CC BY
4УДК 547.791.1(083.744)
НОВОЕ В РЕАКЦИИ АЛКИЛИРОВАНИЯ 3-НИТРО-1,2,4-ТРИАЗОЛАТА НАТРИЯ ИЗОПРОПИЛБРОМИДОМ
Истошина В.А., Суханов Г.Т., Филиппова Ю.В., Суханова А.Г.
Взаимодействие натриевой соли 3-нитро-1,2,4-триазола с изопропилбромидом сопровождается двумя типами реакций. Первая - это алкилирование нитротриазолат-аниона изопропилбромидом. Вторая - гетерилирование нитротриазолат-анионом образующихся N изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов. Из изомерных N1-, N2- и Ш-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов в процессе гетерилирования принимают участие только N2- и N4-замещенные производные. В составе продуктов реакции зафиксированы N1- и N2-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолы и неизвестные ранее NС-битриазолы, которым на основании данных спектроскопии ЯМР1Н приписана структура 2'-изопропил-3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолила] и 4'-изопропил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолила]. Наиболее реакционноспособный N4-изомер полностью вступает в реакцию гетерилирования.
Ключевые слова: 3-нитро-1,2,4-триазол, N-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолы, алкили-рование, гетерилирование
ВВЕДЕНИЕ
3-Нитро-1,2,4-триазол является амби-детным гетероциклом и обладает несколькими реакционными центрами, что позволяет рассматривать его как важный объект фундаментальных исследований и ценный строительный блок для конструирования широкого спектра новых веществ с различными практически важными свойствами. В связи с разнообразием химических превращений производных нитротриазолов и областей их практического применения, химии соединений этого ряда уделяется повышенное внимание со стороны российских и зарубежных исследователей [1].
Одним из методов модификации структуры производных этого ряда является процесс алкилирования. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных исследованию реакции алкилирования 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов, вопросы селективности по-прежнему остаются открытыми. Большинство литературных данных свидетельствует об избирательности процесса. Авторы работ [2] отмечают высокую селективность реакций для 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов. По данным авторов работ [2], алкилирование 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов различными галогенпроиз-водными и диалкилсульфатами приводит к образованию лишь Ы1-изомера.
В дальнейшем показано, что в таких реакциях алкилирование проходит с образованием двух изомерных N1- и ^-замещённых алкил-5-Р-3-нитро-1,2,4-триазолов. При этом идентификацию продуктов реакции проводили методом газожидкостной хроматографии
(ГЖХ). Спектроскопией ЯМР1Н, 13С и ИК анализировали выделенные из смеси продуктов алкилирования индивидуальные 1- и 2-алкил-3-нитро-1,2,4-триазолы [3]. Авторы некоторых публикаций ошибочно приписывают структуру ^-замещенного производного Ж-изомеру [4]. 1
Детальный анализ методом ЯМР Н -спектроскопии продуктов взаимодействия натриевой соли 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов с метилиодидом или диэтилсульфатом позволил обнаружить в составе продуктов реакции наряду с основными N1- и ^-замещёнными 5-Р-3-нитро-^алкил-1,2,4-триазолами заметную долю продуктов замещения по атому азота N4 (до 6,7%) [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Продолжая начатые исследования, в настоящей работе изучено влияние природы алкилирующего агента и условий реакции на состав продуктов алкилирования 3-нитро-1,2,4-триазолята натрия. Алкилирующим агентом выбран алкилгалогенид с разветвленным типом алкильного заместителя -изопропилбромид. Выбор последнего обусловлен отсутствием в условиях реакции изомеризации алкильного заместителя.
Реакцию проводили в среде воды при порционной дозировке алкилирующего агента с поддержанием температуры реакционной массы 94-97 °С.
Ожидалось, что использование высокополярного растворителя и высокой температуры приведет к образованию всех трех тео-
ретически возможных продуктов N1-, N2- и Ж-замещения.
В результате исследований показано, что продуктами М-моноалкилирования являются только N1- и ^-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолы 1, 2. Продукта замещения по атому азота N4 не зафиксировано.
Кроме того, в составе продуктов реакции впервые обнаружены С-М-бициклические производные 3-нитро-1,2,4-триазола 4, 5, что является результатом реализации вторичной реакции нуклеофильного замещения нитро-группы образующихся ^изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов 3-нитро-1,2,4-триазольным циклом (М-гетерилирования).
Источником бицикла 4 выступает N2-изомер 2. Образование бицикла 5 возможно только с участием М-замещенного производного. Таким образом, атака электрофиль-ной частицей положения N4 3-нитро-1,2,4-триазолового цикла проходит. Однако, вследствие повышенной реакционной способности М-производного 3 во вторичной реакции он не зафиксирован в заметных количествах в реакционной массе и не накапливается в продуктах реакции. Это подтверждено анализом проб реакционной массы в ходе процесса и продуктов реакции методом ЯМР1Н-спектроскопии.
Активность ^изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов во вторичной реакции существенно зависит от местоположения заместителя при эндоциклических атомах азота и из изомерных N1-, N2- и М-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов в про-цессе принимают участие только N2- и М-замещенные производные. При этом, М-изомер 3 полностью расходуется в процессе М-гетерилирования и наблюдается полу-превращение достаточно реакционно-способного в реакции гетерили-рования ^-изомера 2. М-Изомеры в реакцию нуклеофильного замещения нитрогруппы в изученных условиях не вступают.
В результате в составе продуктов реакции обнаружены: 1-изопропил-3-нитро-(1)- и 1-изопропил-5-нитро-1,2,4-триазолы (2), а также продукты дальнейшего превращения N2- и М-изомеров - М-С-битриазолы, которым на основании данных спектроскопии ЯМР1Н приписана структура 2'-изопропил-3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолила] (4) и 4'-изопропил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]три-азолила] (5) (схема 1). Соотношение продуктов реакции 1 / 2 / 4 / 5, определенное по ин-тенсивностям синглетных сигналов протонов в спектре ЯМР1Н, составляет 70,9 / 12,8 / 12,1 / 4,2 (мольн. %).
02М
Вг
02М
N Ма+
N
М
02М
02М
м
)-
02М 02М Т
\__м
Ы ^ м
ч.
N
>
/ у . / , , м^
J
Ы
\ / \=м 5
Схема 1 - Продукты алкилирования натриевой соли 3-нитро-1,2,4-триазола изопропилбромидом.
Следует отметить, что участие в реакции гетерилирования таких малоосновных субстратов, как мононитрозамещенные 3-нитро-1,2,4-триазолы, оказалось неожи-данным. Ранее процесс гетерилирования удалось провести только при замещении нитрогруппы активированных ^замещенных 3,5-динитро-1,2,4-триазолов [6] или галогена в галоген-нитро-1,2,4-триазолах [7].
В спектре ЯМР1Н продуктов алкилирования натриевой соли 3-нитро-1,2,4-триазола изопропилбромидом присутствуют наиболее характерные сигналы кольцевых протонов изомерных 1- и 2-замещенных изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов 1 и 2 при 8.86 м.д. и 8.16 м.д., что соответствует аналогичным соединениям, описанным ранее в работе [2]. Впервые синтезированным Ы-С-битриазолам
4 и 5 характерно смещение сигналов кольцевых протонов в область более слабых полей. Химсдвиги С-Н протонов гетерилзамещенных 3-нитро-1,2,4-триазолов М-С-битриазолов 4 и
5 находятся в спектре при 9.51 м.д. и 9.50 м.д. соответственно (а4, а5, рисунок 1). В спектре также присутствуют равноинтенсив-ные сигналы циклических протонов Ь4, Ь5 бициклов 4, 5 при 8.17 м.д. и 9.04 м.д соответственно (рисунок 1).
Мультиплеты протонов изопропильных заместителей, связанных с эндо-циклическими атомами азота гетероцикла СН(СН3)2 продуктов 1, 2, 4, 5, находятся в спектре ЯМР1Н при 4.77 м.д., 5.31 м.д., 4.96 м.д. и 4.54 м.д. соответственно. Сигналы протонов метильных групп изопропильных заместителей СН(СН3)2 1, 2, 4, 5, смещены в
Ы
+
+
+
Ы
1
4
ИСТОШИНА В .А., СУХАНОВ Г.Т., ФИЛИППОВА Ю.В., СУХАНОВА А. Г.
область более сильных полей 1.47-1.67 м.д. и частично налагаются.
Таким образом, впервые показано, что взаимодействие натриевой соли 3-нитро-1,2,4-триазола с изопропилбромидом сопро-
Ы-1Рг-3Н ехН р.1Г-1 4.001.001.1 г.ввр
вождается двумя типами реакции - алкили-рованием 3-нитро-1,2,4-триазолат-аниона изопропилбромидом и гетерилированием 3-нитро-1,2,4-триазолат-анионом образующихся Ы-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазолов.
0.0124 0.011 i 0.010 0.009
^
■и 0.008
с
^ 0.007
■а
(D
= 0.006
Е
| 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0
т
O2N
N
У
o2n
>5
bsN= N
Nx S* N
^N^N
W b4
O2N
О »
A
02N
l=N
V~N^ a2 / N a
\
0.16 0.06 0.01 Ü U U
0.06 У
0.021 Ц
00
b4 .71.61 Jt
0.170.18
y y
II II 11111111111111111111111111111111111 11 II 1111111111111111111111111111111111111111 11 II 11111111111111111111111111111111111 II 11 III 11 111111111111
9.5 9.4 9.3 9.2 9.1 9.0 8.9 8.8 8.7 8.6 8.5 8.4 8.3 8.2
Chemical Shit (ppm)
Рисунок 1 - Область ЯМР1Н-спектра наиболее характерных кольцевых С-Н протонов продуктов алкилирования натриевой соли 3-нитро-1,2,4-триазола изопропилбромидом.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1 13
Спектры ЯМР Н и С регистрировали на Фурье-спектрометре серии Avance 200 фирмы «Bruker АМ-400» с рабочей частотой 400,13 МГц для ядер 1Н, растворитель -ДМСО-d^ внутренний стандарт - ДМСО-d^
Взаимодействие 3-нитро-1,2,4-
триазолата натрия с изопропилбромидом. Суспензию 25 ммоль 3-нитро-1,2,4-триазола в воде нагревают до 97 °С и порционно дозируют 37,5 ммоль изопропилбромида, поддерживая температуру реакционной массы 94-97 °С. По окончании выдержки реакционную массу охлаждают до 25 °C и экстрагируют хлористым метиленом. Органические экстракты объединяют, промывают водным раствором Na2CO3 и водой до нейтрального рН, высушивают над безводным MgSO4, растворитель отгоняют при пониженном давлении. В продукте методом ЯМР 1Н-спектроскопии иденти-фицируют 1-изопропил-3-нитро-1,2,4-триазол 1, 1-изопропил-5-нитро-1,2,4-триазолы 2, 2'-изопропил-3-нитро-2'Н-22
[1,3']би[[1,2,4]-триазолил] 4 и 4'-изопропил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолил 5. Выход продуктов составляет 40,3 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. L.I. Larina, V. Lopyrev Nitroazoles. Synthesis, Structure and Applications Springer-Verlag New York Inc., New York, NY, 2012.
2. а) Кофман Т.П., Пакетина Е.А. // ЖОрХ. - 1995
- Т. 31, вып. 7. - С. 1063-1067; b) Кофман Т.П., Успенская Т.Л., Медведева Н.Ю., Певзнер М.С. // ХГС. - № 7. - 1976. - С. 991-994; с) Кофман Т.П., Зыкова Г.А., Мануйлова В.И., Тимофеева Т.Н., Певзнер М.С. // ХГС. - 1974. - № 7. - С. 997-1002; d) Кофман Т.П., Мануйлова В.И., Тимофеева Т.Н., Певзнер М.С. // Химия гетероциклических соединений. - 1975. - № 5. - С. 705-707; e) Кофман Т.П., Кривошеева Г.С., Певзнер М.С. // ЖОрХ. - 1993. -Т. 29, вып. 11. - С. 2304-2310; f) Серов Ю.В., Певзнер М.С., Кофман Т.П., Целинский И.В. // ЖОрХ. -Т. 26, вып. 6. - С.1356-1359; g) Коваленко А.Л., Певзнер М.С., Кофман Т.П., Целинский И.В. // ЖОрХ. - 1991. - Т.27, вып. 1. - С. 222-223; h) Певзнер М.С., Иванов П.А., Гладкова Н.В., Сущен-ко О.Н., Твердохлебов В.П., Мясникова З.С. // Химия гетероциклических соединений. - 1980. - № 2.
- С. 251-256; i) Багал Л.И., Певзнер М.С., Шелудя-
a
N
4
a
5
a
5
b
кова Н.И., Керусов В.М. // Химия гетероциклических соединений. - 1970. - № 2. - С. 265-268; ^ Терпигорев А.Н., Щербинин М.Б., Базанов А.Г., Целинский И.В. // ЖОрХ. - 1982. - 18. - С. 463; к) Остапкович А.М., Кофман Т.П., Лисицина Л.В., Певзнер М.С. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 1979. - Т. XXII, № 4. - С. 402406; I) Кофман Т.П., Карцева Г.Ю. // ЖОрХ. - 2001.
- Т. 37, вып.5. - С. 744-754; т) Семенов В.В., Уграк Б.И., Шевелев С.А., Канищев М.И., Баршников
A.Т., Файнзильберг А. А. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
- 1990. - № 8. - С. 1827; п) Гареев Г. А., Кириллова Л.П., Шульгина В.М., Бузилова С.Р., Вологдина Л.П., Верещагин Л.И. // ЖОрХ. - 1988. - Т. XXIV, вып. 10. - С. 2221-2226; о) Сараев В.В., Канакина Т.П., Певзнер М.С., Голод Е.Л., Уграк Б.И., Качала
B.В. // Химия гетероциклических соединений. -1996. - № 8. - С. 1078-1087; р) Сараев В.В., Голод Е.Л. // ЖОрХ. - 1997. - Т. 33, вып. 4. - С. 629-632; р) Кофман Т.П., Карцева Г.Ю. // ЖОрХ. - 2000. - Т. 36, вып. 6. - С. 899-905; г) Твердохлебов В.П., Целинский И.В., Васильева Р.Ю. // ЖОрХ. - 1978. - Т. XIV, вып. 5. - С. 1056-1059.
3. Суханов Г.Т., Лукин А.Ю. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазолов с алкилирующими
агентами. 1. Алкилирование в присутствии щелочи // Химия гетероцикл. соединений. - 2005. - № 7. -С. 1020-1025.
4. Круглик А.П., Лещев С.М., Рахманько Е.М., Бубель О.Н., Асратян Г.В. // Журнал прикладной химии.- 1991. - № 64. - С. 1721.
5. а) Суханов Г.Т., Филиппова Ю.В., Суханова
A.Г. Алкилирование 4-нитро-1,2,3-триазола втор-бутиловым спиртом // Ползуновский вестник. -2010.- № 3. - С. 12-14; Ь) Суханов Г.Т., Филиппова Ю.В., Суханова А.Г. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазола с алкилирующими агентами 9. Новое в реакции взаимодействия 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолат-анионов с диэтилсульфатом // Химия гетероциклических соединений. - 2012. - № 9. - С. 1438-1444.
6. Кофман Т.П. Гетерилирование 3-Р1-5-Р2-1,2,4-триазолов производными 3,5-динитро-1,2,4-триазола // Журнал органической химии. - 2001. -Т. 37, вып. 8. - С. 1217-1227.
7. Кофман Т.П., Карцева Г.Ю., Наместникова
B.И., Пакетина Е.А. 5-Амино-3-Р-1,2,4-триазолы в реакции с производными 3,5-динитро-1,2,4-триазола // Журнал органической химии. - 1998. -Т. 34, вып. 7. - С. 1084-1090.
УДК 547.791.1 (083.744)
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ДСК ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛО-СОЛЬВАТОВ ГЕКСАНИТРОГЕКСААЗАИЗОВЮРЦИТАНА С М-МЕТИЛ-3-НИТРО-
1,2,4-ТРИАЗОЛАМИ
Суханова А.Г., Вакутин А.Г., Бояринова Н.В.
В работе представлены результаты экспериментального исследования систем гекса-нитрогексаазаизовюрцитана с изомерными N-метил-3-нитро-1,2,4-триазолами методом тепловой эквивалентности (неэквивалентности) путем определения тепловых эффектов в системе переменного состава. Проведен сравнительный анализ реакционной способности системы в зависимости от местоположения заместителя в N-метил-3-нитро-1,2,4-триазолах. Показано, что из ряда изомерных N(1)-, N(2)- и N14)-метил-3-нитро-1,2,4-триазолов в реакцию образования кристалло-сольватов с гексанитрогексаазаизовюрцита-ном вступают только наиболее основные N(1)- и N(4)- замещенные производные 3-нитро-1,2,4-триазола.
Ключевые слова: гексанитрогексаазаизовюрцитан, N-метил-3-нитро-1,2,4-триазолы, кристалло-сольваты, основность
Проведенные ранее исследования по изучению взаимодействия гексанитрогексаа-заизовюрцитана (ГАВ) с тротилом и другими азотсодержащими соединениями показали способность ГАВ к образованию сольватов различной структуры [1 - 4]. Для решения задачи был применен метод тепловой эквивалентности (неэквивалентности) [4], сводя-
щийся к определению тепловых эффектов в системе переменного состава.
В работах [5, 6] показано, что нитротриа-золы образуют устойчивые комплексы с солями переходных металлов. Возможность образования, структура, устойчивость донор-но-акцепторных комплексов или сольватов, в том числе с полициклическими нитроамина-
