Пространственное строение молекул таутомероспособных 1,2,4-триазолов и бензопирано[4,3-b]пиридинов Миронова Екатерина Владимировна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Особенности строения замещенных 1,2,4 триазолов и их солей 14

1.1. Области применения 1,2,4-триазолов 14

1.2. 3,5-Замещенные 1,2,4-триазолы: строение и таутомерия 16

1.2.1. Строение и таутомерия 1,2,4-триазолов по литературным данным 16

1.2.2. Пространственное строение R-сульфанил замещенных 1,2,4-триазолов в кристаллах 20

1.2.3. Сопоставительный анализ структурных

особенностей 3-алкилсульфанил-1,2,4-триазолов и их аналогов из Кембриджской базы структурных данных 29

1.3. 3-(2-Гидроксиэтилсульфанил)-5-К-1(Я)-1,2,4-триазолы и их соли: структурные особенности и предпочтительность таутомерных форм в кристалле 36

1.3.1. Особенности строения и возможной таутомерии производных 1,2,4-триазола, содержащих функцио нальные группы в боковой цепи (анализ литературных данных) 36

1.3.2. Изучение строения новых производных 3-(2-гидроксиэтилсульфанил)-5-К-1(//)-1,2,4-триазолов и их солей методами ЯМР ]Н, ЯМР ІЗС, ИК и масс-спектроскопии 39

1.3.3. Молекулярная и кристаллическая структура солей 3-(2-гидроксиэтилсульфанил)-5-К-1 (І7)-1,2,4-триазолов. Предпочтительность таутомерной формы 1 (Н),4(Н)-1,2,4-триазолий катионов 43

ГЛАВА II. Особенности строения и таутомерии замещенных 1,2,4-триазолинтионов

2.1. Строение сульфанил-1,2,4-триазолов, не содержащих заместителей при атоме серы (анализ литературных данных) 51

2.2. Молекулярная и кристаллическая структура 3-Н- и 3-фенил-1,2,4-триазолинтионов 5 6

ГЛАВА III. Особенности строения ряда новых производ ных тетрагидробензо[Е]пирано[4,3-6]ггйридинов 66

3.1. Возможные таутомерные формы тетрагидробензо [е]пирано[4,3-Ь]пиридинов. Анализ литературных данных 66

3.2. Пространственное строение ряда новых производных тетрагидробензо[е]пирано[4,3-6]гшридинов 73

ГЛАВА IV. Экспериментальная часть 92

4.1. Методика эксперимента 92

4.2. Параметры кристаллов, условия экспериментов и уточнения структур 96

Выводы 105

Список цитируемой литературы

• Строение и таутомерия 1,2,4-триазолов по литературным данным
• Особенности строения и возможной таутомерии производных 1,2,4-триазола, содержащих функцио нальные группы в боковой цепи (анализ литературных данных)
• Молекулярная и кристаллическая структура 3-Н- и 3-фенил-1,2,4-триазолинтионов
• Параметры кристаллов, условия экспериментов и уточнения структур

Введение к работе

Актуальность работы. Поиск корреляции между структурными характеристиками и соответствующими физико-химическими свойствами как органических, так и неорганических соединений составляет одну из фундаментальных проблем современной химии В этой связи интересными объектами для исследования являются производные азолов и азинов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине Данная работа посвящена изучению двух важнейших групп этих соединений 1,2,4-триазолов и тетрагидробензо[е]пирано[4,3-6]пиридинов. Интерес к этим группам гетероциклических соединений был вызван тем, что значительная часть их производных, используемых на практике, способна существовать в различных таутомерных формах К сожалению, в литературе даже за последние годы для большинства из них приписание структуры реализующегося таутомера сделано произвольно, а для растворов этих соединений иногда постулируется и наличие таутомерного равновесия Такому важному вопросу, как влияние заместителей на реализацию различных таутомерных форм этих соединений в растворах и в кристаллическом состоянии, в литературе уделялось незначительное внимание Знание структуры реализующихся таутомеров и закономерностей протонирования 1,2,4-триазолов является важным фактором для понимания их свойств, поскольку все эти соединения представляют собой биологически активные вещества и широко используются в органическом синтезе

Целью настоящей работы является установление влияния заместителей на реализацию различных таутомерных форм тетрагидробензо[е]пирано[4,3-Ь]пиридинов, R-сульфанил-замещенных производных 1,2,4-триазола и их солей в кристаллическом состоянии и в растворах по данным спектральных методов исследования (ИК, ЯМР ¹³С, ЯМР Н и масс-спектроскопии) и метода рентгено-структурного анализа

Научная новизна и практическая значимость работы. Установлена кристаллическая и молекулярная структура 16 новых соединений - представителей 1,2,4-триазолов и тетрагидробензо[е]пирано[4,3-6]пиридинов Изучено строение новых солей 3-(2-гидроксиэтилсульфанил)-5-К-1(Я)-1,2,4-триазолов, протоноакцепторный центр которых не мог быть однозначно определен с помощью других физических методов

Впервые проведен систематический анализ структуры большой выборки известных 1,2,4-триазолов из Кембриджской базы структурных данных (70 структур) Сравнение длин связей и валентных углов в триазольном цикле замещенных 1,2,4-триазолов по литературным данным и для исследованных соединений позволило сделать важный вывод о влиянии природы заместителя на положение атома водорода в гетероцикле Выяснилось, что в молекулах кристаллических образцов 1,2,4-триазолов с одинаковыми заместителями в положениях 3 и 5 триазольного цикла даже в кристаллах реализуется таутомерное равновесие 1(#)- и 2(//)-таутомерных форм, следствием чего является попарное выравнивание длин связей (N(l)-C(5) и N(2)-C(3), C(3)-N(4) и N(4)-C(5)) и валентных углов при атомах N(1) и N(2), С(3) и С(5) триазольного цикла Для С-

монозамещенных и 3-І1³-5-К⁵-1,2,4-триазолов, у которых R³ и R⁵ заметно различаются по электронным свойствам, заместители с электроноакцепторными свойствами во всех изученных случаях находятся в положении 5, а с электро-нодонорными свойствами - в положении 5, т е все они являются 3-R_a-5-Rd-1,2,4-1(Л)-триазолами На основании этого вывода возможно прогнозирование предпочтительной таутомерной формы 1,2,4-триазольных соединений, а также предсказание направления алкилирования и ацилирования триазольных гетеро-циклов, что подтверждено большим числом примеров Вывод может быть распространен и на другие гетероциклические системы, такие как 3(5)-моно- и 3,5-дизамещенные пиразолы, 4,6-дизамещенные 1,2-дигидропиримидин-2-оны и

Изучено строение новых производных 3-(2-гидроксиэтилсульфанил)-5^-1(Д)-1,2,4-триазолов и их солей спектральными методами (ИК, ЯМР ^|3С, ЯМР *Н и масс-спектроскопии) и методом рентгеноструктурного анализа Установлено, что в кристаллах и в растворах нейтральных растворителей для этих соединений реализуется одна таутомерная форма Строение этой формы согласуется с выше отмеченной закономерностью В растворах трифторуксусной кислоты наблюдается равновесие протонированной и непротонированной форм

Проведена систематизация литературных данных по таутомерным формам сульфанил-1,2,4-триазолов, не содержащих заместителей при атомах азота и серы На основе рентгеноструктурного исследования 3-Н- и 3-фенилсульфанил-триазолов и их литературных аналогов сделан вывод о существовании этих соединений в кристаллах в форме 3^-1(/7),4СЮ-4,5-дигидро-1,2,4-триазол-5-тионов со значительным вкладом биполярной структуры

На основании анализа кристаллической и молекулярной структуры продуктов реакции в системе "диэтиловый эфир 2,4,6-триоксогептандикарбоновой кислоты - замещенный салициловый альдегид - ацетат аммония" впервые установлена зависимость их строения от электронных свойств заместителей В присутствии электронодонорных по мезомерному эффекту групп в орто- или пара-положении по отношению к гидроксильной группе исходного салицилового альдегида образуются продукты трициклического строения, а наличие электроноакцепторных групп в тех же положениях обуславливает образование моноциклических производных Установлено пространственное строение соединений нового класса азотсодержащих гетероциклов — тетрагидробен-зо[е]пирано[4,3-6]пиридинов, представители которого до этого не изучались методом рентгеноструктурного анализа

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на итоговой научной конференции в КГУ (Казань, 2004), IV, VI и VII научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов НОЦ КГУ (Казань, 2004, 2006, 2007), Международной конференции студентов и аспирантов, посвященной 75-летию со дня рождения академика А В. Богатского «Современные направления развития химии» (Одесса, 2004), XI Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, Марий-Эл, 2004, устный доклад), VII, VIII и ГХ Научных школах-конференциях по органической химии (Екатеринбург, 2004, Казань, 2005, Москва, 2006), XX Соп-

gress of the International Union of Crystallography (Florence, Italy, 2005), Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения проф А Н Коста (Москва, 2005), IV Национальной кристаллохимической конференции (Черноголовка, 2006), 2006 АСА Annual Meeting (Honolulu, Hawaii, 2006, устный доклад), Всероссийской научной конференции "Современные проблемы органической химии", посвященной 100-летию со дня рождения академика Н Р Ворожцова (Новосибирск, 2007)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей в центральных отечественных и зарубежных журналах (еще три статьи находятся в печати), а также тезисы 13 докладов в материалах различных конференций и симпозиумов

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 142 страницах текста компьютерной верстки и содержит 19 таблиц, 47 рисунков и 298 библиографических ссылок Работа состоит из введения, трех глав обсуждения результатов, в каждой из которых в виде отдельного раздела присутствует тематически разделенный литературный обзор (главы I-I1I), экспериментальной части (глава ГУ), выводов, списка цитируемой литературы и приложения Первая глава посвящена вопросам таутомерии и пространственного строения R-сульфанил-замещенных 1,2,4-триазолов, 3-(2-гидроксизтилсульфанил)-5-ІІ-(1Я)-1,2,4-триазолов и их солей Во второй и третьей главах обсуждаются особенности строения и таутомерные формы замещенных 1,2,4-триазолинтионов и новых производных тетрагидробензо[е]-пирано[4,3-Ь]пиридинов В четвертой главе приводится описание методики рентгеноструктурного исследования и условий проведения экспериментов

Работа выполнена при поддержке грантов Российского Фонда Фундаментальных Исследований (№ 04-03-32156, 05-03-33008 и 06-04-42628), совместной программы CRDF и Министерства образования РФ "Фундаментальные исследования и высшее образование" (REC-007) и гранта Фонда содействия отечественной науке "Лучшие аспиранты РАН"

Строение и таутомерия 1,2,4-триазолов по литературным данным

Несмотря на постоянное внимание химиков к проблеме таутомерии гетероциклов [56-60], в том числе 1,2,4-триазолов [59-63], многие аспекты её освещены недостаточно. Так, для 3(5)-моно- и 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолов с различными заместителями из пяти возможных таутомерных форм А-Е однозначно исключаются только неароматические структуры D и Е [61]:

Неаргументированное приписание одной из NH-таутомерных форм А-С конкретным 3(5)-моно- или 3,5-дизамещенным 1,2,4-триазолам независимо от природы заместителей в положениях 3 и 5 в литературе встречается достаточно часто, и правомерность этого уже давно вызывала сомнения [64]. Различия между таутомерами А и В обычно не проводят, хотя они обсуждались нередко [61-63,65-67]. В большинстве случаев произвольно делают выбор между формами А(В) и С, и число примеров обоих вариантов велико. Маловероятные 4(#)-таутомеры представлены, например, в обзоре [63], книге [68] и статьях [69-73]. В некоторых статьях производные 1,2,4-триазола представлены и как 1(H)-, и как 4(//)-таутомеры, например, в работе [74]. Предпочтительность реализации в газовой фазе и в растворах 1 (Я)-таутомерных форм А (или В) по сравнению с 4(ії)-таутомером С неоднократно показана различными методами квантовой химии [66,75-77], корреляционного анализа [62,64], дипольных моментов [75,76,78], ЯМР !Н [61,67,79,80], 13С [65,67,80], 15N [81], и УФ спектроскопии [61]. Вероятнее всего, дестабилизация структуры С по сравнению со структурами А и В связана с наличием в ней вицинальных атомов азота с одинаковым типом гибридизации и двух соседних двойных связей C=N, имеющих встречное направление диполей. В газовой фазе разность в энергиях структур А и С (X = Y = Н) составляет 26.3 КДж/моль [82]. На неаргументированной привлекательности таутомера С, по-видимому, сказывается большое количество учебников и обзоров, в которых часто приводят общие формулы типа F для 1,3,4-окса-, 1,3,4-тиа-, 1,3,4-селенодиазолов, 1,2,4-триазолов и 1,2,4-диазафосфолов (Z = О, S, Se, NH, NR, PR), и аналогия с 1-NH = З-ЫН-таутомерией изоэлектронных имидазолов (G и Н), а не с таутомерией 1 -NH = 2-NH также изоэлектронных пиразолов (I и J) и их аннелированных аналогов [69,83]: 1-NH = 4-ЫН-Таутомерия 1,2,4-триазолов относится к 1,3-прототропным сдвигам в амидиновой триаде атомов, и ей уделялось достаточное внимание, в том числе и в химии гетероциклов (имидазолы, пиримидины, 1,2,4-триазины и их аннелированные аналоги) [56-60]. В то же время 1-1МН 2-НН-таутомерия 3(5)-моно- и несимметричных 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолов и их изоэлектронных аналогов, относящаяся к прототропным сдвигам в пятиатомной (или более сложной) системе с включением анизотропной азометиновой связи, обсуждалась редко, например, для 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолов в работах [61,65,84,85], а пиразолов в работе [86].

Среди замещенных 1,2,4-триазолов меркаптопроизводные (SH и SR) привлекают особое внимание, поскольку имеют достаточно широкий спектр использования (области применения таких производных подробно обсуждались выше, см. раздел 1.1). Как и другие производные 1,2,4-триазолов, они способны находиться в различных таутомерных формах, предсказать реализацию которых сложно из-за меняющихся электронных свойств заместителей типа SR. Даже с привлечением современных методов ЯМР 13С и Н это не всегда удается сделать, см., например, данные для SBn и SPh [80]. Для N-незамещённых 1,2,4-триазолов, содержащих заместители SR, независимо от природы другого заместителя, приводятся структуры как 3-SRayTOMepa {SMe и SEt [87], SCH(Tr)Bz [88], SC6H4NHC(=S)NH2 [89], SCH2C(OH)CH2Cl [83], SCH=CH2 [90]}, так и 5-SRayTOMepa {SMe и SBu [91-93], SCH2C(=0)OEt [94], SCH2C(=0)NHN=C(Ph)Me [95,96], SCH2C(0H)CH2C1 и др. [97,98], SCH(Ar)CH2C(=0)NH2 и др. [99], S(CH2)nS(3-R-l,2,4r) и др. [100]}, и даже 4-NH-таутомера {SAlk [98], SCH=CHCOOH [101]}.

В настоящей работе предпринята попытка выяснить закономерности локализации атома водорода при одном из двух вицинальных атомов азота гетероцикла в сульфанильных производных 1,2,4-триазола. В связи с этим, сначала было проведено рентгеноструктурное исследование четырех новых представителей 1,2,4-триазольного ряда, содержащих алкильную (соединения I и II) или арильную (соединения III и IV) группу при атоме серы (формулы и названия соединений приведены в табл. 1 введения). Затем с целью выяснения общих закономерностей строения производных 1,2,4-триазола в кристаллах и сопоставления полученных результатов проведен анализ данных РСА различных типов 1,2,4-триазолов [38,67,102-142] (см. табл. 2-4 приложения), в том числе и из Кембриджской базы структурных данных (в дальнейшем обозначается как КБСД) [143]. Индукционные константы, использованные для оценки электронного влияния заместителей, взяты из [144].

На основании имеющихся в литературе данных для триазолов I-III можно было исключить структуру таутомера С, но трудно было сделать заключение о предпочтительности реализации таутомера А или В. Для растворов 3(5)-метилсульфанил- и 3(5)-этокси-5(3)-фенил-1,2,4-триазолов было зафиксировано таутомерное равновесие А В [61,65]. Кроме того, известно, что алкилсульфанильная группа, обладющая электроноакцепторным эффектом (например, константа 5\ бутилсульфанильной группы равна 0.23 [144]) и большой поляризуемостью, в зависимости от свойств другого заместителя может несколько изменить свое влияние. Эти факторы могут позволить реализоваться преимущественно как таутомеру А, так и таутомеру В, что и наблюдается в растворах 3(5)-метилсульфанил-5(3)-арил-1,2,4-триазолов [61].

Особенности строения и возможной таутомерии производных 1,2,4-триазола, содержащих функцио нальные группы в боковой цепи (анализ литературных данных)

Как отмечалось ранее, нами был проведен поиск NH-аналогов изученных соединений в КБСД, а также 1-R и 4-К-замещенных аналогов, не способных к эндоциклической таутомерии (см. табл. 2-4 приложения, а также табл. 2 и 3 в тексте работы далее, всего 41 аналог). Оказалось, что положение атома водорода при одном из вицинальных атомов азота гетероцикла, а не при N(4), характерно для всех рассмотренных представителей 3(5)-моно- и 3,5-дизамещенных 1,2,4-МН-триазолов (табл. 2 и 3 приложения, ошибки измерения не приведены в тех случаях, когда они не приведены в цитируемых работах). В кристаллах для всех них реализуется только 1 (//)-таутомер А или В. К сожалению, не во всех цитируемых работах положение атома водорода при атомах азота в цикле выявлено из разностного синтеза, а результаты некоторых работ пересмотрены, например, структура 3-хлор-1,2,4-триазола [67]. Поэтому данный вывод подтвержден ещё и анализом длин связей и валентных углов триазольного цикла указанных групп соединений, а также сравнением соответствующих величин для 1-R-, 4-R- и N-незамещенных 1,2,4-триазолов (табл. 2, 3 приложения). Анализ длин связей и валентных углов в триазольном цикле замещенных 1,2,4-триазолов по литературным данным и для исследованных соединений позволяет сделать ряд выводов:

1) Характер распределения длин связей и валентных углов может служить диагностическим признаком для выбора между 1-NH и 4-NH-таутомерами. Для удобства дальнейшего обсуждения средние значения соответствующих длин связей и углов для исследованных 1,2,4-триазолов и их аналогов сведены в табл. 2 и 3. Так, в 1-R-замещенных и 1(//)-1,2,4-триазолах альтернирование кратных и одинарных связей вследствие сопряжения менее выражено по сравнению с 4 -замещенными 1,2,4-триазолами, в которых попарно равны связи N(2)-C(3) и N(l)-C(5), а также N(4)-C(3) и N(4)-C(5) (табл. 2). Аналогичная ситуация и с величинами валентных углов. В 4-R зо замещенных 1,2,4-триазолах попарно равны углы N(2)N(1)C(5) и N(1)N(2)C(3), N(2)C(3)N(4) и N(4)C(5)N(1). В 1-R- и N-незамещенных 1,2,4-триазолах углы N(1)N(2)C(3) и C(3)N(4)C(5) заметно меньше других углов в цикле и редко превышают 102-103 (табл. 3). В 1(Я)-1,2,4-триазолах наибольший угол из трех атомов азота всегда наблюдается при N(1).

Примечание: Для веществ, у которых аз-R и O"5-R близки или равны, и в растворах которых по спектральным данным, наблюдается таутомерное равновесие двух форм. б В анализе использовались данные точных рентгеноструктурных экспериментов, в которых погрешность определения длин связей не превышает 0.003 А. Таблица 3. Средние значения валентных углов (градус) в замещенных 1,2,4-триазолах. Тип замещения N(2)N(1)C(5) N(1)N(2)C(3) N(2)C(3)N(4) C(3)N(4)C(5) N(4)C(S)N(1) Таутомероспособные 105.0а 105.0 114.5 100.0 114.5 Моно, 3-RA 110.3 101.3 116.0 101.9 110.5 Моно, 5-RD 109.4 101.0 112.6 100.9 110.0 Ди, 3-RA-5-RD 110.3 101.6 115.0 100.9 110.0 Ди, 3-RD = 5-RD 110.1 101.7 115.0 103.2 109.5 Ди, 3-RA=5-RA 110.1 102.0 114.8 103.0 109.9 1,3,5-Тризамещенные 109.4 101.7 115.9 102.5 110.6 3,4,5-Тризамещенные 107.2 107.4 110.4 104.7 110.3 Примечание: В анализе использовались данные точных рентгеноструктурных экспериментов, в которых погрешность определения углов не превышает 0.3. Образования 4-МН-таутомера в кристаллах N-незамещенных 1,2,4-триазолов не обнаружено, тогда как примеры сложных динамических процессов (например, в структуре незамещенного 1,2,4-триазола [102-105]) или таутомерного равновесия 1-NH==2-NH (например, 3,5-дихлор-1(#)-1,2,4-триазол [121]) в кристаллах некоторых 1,2,4-триазолов можно привести. Эти данные указывают, что нужно очень осторожно относится к объяснению причин выравнивания связей в молекулах таутомерных соединений и не забывать о возможности динамических процессов и в кристаллическом состоянии.

2) В молекулах кристаллических образцов С-монозамещенных 1,2,4 триазолов во всех изученных случаях заместители с электроноакцепторными свойствами (RA, например, N02, CI, Br, 2-Ру, 4-Тг, и др.) находятся в положении 3 (соединения 3-7, табл. 2, 3 приложения), а с электронодонорными свойствами (RD, например, NH2) - в положении 5 (соединение 2). Следует отметить, что длина связи N(l)-N(2) в 3-КА-триазолах заметно меньше, чем таковая в молекулах 5-К0-триазолов (табл. 2). Такая же тенденция просматривается и для других длин связей триазольного цикла, кроме связи N(2)-C(3). При этом величины эндоциклических валентных углов практически совпадают в обеих группах монозамещенных 1(//)-1,2,4-триазолов. Характер их перераспределения (отклонения от идеального значения 108) совпадает с таковым для 1-замещенных 1,2,4-триазолов и отличается от величин углов, реализующихся в 4-К-1,2,4-триазолах (табл. 3). Подобные выводы о реализации таутомерной формы, в которой атом водорода находится у атома азота, наиболее удаленного от электроноакцепторного заместителя ранее были сделаны для растворов 4(5)-R-имидазолов [149].

3) Для молекул кристаллических 3,5-дизамещенных 1 (Я)-1,2,4-триазолов, имеющих заместители с четко различающимися электронными свойствами, наблюдается аналогичная закономерность: электроноакцепторные заместители (RA) находятся в положении 3, а электронодонорные (RD) - в положении 5 (соединения 8-13, а также изученные соединения І-Ш, табл. 2 приложения), т. е. все они являются 3-RA-5-RD-l,2,4-l(//)"TPHa30JiaMH- Такой таутомер реализуется не только в случае заместителей с сильно различающимися электронными свойствами, как, например, в 3-нитро-5-амино-1(#)-1,2,4-триазоле [111,150], но и для триазолов, индукционные свойства заместителей которых отличаются незначительно.

Выводы 2) и 3) важны в плане корректного приписания 1-NH- или 2-NH-таутомерной формы различным 3(5)-моно- и 3,5-дизамещенным 1,2,4-триазолам. Так, например, 3(5)-амино-1,2,4-триазол, в соответствии с данными выводами, будет находиться в форме 5-аминотриазольного таутомера, которая правильно приписана ему в работе [106], а не в форме 3-амино-1,2,4-триазола, которая обсуждается в статье [151]. Методами квантовой химии также подтверждена предпочтительность реализации 5-амино-1,2,4-триазольного таутомера [152], и об этом же свидетельствует анализ значений энтальпий образования ряда С-амино-1,2,4-триазолов, проведенный в работе [153].

Изучение физико-химических свойств замещенных 1,2,4-триазолов показало, что индуктивный эффект заместителей преобладает над резонансным [64,154,155 и ссылки в них]; таким образом, относительную электронодонор-ную или электроноакцепторную способность соответствующих заместителей в первом приближении можно оценить известными индукционными константами Oi и jm, или константами Тафта о . Поскольку константы j\ для очень большого числа заместителей приведены в книге Верещагина [144] и обзоре Ганча, Лео и Тафта [156], то их использование для выбора предпочтительного таутомера NH-1,2,4-триазолов, вполне обосновано. Оба типа констант имеют хорошую корреляцию с электроотрицательностью заместителей и легко взаимно вычисляются [157,158], что расширяет возможности их использования. Например, сравнение величин oi Ph (0.08) и oi CH2P+Ph3 (1.62 - расчет В.И. Галкина по [158]) предполагает, что 1,2,4-триазол с этими заместителями (X = Ph, Y = CH2P+Ph3) в кристаллах (вероятнее всего, и в растворах) будет существовать в форме таутомера А, а не в форме таутомера В, которая приписана ему в работе [159].

4) Расчетными и спектральными методами показано, что в симметрично 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолах l-NH-таутомер всегда предпочтительнее, чем 4-NHayTOMep. Этот вывод подтверждается и анализом продуктов алкилирования 1,2,4-триазольных соединений, который проведен в работе [160]: алкилирование 3(5)-моно- и 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолов происходит преимущественно по положению 1 (соотношение lN-замещенные : 41\Г-замещенные составляет 90:10 [160]), что также указывает на предпочтительную реализацию l-NH-таутомера по сравнению с 4-NH-таутомером. Попарное усреднение длин связей N(2)-C(3) и N(l)-C(5), С(3)-N(4) и N(4)-C(5) в молекулах таких соединений (аналогичная ситуация была отмечена выше для 4-11-замещенных 1,2,4-триазолов) может являться следствием динамических процессов, в том числе 1-NH = 2-МН-таутомерии, протекающих в кристаллах. Равновесие 1-NH- и 2-ЫН-таутомеров в растворах З-Аг-5-Ar -1,2,4-триазолов изучено Куботой с сотр. [61], а в растворах 3-этокси-5-фенил-1,2,4-триазола - Личманом [65]. Можно сделать вывод о реализации такого равновесия и для незамещенного 1,2,4-триазола на основании данных ЯМР !Н [79] и 15N [81]. Возможности таутомерного равновесия в кристаллах может способствовать реализация в них цетросимметричных циклических димеров, тримеров (и т. д., т. е. п-меров) типа N(l)-H(l)--N(2) [161]. Например, в кристаллах триазолов 8 и 10 реализуются димеры именно такого типа, а молекулы 3,5-дихлор-1(//)-1,2,4-триазола (соединение 18) в кристаллах объединены в циклические тримеры типа N(l)—H(l)--N(2) [121,162] (рис. 10). Образование подобных димеров и тримеров наблюдалось также для пиразолов и аннелированных пиразолов [163,164].

Молекулярная и кристаллическая структура 3-Н- и 3-фенил-1,2,4-триазолинтионов

В сообщении [170] и главе I рассматривались вопросы таутомерии N-незамещенных 1,2,4-триазолов и особенно алкилсульфанил-1,2,4-триазолов. В этой же главе на примере З-гидроксиэтилсульфанил-5-R-1,2,4-триазолов (аналогов соединений с туберкулостатической активностью [83,90,97]) обсуждались возможности кольчато-цепной таутомерии с участием бокового фрагмента, а также таутомерия 1,2,4-триазолиевых солей. Наконец, представлялось уместным посвятить отдельную главу данной работы анализу производных сульфанил-1,2,4-триазолов, не содержащих заместителей при атомах азота и серы. Такие данные необходимы для обсуждения аспектов тиол-тионной таутомерии 3(5)-сульфанил-5(3)-К-1,2,4-триазолов и о связи спектральных характеристик со структурой таутомероспособных сульфанил-1,2,4-триазолов.

До настоящего момента строение ТЧ -незамещенных сульфанил-1,2,4-триазолов в литературе обсуждалось недостаточно подробно. Даже в основополагающем обзоре Катрицкого о них нет упоминания [56]. Не обсуждались эти вопросы и в последующих обзорах [39,40,63]. В обзоре Штефана и Введенского, посвященного специально вопросам тиол-тионной таутомерии сульфанилазолов, для производных 1,2,4-триазола эти проблемы кратко освещаются на примере 1-N- и 4-ТЧ-замещенных аналогов [204], которые можно рассматривать лишь как таутомерные формы сульфанилтриазола, частично закрепленные по атомам IN или 4N. В 1971 г. авторы работы [205], анализируя ИК спектры сульфанилтриазола и его N-метилзамещённых аналогов (в основном полосу в области 1200-1280 см" , относя её к колебаниям vc=s), пришли к выводу о тионном строении этих соединений в кристаллах. Позднее к такому же выводу пришли и другие авторы, изучая УФ и колебательные спектры, спектры ЯМР сульфанилтриазола и его N 52 метилзамещённых аналогов [206,207]. Однако, недавно при анализе ИК спектра и спектра комбинационного рассеяния сульфанилтриазола с привлечением расчетных методов, эти данные были пересмотрены в работе [208], авторы которой сделали вывод, что в кристаллах он существует в тиольной таутомерной форме, т.е. как 3-сульфанил-1(Л)-1,2,4-триазол. Информации об изучении инструментальными методами таутомерного равновесия между различными формами сульфанил-1,2,4-триазолов не найдено, хотя без какой-либо аргументации авторы [209] считают, что имеет место быстрая интерконверсия между 1H-3-SH- и 1Н-5-8Н-таутомерами незамещённого сульфанил-1,2,4-триазола с преобладанием первого.

Вопрос о предпочтительности таутомерной формы 4-Ы-замещенных 1,2,4-триазолов в работе [210] решался на основании линейной корреляции констант диссоциации с Гамметовскими константами заместителей (logK = 1.06 crx - 11.01). Авторы сделали вывод о реализации в растворах тионной формы 3,4-диарил-5-сульфанил-1 {Щ-1,2,4-триазолов.

Причиной недостаточной изученности тиол-тионной таутомерии и противоречивых выводов являются специфические свойства тиоамидного фрагмента, что обуславливает известные трудности изучения этой таутомерии в любом классе органических соединений: тиоамидов, тиогидразидов, 3-сульфанилгетероциклов различной природы, например, 2-сульфанилпиридина [211], 3-сульфанилгидразидинов и 3-сульфанилформазанов [167,212]. Одним из таких примеров является установление структуры широко известного аналитического реагента "дитизона" и его аналогов [167]. В большинстве таких случаев затруднено применение спектроскопических методов из-за неоднозначности интерпретации их результатов. В силу названых причин необходимо осторожно относится к выводам о структуре подобных соединений, сделанных на основе лишь одного из спектроскопических методов. N-N N-N

В литературе обычно рассматривается пять возможных таутомерных форм НБ-незамещенных сульфанил-1,2,4-триазолов (Q-U) [206-210]. В статьях, патентах и докладах можно встретить примеры практически всех форм, но в подавляющем большинстве они не аргументированы. Даже в электронной базе Бельштейна [213] информация о подобных соединениях приведена в виде четырех таутомерных форм (Q), причем в большинстве случаев структура таутомера не доказана, и сведения о свойствах таутомеров частично повторяются.

Известно, что сульфгидрильная группа является акцептором электронов. Значения индуктивной константы а\ для незамещенной группы SH оценивается от 0.18 до 0.41 [144]. С учетом этого факта и вывода, сделанного ранее в сообщении [170] и главе 1.2 о реализации 3-RA-5-RD-l(//)ayTOMepHofi формы N-незамещенных 1,2,4-триазолов, из тиольных таутомеров Q-S для N,S-незамещенных сульфанил-1,2,4-триазолов следовало бы отдать предпочтение форме Q. Но именно структуру этого таутомера в статьях приводили и приводят реже [63,208,209,214], чем таутомеров S (4(Я)-3(5)-8Н-таутомер) [101,214,215-217], и особенно R(l(#)-5-SHayTOMep) [91,92,218-223]. Иногда в одной работе приводятся структуры разных таутомеров родственных соединений [214]. Значительная часть исследователей, часто также без

R-A, RD - заместители, соответственно, с акцепторными и донорными свойствами. аргументации и без ссылок на работы [205-207], приводят структуры N,S-незамещенных сульфанил-1,2,4-триазолов в виде тионных таутомеров Т и U (иногда в виде общей формулы с N-замещенными аналогами) [69,224,225]. В этих случаях предпочтение отдается 1(//),4(Я)-5-тионному таутомеру U [39,40,45,99,100,204-206,226-230] перед 1(Я),2(Я)-3-тионным таутомером Т [45,83,90,97,224,231].

3(5)-Сульфанил-1,2,4-триазолы с заместителем при одном из атомов азота цикла можно рассматривать как частично закрепленные аналоги соответствующих таутомеров Q-U, что использовали некоторые авторы, обсуждая проблему таутомерии этих соединений [205-207]. Структуры 1N-замещенных 3(5)-сульфанил-1,2,4-триазолов чаще представляют в тионной форме, и также без аргументации [39-41,61,97,225,227]. В обоих этих случаях (сульфанильная группа в 3 или 5 положении) возможно по два таутомера, но обычно приводят таутомер с локализацией атома водорода в положении 4 цикла (аналог таутомера U). Для подробнее изученных 4!Ч-замещенных 3(5)-сульфанил-1,2,4-триазолов ситуация ближе к г [,8-незамещённым сульфанил-1,2,4-триазолам. Их практически с одинаковой вероятностью представляют в виде тиольных и тионных таутомеров (например [40,63,217,232-235] и [39,40,61,97,204,210,227,236-239]), в том числе в общих формулах [69,224]. Большое число представителей этой группы сульфанил-1,2,4-триазолов, в отличие от Ш-замещенных 3(5)-сульфанил-1,2,4-триазолов, изучено методом рентгеноструктурного анализа (например, соединения 60-69, табл. 11, 12 приложения [240-249]). Показано, что в кристаллах они существуют исключительно в виде тионных таутомеров (аналоги таутомера U) [235-242] и примеров таутомерного равновесия, кроме предположения о его возможности в статье [209], в литературе встретить не удалось.

Параметры кристаллов, условия экспериментов и уточнения структур

3-Бутилсулъфанил-5-метил-1(Н)-1,2,4-триазол (I). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения I ромбические; C7H13N3S; М = 171.27; а = 9.663(3), Ь = 13.819(7), с = 7.11(2) А; V = 949(2) A3, JBbI4 = 1.20 г/см3, Z = 4, пространственная группа Рпа2ь Угол сканирования 6 74.1, ю/20-сканирование. Учет поглощения не проводился (juCu = 25.4 см-1). Атомы водорода выявлены из разностных рядов электронной плотности и их вклад в структурные амплитуды учитывался с фиксированными позиционными и температурными параметрами в заключительной стадии уточнения. Измерено 1153 отражений, 707 из которых с I Зо(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.061, Rw = 0.073 по 547 отражениям с F 6о(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения I приведены в таблицах 2-6 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения I показаны на рис. 1,5.

3-Бутилсулъфанил-5-фенил-1(Н)-1,2,4-триазол (II). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения II моноклинные; C12H15N3S; М = 233.33; а = 10.187(7), Ъ = 21.387(7), с = 11.538(5) А; р = 93.35(4); V = 2509(2) А3, а?выч = 1-24 г/см3, Z = 8, пространственная группа Р2 а (две независимые молекулы). Угол сканирования 3.8 6 74.1, со/20-сканирование. Проведен эмпирический учет поглощения (цСи = 21.0 см" ). Координаты атомов водорода при атомах углерода рассчитаны на основе стереохимических критериев и уточнены по модели «наездника». Атомы водорода при атомах N(1A) и N(1B) выявлены из разностных рядов электронной плотности и их вклад в структурные амплитуды учитывался с фиксированными позиционными и температурными параметрами в заключительной стадии уточнения. Измерено 4688 независимых отражений, 2797 из которых с I 2 з(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.097, Rw = 0.285 по 2797 отражениям с F2 2а(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения II приведены в таблицах 2-6 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения II показаны на рис. 2, 6, 7.

З-Бензилсульфанил-5-фенил-І(Н)-1,2,4-триазол (III). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения III ромбические; C15H13N3S; М = 267.35; а = 21.276(3), Ъ = 10.175(4), с = 25.731(5) А; V = 5570(3) A3, dBbn = 1.27 г/см , Z = 16, пространственная группа РЬса (две независимые молекулы). Угол сканирования 3.4 9 74.3, со/29-сканирование. Проведен эмпирический учет поглощения (iCu = 19.7 см "). Координаты атомов водорода рассчитаны на основе стереохимических критериев и уточнены по модели «наездника». Измерено 5274 независимых отражений, 3075 из которых с I 2о(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.080, Rw = 0.197 по 3075 отражениям с F 2а(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения III приведены в таблицах 2-6 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения III показаны на рис. 3,8. 1 -Бензил-3-бензилсулъфанил-1(Н)-1,2,4-триазол (IV). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения IV моноклинные; Ci6H)5N3S; М = 281.37; а = 5.9390(8), Ъ = 25.276(5), с = 9.567(2) А; (3 = 99.12(1); V - 1418.0(5) A3, dBbl4 =1.31 г/см3, Z = 4, пространственная группа Р2]/с. Угол сканирования 3.5 9 74.2, ю/29-сканирование. Проведен эмпирический учет поглощения (j,Cu = 19.6 см"1). Атомы водорода выявлены из разностных рядов электронной плотности и уточнены изотропно. Измерено 2890 независимых отражений, 2232 из которых с I 2а(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.043, Rw = 0.112 по 2232 отражениям с F2 2о(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения IV приведены в таблицах 2-6 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения IV показаны нарис. 4, 9.

3-(2-Гидроксиэтилсульфанил)-1(Н),4(Н)-1,2,4-триазолий оксалат (VIII). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения VIII триклинные; C4N3SOH8+-C204Fr; М = 235.23; а = 8.68(1), Ъ = 10.804(7), с = 11.44(1) А; а = 105.09(6), р = 93.47(9), у = 109.21(7); V = 966(2) А3, выч = 1.62 г/см , Z = 4, пространственная группа Р-1 (две независимые молекулы). Угол сканирования 4.4 6 25.9, -сканирование. Учет поглощения не проводился (дМо = 3.4 см"1). Координаты атомов водорода при атомах углерода, кроме С(5А) и С(5В), рассчитаны на основе стереохимических критериев и уточнены по модели «наездника». Атомы водорода при атомах N(1A), N(4A), N(4B), С(5А) и С(5В) выявлены из разностных рядов электронной плотности и их вклад в структурные амплитуды учитывался с фиксированными позиционными и температурными параметрами в заключительной стадии уточнения. В катионе VIIIA обнаружена разупорядоченность этильного фрагмента по двум положениям с заселенностью 0.42 и 0.58. Измерено 1107 независимых отражений, 1045 из которых с I 2с(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.046 и Rw = 0.112 по 1045 отражениям с F 2 т(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения VIII приведены в таблицах 5, 6, 9, 10 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения VIII показаны на рис. 11, 12. 3-(2-Гидроксиэтшсулъфанил)-5-фенил-1(Н), 4(Н)-1,2,4-триазолий гидрохлорид (IX). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения IX моноклинные; C10N3SOH12+-CPH2O; М = 275.76; а = 7.629(1), b = 10.070(2), с = 16.826(5) А; (3 = 93.86(2); V = 1289.6(5) A3, dbW = 1.42 г/см3, Z = 4, пространственная группа P2i/c. Угол сканирования 9 57.2, со/29-сканирование. Учет поглощения не проводился (u.Cu = 41.2 см-1). Атомы водорода выявлены из разностных рядов электронной плотности и их вклад в структурные амплитуды учитывался с фиксированными позиционными и температурными параметрами в заключительной стадии уточнения. Измерено 3400 отражений, 1322 из которых с I Зо(1). Окончательные значения факторов расходимости R = 0.060 и Rw = 0.059 по 968 отражениям с F 6а(1).

Избранные длины связей, валентные и торсионные углы, а также параметры коротких контактов в кристаллах соединения IX приведены в таблицах 5, 6, 9, 10 приложения. Геометрия молекул и система коротких контактов в кристалле соединения IX показаны на рис. 13, 14. 1(Н),4(Н)-4,5-дигидро-1,2,4-триазол-5-тион (X). Бесцветные прозрачные призматические кристаллы соединения X моноклинные; C2N3H3S; М= 101.13; а = 5.082(1), Ъ = 6.440(2), с = 6.192(1); (3 = 99.82(2); V = 199.69(9) A3, cU = 1.68 г/см3, Z — 2, пространственная группа P2i/m (молекула в частном положении на плоскости т). Угол сканирования 9 26.3, со/20-сканирование. Учет поглощения не проводился (fiMo = 5.92 см4). Атомы водорода выявлены из разностных рядов электронной плотности и уточнены изотропно. Измерено 888 отражений, 305 из которых с I За. Окончательные значения факторов расходимости R = 0.044 и Rw = 0.042 по 322 отражениям с F 6а(1).

Похожие диссертации на Пространственное строение молекул таутомероспособных 1,2,4-триазолов и бензопирано[4,3-b]пиридинов

Хемилюминесценция в реакциях 1,2,4,5-тетраоксанов и 1,2,4-триоксоланов с ионами двухвалентного железаНазыров Тимур Илдарович

Мессбауэровская спектроскопия комплексов Fe(II) с 1,2,4-триазолами, обладающих спиновым переходом 1 A1 5 T2Варнек, Владимир Алексеевич

Физико-химические свойства кристаллов и растворов нейропротекторных лекарственных соединений на основе 1,2,4 – тиадиазолаБуи Конг Чинь

Фото- и хемилюминесценция 1,2,4-триазола и его производных в растворахКаюмова Регина Робертовна

Хемилюминесценция синглетного кислорода и его димоля (1O2)2 в реакциях пероксидов. Влияние 1,4-диазобицикло [2,2,2]октана на излучательные свойства (1O2)2Мальцев Дмитрий Валентинович

Физико-химические основы получения магнитных полупроводников - халькогенидных шпинелей типа A_1-x B_x Cr_2 X_4 (A, B=Fe, Co, Cu, Zn, Cd, Sn, Hg; X=S, Se) Жуков Эдуард Григорьевич

Изучение кинетики гидрирования этилового эфира 9-(2,3,4-триметокси-6-метилбензоил)нонановой кислотыШкилева, Ирина Павловна

Строение и динамика молекул солей типа M2 X a O3 , M2X a, b O4 и MReO4 (M=Li, Na, K; X a =S, Se, Te; X b =Cr, Mo, W) по данным неэмпирических расчетовМаренич Александр Владимирович

Электрокаталитическое окисление 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и ее натриевой соли с использованием платиносодержащих электродов и анодов содержащих SnO2Гутьеррес Портилла Джонни Вилард Фернандо

Влияние адсорбции ионов (Co(II), Cl, SO(4)2 ) и ЭДТА на кинетику растворения оксидов кобальтаЯкушева Елена Анатольевна