Синтез ступенчатой восстановительной циклизацией 4-(2 н-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1 н-пиразол-5-ола Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.542.535.771/772.8

А.А. Ивлев, М.И. Перова, О.И. Леонтьева, В.П. Перевалов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СИНТЕЗ СТУПЕНЧАТОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ЦИКЛИЗАЦИЕЙ 4-(2Я-БЕНЗОТРИАЗОЛ-2-ИЛ)-3-МЕТИЛ-1-ФЕНИЛ-Ш-ПИРАЗОЛ-5-ОЛА

A novel, facile methodology for the synthesis of 4-(2№benzotriazol-2-yl)-3-methyl-1-phenyl-1^pyra-zol-5-ol from 5-methyl-4-(2-nitrophenylazo)-2-phenyl-2,4-dihydro-3^pyrazol-3-on has been developed using rongalit and S,S-dioxide thiourea. The structure of 4-(2№benzotriazol-2-yl)-3-methyl-1-phenyl-1^pyrazol-5-ol was confirmed by NMR, LC/MS, UV, IR- and mass spectra.

Разработан удобный метод синтеза 4-(2Я-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1Я-пиразол-5-ола восстановительной циклизацией 5-метил-4-(2-ни1рофенилазо)-2-фенил-2,4-дигидро-3Я-пиразол-3-она ронгалитом и S,S-диоксидом тиомочевины. Записаны электронные спектры поглощения, LC/MS, масс и ЯМР спектры полученных соединений.

Производные 2-(2Я-бензотриазол-2-ил)фенола, способные к переносу протона с гидрокси-группы на атом азота триазольного цикла при переходе из основного состояния в фотовозбужденное, и обладающие люминесценцией с аномально большим стоксовым сдвигом [1,2], являются очень эффективными фотостабилизаторами полимеров. В то же время возможности синтеза гетероароматических аналогов этих соединений в литературе практически не рассматриваются, хотя замена бензольного фрагмента в положении 2 на гетероароматический могла бы, на наш взгляд, повлиять на свойства таких соединений, а после изучения спектрально-люминесцентных свойств дать дополнительную информацию о механизме эффекта их фотостабилизации.

К новым интересным соединениям этого класса следует отнести, пиразолоновый аналог 2-(2#-бензотриазол-2-ил)-4-метилфенола и его замещенные, которые могут быть синтезированы на основе 3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола восстановительной циклизацией соответствующих 2-нитрофенилазосоединений.

Известно, что для восстановления о-нитрофенилазосоединений до соответствующих 2-фе-нил-2Я-бензотриазолов применяются гидрохлорид гидроксиламина [3], S,S-диоксид тиомочевины (аминоиминометансульфиновая кислота) [4] и ронгалит (гидроксиметансульфинат натрия). При использовании этих восстановителей удалось получить соединения с триазольным циклом, поэтому для синтеза 4-(2#-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола (IV) мы использовали все три способа восстановления 5-метил-4-(2-нитрофенилазо)-2-фенил-2,4-дигидро-3Я-пиразол-3-она (I).

Восстановление соединения (I) ронгалитом проводилось нами по известной методике [5], причем сначала применялось мольное соотношение о-нитроазосоединения и восстановителя 1:2. После нейтрализации реакционной массы был получен хроматографически чистый окрашенный осадок, для установления строения которого был зарегистрирован ЭСП (рис. 1).

Длинноволновая полоса (441 нм) свидетельствуют о сохранении хромофорной системы азосоединения, а ее реакция на присутствие кислоты и щелочи свидетельствуют о наличии в молекуле амино- и гидроксигрупп, что позволяет приписать соединению строение 4-(2-аминофенилазо)-3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола (11а).

По данным хроматографического анализа фильтрат также содержал практически только это соединение.

При соотношение о-нитроазосоединение (I) - ронгалит 1:1 получена смесь, содержащая N-оксид пиразолонового бензотриазола (Ша) и аминоазосоединение (Па).

По данным ТСХ при восстановлении соединения (I) гидрохлоридом гидроксиламина и S^-диоксидом тиомочевины в соотношениях о-нитроазосоединение - восстановитель 1:2 был получен ряд продуктов.

Для более подробного анализа реакционной массы использован LC/MS- метод

жидкостной хроматографии на сорбенте SiO2 c обращенной фазой. В результате было установлено, что при восстановлении соединения (I) гидрохлоридом гидроксиламина продуктами реакции являются №оксид 4-(2Н-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1Н-пиразол-5-ола (Ша) (6,7%), 4-(2Н-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1Н-пиразол-5-ол (IV) (25,5%) и 4-(2-аминофенилазо)-3-метил-1-фенил-1Н-пиразол-5-ол (Па) (50,7%).

в спирте в спирте + ЫаОН в этаноле + НО!

300 350

Рис.1 ЭСП 4-(2-аминофенилазо)-3-метил-1-фенил-1Д-пиразол-5-ола (Па)

их

N

ио

8 II

о

,ОЫа

НС

N

о

N0,

ЫаОН, И20

ЫН

(I)

НС

N

ОЫа

(II)

ОГЫ

ои

(Па)

При восстановлении S,S-диоксидом тиомочевины соединения (I) соотношение продуктов реакции оказалось следующим: №оксид бензотриазола (Ша) - 4,5%, 2Н-бен-зотриазол (IV) - 20,9% и аминоазосоединение (На) - 69,7%.

Таким образом, во всех вышеперечисленных способах восстановления основным продуктом реакции является аминоазосоединение (Па).

с.

------N0

8 II

О

СХ

.Ы-ок (II)

кои, НО

(I)

со

0

1 НС

Ы

0

1 НС

Т 3 \

ко

(ш)

(Ша)

4,6

4,4

4,2

ш 4,0

3,8

3,6

3,4

2

2

Известно, что восстановление ароматических нитросоединений включает в себя несколько химических стадий. Ключевым продуктом, который в нашем случае должен предшествовать получению триазольного цикла, является о-нитрозоазосоединение. В зависимости от условий проведения реакции восстановления это соединение может превращаться в N-оксид бензотриазола или в о-аминоазосоединение. Как уже было отмечено выше, приведённые условия восстановления способствуют протеканию реакции, приводящей к образованию нежелательного в данном случае о-аминоазосоединения.

Изменение температуры и продолжительности реакции при использовании в качестве щелочного агента едкого натра и соотношении нитроазосоединение - ронгалит 1:2 не приводило к получению соединения с триазольным циклом. Еще одним параметром, который мог бы изменить направление реакции, является щелочность среды. Поэтому было проведено восстановление 5-метил-4-(2-нитрофенилазо)-2-фенил-2,4-дигидро-3#-пиразол-3-она (I) в присутствии едкого кали гидроксиметансульфинатом натрия, при температуре кипения реакционной массы и соотношении азосоединение -восстановитель 1:1. Мы ожидали, что при таком соотношении реагентов промежуточным продуктом должен быть 5-метил-4-(2-нитрозофенилазо)-2-фенил-2,4-дигидро-3#-пиразол-3-он, который при увеличении щелочности среды может циклизоваться в N-оксид бензотриазола, но не будет восстанавливаться до аминоазосоединения.

При нейтрализации реакционной массы был выделен желтый осадок, а из фильтрата после 24 часов получен осадок светло-желтого цвета. При их хроматографи-ровании методом ТСХ идентифицировано пятно, обладающее фиолетово-розовой люминесценцией, и присутствие вещества со слабо-желтым окрашиванием.

В ЭСП (рис.2) этих осадков, в отличие от спектра 4-(2-аминофенилазо)-3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола (Па), присутствуют интенсивные максимумы поглощения при 330-345 нм, свидетельствующие, о наличии хромофорной системы бензотриазола.

Метод LC/MS показал, что в полученном продукте присутствуют соединения с молекулярными массами, соответствующими N-оксиду 4-(2#-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-Ш-пиразол-5-ола (Ша) (m/z 307) - 67% и 4-(2-аминофенилазо)-3-ме-тил-1-фенил-Ш-пиразол-5-ол (На) (m/z 293) - 7%.

Для синтеза 4-(2#-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-Ш-пиразол-5-ола (VII) проведено восстановление N-оксида (Vfo) действием цинковой пыли в уксусной кислоте.

3,8

2,2

200

250

300

350

400

450

X, nm

Рис.2 ЭСП N-оксида 4-(2Д--бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1Д-пиразол-5-ола

о

(IIIa)

(IV)

После разбавления реакционного раствора водой был выделен желтоватый осадок. По данным хроматографии LC/MS в этом продукте присутствует практически одно соединение с m/z 291, что соответствует структуре бензотриазола (IV) .

Также был зарегистрирован ЭСП (рис.3) этого соединения, в котором длинноволновая полоса имеет максимум при 350 нм и смещена батохромно на 15 нм относительно аналогичной полосы в спектре N-оксида (IIIa). Это так же обусловлено увеличением электроноакцепторности триазольного фрагмента по сравнению с таким же показателем N-оксида в результате устранения электронодонорного эффекта атома кислорода. В спектре полученного бензотриазола (IV) (рис.3) наблюдается три характерные полосы при 250 нм, 280 нм и 350 нм. Первая из них обусловлена автономным поглощением фрагмента 3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола, что подтверждается спектром этого соединения, в котором длинноволновая полоса имеет максимум при 250 нм. В этом случае две оставшиеся полосы вызваны поглощением фрагмента 2#-бензотриазола и молекулы в целом, причем длинноволновая полоса при 350 нм, очевидно, обусловлена поглощением всей хромофорной системы.

С целью упрощения синтеза целевого продукта (IV) мы решили применить ступенчатую методику восстановления и при использовании S^-диоксида тиомочевины. Сначала реакцию проводили в водно-спиртовом растворе гидроксида натрия при кипении с соотношением азосоединение-востановитель 1:1. После того как в реакционной смеси не обнаруживалось исходного азосоединения (I), в колбу добавляли вторую порцию восстановителя.

—■— 2-(2Н -бензотриазол-2-ил)-4-метилфенол

- • - 4-(2Н-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1-пиразол-5-ол

4,6 4,4 4,2 4,0 3,8

ш

3,6 3,4 3,2 3,0 2,8

X, nr

Рис. 3. ЭСП производных бензотриазола в этаноле

После подкисления реакционной смеси, выпадал кремовый осадок. По данным ТСХ вещество было индивидуальным, а значение его константы Rf, соответствовало бензотриазолу (IV). Данные LC/MS хроматографии так же подтвердили наличие одного вещества с m/z 291, соответствующей 4-(2#-бензотриазол-2-ил)-3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-олу (IV).

На ЯМР1Н спектре идентифицированы все характерные протоны. В сильной области спектра, в области 2,26 м.д. наблюдается синглет метильной группы. При 7,88 м.д. находится сигнал в виде дуплета двух эквивалентный протонов 4 и 7, а в области 7,94-7,98 м.д. дуплет дуплетов эквивалентных протонов 5 и 6 бензотриазольного кольца. В более сильной области ароматической части спектра наблюдаются сигналы протонов фенильного кольца пиразолонового остатка: при 7,22 м.д. триплет 4 протона, а при 7,42-7,46 м.д. мультиплет оставшихся четырёх протонов. В следствие дейтерооб-мена с водой растворителя наблюдается уширенный сигнал в области 3,33 м.д..

Данные ЯМР13С и ЯМР13С "DEPT 135" в DMSO-d6 полученного соединения (IV)

свидетельствуют о нахождении вещества в форме 5-гидроксипиразола, чему может способствовать внутримолекулярная водородная связь между протоном гидрокси-группы и атомом азота N(2) бензотриазола.

Таким образом, нам удалось разработать два удобных, препаративных метода синтеза бензотриазольного производного 3-метил-1-фенил-1#-пиразол-5-ола.

Список литературы

1. Красовицкий, Б.М. Органические люминофоры/ Б.М.Красовицкий, Б.М.Болотин.- М: Химия, 1984. 334 с.

2. Woessner G., Goeller G.,Kollat P ., Stezoedki J.J.,Hauser M ., Klein U.K.A., Kramer H.E.A. // J.Phys . Chem . 1984. Vol. 88 , № 23.- Р. 5544-5548 .

3. John F. K. Wilshire // Australian journal of chemistry, 41; 4; 1988.- Р. 617- 622.

4. Tanimoto S., Kamano T. // Synthesis, 1986.- Р. 647.

5. Буданов, В.В. Химия и технология восстановителей на основе сульфоксиловой кислоты. Ронгалит и его аналоги/ В.В.Буданов.- М: Химия, 1984. -180 с.

УДК 547:542.331.446.8

В.И. Гумникова, Е.П. Анпёнова, В.П. Перевалов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СИНТЕЗ ИНДОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НА ОСНОВЕ МОНО- И ДИНИТРО-ХЛОРБЕНЗОЙНЫХ КИСЛОТ

2-Methyl-3-(ethoxyoxomethyl)-4-aminoindole-6-carboxylic acid and its methyl ester as well as 2-methyl-3-(ethoxyoxomethyl)-indole-6-caroxylic acid were prepared by replacing chlorine atom in 4-chloro-3,5-dinitrobenzoic acid and 4-chloro-3-nitrobenzoic acid with an acetoacetic ester moiety followed by reducing intermediates thus formed.

При замещении хлора в 4-хлор-3,5-динитробензойной и в 4-хлор-3-нитробензойной кислотах на остаток ацетоуксусного эфира и дальнейшем восстановлении полученных интермедиатов были синтезированы метиловый эфир 2-метил-3-(этоксиоксометил)-4-аминоиндол-6-карбоновая кислота, 2-метил-3-(этоксиоксометил)индол-6-карбоновая кислота и метиловый эфир 2-метил-3-(этоксиоксометил)индол-6-карбоновая кислота.

Для получения новых гетероциклических производных на основе 4-хлорбензой-ной кислоты были проведены реакции замещения атома хлора в 3-нитро-4-хлорбензой-ной кислоте и в метиловых эфирах 3-нитро-4-хлорбензойной и 3,5-динитро-4-хлорбен-зойной кислот на остаток ацетоуксусного эфира.

Этиловый эфир 2-(2,6-динитро-4-(метоксиметил)фенил)-3-оксобутановой кислоты (IV) был синтезирован из метилового эфира 3,5-динитро-4-хлорбензойной кислоты (III) при нагревании в этиловом спирте с натриевой солью ацетоуксусного эфира. В масс-спектре полученного соединения присутствует пик молекулярного иона m/z: 354[M]+. Получение метилового эфира 2-метил 3-(этоксиоксометил)-4-аминоиндол-6-карбоновой кислоты (V) проведено восстановлением этилового эфира 2-(2,6-динитро-4-(метоксиметил)фенил)-3-оксобутановой кислоты (IV) с одновременной циклизацией. В случае применения в качестве восстановителя гидразин-гидрата на никелевом катализаторе продукт был выделен экстракцией из реакционной массы в виде масла с выходом 55%. При восстановлении цинковой пылью в метиловом эфире в соляной кислоте был использован 2-х кратный избыток восстановителя. Метиловый эфир 2-