CC BY
49
удк 547.873+544.433.21
А. К. Мазитова (д.т.н., проф.)1, И. А. Сухарева (к.т.н., доц.)1, Е. А. Буйлова (к.х.н., доц.)1, Л. З. Рольник (д.х.н., проф.)2, Ш. Т. Азнабаев (к.т.н., доц.)3, А. Ф. Аминова (студ.)
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ НЕСИММЕТРИЧНЫХ АМИНОТРИАЗИНОНОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1 кафедра прикладной химии и физики 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347)2282511
2кафедра общей и аналитической химии, 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347)2420854 3кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347)2431535, e-mail: [email protected]
A. K. Mazitova1, I. A. Sukhareva1, E. A. Builova1, L. Z. Rolnik2, Sh. T. Aznabaev2, A. F. Aminova
SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF ASYMMETRIC AMINOTRIAZINONE PROPERTIES
Ufa State Petroleum Technological University 495, Mendeleeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347)2282511, 21, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420854, e-mail: [email protected]
Исследованы различные методы синтеза соеди- Various methods of synthesis of compounds of
нений ряда 1,2,4-триазинонов-5 и -6 с аминог- 1,2,4-triazines-5 and -6 with the amino group in
руппой в положениях -3; -4; -3,4 на основе вза- the positions -3; -4; -3,4-based on interaction of
имодействия аминогуанидина с производными aminoguanidine with monochloracetic acid
монохлоруксусной кислоты, а-кетокислотами, а derivatives, a-keto acids and ethyl ether of
также этилового эфира гидразиноуксусной кис- hydrazi-acetic acid with hydrazine hydrate (exit
лоты с гидразингидратом (выход 70—82 %). 70—82 %) were investigated.
Ключевые слова: 3-амино-1,2,5,6-тетрагид- Key words: 3-amino-1,2,5,6-tetrahydro-1,2,4-
ро-1,2,4-триазинон-6; 4-амино-1,4,5,6-тетрагид- triazine-6; 4-amino-1,4,5,6-tetrahydro-1,2,4-tria-
ро-1,2,4-триазинон-5; 3-амино-1,2,4-триази- zine-5; 3-amino-1,2,4-triazine-5, 6-substitution 3-
нон-5; 6-замещенные 3-амино- и 3,4-диамино- amino- and 3,4-diamino-1,2,4-triazine-5. 1,2,4-триазиноны-5; гидрозид гидразинуксус-ной кислоты (ГГУК); гидразингидрат; этиловый эфиргидразинуксусной кислоты.
В настоящей работе приведены основные
В первую очередь нами были вовлечены
методы получения и физико-химические свой- в синтез целевых триазинов доступная моно-ства 1,2,4-триазинонов с аминогруппами в по- хлоруксусная кислота (МХУК) и ее производ-ложениях —3; —4; —3,4.
ные
1,2.
?0
ClCH2C^ + h2n—C —nhnh2 .
NH
Cl
h2n
CH2
0
//
C
\ C
I
NH
nh2
NH
nh2
0
NH
NH 1
где X = ОН, OC2H5, Cl.
Дата поступления 01.06.14
Таблица 1
Физико-химические свойства и спектральные характеристики несимметричных аминотриазинонов
№ соед. Название соединения,% Выход, % Температура плавл., оС УФ-спектр, нм ИК-спектр, см-1 Масс-спектр, m/z
1 3-Амино-1,2,5,6-тетра-гидро-1,2,4-триазинон-6 75 105-106 230, 240 1520, 1680, 1710, 3240 114, 84, 68, 42, 30
2 4-Амино-1,4,5,6-тетра-гидро-1,2,4-триазинон-5 77 149-151 230 3400, 1460, 1630 113, 71, 42
3 3-Амино-6-метил-1,2,4-триазинон-5 75 343-346 222 1620, 1680, 1570 126, 83, 66, 60, 28
4 3-Амино-6-этил-1,2,4-триазинон-5 70 255 с разлож. 241 1620, 1690, 1570 128, 125, 108, 60, 43, 28
5 3-Амино-6-пропил-1,2,4-триазинон-5 80 317-318 275, 220 1625, 1680, 1580 187, 144, 127, 60, 43, 28
6 3-Амино-6-п-метилбен-зил-1,2,4-триазинон-5 82 270-272 230 1630, 1680, 1580 217, 174, 157, 60, 43, 28
7 3,4-Диамино-6-метил-1,2,4-триазинон-5 81 236-237 203, 242, 303 3450, 3350, 1620, 1580 141, 98, 81
8 3,4-Диамино-6-этил-1,2,4-триазинон-5 71 234-235 203, 245, 328 3445, 3340, 1620, 1575 184, 147, 130
9 3,4-Диамино-6-пропил-1,2,4-триазинон-5 80 242 с разлож. 200, 245, 326 3440, 3350, 1630, 1570 203, 160, 143
10 3,4-Диамино-6-л-метил-бензил-1,2,4-триазинон-5 75 250-252 200, 255, 330 3450, 3340, 1640, 1580 232, 189, 172
Циклоконденсация МХУК с аминогуани-дином протекала в течение длительного времени с низким выходом целевого продукта 1. При использовании этилового эфира исходной кислоты для синтеза (1) реакцию проводили при 70—75 оС в эквимолярных количествах исходных реагентов в течение 3 ч в ледяной уксусной кислоте в присутствии ацетата натрия. Выход достиг 75%. В качестве побочного продукта выделен 1,2-ди(хлорацетил)-аминогуанидин.
Конденсация хлорангидрида МХУК с аминогуанидином протекала с выделением тепла (температура реакционной смеси повышалась до 70 оС) ввиду его высокой реакционной способности. При эквимолярном соотношении реагирующих веществ был получен 3-амино- 1,2,5,6-тетрагидро-1,2,4-триазинон-6 (1) с выходом 75%, а при использовании избытка хлорацетилхлорида (2 : 1 моль) основным продуктом являлся 3-хлорацетиламино-1,2,5,6-тет-рагидро-1,2,4-триазинон-6 (выход 78%).
Полученное соединение 1 представляет собой кристаллическое вещество, хорошо растворимое во многих органических растворителях, его физико-химические свойства и спектральные характеристики приведены в табл. 1.
Нами была исследована также реакция циклоконденсации гидразида гидразиноуксус-ной кислоты (ГГУК) с муравьиной кислотой:
nh2nhch2c^
O
HCOOH
nhnh2
nh2 I 2
NH
2
N
Синтез проводили в 85% водном растворе муравьиной кислоты кипячением исходных реагентов, взятых в мольном соотношении ГГУК : муравьиная кислота — 1 : 2.5. Выход целевого продукта составил 93%.
Целевой 4-амино-1,4,5,6-тетрагидро-1,2,4-триазинон-5 (2) представляет собой кристаллическое вещество коричневого цвета, растворимое в воде, этаноле, метаноле, ограниченно в ДМФА, его физико-химические свойства и спектральные характеристики приведены в табл. 1.
Необходимый ГГУК получали двумя способами. В первом случае этиловый эфир МХУК перемешивали с гидразингидратом в соотношении 1 : 2,3 соответственно в этаноле при 0—5 оС с последующим нагреванием реакционной смеси до 80 оС. Выход целевого продукта не превышал 59%. Вероятно, это объясняется тем, что высокая реакционная способность эфирной группы в этиловом эфире моно-хлоруксусной кислоты приводит к образованию смеси полимерных продуктов, а также 1,2-ди-(хлорацетил)гидразина и 3,5-ди(хлорметил)-1,2,4-триазола.
Второй способ получения ГГУК заключался в гидразинолизе этилового эфира гидра-зиноуксусной кислоты при комнатной температуре. Исходные реагенты были взяты в соотношении эфир : гидразингидрат 1 : 2. Выход ГГУК достигал 80—83 %. Так как этот метод является более перспективным для синтеза 2, нами были определены оптимальные условия протекания реакции гидразинолиза этилового эфира гидразиноуксусной кислоты. С этой це-
лью был проведен ряд экспериментов по методу «опыт—точка». Изучалось влияние природы растворителя, мольного соотношения исходных реагентов, продолжительности реакции и температуры на выход ГГУК.
При исследовании влияния природы растворителя на протекание реакции нами были опробованы следующие растворители: этанол, метанол, водный этанол, диизопропиловый эфир, гексан ДМФА. Полученные результаты по исследованию зависимости выхода ГГУК от природы растворителя представлены в табл. 2.
Таблица 2
Зависимость выхода ГГУК от природы растворителя
(соотношение этиловый эфир гидразиноуксусной кислоты : гидразингидрат 1 : 2)
Растворитель Выход ГГУК, %
Метанол 59
Безводный этанол 53
Водный этанол (25% об. доля воды) 65
Гексан 12
Диизопропиловый эфир 32
ДМФА 83
Из полученных данных видно, что максимальный выход ГГУК был достигнут при применении в качестве растворителя ДМФА (83%). ДМФА относится к апротонным полярным растворителям и имеет большое значение дипольного момента. Можно предположить, что между молекулами растворителя имеется сильное диполь-дипольное взаимодействие, поэтому полярные молекулы исходных реагентов гораздо легче включаются в структуру этих растворителей, чем в структуру протонных или апротонных неполярных растворителей, и протекание реакции в таких условиях более вероятно.
При исследовании влияния мольного соотношения исходных реагентов было установлено, что при эквимолярном соотношении эфира и гидразингидрата выход ГГУК не превышает 26%, уменьшаясь с увеличением избытка эфира. Такая зависимость может быть объяснена тем, что при применении избытка эфира увеличивается вероятность протекания побочных реакций. Так, проведение синтеза с использованием двукратного избытка эфира приводит к образованию 1,2-ди(гидразиноаце-тил)гидразина.
Изучение зависимости выхода ГГУК от температуры показало, что синтез необходимо проводить при температуре 20—25 оС. Понижение температуры уменьшает скорость гидра-зинолиза, а более высокая температура не при-
водит к существенному увеличению выхода продукта. Зависимость выхода ГГУК от температуры представлена на рис. 1.
5? Э У.
аа 75 - • ^--
50 -
25 - /
0
0 20 40 т.-с
Рис. 1. Зависимость выхода ГГУК от температуры
(соотношение этиловый эфир гидразиноуксусной кислоты : гидразингидрат 1 : 2, растворитель — ДМФА, продолжительность реакции — один час)
Исследование зависимости выхода ГГУК от продолжительности реакции выявило, что ГГУК с максимальным выходом получается при времени реакции один час. Увеличение времени реакции не приводит к значительному повышению выхода ГГУК (0.2% за 0.5 ч). Зависимость выхода ГГУК от продолжительности реакции представлена на рис. 2.
—"---■ •—
Й75
50 - /
25 - /
0
0 1 2 Продолжительность реакции, ч
Рис. 2. Зависимость выхода ГГУК от продолжительности реакции (соотношение этиловый эфир гидразиноуксусной кислоты : гидразингидрат 1 : 2, растворитель — ДМФА, температура 20—25 оС)
Максимальный выход ГГУК (83%) достигнут при следующих условиях: растворитель — ДМФА, мольное соотношение этиловый эфир гидразиноуксусной кислоты : гидра-
зингидрат 1 : 2, температура — 20—25 оС, продолжительность реакции — один час.
Также нами был получен ряд производных 3-амино- и 3,4-диамино-1,2,4-триазинонов-5 3— 10 циклоконденсацией а-кетокислот с моно- и диаминогуанидинами 1,3,4:
—0 2 I + нкик—с—кия2
Я,—^0
ки
я
^ N 3-10
где И1 = СН3, И2 = Н (3); И1 = С2Н5, И2 = Н (4) И1 = С3Н7, И2 = Н (5); И1 = С6Н4СН3, И2 = Н (6) И1 = СН3, И2 = ЫН2 (7); И1 = С2Н5, И2 = ЫН2 (8) И1 = С3Н7, И2 = ЫН2 (9); И1 = С6Н4СН3, И2 = ЫН2 (10).
Ранее 3,5 были предложены удобные методы синтеза исходных а-кетокислот. Взаимное влияние расположенных у соседних атомов углерода карбонильной и карбоксильной групп обусловливает высокую реакционную способность а-кетокислот. Поэтому для получения продуктов конденсации -кетокислот с моно- и диаминогуанидинами с максимальным выходом необходимо строгое соблюдение рН среды, температурного режима, продолжительности реакции и порядка загрузки реагентов. Например, при рН=6 и нагревании реакционной смеси от 65 до 95 оС в течение четырех часов, а затем охлаждении до 10 оС получен 3-амино-6-п-метилбензил-1,2,4-триазинон-5 (6) с выходом 82%. Полученные соединения (3—10) представляют собой твердые вещества, от белого до оранжевого цвета, с различной растворимостью в органических растворителях и в воде. Физико-химические свойства и спектральные характеристики синтезированных соединений приведены в табл. 1.
Полученные соединения 1—10 прошли успешные первичные испытания в качестве регуляторов роста и развития растений.
Экспериментальная часть
Аналитический контроль состава реакционной смеси проводили на жидкостном хроматографе «СЬгош-6». Использовали метод нор-
мально-фазовой распределительной хроматографии с привитыми фазами на колонках «Берагоп SGX» и «Берагоп-СЫ» (элюент-эта-нол). Масс-спектры записаны на хроматомасс-спектрометре-80 фирмы «КИАТОС». УФ-спект-ры измерены на спектрофотометре «Specoгd М-400» в этиловом спирте в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см. ИК-спектры записаны на спектрофотометре «БресоЫ 75 JR» в вазелиновом масле.
Синтез 3-амино-1,2,5,6-тетрагидро-1,2,4-триазинона-6 (1) из этилового эфира МХУК. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещали 6.7 г (0.05 моль) бикарбоната аминогуанидина, 4.1 г (0.05 моль) ацетата натрия и 10 мл ледяной уксусной кислоты. К реакционной смеси прибавляли по каплям 5.4 мл (0.05 моль) этилового эфира хлоруксусной кислоты. Реакционную смесь перемешивали при температуре 70—75 оС в течение трех часов. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и выливали при охлаждении в раствор соды. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и ацетоном. Сушили на воздухе.
Синтез 3-амино-1,2,5,6-тетрагидро-1,2,4-триазинона-6 (1) из хлорангидрида МХУК. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещали 6.7 г (0.05 моль) бикарбоната аминогуанидина, 4.1 г (0.05 моль) ацетата натрия и 10 мл ледяной уксусной кислоты. К реакционной смеси прибавляли по каплям 5.6 г (0.05 моль) хлорангидрида МХУК. Реакция сопровождалась выделением тепла и реакционная смесь нагревалась до 70 оС. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и выливали при охлаждении в раствор соды. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и ацетоном. Сушили на воздухе.
Синтез ГГУК из этилового эфира МХУК. В трехгорлую колбу, оснащенную механической мешалкой и обратным холодильником, помещали 3.3 мл (0.07 моль) 85%-го гидразингидрата, 10 мл 75%-го раствора этанола, охлаждали в ледяной бане до 0—5 оС и постепенно прибавляли 3 мл (0.03 моль) охлажденного этилового эфира МХУК в 5 мл 75%-го раствора этанола. Реакционную смесь выдерживали один час, затем температуру повышали до 80 оС и кипятили в течение трех часов, обрабатывали гексаном, выпаривали досуха в вакууме, перекристаллизовывали из спирта. М.м.=106; Т пл=78—82 оС; выход 59%.
Синтез ГГУК из этилового эфира гидра-зиноуксусной кислоты. В трехгорлую колбу, оснащенную механической мешалкой, помещали 6 г (0.038 моль) этилового эфира гидразино-уксусной кислоты, 20 мл ДМФА и постепенно прибавляли 3.7 мл (0.076 моль) 85%-го гидра-зингидрата. Реакционную смесь выдерживали при комнатной температуре в течение одного часа. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали гексаном и перекристаллизовывали из спирта. М.м.=106; Тпл=78-80 оС; выход 83%.
Синтез 4-амино-1,4,5,6-тетрагидро-1,2,4-триазинона-5 (2). В колбу, оснащенную механической мешалкой, помещали 10.6 г (0.1 моль) гидразида гидразиноуксусной кислоты, прибавляли 85%-ную муравьиную кислоту в количестве 0.25 моль, нагревали до растворения. Реакционную смесь упаривали досуха для удаления муравьиной кислоты, добавляли 14.4 мл воды и снова упаривали досуха. Сухой остаток промывали ацетоном, сушили на воздухе.
Синтез 3-амино- и 3,4-диамино-1,2,4-три-азинонов-5 (3—10). В трехгорлую колбу, снаб-
Литература
1. Мазитова А. К., Сухарева И. А., Аминова Г. Ф., Галиева Д. Р // Баш. хим. ж.— 2007.— Т.14, №2.- С.25.
2. Галиева Д. Р., Буйлова Е. А., Мазитова А. К. Получение аминопроизводных 1,2,4-триазинов / Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: материалы XXI Международной научно-технической конференции «Реактив-2008».- Т.1.- Уфа: Изд-во «Реактив», 2008.- Вып. 4.- С.76.
3. Мазитова А. К. Синтез, свойства и возможные области применения несимметричных триази-нов: Автореф. ... докт. хим. наук.- Уфа: УГНТУ, 1999.- 293 с.
4. Мазитова А. К., Хамаев В. Х., Улямаева Э. Ш., Сухарева И. А. // Баш. хим. ж.- 1999.- Т.6, №4.- С.4.
5. Мазитова А. К., Хамаев В. Х. Несимметричные триазины. Получение, свойства и применение.-Уфа: ГИНТЛ «Реактив», 1999.- 112 с.
женную механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружали 100 мл воды, 50 г (0.6 моль) гидрокарбоната натрия и мелкими порциями 0.1 моль а-кето-кислоты. Затем реакционную смесь нагревали до 65—70 оС и добавляли 16.8 г (0.1 моль) бикарбоната аминогуанидина. Процесс вели в течение трех часов, строго придерживаясь температурного режима, так как при понижении температуры резко падает выход целевого три-азина, а при повышении — разлагается бикарбонат аминогуанидина. Затем поднимали температуру до 95 оС и перемешивали еще час. После охлаждения реакционной смеси до 10 оС добавляли концентрированную соляную кислоту до рН=6. Реакционную смесь упаривали на роторном испарителе досуха и растворяли остаток в 100 мл горячего этанола. Объединенный спиртовый фильтрат упаривали досуха. Остаток промывали диизопропиловым эфиром и сушили.
3,4-Диамино-1,2,4-триазиноны-5 7—10 получали по аналогичной методике из диамино-гуанидина с небольшими изменениями в процессе выделения.
References
1. Mazitova A. K., Sukhareva I. A., Aminova G. F., Galieva D. R. Issledovanie metodov sinteza 1,2,4-aminotriazinov [Research of methods of synthesis of 1,2,4-aminotriazole]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal. [Bashkir chemical journal], 2007, v.14, no.2, p.25-29.
2. Galieva D. R., Builova E. A., Mazitova A. K. Poluchenie aminoproizvodnykh 1,2,4-triazinov [Obtaining amino derivatives of 1,2,4-triazines] Khimicheskie reaktivy, reagenty i protsessy malotonnazhnoi khimii: materialy XXI Mezhdu-narodnoi nauchno-tehnicheskoi konferentsii «Reaktiv-2008» [Chemicals, reagents and processes of small-scale chemistry: proceedings of the XXI International scientific-technical conference «Reagent-2008»]. Ufa, «Reaktiv» Publ., 2008, v. 1, p. 76-78.
3. Mazitova A. K. Sintez, svoistva i vozmozhnye oblasti primeneniya nesimmetrichnykh triazi-nov. Avtoref. diss. dokt. khim. nauk. [Synthesis, properties and possible applications of the asymmetric triazines. Abstract of Dr. chem. sci. diss.]. Ufa, 1999. 293 p.
4. Mazitova A. K., Khamaev V. H., Ulyamaeva A. S., Sukhareva I. A. Nesimmetrichnye triazinony: poluchenie, svojstva i primenenie [Asymmetrical triazinoni. Synthesis, properties and application]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir chemical journal], 1999, v.6, no.4, p.4-9.
5. Mazitova A. K., Khamaev V. H. Nesimmetrichnye triaziny. Poluchenie, svoistva i primenenie [Unbalanced triazine. Synthesis, properties and application]. Ufa, «Reaktiv» Publ., 1999, 112 p.
