CC BY
64УДК 547. 574 А. Ф. Керемов
Азометины на основе 2-аминотиазола, орто-диазидина и ароматических
карбонильных соединений
Дагестанский государственный университет; Россия, 367001, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43 а; [email protected]
Ароматические азометины являются важными и наиболее доступными представителями жидкокристаллических соединений, играющих определенную роль в развитии передовых технологий в информатике и оптоэлектронике. Основания Шиффа служат исходным сырьем для производства ценных лекарственных препаратов: антибиотиков, противоаллергических, противовоспалительных, противоопухолевых средств. Некоторые азометины нашли широкое применение в аналитической химии и химиотерапии, обладают высокой противотуберкулезной активностью. Материалы, полученные на основе металлокомплексов азометинов, являются люминесцентными и магнитоактивными соединениями, катализаторами, металлополимерами.
Азометины, синтезированные на основе бензидина и различных ароматических карбонильных соединений, проявляют противоопухолевую и антиокислительную активность. Некоторые азометины, полученные на основе 2-гидрокси-3,5-динитроанилина, стимулируют клеточное дыхание и влияют на окислительное фосфоролирование в митохондриях.
Шиффовы основания нами получены из доступных исходных аминов, а карбонильные соединения синтезированы в лабораторных условиях.
Реакция аминов с карбонильными соединениями идет легко, при нагревании в спирте в течение 2-3 часов. Выход продуктов реакций колеблется в пределах 62-86 %. Продукты реакций представляют собой твердые окрашенные вещества. Изучены физико-химические свойства полученных шиффовых оснований, строение установлено ИК-спектроскопией. В работе дано теоретическое обоснование влияния нуклеофильности аминов и электрофильности карбонильных соединений на скорости реакций и на выходы продуктов реакций
Ключевые слова: синтез, строение, азометины, жидкие кристаллы, лиганды.
Азометины, или Шиффовы основания, - очень распространенные соединения в органической химии.
Азометины - маслообразные или кристаллические вещества, растворимые в органических соединениях (спирты, эфиры, бензол и др.) и нерастворимые в воде.
Простейшие Шиффовы основания бесцветные, а более сложные окрашены в желтый цвет и относятся к классу азометиновых красителей. Азометины являются слабыми основаниями. В безводной среде образуют соли с кислотами, в щелочной среде большинство азометинов устойчиво.
Шиффовы основания нашли широкое применение в различных областях химии: органической и аналитической. В органическом синтезе азометины применяют для получения вторичных аминов, гетероциклических соединений, а также для защиты альдегидной группы.
В аналитической химии азометины применяют для обнаружения альдегидов и первичных аминов.
Основания Шиффа служат исходным сырьем для производства ценных лекарственных препаратов: антибиотиков, противоаллергических, противовоспалительных, противоопухолевых средств [1].
Основания Шиффа, полученные на основе 2-амино-4-арилтиазолов, имеют большое значение в аналитической химии и химиотерапии. Их применяют для концентрирования и фотометрического определения ряда переходных металлов [2].
Важное место среди металлокомплексных азометиновых практически полезных структур занимают присадки к смазочным композициям, относящиеся к области, называемой трибокоординационная химия [3].
Азометины, синтезированные взаимодействием 4-аминобензолсульфамидо-2-тиа-зола с соответствующими 8-бензодиоксановыми альдегидами, обладают высокой противотуберкулезной активностью [4].
На основе новых лигандных систем бис-азометинов N-тозиламинобензальдегида и алкил (арил)диаминосульфидов химическим и электрохимическим методами получены моно- и биядерные хелаты. Бис-азометины дисульфидов используются также в качестве присадок к смазочным маслам [5].
В работе [6] авторы синтезировали и изучили фазовое поведение железо(Ш) содержащих комплексов линейного азометина, производного 4,4'-додецилоксибензоил-оксибензоил -4-окси-2-гидроксибензоил-4-окси-2-гидроксибензальдегида с противо-ионами NO2, PF6, Cl, BF4. Установлено, что в результате реакции основания Шиффа с солями железа при комнатной температуре происходит комплексообразование, предположительно с получением линейного соединения. Изучено фазовое поведение полученных соединений в зависимости от природы противоиона. Азотсодержащие производные карборанов представляют интерес в качестве агентов для борнейтроно-захватной терапии опухолевых заболеваний, радионуклидной диагностики и терапии [7].
Работа [8] посвящена получению несимметричных лигандов на основе этиловых эфиров 2-[ (2-аминофенил) аминометилиден]-3-оксо-3-полифторалкилпропионовых кислот с альдегидами.
Основания Шиффа проявляют свойства электрофилов. В присутствии кислот они способны присоединяться к циклическим феноловым эфирам, фенолам, анизолам, тио-фенам, индолам. В работе [9] изучено взаимодействие оснований Шиффа с замещенными 1,3,3 -триметил-3, 4-дигидроизохинолина.
На кафедре физической и органической химии Даггосуниверситета в течение ряда лет проводятся исследования по синтезу и изучению физико-химических свойств новых азометинов.
Ранее нами было сообщено [10], что азометины, синтезированные на основе бензи-дина и различных замещенных бензальдегидов (салицилового альдегида, м-нитро-, п-нитро, -п-диметиламинобензальдегидов), обладают противоопухолевой активностью.
Для синтезированных азометинов была установлена корреляция «структура - биологическая активность» с использованием сочетания квантово-химических расчетов методами MNDO-PM3 по программе PC GAMMES и прогнозов по компьютерной программе PASS. PASS - компьютерная программа для прогноза спектра биологической активности низкомолекулярных органических соединений на основе их структурных формул.
В работе [11] приведены данные антиокислительной активности азометинов, синтезированных взаимодействием 2-аминопиридина и анизидина с ароматическими альдегидами (салициловым альдегидом, м-нитро-, п-нитро-, п-диметиламинобензальдегидами).
Азометины, синтезированные взаимодействием 2-гидрокси-3,5-динитроанилина и ароматических альдегидов (салицилового и п-диметиламинобензальдегида), стимулируют клеточное дыхание и влияют на окислительное фосфоролирование в митохондриях.
В продолжение синтеза, исследования строения, физико-химических и биологических свойств азометинов нами впервые получены и охарактеризованы азометины на основе 2-аминотиазола и замещенных бензальдегидов (1-Ш).
+
N
н^оь
Б
■=СН
+ Н20
R = п-ОН (I); п-СНз (II);
Б ' I-
3,5 -дихлор-2-метоксибензальдегид (III).
Нам казалось интересным и целесообразным синтезировать азометины более сложного строения. С этой целью в качестве исходного амина мы брали орто-дианизидин. Взаимодействием орто-дианизидина с различными ароматическими альдегидами нами синтезированы основания Шиффа (ГУ-ХЕ).
O
2К -
С-Н + 12М —-
ОСНз
ОСНз -МН2
ОСНз
ОСНз
'—СН=м
=СН
■R+H2O IV-XI
R = Н (IV); п - N02 (V); м - N02 (VI); п - ОН (VII); п - ОСНз (VIII); п - N (СНз)2 (IX); п - ОС2Н5 (X); о - ОН (XI).
Полученные азометины на основе 2-аминотиазола представляют собой кристаллические окрашенные вещества, а 2-амино-(параметилбензилиден) тиазол выделили в виде масла. Строение соединений I—III установлено ИК-спектроскопией. В ИК-спектре всех трех азометинов обнаружена четкая полоса в области 1600-1610 см-1, принадлежащая -Ы=СН группе.
Азометины (IV-XII) также представляют собой окрашенные кристаллические вещества. Строение их установлено ИК-спектроскопией.
Реакция образования азометинов катализируется кислотами и состоит из двух стадий: образование карбиноламина и отщепления воды от него. На скорость реакции также влияют нуклеофильность амина и электрофильность карбонильного соединения.
2-аминотиазол относится к аминам средней силы. Аминогруппа в 2-аминотиазоле обладает достаточной нуклеофильностью для реагирования с карбонильной группой альдегидов с образованием азометинов. Для этого нам необходимо характеризовать нуклео-фильность аминогруппы 2-аминотиазола и электрофильность карбонильной группы 2-метокси-3,5-дихлорбензальдегида, параоксибензальдегида и паратолуилового альдегида. N
■ S
В кольце 2-аминотиазола в положениях 1,3 находятся атомы азота и серы, которые влияют на нуклеофильность аминогруппы. Две пары ж-электронов и одна свободная пара р-электронов атома серы образуют 6ж-электронную ароматическую систему
2
к
кольца тиазола (4п + 2р) по правилу Хюккеля. Нуклеофильности атома азота и серы кольца тиазола близки, так как электроотрицательности этих атомов отличаются незначительно. По-видимому, на нуклеофильность аминогруппы в 2-аминотиазоле эти атомы в значительной степени не влияют.
В орто-дианизидине в 2-х бензольных ядрах находятся две функциональные группы: КН2 и ОСН3. Обе эти группы обладают отрицательным индуктивным эффектом (-I) и положительным мезомерным эффектом (+М). Направления этих эффектов противоположные. +М эффект сильнее, чем -I эффект этих групп, поэтому нуклеофильность КН2-групп в орто-дианизидине должна снижаться незначительно
ОСНз ^ ОСНз
Г_1 ^ —► (-I)
Н2К ^ (+М)
Электрофильность карбонильной группы в замещенных бензальдегидах зависит от электронодонорности и электроноакцепторности заместителей и от их положения в ядре.
Как правило, электронодонорные заместители уменьшают электрофильность карбонильной группы в силу их (+М) эффекта, а электроноакцепторные заместители, наоборот, повышают электрофильность карбонильной группы в силу их (-М) эффекта.
Таблица. Характеристика синтезированных соединений
Соединение Выход, % Температура плавления, 0С Растворитель для кристаллизации Брутто-формула ИК-спектр, V, см-1 (^ = СН-)
I 62 143 вода + этанол CloH8N2OS 1600
II 62 - - СцНю^ 1620
III 63 133 вода + этанол CllH8a2N2OS 1580
IV 62 >250 этанол С28Н24^02 1610
V 70 >250 этанол С28Н24^06 1623
VI 68 >250 этанол С28Н24^06 1625
VII 71 >250 этанол С28Н24^04 1610, 1670
VIII 75 >250 этанол С30Н28^04 1602, 1610
IX 65 >250 этанол С32Н34^02 1610
X 64 >250 этанол С32Н32^04 1619
XI 86 >250 этанол С28Н24^04 1648
Таким образом, нами синтезированы 11 неизвестных азометинов на основе 2-аминотиазола, орто-дианизидина и различных замещенных ароматических альдегидов. Строение полученных соединений установлено с помощью ИК-спектроскопии. Изучены физико-химические свойства синтезированных соединений. Азометины могут быть использованы в качестве биологически активных веществ аналогично ранее синтезированным [10].
Экспериментальная часть
ИК спектры в таблетках с КВг сняты на приборе ИК-Фурье VERTEX-70 ("Вгикег", Германия). Диапазон измерения - 400-4000 см-1, сканирование 1 см-1, число скачков -64, аподизация Blakman-Hazzis-3-Term, источник Мн^1оЬаг, светоделитель КВг. Температуру плавления веществ определяли в блоке с открытым капилляром.
Контроль хода реакций осуществляли просмотром и сравнением кристаллов исходных веществ и продуктов реакций под микроскопом. Чистоту синтезированных соединений контролировали методом тонкослойной хроматографии на пластинках "Silu-fol" фирмы "Merc".
2-амино-(4-оксибензилиден)-тиазол (I)
2 г (0,02 моль) 2-аминотиазола растворили в 40 мл этанола. Затем к полученному раствору прибавили 2,44 г (0,02 моль) 4-оксибензальдегида. Реакционную массу нагревали в течение 2 часов при 75-80 0С. Растворитель отгоняли частично. Выпавший желтый кристаллический осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из водного спитра (1:1). Выход - 2,5 г (62 %), т. пл. 143 оС, ИК-спектр - 1600 см-1 (-N=CH-).
2-амино-(4-метилбензилиден)-тиазол (II)
Смесь 2 г (0,02 моль) 2-аминотиазола и 2,4 г или 2,35 мл (0,02 моль) паратолуило-вого альдегида в 40 мл этанола перемешивали при нагревании в течение 1,5 часов. Растворитель отгоняли частично. Продукт реакции получили в виде коричневого масла. Выход - 2,5 г (62 %). ИК-спектр - 1620 см-1 (-N=CH-).
2-амино-(2'-метокси-3',5'-дихлорбензилиден)-тиазол (III)
Смесь 2 г (0,02 моль) 2-аминотиазола и 4 г (0,02 моль) 2-метокси-3,5-дихлор-бензальдегида в 50 мл этанола нагревали в течение 2,5 часов. Растворитель упаривали наполовину, выпавший осадок бежевого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из водного спирта. Выход - 3,5 г (63 %), т. пл. 133 0С. ИК-спектр - 1580 см-1 (-N=CH-).
4,4'-дибензилиден-орто-дианизидин (IV)
Смесь 1,3 г или 1,244 мл (0,012 моль) бензальдегида и 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина в 40 мл этанола нагревали при температуре 75-80 0С в течение 1,5 часов. Реакционную массу оставили на сутки. Выпавший темно-коричневый осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из спирта. Выход - 2,2 г (62 %), т. пл. >250 0С. ИК-спектр - 1610 см-1 (-CH=N-).
4,4'-ди-(4-нитробензилиден)-орто-дианизидин (V)
Смесь 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина и 1,85 г (0,012 моль) паранитробен-зальдегида в 50 мл этанола нагревали при температуре 75-80 0С в течение 2 часов. Реакционную массу охладили, выпавший осадок коричневого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из спирта. Выход - 2,5 г (70 %), т. пл. >250 0С. ИК-спектр - 1623 см-1 (-CH=N-); 1516, 1552 см-1 (-NO2); 1247 см-1 (-OCH3).
4,4'-ди-(3-нитробензилиден)-орто-дианизидин (VI)
Смесь 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина и 1,85 г (0,012 моль) мета-нитробензальдегида в 50 мл этанола нагревали в течение 2,5 часов. Реакционную массу оставили на сутки. Выпавший желтый осадок отфильтровывали и перекристаллизовы-вали из этанола. Выход - 2,2 г (68 %), т. пл. >250 0С. ИК-спектр - 1625 см-1 (-CH=N-); 1528, 1555 см-1 (-NO2); 1245 см-1 (-OCH3).
4,4'-ди-(4-гидроксибензилиден)-орто-дианизидин (VII)
К 0,5 г (0,002 моль) орто-дианизидина в 30 мл этанола прибавили 0,5 г (0,004 моль) парагидроксибензальдегида и нагревали в течение 2 часов. Реакционную массу обрабатывали активированным углем, фильтровали. Выпавший осадок темно-коричневого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из спирта. Выход - 0,7 г (71 %), т. пл. >250 X. ИК-спектр - 1610, 1670 см-1 (-CH=N-); 1225 см-1 (-OH); 1235 см-1 (-OCH3).
4,4'-ди-(4-метоксибензилиден)-орто-дианизидин (VIII).
К раствору 0,5 г (0,002 моль) орто-дианизидина в 30 мл. этанола прибавили 0,43 г или 0,4 мл (0,004 моль) параметоксибензальдегида. Реакционную массу нагревали в течение 2,5 часов. Раствор охладили, выпавший осадок желтого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из спирта. Выход - 0,65 г. (75 %), т. пл. > 250 0С. ИК-спектр - 1602, 1610 см-1 (-CH=N-); 1234 см-1 (-OH); 1261 см-1 (-OCH3).
4,4'-ди-(4-диметиламино)-орто-дианизидин (IX)
Смесь 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина и 1,83 г (0,012 моль) парадиметилами-нобензальдегида в 50 мл этанола нагревали в течение 2 часов. Реакционную массу оставили на сутки, выпавший осадок горчичного цвета отфильтровывали и перекристал-лизовывали из спирта. Выход - 2 г (65 %), т. пл. >250 0С. ИК -спектр - 1610 см (-CH=N-); 1267 см (-OCH3).
4,4'-ди-(4 -этоксибензилиден)-орто-дианизидин (X)
К раствору 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина в 50 мл этанола прибавили 1,83 г (0,012 моль) параэтоксибензальдегида и нагревали в течение 2 часов. Реакционную массу обрабатывали активированным углем, частично упаривали. Выпавший осадок желтого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из этанола. Выход - 2 г (64 %), т. пл. >250 0С. ИК-спектр - 1619 см-1 (-N=CH); 1243 см-1 (-OC2H5).
4,4'-дисалицилиден-орто-дианизидин (XI)
Смесь 1,5 г (0,006 моль) орто-дианизидина и 1,5 г или 1,3 мл (0,012 моль) салицилового альдегида в 40 мл этанола нагревали в течение 1 часа. Реакционную массу обрабатывали активированным углем, частично упаривали. Выпавший осадок коричневого цвета отфильтровывали и перекристаллизовывали из спирта. Выход - 2,4 г. (86 %), т. пл. >250 0С. ИК-спектр - 1648 см-1 (-N=CH); 1240 см-1 (-OH).
Литература
1. Попов Ю.В., Корчагина Т.К., Чичерина Г.В. Синтез и реакции азометинов, содержащих м-феноксильную группу. N-арил-м-феноксифенилметанимгены и арилгидра-зоны м-феноксибензальдегида // Журнал органической химии. - 2001. - Т. 37. - Вып. 5. -С. 716-719.
2. Садигова С.Э., Магераммов А.М., Аллахвердиев М.А. Синтез азометинов и окса-золидинов на основе 2-амино-4-фенилтиазола // Журнал органической химии. - 2008. -Т. 44. - Вып. 12. - С. 1848-1850.
3. Гарновский А.Д., Пономаренко А.Г., Бурогов А.С., Бичеров А.В., КоноплевБ.Г., Агеев О.А., Коломийцев АК.С., Четверикова В.А., Бородкина И.Г., Чигаренко Г.Г., Бо-родкин Г.С., Минкин В.И. Трибологически активные азометиновые металлокомплексы // Журнал общей химии. - 2010. - Т. 80. - Вып. 5. - С. 812-815.
4. Тлегенов Р.Т. Синтез и противотуберкулезная активность 8-бензодиоксановых азометинов 4-аминобензолсульфамидо-2-тиазола // Химико-фармацевтический журнал. -2008. - Т. 42, № 7. - С. 8-9.
5. Бурлов А.С., Мащенко С.А., Иващенко О.А., Гарновский А.Д., Ураев А.И., Бон-даренко Г.И., Коробов М.С., Бородкина И.Г., Чигаренко Г.Г., Пономаренко А.Г., Гарновский А.Д. Электрохимический синтез, строение, магнитные и трибохимические свойства металлохелатов новых азометиновых лигандов -БИС{2-[Ы-тозил-аминобензилиденалкил (арил)]} дисульфидов // Журнал общей химии. - 2009. - Т. 79. -Вып. 3. - С. 412-418.
6. Червонова У.В., Груздев М.С., Колкер А.М., Манин Н.Г., Домрачева Н.Е. Комплексы железа (III) на основе азометина, производного 4,4'-додецилоксибензоил-4-окси-2-гидроксибензальдегида // Журнал общей химии. - 2010. - Т. 80. - Вып. 10. -С. 1643-1651.
7. Дикусар Е.А., Поткин В.И., Козлов Н.Г., Рудаков Д.А., Зверева Т.Д., Петкевич С.К., Огородникова М.М., Ювченко А.П., Бей М.П. Синтез азометинов на основе м-карборанил-с-метаноата-4-формилфенила // Журнал общей химии. - 2012. - Т. 82. -Вып. 6. - С. 910-913.
8. Кудякова Ю.С., Горяева М.Б., Бургарт Я.В., Салоутин В.И. Несимметричные азометиновые лиганды на основе эфиров 2-[ (2-аминофенил)аминометилиден]-3-оксо-3-полифторалкилпропионовых кислот и альдегидов // Известия Академии наук, серия химическая. - 2010. - № 9. - С. 1707-1713.
9. Глушков В.А., Крайнова Г.Ф., Майорова О.А., Карманов В.И., Горбунов А.А., Слепухин П.А. Спироциклогексадиеноны XIII. Взаимодействие оснований Шиффа с енаминами - производными 3,4-дигидроизохинолина- и спиро[нафталин-1,3'-пиррол]-4-оном // Журнал общей химии. - 2012. - Т. 48. - Вып. 4. - С. 577-581.
10. Магомедова Э.Ф., Пиняскин В.В., Керемов А.Ф., Аминова Ш.А. Связь противоопухолевой активности некоторых азометинов на основе бензидина с электронными параметрами атомов // Вестник Дагестанского государственного университета. - 2005. -Вып. 4. - С. 85-90.
11. Магомедова Э.Ф., Пиняскин В.В., Керемов А.Ф., Аминова Ш.А. Синтез и антиокислительная активность некоторых азометинов // Вестник Дагестанского государственного университета. - 2006. - Вып. 4. - С. 76-80.
Поступила в редакцию 12 ноября 2015 г.
UDC 547. 574
Azomethines based on 2-aminothiazole, o-dianisidine and aromatic carbonyl compounds
A.F. Keremov
Dagestan State University; Russia, 367001, Makhachkala, M. Gadzhiev st., 43 a; alirza. keremov@mail. ru
Reaction of 2-aminothiazole with para-hydroxy benzaldehyde, p-toluidine, 2-methoxy-3,5-dichloro benzaldehyde and o-dianisidine with aromatic carbonyl compounds (benz, p-NO2-, NO2 meta-, para-OH-, p-OCH3-, p-N (CH3)2-, p-OC2H5 benzaldehyde and salicylaldehyde) synthesized a series of new azomethines.
Azomethines or Schiff bases are one of the most common class of organic compounds with a wide range of applications. Azomethines are widely used in organic synthesis.
Aromatic azomethine are important and the most affordable representatives of liquid-crystal compounds, having significant role in high technology development in computer science and optoelectronics. Schiff bases serve as starting material for producing valuable medications: antibiotics, antiallergic, antiinflammatory, antineoplastic drugs. Certain kinds of azomethines are widely used in analytical chemistry and chemotherapy, possessing a high antituberculosis activity. The materials derived from azomethines metal complexes are luminescent and magnetically active compounds, catalysts, metallopolymers.
Azomethine synthesized on the basis of benzidine and different aromatic carbonyl compounds exhibit antineoplastic and antioxidant activity. Some azomethines derived from 2- hydroxy-3,5-dinitroaniline stimulate cellular respiration and effect on oxidative phosphorylation in mitochondria.
As a result of a study Schiff bases were obtained from available starting amines and carbonyl compounds synthesized in the laboratory.
The reaction of amines with carbonyl compounds goes readily when heated in the alcohol for 23 hours. The emission of reaction products ranges between 62-86 %. The reaction products are solid colored substances. The physicochemical properties of the resulting Schiff bases are studied, the structure is established by thin layer chromatography and infrared spectroscopy. This paper gives a theoretical justification of the effect of the nucleophilic amines and electrophilic carbonyl compounds on the reaction rate and reaction product yield.
Keywords: synthesis, structure, azomethines, liquid crystals, ligands.
Received 12 November, 2015
