ТАНДЕМНЫЕ РЕАКЦИИ В СИНТЕЗЕ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ-600 С КОНЦЕВЫМИ НИТРОТРИАЗОЛСОДЕРЖАЩИМИ ГРУППАМИ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.791.1(083.744)

ТАНДЕМНЫЕ РЕАКЦИИ В СИНТЕЗЕ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ-6ОО С КОНЦЕВЫМИ НИТРОТРИАЗОЛСОДЕРЖАЩИМИ ГРУППАМИ

Истошина В. А., Босов К. К.

Установлено, что взаимодействие динитрата полиэтиленгликоля-600 с 3-нитро-5-^ 1,2,4-триазолами сопровождается тандемными процессами: алкилирование - нуклеофильное замещение. Тандемные реакции инициируются нуклеофильным замещением нитратной группы в ДНПЭГ-600 с образованием новой реакционноспособной функциональной группы -нитрогруппы в концевых М2- и N4-замещенных нитротриазоловых гетероциклах. Эти группы участвуют в реакции нуклеофильного замещения исходным субстратом с образованием N С-бициклических структур.

Ключевые слова: 3-нитро-5-^1,2,4-триазолят натрия, алкилирование, N гетерилирование, селективность, тандемные реакции

Тандемные реакции получили широкое признание и представляют интенсивно развивающуюся область синтетической органической химии [1, 2].

Исследования селективности реакции алкилирования 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов (3НР) различными электрофильными агентами показали, что в кислых средах образуется только Ы2-изомер [3], в нейтральных - преобладает Ы4-изомер [4,5], в щелочных средах процесс протекает неселективно и приводит, как правило, к образованию Ы1-, Ы2- и Ы4-изомеров [6-9].

Недавно нами показана возможность участия N-1-, Ы2- и ^-изомерных производных нитротриазолов в реакции нуклеофильного замещения нитрогруппы. Обнаружено, что наиболее реакционноспособными являются N2- и ^-замещенные нитротриазоловые ге-тероциклы [10]. В связи с этим интерес представляет возможность реализации тандем-ных процессов алкилирования 3НР полимерными электрофильными агентами.

Избрав в качестве объектов исследования полиэтиленгликоль-600 с концевыми нитратными группами (ДНПЭГ-600) и 3НК мы надеялись не только определить селективность процесса алкилирования полимерным электрофильным агентом, но и выяснить прохождение гетерилирования триазолат-анионом по более реакционноспособным нитрогруппам в N2- и ^-замещенных субстратах.

Целью данной работы является исследование тандемных процессов алкилирования - гетерилирования, проходящих при взаимодействии ДНПЭГ-600 с 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолятами натрия.

Реакции инициируются алкилированием нитротриазолового гетероцикла ДНПЭГ-600.

В результате образуется новая реакционно-способная функциональная группа - нитро-группа в концевых N2- и ^-замещенных нитротриазоловых гетероциклах. Нитрогруппа замещается при действии нуклеофильного агента - натриевой соли 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазола, с образованием соединений №С-бициклической структуры.

Реакцию алкилирования натриевой соли 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолов (№-3НК где Р=Н (1а); СН3 (1б)) полимерным электро-фильным агентом ДНПЭГ-600 проводили до полной конверсии нитратных групп в ДНПЭГ-600. Контроль осуществляли методом ИК-спектроскопии. Установлено, что процесс ал-килирования протекает неселективно с образованием полиэтиленгликолей-600 2а,б -5а,б с концевыми 3НР группами, замещенными в положении N1-, N2- и ^-гетероцикла (рисунок 1). Преимущественно концевые нитротриазоловые гетероциклы замещены полимерной цепью по атому азота N-1 (N-1-изомер).

Последовательно-параллельно реакции ал-килирования 3НР полимерным алкилирую-щим агентом протекает реакция нуклеофиль-ного замещения С3-нитрогруппы наиболее активных нитротриазоловых гетероциклов, замещенных полиэтилен-гликолем-600 по атому азота N2- (^-изомер) и атому азота N4-(^-изомер). При гетерилировании N2-изомеров 3а,5а и 3б,5б солями нитротриазолов 1а и 1б получают соответственно поли-этиленгликоли-600, содержащие в концевых группах ^С-бициклы: 3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолы] (7а, 9а) и 2',5'-диметил-3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолы] (7б, 9б).

02]Ч0

О'

СУ

,0]02

02]

N №

и

0

и,

5

0

ДНПЭГ-600

1а, 1б

И=Н (а); СНз (б)

02]

сг

N N8

0

1а, 1б

и,

5

2а, б - 5а, б

сг

0

6а,б - 9а, б

Рз

5

2а

2б

3а

3б

4а

4б

5а

5б

02].

\ч

Н

N

к

СН

N

Ы

н

N

К

СН

N

Лч

н

N

к

СН

N

N

к

N

N

"Ч >

"Ч

ч

V

N

02у^% М

/ И

N

/

ч

N

к.

N

ч

ч

6а

6б

7а

7б

8а

8б

9а

9б

02К

N..

г

N

ЧЗ

^С

N

К

¥

N

Н

N

I

N

* V

N

I N=(

^ТГ

н

С Нз

N02

С Нз

N0-

I ^

н н

I

1 н

N ' I

-¿ГТ'

/ СН з

N Н

/ С Н3

::Нз 3

ж

N ' ^

М Т

н х

N1

У ' *

м 1з

СНз х

у<

I у=(

и

Г

1 м

£гг

__/ СНз

Рисунок 1 - Схема и продукты алкилирования 3-нитро-5-^1,2,4-триазолов динитратом поли-

этиленгликоля-600

Аналогично гетерилирование

N4

1

Методом ЯМР Н-спектроскопии иссле-

изомеров 4а и 4б солями 1а и 1б приводит к довано влияние типа С5 заместителя 3-нитро-

образованию полиэтиленгликолей-600, со- 5-^1,2,4-триазола на селективность процес-

держащих в концевых группах ^С-бициклы: 3- сов образования бициклических полиэти-

нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазол] 8а и 4',5'- ленгликолей-600 с различными изомерными

диметил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазол] 8б. производными нитротриазолов.

Предшественниками ^С-бициклов 8а и

Строение полученных соединений 6а,б -

8б выступают полиэтиленгликоли-600, со- 9а,б и соотношение изомеров определяли по держащие в концевых группах нитротриазо- данным ЯМР 1Н-спектроскопии.

ловые гетероциклы, замещенные по N4

Суммарная массовая доля полиэтиленг-

положению (4а и 4б), что подтверждает их ликолей-600 с концевыми 3НР группами, за-

образование на стадии алкилирования.

мещенными по N1-положению, составляет 84 % для соединений 6а-8а и 82% для 6б-8б.

Н

Н

N

СН

N

N

Н

Н

2

N

N

СН

N

Н

СН

СН

з

ИСТОШИНА В.А., БОСОВ К.К.

Доля Ы-О-бициклов в соединениях 7а, 9а и 7б, 9б - 12,6 % и 12,3 % соответственно, а в соединениях 8а и 8б - 3,4 % и 5,7 %.

Показано, что при замене протона в положении С5 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазола на метильную группу происходит снижение избирательности процесса алкилирования, доля Ы-О-бициклов 3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолов] и 4',5'-диметил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолов] (предшественник Ы4-замещенный нитротриазол) возрастает на 2,3 %. Доля 3ИР замещенных полимерной цепью полиэтиленгликоля-600 Ы1-изомеров снижается на 2%, а доля N-0-бициклов 3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]-триазолов] и 2',5'-диметил-3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолов] практически не изменяется.

Местоположение заместителя у атомов азота нитротриазольного гетероцикла четко определяется характерным смещением протонов у циклических атомов углерода С5 в зависимости от положения заместителя у атомов азота N-1 или Ы2. В спектрах ЯМР 1Н полиэтиленгликолей-600 с концевыми 3-нитро-1,2,4-триазольными группами, замещенными по Ыгположению гетероцикла, резонанс протона у кольцевого атома углерода 3-нитро-1,2,4-триазольного цикла в соединениях 6а-8а и бб-8б регистрируется синглетом - в области 8.82 м.д. (1а') и 2.52 м.д. соответственно. В продуктах неполной конверсии нитрогруппы в Ы2-производных присутствует сигнал протона, характерный для Ы2-изомера для соединений 3а, 5а при 8.25 м.д. (2а') и для 3б, 5б при 2.34 м.д. Причем химические сдвиги протонов Ы2-изомеров по сравнению с Ы1-изомерами находятся, как и у аналогичных низкомолекулярных Ы-замещенных нитро-триазолов, в более сильном поле [5-7]. Оигналы протона в положении С5 полученных 3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолилов] 7а, 9а и 3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазола] 8а, образованных вследствие тандемного нуклео-фильного замещения нитрогруппы нитро-триазолового цикла, лежат в более слабом поле при 9.52 м.д. (3а') и при 9.73 м.д. (4а'), чем в исходных Ы-замещенных соединениях, что логично ввиду появления в триазоле высокоакцепторного Ы-азолового заместителя. В то же время сигнал протона в положении С5 в циклах, содержащих нитрогруппу, отличаются более чем на 1 м.д. и находятся при 8.28 м.д. (3б') и при 8.82 м.д. (6б') (рисунок 2). Аналогичное смещение протонов зафиксировано при синтезе Ы-О-бициклических амино-нитротриазоловых производных [11].

Данное смещение протонов также наблюдается для 2',5'-диметил-3-нитро-2'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазолила] (2.61 м.д. и 2.36 м.д.) в соединениях 7б, 9б и для 4',5'-диметил-3-нитро-4'Н-[1,3']би[[1,2,4]триазоли-ла] (2.72 м.д. и 2.52 м.д.) в соединении 8б.

Сигналы протонов СН2-группы, связанной полимерной цепью с атомами азота нит-ротриазолового гетероцикла 1б', 3в', 4в' (соединения 6а-9а), регистрируются характерным триплетом при 4.52-4.49 м.д., 4.55-4.53 м.д. и 4.61-4.59 м.д. соответственно. Для соединений 6б-9б при 4.43-4.41 м.д., 4.36-4.33 м.д. и 4.21-4.19 м.д. соответственно для замещенных полимерной цепью Ыгизомеров и Ы-С-бициклических структур Ы2- и Ы4-изомеров.

0.03 0.14 1.00 0.110.03

I ■ У и У

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

В.5 Э.О В.5 е.О

1

Рисунок 1 - ЯМР Н-спектр сигналов С-Н протонов продуктов взаимодействия ДНПЭГ-600 с 3-нитро-1,2,4-триазолом.

Таким образом, установлено, что взаимодействие ДНПЭГ-600 с 3-нитро-5-Р-1,2,4-триазолами сопровождается тандемными процессами алкилирование - нуклеофильное замещение. Стадия алкилирования протекает по всем трем атомам азота с образованием полиэтиленгликоля-600 с концевыми 3НР группами, замещенными по Ы1-, Ы2- и Ы4-положениям гетероцикла. Более реакционно-способные Ы2- и Ы4-замещенные полимерной цепью 3НР вступают в реакцию нуклеофиль-ного замещения нитрогруппы с образованием Ы-С-бициклических структур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванцова М.Н., Токарева М.И., Миронов М.А. Многокомпонентный синтез гетероциклических соединений на границе раздела фаз. // Химия гетероциклических соединений. - 2012. - № 4. - С. 626-645.

2. Миронов М. А. Мультикомпонентные реакции и комбинаторная химия. // Российский химический журнал. - 2009. - Т. 1_!!1. - № 5. -С.116-132.

3. Суханова А.Г., Сакович Г.В., Суханов Г.Т. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазола с алки-лирующими агентами. 6. Алкилирование нейтрального гетероцикла спиртами в кислых средах. // Химия гетероциклических соединений. - 2008. -№11. - С.1680-1687.

4. Суханов Г.Т., Суханова А.Г., Ильясова Ю.В. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазола с алкилирующими агентами. 3. Алкилирование ди-этилсульфатом нейтрального гетероцикла // Химия гетероциклических соединений. - 2006. - № 9. - С. 1378 - 1381.

5. Суханов Г.Т., Сакович Г.В., Суханова А.Г., Лукин А.Ю. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазола алкилирующими агентами. 2. Алкилирование нейтрального гетероцикла диметилсульфа-том // Химия гетероциклических соединений. - № 8. - 2005. - С. 1168 - 1173.

6. Суханов Г.Т., Лукин А.Ю. Реакции производных 3-нитро-1,2,4-триазола алкилирующими агентами. 1. Алкилирование в присутствии щелочи //

Химия гетероциклических соединений. - № 7. -2005. - С. 1020 - 1025.

7. Суханов Г.Т., Суханова А.Г., Филиппова Ю.В., Истошина В.А. Алкилирование З-нитро-5-R-триазолята натрия йодистым метилом при повышенных температурах // Ползуновский вестник. -2013. - № 3. - С. 58-61.

8. 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 З-нитро-5-R^ ,2,4-триазолат-анионов с диэтилсульфатом // Химия гетероциклических соединений. - 2012. - №9. - С.1438 -1144.

9. Degtyarik M.M., Lyakhov A.S., Ivashkevich L.S., Voitekhovich S.V., Sukhanov G.T., Grigoriev Yu.V. 1-(2-Hydroxyethyl)-3-nitro-1.2.4-triazole and its complexes with copper (II) chloride and copper (II) Perchlorate // Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie. - 2012. - P. 950-956.

10. Суханов Г.Т., Мерзликина И.А., Суханова А.Г., Филиппова Ю.В., Босов К.К. Нуклеофильное замещение нитрогруппы реакцией Ы-метил-3-нитро-1,2,4-триазола с метиловым спиртом // Сборник докладов конференции, Бийск, 18-20 сентября 2013 г. - С. 117-121.

11. Певзнер М.С.,. Кулибабина Т.Н, Малинина Л.А. Образование 1,5-ди(1,2,4-триазолилов) при взаимодействии Ы-нитро-1,2,4-триазолов с основаниями и восстановителями // Химия гетероциклических соединений. - 1979. - №4. - С.555-557.

РАСТВОРИМОСТЬ ЛАКТИДА И ГЛИКОЛИДА В ОРГАНИЧЕСКИХ

РАСТВОРИТЕЛЯХ

Глотова В.Н., Новиков В.Т., Иженбина Т.Н., Титова Н.Г.

Получены экспериментальные данные по растворимости лактида и гликолида в некоторых растворителях при различной температуре. Полученные данные могут быть использованы при отработке технологии процессов очистки лактида и гликолида с целью получения высокомолекулярных полилактида и полигликолида.

Ключевые слова: лактид, гликолид, растворимость, перекристаллизация, биоразлагае-мые полимеры

В настоящее время синтетические полимеры играют важнейшую роль во всех сферах человеческой жизни. Такие полимеры обладают уникальными полезными свойствами, и сравнительно невысокой ценой. Наряду с достоинствами, у таких полимеров существуют и определенные недостатки:

Во-первых, большинство из этих полимеров не разлагается в природе, что приводит к загрязнению окружающей среды; во-вторых, утилизация их отходов также проблематична; в-третьих, основное количество полимерных материалов производится из невозобновляемого углеводородного сырья,

запасы которого ограничены. Поэтому в последнее время большой интерес вызывают полимеры, поддающиеся биологическому разложению - биоразлагаемые, а также био-резорбируемые полимеры для медицины [1].

Биоразлагаемые полимеры -это полимерные материалы, которые способны разрушаться в результате естественных природных (микробиологических и биохимических) процессов [2]. Продуктами полного разложения в основном являются углекислый газ, вода и гумус [3]. Медицина и охрана окружающей среды - это две основные сферы жизнедеятельности человека, которые остро нуж-