-a]pyridin-2-amines and An Unexpected Synthesis of [1,2,4]Triazolo[4,3-a]pyridine-3-amines // Tetrahedron. - 2015. - Vol.71. №3 - P. 407-418.
13. Ганебных И.Н. Синтез и превращения 3,6-дизамещенных и азолоаннелированных s-тетразинов: диссертация на соискание ученой степени канд. хим. наук. - Екатеринбург, 2003. - 229 с.
14. Xu F., Yang Z-z., Jiang J-r., Pan W-g., Yang X-l., Wu J-y., Zhu Y., Wang J., Shou Q-Y., Wu H-g. Synthesis, antitumor evaluation and molecular docking studies of [1,2,4]triazolo[4,3-b][1,2,4,5]tetrazine derivatives // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2016. - Vol. 26. №19 - Р. 4580-4586.
