CC BY
56
УДК 547.414.3:547.235:547.7
Н. А. Щурова, А. Г. Тырков, К. П. Пащенко*
Астраханский государственный университет Астраханский государственный технический университет
ЗАМЕЩЕННЫЕ 5-ДИНИТР0МЕТИЛ-1.3-ДИФЕНИЛ-1Д4-ТРИА30ЛА В РЕАКЦИЯХ С АЛИФАТИЧЕСКИМИ ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯМИ И ФОРМАЛЬДЕГИДОМ
Введение
Направления взаимодействий галогензамещенных тринитрометана, динитроацетонитрила или тринитроацетонитрила, которые являются наиболее изученными объектами в реакциях с алифатическими диазосоединениями, определяются природой функциональных групп в полинитромета-нах, а также заместителей диазокомпоненты, протекают в мягких условиях и приводят к N-окисям изоксазолина [1], галогентринитроалканам [2], динитроалкенам [3] или 1, 2, 3-триазолам [4]. Актуальной представляется также проблема гидроксиметилирования полинитрометильных соединений, что позволяет сочетать гидроксиметильную группу с галогеном или нитрогруппой, а также может привести к проявлению веществом новых, практически значимых свойств [5]. Наиболее изученными в этом отношении являются хлортринитрометан, тетранитрометан, которые реагируют с формальдегидом при нагревании с замещением одной или двух групп NO2, а также брома на гидроксиметильную функцию и приводят к синтезу
1.1-динитро-1-хлорэтан-2-ола [6], 2,2-динитропропандиола-1,3 [7], а также
1.1.1-тринитроэтан-2-ола [8]. Однако сведения о реакциях замещенных 5-динитрометил-1,3-дифенил-1,2,4-триазола с диазосоединениями и формальдегидом в литературе отсутствуют.
С целью дальнейшего изучения влияния природы замещенных ди-нитрометанов на направление их превращений с диазосоединениями и формальдегидом нами исследована реакция производных 5-динитрометил-1,3-дифенил-1,2,4-триазола 1-3 с алифатическими диазосоединениями: диазометаном 4, диазоэтаном 5, фенилдиазометаном 10, а также формальдегидом.
Экспериментальная часть
ИК-спектры растворов веществ в хлороформе записывали на спектрофотометре ИКС-29. Спектры ЯМР'Н зарегистрированы на приборе Tesla BS-487 C (80 МГц) в ацетоне - d6, внутренний стандарт - ГМДС. Синтез соединений 1-3 осуществляли по методике [9], диазоалканов 4, 5 -по методике [10], диазоалкана 10 - по методике [11]. В реакциях восстановительного гидроксиметилирования использовали формалин марки «технический», без дополнительной очистки.
К раствору 6 ммоль соединения 1 в 10 мл абсолютного диэтилового эфира при температуре 0 °С, перемешивая, прибавляли по каплям
18 ммоль диазоалкана 4, 5 или 10 в 150 мл того же растворителя. Реакционную смесь выдерживали 24 часа при температуре 25 °С, раствор выпаривали, остаток подвергали хроматографированию на колонке (250^10 мм), заполненной активированным силикагелем марки Silicagel 100/400ц. Элюент для соединений 6, 8 - СС14, для соединений 7, 9 - СНС13, для соединения 11 - С6Н6, для соединения 12 - гексан, для соединения 13 - ди-этиловый эфир.
5-(2,2-Динитро-1-хлорэтил)-1,3-дифенил-1,2,4-триазол (6). Выход 45 %, п20 1,5145. ИК-спектр, V, см 1 590, 1 340 (Ш2). Спектр ЯМР1Н, 5, м. д.: 7,67 м (РЬ), 4,57 с (СН2). Найдено, %: С - 51,28; Н - 3,07; N - 18,60. С16Н12^О4С1. Вычислено, %: С - 51,41; Н - 3,21; N - 18,74.
^Оксид 1,3-дифенил-1,2,4-триазол-5-ил-2-изоксазолина (7). Выход 40 %, Тпл 86 °С. Спектр ЯМР'Н, 5, м. д.: 7,65 м (РЬ), 4,46 т (СН20), 1,97 т (СН2). Найдено, %: С - 66,52; Н - 4,45; N - 18,15. СпН^Ог. Вычислено, %: С - 66,67; Н - 4,58; N - 18,30.
5-(3,3-Динитро-2-хлорпропил)-1,3-дифенил-1,2,4-триазол (8). Выход 51 %, п20 1,5210. ИК-спектр, V, см _1: 1 590, 1 340 (N02).Спектр ЯМР'Н, 5, м. д.: 7,65 м (РЬ), 4,65 к (СН), 1,52 д (СН3). Найдено, %: С - 52,50; Н - 3,45; N - 17,90. С17Н14^О4С1. Вычислено, %: С - 52,65; Н - 3,61; N - 18,06.
^Оксид 1,3-дифенил-1,2,4-триазол-5-ил-4,5-диметил-2-изоксазо-лина (9). Выход 41 %, Тпл 104 °С. Спектр ЯМР'Н, 5, м. д.: 7,66 м (РЬ), 4,54 м (СН0), 2,10 м (СН), 1,37 д (СН3), 1,30 д (СН3). Найдено, %: С - 68,10; Н - 5,24; N - 16,61. С^Н^^. Вычислено, %: С - 68,26; Н - 5,39; N - 16,77.
1,1-Динитро-2-фенилэтен (11). Выход 57 %, Тпл 98 °С [12].
Изостильбен (12). Выход 12 %, Тпл 125 °С [13].
1,3-Дифенил-1,2,4-триазол (13). Выход 15 %, Тпл 110 °С. Спектр ЯМР'Н, 5, м. д.: 8,03 с (СН), 7,65 м (РЬ). Найдено, %: С - 75,86; Н - 4,83; N - 18,82. С14Н„^. Вычислено, %: С - 76,02; Н - 4,98; N - 19,00.
К 6 ммоль соединения 1 приливали 40 мл формалина, раствор перемешивали при температуре 25 °С в течение 20 суток, а в случае соединений 2 и 3 кипятили 15 минут. Реакционную смесь экстрагировали диэти-ловым эфиром 3^15 мл, растворитель выпаривали, остаток подвергали хроматографии на колонке (250x10 мм), заполненной активированным силикагелем марки Si1icage1 100/400ц. Элюент для соединений 14 - бензол, для соединений 15 - диэтиловый эфир.
Результаты и их обсуждение
Установлено, что 1,2,4-триазол 1, в отличие от галогентринитроме-танов, взаимодействует с диазоалканами 4 и 5 по двум маршрутам - А, Б и приводит к синтезу разделяемой методом колоночной хроматографии смеси продуктов С-алкилирования 6, 8, а также ^оксидов изоксазолина 7, 9 (схема 1).
Схема 1
Я=Н (4, 6, 7), Ме (5, 8, 9)
Характер продуктов реакции позволяет предположить, что в данном случае, вероятно, реализуется схема, предложенная в [1] для взаимодействия галогентринитрометана с диазоалканами. По-видимому, в процессе взаимодействия, в результате атаки диазометаном или диазоэтаном по атому хлора молекулы 1,2,4-триазола 1 и последующей миграции С1 к углероду диазокомпоненты, может генерироваться амбидентный анион 5 -динитрометил-1,3 -дифенил-1,2,4-триазола. Последний стабилизируется по маршруту А, вероятно, присоединением хлоралкильного фрагмента по атому углерода аниона с формированием связи С - С в продукты 6, 8 или по маршруту Б по атому кислорода аниона с формированием связи С - О в первичные продукты О-алкилирования - нитроновые эфиры (а). Эфиры, в свою очередь, реагируя с избытком диазоалканов, последовательно превращаются в замещенные этены (б) и далее в циклические эфиры -К-окиси изоксазолина 7, 9. Структуры синтезированных веществ охарактеризованы данными спектров ИК и ЯМР:Н.
Введение в молекулу диазоалкана 4 вместо атома водорода фениль-ной группы изменяет течение реакции его с 1,2,4-триазолом 1 (схема 2).
Схема 2
1 + РЫСНЫ2-
РЫСН=С + СН=СН +
ЫОг РЫ
ЫО2 РЫ
12
р/^^ ХРЫ
10
А
11
13
В этом случае азол 1 в реакции с фенилдиазометаном 10 является динитрометилирующим агентом. Это взаимодействие завершилось образованием различных соединений, которые были разделены методом колоночной хроматографии: 1,1-динитро-2-фенилэтена 11, изостильбена 12 и 1,3-дифенил-1,2,4-триазола 13.
Можно предположить, что в процессе реакции, при отщеплении азота от фенилдиазометана, генерируется соответствующий карбен, который, взаимодействуя по электродефицитному углероду динитрометилтриазоль-ной компоненты, образует интермедиат (А). Последний, вероятно, выбросом С1 и № стабилизируется в стерически менее перегруженное соединение 11, содержащее стабильный фенилнитроэтеновый фрагмент. Структура соединений 11, 12 установлена на основании идентичности физических характеристик с таковыми для соответствующих образцов, описанных в литературе, а также анализом ИК-спектров.
Таким образом, данные по реакциям 1,2,4-триазола 1, содержащего ди-нитрохлорметильную группу, обнаружили специфику его реакционной способности к диазометану и диазоэтану по сравнению с алифатическими гало-гензамещенными тринитрометана или динитроацетонитрила, которая проявляется в склонности функционально замещенной динитрохлорметильной группы и параллельному протеканию процесса С- и О-алкилирования триа-золов диазокомпонентой и образованию разделяемой смеси продуктов С-алкилирования, а также изоксазолином, гетероцикл при этом не затрагивается.
Исследование реакции гидроксиметилирования 1,2,4-триазола 2, в отличие от тетранитрометана и галогентринитрометанов, показало, что она протекает в мягких условиях (25 °С, 20 суток), завершается отщеплением нитрогруппы и приводит к синтезу ранее неизвестного 1 -гидрокси-2-( 1,3-дифенил-1,2,4-триазола-5 -ил)-2,2-динитроэтана 14.
Триазолы с динитрохлорметильной 1 и этилдинитроацетатной 3 группами в мягких условиях инертны к формальдегиду. Они реагируют с ним при нагревании с потерей динитрометильного заместителя и приводят к образованию 5-гидроксиметил-1,3-дифенил-1,2,4-триазола 15. Аналогичный продукт 15 был получен при нагревании триазола 2 с формальдегидом, а также непосредственной конденсацией формальдегида с 1,3-дифенил-1,2,4-триазолом.
В литературе для подобных реакций предложен процесс оксимети-лирования галогеннитроалканов по реакции Анри [14], что для замещенных 5-динитрометил-1,2,4-триазолов 1-3, по-видимому, можно представить следующим образом (схема 3).
Схема 3
X = С1 (1), N02 (2, 14), С02Б1 (3)
Предполагается, что в процессе электрофильной атаки карбонильного кислорода формальдегида азотом нитрогруппы триазола генерируется карбо-катион (в), который после присоединения воды может превращаться (в зависимости от природы нитрометильного заместителя) по одному из маршрутов -В или Г - в оксониевый комплекс (г). Последний, вероятно, способен трансформироваться при миграции протона, в зависимости от условий, в интермедиаты (д, е), а конденсация последних с избытком формальдегида по реакции Анри приводит к синтезу целевых продуктов 14, 15.
По-видимому, решающую роль при реализации различных маршрутов взаимодействия динитрометилтриазолов с формальдегидом может оказывать степень положительной поляризации азота группы N02 (т. е. ее окисляющая способность), которая, вероятно, более выражена у 1,2,4-триазола 2. Данный фактор может способствовать более легкому образованию карбокатиона (в), а затем и оксониевого комплекса (г), стимулируя в итоге протекание процесса по маршруту В. Триазолы с динитрохлорме-тильной 1 или этилдинитроацетатной 3 группами, по-видимому, обладая меньшей окисляющей способностью нитрогруппы, при реакции с формальдегидом требуют более жестких условий образования карбокатиона (в). Это, вероятно, может способствовать опережающему отрыву триазольного цикла в оксониевом комплексе (г) и через интермедиат (е) приводить к образованию продукта 15, направляя реакцию по маршруту Г.
Строение продуктов гидроксиметилирования 14, 15 подтверждено методами ИК- и ЯМР'Н-спектроскопии. Данные ИК-спектров, характеризующиеся появлением при 3 560-3 580 см"1 уширенной полосы поглощения, указывают на наличие в их структуре ОН-группы. Спектры ЯМР1Н нитроспиртов 14, 15 фиксируют кроме протона ОН-группы в области 5,53-5,59 м. д. и резонансные сигналы протонов группы СН2 при 4,60-4,81 м. д.
Таким образом, присутствие тринитрометильной группы в 1,2,4-триазольном цикле способствует протеканию реакции гидроксиме-тилирования по маршруту, характерному для галогенпроизводных тринит-рометана или тетранитрометана. При этом триазольный цикл в реакции не вовлекается. Это, по-видимому, можно связать с уменьшением прочности связи C-NO2 в тринитрометилтриазоле 2 (за счет введения азагетеро-цикла) по сравнению с тетранитрометаном, что обеспечивает реализацию процесса в более мягких условиях. В результате нам удалось осуществить синтез не только ранее недоступного продукта гидроксиметилирования триазола 2, содержащего в положении 5 гетероцикла 1-гидрокси-2,2-динитроэтановый фрагмент, но и установить влияние природы динитроме-тильного заместителя в триазолах 1-3 на маршруты протекания процесса.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Фридман А. Л., Габитов Ф. А. Реакция диазометана с галогенпроизводными нитроформа // ЖОрХ. - 1968. Т. 4, вып. 12. - С. 2259-2260.
2. Фридман А. Л., Габитов Ф. А., Николаев А. Д. Реакции алифатических диазосоединений III. Особенности реакции алифатических диазосоединений с галоген-производными тринитрометана // ЖОрХ. - 1971. - Т. 7, вып. 6. - С. 1126-1128.
3. Реакции алифатических диазосоединений. Диазометод синтеза гем.-динитроалкенов / Ф. А. Габитов, А. Л. Фридман, Ф. А. Габитов, А. Д. Николаев // ЖОрХ. - 1969. - Т. 5, вып. 12. - С. 2245-2246.
4. Реакции цианонитрометана с диазометаном / Т. Д. Ладыжников, А. А. Мельников, Н. А. Соловьев и др. // ЖОрХ. - 1987. - Т. 23, вып. 12. - С. 2624-2625.
5. Гранин В. Г. Основы медицинской химии. - М.: Вуз. книга, 2001. - С. 233.
6. Фридман А. Л., Ившин В. П., Ившина Т. Н. Восстановительное оксиметилирование алифатических нитросоединений // ЖОрХ. - 1968. - Т. 5, вып. 6. - С. 980-985.
7. Фридман А. Л., Ившин В. П., Ившина Т. Н. К реакции оксиметилирования алифатических нитросоединений // ЖОрХ. - 1967. - Т. 3, вып. 8. - С. 1529-1530.
8. Meisenheimer J., Schwarz M. Neber aliphatische Polynitroverbindungen // Ber. -1906. - Bd. 39. - S. 2543-2552.
9. Тырков А. Г., Щурова Н. А. Взаимодействие тринитроацетонитрила с дифе-нилнитрилимином // Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов: Сб. науч. тр. - Саратов, 2004. - С. 274-276.
10. Кост А. Н. Общий практикум по органической химии. - М.: Мир, 1965. - 680 с.
11. Standinger B., Gaule A. Vergleich der Stickstoff-Abspaltung bei verschiedenen aliphatischen Diazoverbindungen // Ber. - 1961. - Bd. 49, N 13. - S. 1897-1918.
12. О действии четырехокиси азота на Р-нитростирол / С. С. Новиков, В. М. Беликов, В. Ф. Демьяненко, Л. В. Лапшина // Изв. АН СССР. Сер. хим. - 1960. - № 7. - С. 1295-1296.
13. Реакция диазометана с галогенпроизводными динитроацетонитрила / В. В. Мельников, И. В. Целинский, А. А. Мельников и др. // ЖОрХ. - 1984. -Т. 20, вып. 3. - С. 658-659.
14. Швехгеймер Г. А., Пятаков Н. Ф., Новиков С. С. Синтез и реакции алифатических нитроспиртов // Успехи химии. - 1959. - Т. 28, вып. 4. - С. 484-518.
Получено 16.11.2006
SUBSTITUTED 5-DINITROMETHYL-
1,3-DIPHENYL-1,2,4-TRIAZOLE IN THE REACTIONS WITH ALIPHATIC DIAZO COMPOUNDS AND FORMALDEHYDE
N. A. Shchurova, A. G. Tyrkov, K. P. Pashchenko
The reactions of substituted 5-dinitromethyl-1,3-diphenyl-
1,2,4-triazole with diazomethane, diazoethane, phenyldiazomethane and formaldehyde have been studied. It has been found out that the reaction of 5-dinitrochlormethyl-1,3-diphenyl-1,2,4-triazole with diazomethane and diazoethane is finished by the synthesis of C- and O-alkylation products mixture, while in the reaction with phenyldiazomethane it acts as dinitromethylation agent, and causes the formation of 1,1-dinitro-2-phenylethene, isostilbene and 1,3-diphenyl-1,2,4-triazole. It has been determined that trinitromethyl-1,2,4-triazole in the reaction with formaldehyde in soft conditions forms 1-hydroxy-2-(1,3-diphenyl-1,2,4-triazole-5-yl)-2,2-dinitroethane. The reaction of tria-zoles with ethylnitroacetate or dinitrochlormethyl groups is completed by the synthesis of 5-hydroxymetyl-1,3-diphenyl-1,2,4-triazole. Available reactions mechanisms are considered in the paper.
