Содержание к диссертации
Введение
1 Методы получения мультитопных пиразолсодер>ісащих лигандов и области их применения 10
1.1 Взаимодействие ацеталей с пиразолами в присутствии п-толуолсульфакислоты 12
1.2 Взаимодействие карбонил- и тионилдипиразолов с ди- и полифункциональными карбонильными соединениями в присутствии катализатора - хлорида кобальта 15
1.3 Использование 2,2,2-трис(пиразол-1-ил)этанола в синтезе мультитопных лигандов 19
1.4 Другие подходы к синтезу мультитопных лигандов 28
1.5 Перспектива использования суперосновных сред в синтезе мультитопных лигандов 29
2 Синтез соединений, содержащих два фрагмента бис(пиразол-1- ил)метана (результаты и экспериментальные подробности) 44
2.1 Применение суперосновной системы КОН — ДМСО в синтезе пиразолсодержащих лигандов 44
2.1.1 Взаимодействие пиразолов с 1,1,2,2-тетрабромэтаном 44
2.1.2 Взаимодействие пиразолов с изомерными тетрабромксилолами. Синтез лигандов с ароматическим линкером 54
2.1.3 Особенности взаимодействия пиразолов с тетрабром- и тетратозилоксипроизводными неопентана 56
2.1.4 Синтез несимметричных (азолил)(азолил')алканов 60
2.2 Получение битопных лигандов из карбонильных соединений 62
2.2.1 Взаимодействие пиразолов с терефталевым альдегидом в присутствии тионилхлорида 62
2.2.2 Взаимодействие пиразолов с глиоксалем в кислой среде 64
2.3 Функционализация пиразольных колец битопных лигандов 68
2.3.1 Иодирование 68
2.3.2 Нитрование 73
2.4 Экспериментальная часть 82
2.4.1 Характеристики использованных веществ и методы их очистки 82
2.4.2 Методики взаимодействия пиразолов с 1,1,2,2-тетрабромэтаном 83
3 Сферы применения битопных пиразолсодержащих лигандов 98
3.1 Синтез и особенности строения некоторых металл охеллатов на основе битопных лигандов 98
3.2 Антиоксидантная активность комплексов на основе битопных лигандов 105
3.3 Электрохимические свойства комплексов меди (II) с 1,4-бис[бис(пиразол-1-ил)метил]бензолом 10 в составе угольно-пастового электрода 108
3.4 Экспериментальная часть 110
3.4.1 Характеристики использованных веществ и методы их очистки. 110
3.4.2 Методики синтеза металлохелатов на основе битопных бис(пиразол-1-ил)метанов 111
Выводы 114
- Взаимодействие карбонил- и тионилдипиразолов с ди- и полифункциональными карбонильными соединениями в присутствии катализатора - хлорида кобальта
- Получение битопных лигандов из карбонильных соединений
- Экспериментальная часть
- Характеристики использованных веществ и методы их очистки.
Введение к работе
Органические соединения, содержащие в своем составе два и более фрагментов бмс(пиразол-1-ил)метана, представляют большой научный и практический интерес, вызванный, прежде всего, возможностью получения на их основе полиядерных комплексов и координационных полимеров, которые, в свою очередь, обладают целым рядом ценных свойств. Битопные и мультитопные пиразолсодержащие лиганды находят самостоятельное применение в качестве сорбентов, а также широко используются как полупродукты для синтеза веществ, проявляющих биологическую и каталитическую активность. Благодаря наличию нескольких хелатирующих центров, указанные производные пиразола могут участвовать в процессах самосборки суп-рамолекулярных ансамблей [1-3], свойства которых в значительной мере определяются структурой лиганда.
Несмотря на это, органические лиганды данного класса изучены недостаточно, а существующие методы их синтеза нельзя назвать высокоэффективными ввиду большой продолжительности, многостадийности и использования неустойчивых соединений. Все это переводит мультитопные бис(пиразол-1-ил)метаны в разряд труднодоступных соединений. Таким образом, поиск новых подходов к синтезу представителей этого класса веществ является весьма актуальной задачей.
Работа выполнена на кафедре Общей химии Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова. Раздел работы, связанный с антиоксидантной активностью комплексов битопных бис(пиразол-1-ил)метанов, выполнен совместно с исследователями кафедры ветеринарии и молекулярной биологии университета штата Монтана (США).
Целью работы является разработка новых эффективных способов получения битопных бис(пиразол-1-ил)метанов, а также исследование путей практического применения битопных лигандов и металлохелатов на их основе.
Научная новизна. Впервые для синтеза битопных шс(пиразол-1-ил)метанов использована реакция нуклеофильного замещения атомов галогена в тетрагалогенпроизводных алканов и аренов в суперосновной среде КОН-ДМСО.
Исследованы реакции пиразола с 1,1,2,2-тетрабромэтаном, протекающие в сверхосновной системе КОН-ДМСО. Показано, что результатом такого взаимодействия является смесь продуктов, что связано с параллельным протеканием процессов замещения и элиминирования. Установлено, что изменением соотношения реагентов можно добиться образования доминирующего количества того или иного продукта.
Впервые показано, что диали способны взаимодействовать с пиразолом в присутствии тионилхлорида с образованием соответствующих битопных бис(пиразол-1-ил)метанов. В частности, использование глиоксаля позволяет проводить синтез в три стадии с выделением промежуточных продуктов.
Исследованы реакции 1-(2-тозилоксиэтил)-3,5-диметилпиразола и 1-хлорметил-1,2,3-бензотриазола с пиразолами, приводящие к образованию несимметричных (азолил)(азолил')алканов - потенциальных прекурсоров в синтезе битопных азолсодержащих лигандов.
На примере реакций иодирования и нитрования показано, что полученные пиразолсодержащие соединения легко подвергаются функционализа-ции электрофильными реагентами. В частности, получены неизвестные ранее моноиод- и мононитропроизводные несимметричных лигандов.
Показано, что битопные пиразолсодержащие лиганды легко образуют комплексы с ионами d-металлов. Исследована антирадикальная активность комплексов с ионами меди (II), а также их электрохимические свойства.
Практическая значимость. Предложены новые удобные способы получения битопных органических лигандов, содержащих два фрагмента бг<с(пиразол-1-ил)метана, с жесткими линкерами.
Разработан способ, позволяющий селективно получать 1,1,2,2-тетракис(пиразол-1-ия)этаи, 1,1,2-трмс(пиразол-1-ил)этен или г/^с-1,2-бис(пиразол-1-ил)этен по реации между пиразолом и 1,1,2,2-тетрабромэтаном путем простого варьирования соотношения реагентов.
Предложены методы функционализации полученных соединений путем введения иод- и нитрогрупп в пиразольные циклы.
В результате выполненных исследований, синтезированные пиразол-содержащие лиганды стали доступны в качестве ценных синтонов для создания супрамолекулярных объектов, а также для получения биядерных комплексов с ионами металлов. -
Показано, что битопные пиразолсодержащие лиганды образуют комплексы с медью (II), которые могут быть использованы как биомиметики фермента супероксиддисмутазы и способны проявлять антиоксидантную активность. Электрокаталитические свойства комплексов в процессах восстановления кислорода позволяют использовать их для модификации угольно-пастовых электродов и создания сенсорных устройств.
Положения, выносимые на защиту.
Новый способ получения битопных бис(пиразол-1-ил)метанов, основанный на взаимодействии пиразолов с тетрабромпроизводными алканов и аренов в суперосновной среде КОН-ДМСО.
Результаты исследования взаимодействия 1,1,2,2-тетрабромэтана с пиразолом в среде КОН-ДМСО.
Новый способ получения битопных бис(пиразол-1-ил)метанов по реакции пиразолов с диалями в присутствии тионилхлорида.
Результаты исследования реакции пиразолов с глиоксалем в кислой среде с последующим превращением образующихся диолов в присутствии тионилхлорида.
5. Способ получения несимметричных (азолил)(азолил')алканов по реакции 1-(2-тозилоксиэтил)-3,5-диметилпиразола и 1-хлорметил-1,2,3- бензотриазола с пиразолами.
Методы синтеза функциональных (иод- и нитро-) производных би-топных бис(пиразол-1-ил)метанов и несимметричных (азолил)(азолил')метанов в системах I2-HIO3-H2SO4 (уксусная кислота), 12-НЮз (диоксан-вода) и HN03-H2S04.
Данные о биологической (антиоксидантной) активности комплекса Си (II) с 1,4-бис[бг/с(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензолом.
Данные об электрокаталитической активности комплекса Си (II) с 1,4-бмс[бис(пиразол-1-ил)метил]бензолом в процессе электровосстановления кислорода.
Структура работы. Первая глава диссертации представляет собой литературный обзор методов синтеза мультитопных лигандов, содержащих в своем составе фрагменты бис(азолил)метанов.
Во второй главе приведены разработанные нами способы получения битопных бис(пиразол-1-ил)метанов и их функциональных производных, а также обсуждаются особенности проведенных синтезов.
В третьей главе приведены результаты исследования путей практического применения синтезированных органических соединений. Представлены данные о биологической (антиоксидантной) и электрокаталитической активности некоторых комплексов битопных пиразолсодержащих лигандов с ионами Си (II).
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на X Молодежной конференции по органической химии, г. Уфа, 2007 г.; XI Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке», г. Томск, 2008 г.; IV-VI Всероссийских научно-практических конференциях «Наука и моложежь», г. Барнаул, 2007-2009 г.; XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии-2007, г. Москва, 2007 г.; Общероссийской с международным участием научной конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии», посвященной 75-летию химического факультета Томского государственного университета, г. Томск, 2007 г.; Всероссийской с международным участием конференции «Полифункциональные наноматериалы и нано-технологии», посвященной 130-летию Томского государственного университета, г. Томск, 2008 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных журналах-3.
Автор выражает особую благодарность к.х.н. Андрею Сергеевичу Потапову за помощь при выполнении диссертационной работы.
Ниже приведены нумерация соединений и сокращения, принятые в тексте диссертации. Курсивом выделены названия соединений, впервые синтезированных в данной работе.
1}1>2,2-тетракис(пиразол-1-ил)этан пиразол
3,5-диметилпиразол
1,1,2,2-тетрабромэтан
1,1,2-трис(пиразол-1-ил)этен цис-1,2-бис(пиразол-1-ил)этен
1,2-дибром-1,2-бис(пиразол-1-ил)этан
3(5)-метилпиразол
1,4-бис(дибромметил)бензол
10.1,4-бис [бис(пиразол-1 -ил)метил] бензол
1,4-бис[бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензол
1,2-бис[бис(пиразол-1-ші)метші]бензол тетракис(6ромм&тил)м&таи тетракис[(пиразол-1-ил)метші]метан гае/яр<я/шс(тозилоксиметил)метан 16.3,3-бис[(3,5-диметіілпиразол-1-ил)метші]оксетан
3-метил-3-(метоксиметил)оксетан
3,3-бис(метоксиметил)оксетан метилтри(тозилоксиметил)метан
3,3 -бис(пиразол-1 -илметил)оксетан
3 -(бромметил)-З -(мезилоксиметил)оксетан
1-хлорметил-1,2,3-бензотриазол (1,2,3-бензотриазол-1-ил)(3,5-диметилпиразол-1-ил)метан 24.1-(2-тозилоксиэтил)-3,5-диметилпиразол (пиразол-1-ил)(3,5-диметилпиразол-1-ил)этан терефталевый альдегид этандиаль
1,2-бис(пиразол-1-ил)этандиол-1,2
1,2-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)этап-1,2-диол
1,2-бис(пиразол-1-ил)-1,2-дихлорэтан
1,2-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-1,2-дихлорэтан
1,2-бис(пиразол-1-ил)-1,2-бис(3,5-дішетилпиразол-1-ил)зтан
1-(пиразол-1-нл)-1,2-бис(3,5-днметнлпиразол-1-ил)этен 34.1,1,2,2-тетракис(4-иодпиразол-1-шг)этан
1,4-бис[бис(4-иодпиразол-1-іш)метил] бензол
1,4-бис[бис(4-иод-3,5-диметіиіпиразол-1-ил)метил]бензол
1,2- бис[бис(4-иодпиразол-1-ил)метил]бензол (пиразол-1-ил)(3,5-диметш1-4-иодпиразол-1-ил)этан (1,2,3-бензотриазол-1-нл)(3,5-диметил-4-иодпиразол-1-нл)метан
1,1,2,2-тетрсікис[4-(3-гидрокси-3-метил-1-бутинил)пиразол-1-ил]этан
1,1,2,2-тетракис(4-нитропиразол-1-ил)этан (1,2,3-бензотрішзол-1-іш)(3,5-диметнл-4-ншпропиразол-1-ил)метан (5-нитро-1,2,3-бензотриазол-1-ил)(3,5-диметил-4-нитропиразол-1-ил)метан
1,2-бис(4-нитропиразол-1-ил)-1,2-дихлорэтан /і-{1,4-бис[бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензол}-динитратодимеди (II) нитрат /1-{1,4-бис[бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензол}-тетрахлородимедь (II) (лиганд l)2Cu(NOj)2 (лиганд 10)2Си(МОз)22Н2О (лиганд l)Cu(NOJ2 (лиганд 10)Cu(NO$2 (лигандU)Cu(N03)2 (лиганд 5)'ZnCl2 (лиганд 5)-CdCl2 (лиганд 5)-Hg(N03)2
Взаимодействие карбонил- и тионилдипиразолов с ди- и полифункциональными карбонильными соединениями в присутствии катализатора - хлорида кобальта
Катализируемая солями кобальта реакция конденсации карбонильных соединений с бис(пиразол-1-ил)кетонами впервые была описана Петерсоном в 1973 г. При взаимодействии фосгена с пиразолидом натрия им был получен бис(пиразол-1-ил)кетон. При изучении координационных свойств этого соединения была обнаружена необычная реакция, которая легла в основу нового метода получения производных бис(пиразол-1-ил)метана [48]. 2 ис(пиразол-1-ил)кетон образует нестойкий комплекс с хлоридом кобальта, который легко теряет молекулу С02, взаимодействуя с карбонилсо- держащими растворителями [48] (Схема 1.4). Данный метод применяется для получения мультитопных бис- и /юрис(пиразолил)содержащих соединений с ароматическим линкером. В работе [25] описан синтез изомерных лигандов, в которых фрагменты бг/с(пиразол-1-ил)метана связаны фениленовым мостиком. м-Бис[бис(иирззоя-1 -и л)метил] бензол и n-бис [бг/с(пиразо л-1- ил)метил] бензол, а также и-бг/с[бис(4-бензилпиразол-1-ил)метил] бензол были получены путем конденсации соответствующих диалей с EO(pz)2 (Е = С или S) в присутствии каталитических количеств СоС12 (Схема 1.5). Хотя реагент CO(pz)2 проявляет более высокую реакционную способность, в работе показано, что использование SO(pz)2, образующегося in situ из пиразолида натрия и тионилхлорида, предпочтительнее, что связано с упрощением процедуры синтеза и в ряде случаев - с увеличением выхода продукта. Также этот путь позволяет избежать использования фосгена. Наличие фениленового мостика обеспечивает жесткую структуру данным соединениям, на основе которых были получены гомо- и гетеробиметаллические комплексы рения и платины [25]. При использовании данного метода также был получен тритопный ли-ганд - 1,3,5-га ис[бис(пиразол-1-ил)метил]бензол [26]. Его синтез из триме-зиновой кислоты осуществляется в четыре стадии (Схема 1.6). Разработан метод получения гетеротриметаллических координационных соединений данного лиганда с ионами платины и рения [27]. На основе п- и ,/и-бис[бис(пиразол-1-ил)метил]бензола, а также 1,3,5-га/?ис[бис(пиразол-1-ил)метил]бензола были получены комплексы с серебром. Структура полученных комплексов зависит от положения бис(пиразол-1-ил)метановых фрагментов в молекуле. Лиганд с л -конфигурацией образует с ионами серебра димерные металлоциклы, тогда как при использовании изомера с «-конфигурацией происходит образование координационного полимера.
Тритопный аналог образует как металлоциклы, так и полимеры, в зависимости от используемого соотношения металл - лиганд [28]. С использованием перегруппировки Петерсона также был осуществлен синтез 1,3-бмс[бмс(пиразол-1-ил)(2-пиридил)метил]бензола [29] при взаимодействии бис(пиразол-1-ил)сульфона (полученного in situ из пиразола, гидрида натрия и тионилхлорида в ТГФ) и ж-СбН4[С(0)(2-пиридил)]2 (Схема 1.7). Данная реакция протекает с очень низкой скоростью, вследствие чего даже после кипячения в течение четырех дней не происходит полного превращения реагентов. В результате образуется смесь, состоящая из моно- и дизамещенного продуктов, в соотношении 1:2. Замена бмс(пиразол-1-ил)сульфона на более реакционноспособный бмс(пиразол-1-ил)кетон не оказывает существенного влияния на продолжительность синтеза и выход целевого продукта. Низкий выход наряду с большой продолжительностью процесса соответствует закономерности, выявленной Петерсоном с сотр., согласно которой в ряду бензальдегид ацетофенон » бензофенон реакционная способность соединений падает [29]. Результаты исследования координационных свойств 1,3-бис[бис(пиразол-1-ил)(2-пиридил)метил]-, а также 1,3,5-трис[бис(пиразол-1-ил)метил]- и м-бис[бис(пщ азол-\- ил)метил] бензола приведены в работе [30]. Описано образование металло-циклических структур при взаимодействии указанных лигандов с ионами железа, цинка и кадмия [30]. В работе [31] описан синтез необычного битопного лиганда с антра ценовым линкером. 1,8-б«с(4-[бис(пиразол-1-ил)метил]фенил)антрацен обра зуется при конденсации тионилдипиразола с 1,8-6ис(4- формилфенил)антраценом в присутствии хлорида кобальта (II) (Схема 1.8). Выход целевого продукта составляет 31% при продолжительности синтеза 24 часа. Известно, что ферроцен обладает интересными электрохимическими свойствами. Поэтому использование ферроценового ядра в качестве линкера, соединяющего бис(пиразол-1-ил)метановые фрагменты, дает возможность получения продукта с практически полезными свойствами.
В связи с этим, при взаимодействии 1,1-ферроцендикарбальдегида с бис(пиразол-1- ил)кетоном был получен битопный 1,1-бис(дипиразол-1-илметил)ферроцен [32]. Реакция (Схема 1.9) протекает при нагревании в атмосфере азота в течение 5 часов. Выход целевого продукта составляет 72%. Получение и свойства координационных полимеров на основе этого соединения с ионами серебра описаны в работе [33]. Еще один подход к синтезу мультитопных лигандов реализуется при взаимодействии 2,2,2-трмс(пиразол-1-ил)этанола с рядом изомерных диб-ромксилолов. Так, в работе [34] описано получение орто-, мета- и пара- изомеров СбН4[СН2ОСН2С(рг)з]г (pz - пиразол-1-ил-) путем взаимодействия соответствующего дибромксилола с 2,2,2-т/шс(пиразол-1-ил)этанолом в присутствии гидрида натрия в сухом ТГФ и инертной атмосфере в течение 24 часов (Схема 1.10). Синтез осуществляется в одну стадию, выход образующихся продуктов составляет 84-94 %. Полученные соединения имеют промежуточную гибкость линкера, которая определяется его жестким ядром и гибкими боковыми заместителями. Такой характер лиганда повышает вероятность растворимости координационных полимеров на его основе в органических растворителях. В работе также изучено взаимодействие указанных веществ с солями кадмия (II), поскольку известно, что полиядерные комплексы с110-металлов обладают необычной надмолекулярной структурой, а также проявляют фотолюминесцентные свойства. Реакция указанных соединений с солями кадмия (II) приводит к формированию координационных полимеров, структура которых кардинально меняется при переходе от одного изомера к другому [34]. Взаимодействие «-C6H4[CH20CH2C(pz)3]2 с тетрафторборатом серебра в мольном отношении 1:2 приводит к формированию координационного полимера с уникальной структурой [35]. Полимерные цепи полученного соединения закручены в виде спиралей с противоположной ориентацией. Геликоидальные структуры такого рода привлекают все большее внимание, что связано с их сходством с нуклеиновыми кислотами и протеинами. Необычная структура полученных супрамолекулярных объектов определяет возможность их применения в асимметричном катализе, а также в качестве нелинейных оптических материалов [35]. В работе [36] описано получение гомоби-металлического комплекса с Re(CO)sBr на основе я-СбН СНгОСНгСХрг Ь, а также приведены результаты его исследования методом ЯМР-спектроскопии при различных температурах. Авторы предполагают наличие полезных электро- и фотохимических свойств у полученного комплекса, в связи с чем возможно использование его для создания оптических переключателей нового поколения и химических сенсоров. К тому же, свойства изотопов рения де- лают соединения на их основе пригодными для использования в области радиомедицины [36]. При взаимодействии этого лиганда с AgSbF6 происходит образование координационных полимеров необычной структуры.
Получение битопных лигандов из карбонильных соединений
В главе 1 показано, что альдегиды способны к образованию алкил- и арилбис(азолил)метанов, а также азолилхлоралканов в реакциях с соответствующими азолами в присутствии тионилхлорида. В связи с этим можно предположить, что при использовании подходящих диалей данный метод станет применим также и для синтеза битопных представителей бмс(азолил)метанов. Для подтверждения предположения, сформулированного выше, нами был выбран терефталевый альдегид 26. Обнаружено, что при кипячении рас твора пиразола и терефталевого альдегида в бензоле в присутствии избытка тионилхлорида происходит образование \,4-бис[бис(пиразол-1- ил)метил]бензола 10 с высоким выходом 71 % (Схема 2.10). Данный метод отличает небольшая продолжительность синтеза -2 ч. Спектральные характеристики продукта реакции и образца, полученного взаимодействием пиразола с соединением 9 в суперосновной среде (раздел 2.1.2), совпадают. Однако, как показали наши дальнейшие исследования, метод весьма чувствителен к стерическим факторам. Так, 3,5-диметилпиразол в аналогичных условиях не образует ожидаемого продукта с 26. В случае с мо-нометилпроизводным пиразола 8 происходит образование крайне неустойчи- вого продукта, разлагающегося при хранении до терефталевого альдегида. Полученный продукт, по данным ЯМР !Н, состоит из смеси изомеров, причем, с преобладанием соединений, в которых метальные группы находятся в положении 3 пиразольных циклов. Из соотношения интегральных интенсив-ностей сигналов протонов в положениях 3 и 5 пиразольных колец в спектрах (7.44 - 7.39 и 7.34 - 7.36 м.д. соответственно) следует, что около 71 % метальных групп находятся в положениях 3 пиразольных колец. Рисунок 2.9 - Распределение зарядов (а) и форма ВЗМО (б) 3-метилпиразолат-аниона по данным неэмпирических расчетов по методу функционала плотности DFT B3LYP 6-31G Сравнение полученных данных с результатами, приведенными в разделе 2.1.2, иллюстрирует большую региоселективность данного процесса по отношению к таковому в суперосновной среде.
Наблюдаемая картина согласуется с результатами квантово-химических расчетов аниона Заметил пиразола. Распределение зарядов в 3-метил пиразол ат-ионе показано на рисунке 2.9 (а). Следует заметить, что больший отрицательный заряд сосредоточен на атоме азота в положении 2, однако высшая занятая молекулярная орбиталь (ВЗМО) аниона, определяющая его нуклеофильные свойства, локализована преимущественно на атоме азота в положении 1 (рисунок 2.9 (б)). Таким образом, можно сделать вывод, что в реакции с терефталевым альдегидом в бензоле имеет место орбитальный контроль реакционной способности. В этом случае происходит образование преимущественно 3-метилзамещенных изомеров. При переходе от неполярного растворителя к полярному ДМСО, по-видимому, большую роль начинает играть зарядовый контроль, и доля изомеров с метальными группами в положении 5 увеличивается (раздел 2.1.2). Простейшим представителем диалей является этандиаль (глиоксаль) 27, доступный в виде 30%-ного водного раствора. Подходящее строение 27, а также его доступность, делают данный реагент привлекательным для использования в синтезе битопных лигандов. Нами обнаружено, что в реакции с 1 моль 27 в присутствии каталитических количеств кислоты расходуется только 2 моль пиразола, по 1 моль на каждую карбонильную группу. При этом легко, при комнатной температуре происходит образование диола 28 (Схема 2.11). Однако, тетрапиразолилпроизводное в данных условиях получить не удалось, даже при использовании избытка нуклеофила. Такой результат, по-видимому, является следствием образования плохо уходящих гидроксильных групп, для замещения которых требуются более жесткие условия. Подобная картина наблюдается и для диметилпроизводного пиразола 3 (Схема 2.11). Следует отметить, что соответствующие диолы 28 и 29 весьма легко образуются при комнатной температуре, кристаллизуясь из диоксанового или спиртового раствора с высоким выходом. Данные ЯМР-спектроскопии свидетельствуют о том, что полученные продукты являются смесью диастереомеров. В ИК-спектре соединения 29 наблюдается широкая полоса в области 3100 см"1, соответствующая валентным колебаниям ОН-группы, участвующей в образовании водородных связей, и полосы при 1032 и 1252 см"1, соответствующие деформационным колебаниям группы С-О-Н. Также наблюдается три полосы валентных колебаний в пиразольном цикле при 1420, 1440, 1553 см"1, полоса плоскостных деформационных колебаний группы С-Н в пиразоле при 1333 см" и полоса в области 1032 см"1, соответствующая дышащим колебаниям пиразольного кольца. Исходя из масс-спектра, полученного для продукта 29 (Рисунок 2.10), можно предложить схему фрагментации данного соединения (Рисунок 2.11 ). В масс-спектре электронного удара пик молекулярного иона не был зарегистрирован, но наблюдается пик осколочного иона [М/2] (m/z=125). Такое поведение свойственно 1,2-диолам [89, 90], основным направлением фрагментации которых является разрыв связи С-С между атомами, несущими гидроксильные группы.
В масс-спектре также присутствуют пики, соответствующие отрыву остатка 3,5-диметилпиразола от молекулярного иона и ряд пиков, вызванных последовательным отщеплением метальных групп от пи-разольных циклов (Рисунок 2.10). Рисунок 2.11 — Предполагаемая схема фрагментации соединения 29 В процессе работы с полученными полуаминалями было обнаружено, что данные соединения обладают ограниченной стабильностью, разлагаясь в растворе. Низкая стабильность, обусловленная, вероятно, соседством двух гидроксильных групп, затрудняет дальнейшую модификацию полученных диолов путем их участия в реакциях, протекающих в растворах. Несмотря на это, нами была предпринята попытка заместить гидроксильные группы на атомы галогена с целью возможного повышения устойчивости полученных соединений, а также для увеличения их активности путем введения более хороших уходящих групп. Для получения соответствующего хлорпроизводного раствор соединения 28 обрабатывали избытком тионилхлорида. При кипячении в бензоле реакционной смеси в течение 2 ч происходит образование 1,2-6мс(пиразол-1-ил)-1,2-дихлорэтана 30 с выходом 92 %. Продукт кристаллизуется при охлаждении реакционной смеси до комнатной температуры и легко может быть отделен фильтрованием. Полученный продукт представляет собой смесь двух диастереомеров, о чем свидетельствует наличие в ЯМР-спектрах двух групп сигналов, причем отношение интегральных интенсивно-стей соответвующих пиков указывает на то, что относительное содержание диастереомеров составляет около 3:1. В аналогичных условиях получен 1,2-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-1,2-дихлорэтан 31 с выходом 60 %. Следует отметить, что полученный про- дукт представляет собой один диастереомер, на что указывает узкая температура плавления и ЯМР-спектр. Полученные хлорсодержащие соединения являются весьма перспективными полупродуктами, поскольку наличие хороших уходящих групп дает возможность использования их в качестве субстратов в реакциях нуклео-фильного замещения. Замещая атомы галогена на пиразол, его производные, а также используя в качестве нуклеофилов и другие гетероциклы, можно получать как однородные, так и несимметричные битопные лиганды.
Экспериментальная часть
Контроль за ходом реакций и чистой соединений осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol и Silufol UV-254. Хроматограммы проявляли в парах иода, либо в свете ультрафиолетовой лампы. Спектры ЯМР регистрировали на приборе Bruker AV-300, ИК спектры - на приборах Specord 71 IR и Nikolet 5700 (в диапазоне 4000-400 см-1) в таблетках КВг для твердых образцов и в тонком слое (0.1 мм) для жидкостей. Элементный анализ выполняли на приборе Carlo Erba. Хромато-масс-спектрометрический анализ проводили на газовом хроматографе Hewlett-Packard 5890/11 с квадрупольным масс-спектрометром (HP MSD 5971) в качестве детектора. Для хроматографирования использовали 30-метровую колонку НР-5 (сополимер 5%-дифенил-95%-диметилсилоксана) с внутренним диаметром 0.25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 мкм. Процентный состав смесей вычисляли по площадям пиков без использования корректирующих коэффициентов. Масс-спектрометрический и термогравиметрический анализ соединений 34 и 41 выполнен на приборах TRACE DSQ (Thermo Electron Corporation, USA) и SDT Q600 (ТА Instruments, USA). 3,5-Диметил-1Я-пиразол синтезировали из сернокислого гидразина «ч.д.а.» и ацетил ацетона «ч.» по методике [126]. 1,4-ішс(дибромметил)бензол и 1,2-бис(дибромметил)бензол получали бромированием соответствующих ксилолов на свету по методике [127]. 7етрш«/с(бромметил)метан и тет/?а/шс(тозилоксиметил)метан получали из пентаэритрита по методикам [91] и [92]. 1-Хлорметилбензотриазол синтезировали в соответствии с методикой [107]. 1-(2-тозилоксиэтил)-3,5-диметилпиразол получали по методике [92]. Бис(трифенилфосфин)дихлоропалладий(П) [Pd(PPh3)2Cl2] получали взаимодействием хлорида палладия(П) с двумя эквивалентами трифенилфосфина в диметилформамиде. 1//-Пиразол, терефталевый альдегид (Fluka), 1,1,2,2-тетрабромэтан {Aldrich). Иод кристаллический, диметилэтинилкарбинол, трифенилфосфин, кислота серная, кислота соляная марки «ч.». Бензотриазол, калия гидроксид, марки «ч.д.а.». Уксусная кислота, йодноватая кислота марки «х.ч.».
Тионилхлорид перегоняли непосредственно перед использованием. Диметилсульфоксид, диоксан, пиридин и диметилформамид очищали по методикам [128]. Остальные растворители использовали без дополнительной очистки. Взаимодействие пиразола и 1,1,2,2-тетрабромэтана в соотношении 1:1. В двугорлую колбу, снабженную механической мешалкой, помещали 0.68 г (10 ммоль) пиразола, 1.120 г (20 ммоль) тонко растертого гидроксида калия и 10 мл ДМСО. Смесь перемешивали при 80 С в течение 30 минут. После этого добавляли 1.18 мл (10 ммоль) 1,1,2,2-тетрабромэтана по каплям. Перемешивание продолжали при 80 С еще 8 ч. Затем систему разбавляли 100 мл воды, при этом наблюдалось образование осадка соединения 1. Осадок отфильтровывали, а фильтрат экстрагировали хлороформом (5x10 мл). Экстракт промывали водой (2x10 мл) и высушивали над безводным хлоридом кальция. Хлороформ отгоняли в вакууме. Остаток после отгонки растворителя исследовали методом хроматомасс-спектрометрии и ЯМР- спектроскопии (Таблица 2.1). Масса продукта 1-18 мг, масса остатка, полученного из экстракта, 488 мг. Взаимодействие пиразола и 1,1,2,2-тетрабромэтана в соотношении 2:1. Получение (мс-1,2-#ис(пиразол-1-ил)этена. Смесь 3 г (44.12 ммоль) пиразола, 4.941 г (88.24 ммоль) тонко измельченного гидроксида калия и 20 мл ДМСО интенсивно перемешивали при 80 С. Через 30 мин к суспензии медленно по каплям добавляли раствор 7.721 г (22.06 ммоль) 1,1,2,2-тетрабромэтана в 10 мл ДМСО. Смесь нагревали при перемешивании еще 8 ч, разбавляли 300 мл воды, выпавший осадок 1 отфильтровывали. Масса продукта 1-512 мг. Фильтрат экстрагировали хлороформом (5x20 мл). Экстракт промывали водой (2x15 мл) и высушивали над безводным хлоридом кальция, хлороформ отгоняли в вакууме. Масса остатка, полученного из экстракта, 2.019 г. Полученный продукт смешивали с 5 мл диэтилового эфира, нерастворившуюся часть (5) отделяли фильтрованием, а фильтрат обрабатывали раствором 2.55 г (18.75 ммоль) хлорида цинка в 25 мл эфира. Образующийся осадок комплексного соединения 6-ZnCb кристаллизовали из этанола. Масса комплекса 0.708 г. Бесцветные кристаллы, т.пл. 242-243 С (этанол). ИК спектр, см"1: 1521, 1457, 1407 (vPz), 1040 (дышащие колебания Pz), 1338 (pPz), 1699 (voc). Спектр ЯМР Н (MeOD), 5, м. д.: 6.46 т (2Н, Я4, J 2.1 Гц), 6.95 с (2Н, PzCH), 7.54 д (2Н, Я3, J 2.4 Гц), 7.72 д (2Н, Я5, J 2.1 Гц). Спектр ЯМР 13С (MeOD), 8, м. д.: 108.8 (Pz-C ), 119.4 (ОС), 132.8 (Pz-C5), 142.3 (Pz-CJ). C8H8N4Cl2Zn. Найдено, %: С 32.71; Н 2.63; N 18.65. Вычислено, %: С 32.41; Н 2.72; N 18.90. Результаты РСА см. Приложение. 6-ZnCl2растворяли в 3 мл ДМСО, раствор разбавляли 30 мл воды, экстрагировали хлороформом (5x5 мл). Экстракт промывали водой (2x5 мл) и высушивали над безводным хлоридом кальция. Хлороформ отгоняли в вакууме. Соединение 6 выделено в виде бесцветной жидкости, т. кип. 118 С (2 мм рт. ст.). C8H8N4. Найдено, %: С 60.28; Н 5.22; N 34.90.
Вычислено, %: С 59.99; Н 5.03; N 34.98. ИК спектр, см"1: 1521, 1445, 1401 (vPz), 1045 (дышащие колебания Pz), 1342 (pPz), 1681 (vc=c). Спектр ЯМР Н (MeOD), 5, м. д.: 6.39 т (2Н, Я4, J 2.1 Гц), 6.88 с (2Н, PzCH) 7.48 д (2H, Я3, J 2.4 Гц), 7.65 д (2Н, Н5, J 2.4 Гц). Спектр ЯМР ,3С (MeOD), S, м. д.: 108.6 (Рг-СД 119.2 (С=С), 132.2 (Pz-C3), 142.0 (Pz-CJ). Присоединение брома к ис-1,2-#ис(пиразол-1-ил)этену. 0.446 г смеси (остаток после удаления хлороформа из экстракта при взаимодействии 2 и 4 в соотношении 2:1) растворяли в 2 мл четыреххлористого углерода. К полученному раствору по каплям добавляли бром в 1 мл четыреххлористого углерода. Выпавший осадок соединения 7 отфильтровывали, промывали СС14, высушивали. Масса осадка 0.358 г. Фильтрат упаривали. Масса твердого остатка 0.598 г. 1,2-Дибром-1,2-бис(пиразол-1-ил)этан 7 получен в виде бесцветных кристаллов, т. пл. 170-171 С (этанол). Спектр ЯМР !Н (ДМСО-d6), 5, м. д.: 6.43 с (2Н, ЬҐ), 7.73 с (2Н, Н3), 7.81 с (2Н, Н5), 8.26 с (2Н, PzCHBr). Взаимодействие 1,2-дибром-1,2-#ис(пиразол-1-ил)этана с пиразолом. Смесь 31.7 мг (0.466 ммоль) пиразола с 52.2 мг (0.932 ммоль) тонкора-стертого гидроксида калия и 1 мл ДМСО перемешивали при 80 С в течение 30 минут. 1,2-дибром-1,2-6ис(пиразол-1-ил)этан растворяли в 2 мл ДМСО, добавляли по каплям. Реакционную смесь нагревали при 80 С еще в течение 47 ч, после чего разбавляли 30 мл воды и нейтрализовали раствором соляной кислоты. Выпавший осадок 1 отфильтровывали и высушивали. Масса полученного осадка соединения 1, 47 мг (57 %). Продукт не дает депрессии температуры плавления с аутентичным образцом, полученным при взаимодействии 1,1,2,2-тетрабромэтана с пиразолом в среде КОН-ДМСО. Взаимодействие пиразола и 1,1,2,2-тетрабромэтана в соотношении 3:1. Получение 1,1,2-/ирмс(пиразол-1-ил)этена (5). Взаимодействие 0.68 г (10 ммоль) пиразола с 0.39 мл (3.33 ммоль) 1,1,2,2-тетрабромэтана в 10 мл ДМСО проводили по методике, аналогичной приведенной выше. Масса соединения 1 162 мг. Масса остатка, полученного после отгонки хлороформа из экстракта, 576 мг (состав смеси приведен в таблице 2.2).
Характеристики использованных веществ и методы их очистки.
Спектры ЯМР регистрировали на приборах Bruker AV-300. ИК-спектры снимали на приборе Nikolet 5700 (в диапазоне 4000-400 см-1) в таблетках КВг. УФ-спектры получены на приборе Perkin Elmer 124 (в диапазоне 200-800 нм) Элементный анализ выполняли на приборе Carlo Erba. Рентгеноструктурный анализ выполнен по стандартной методике на автоматическом четырехкружном дифрактометре Bruker-Nonius Х8Арех, оснащенном двухкоординатным CCD детектором, при комнатной температуре с использованием излучения молибденового анода (Я.=0.71073 А) и графитового монохроматора. Интенсивности отражений измерены методом ф-сканирования узких (0.5) фреймов до 20 = 52.8. Поглощение учтено эмпирически по программе SADABS [129]. Структура расшифрована прямым методом и уточнена полноматричным МНК в анизотропном для неводородных атомов приближении по комплексу программ SHELX-97 [130]. Циклические вольтамперограммы фиксировали с помощью вольтам-перометрического анализатора ТА-4. Трехэлектродная ячейка была составлена из рабочего угольно-пастового электрода и насыщенных хлорсеребря-ных - вспомогательного и электрода сравнения. Фоновый электролит - 0,1 М КС1. 3.4.1 Характеристики использованных веществ и методы их очистки В синтезах были использованы соли меди(П) нитрата тригидрат, ме-ди(И) хлорида дигидрат, цинка хлорид, кадмия хлорид CdCl2-2.5H20, ртутної) нитрата моногидрат марки «ч.». Растворители использовались без дополнительной очистки. ц {1,4-#шг[#ис(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензол}тетрааква-динитратодимеди (II) нитрат (45). К суспензии, полученной из 0.1 г (0.207 ммоль) соединения 11 и 2 мл этанола, добавляли раствор 0.1 г (0.415 ммоль) Cu(N03)2-3H20 в 1 мл этанола, при этом наблюдалось растворение лиганда и появление интенсивной изумрудной окраски. При стоянии полученного раствора наблюдалось выделение ярко-голубого осадка. Осадок отделяли фильтрованием, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 0.137 г (77%), светло-голубые кристаллы, т. пл. 225 С (с разложением). ИК спектр, см"1: 1561, 1467 (Pz), 1385, 1321 (v3), 993 (Pz), 1045 (v,), 822 (v2), 709, 703 (V4).
Электронный спектр, Xmax, нм (є/L, см"1-моль"1): 720 (78), 214 (57250), 209 (59160). Еш = -267 мВ, Д = 242 мВ. и {1,4-#мс[#ис(3,5-диметилпиразол-1-ил)метил]бензол}тетрахлоро-димедь (II) (46). Выход продукта 85%, желтые кристаллы, т. пл. 222 С (с разложением). Найдено, %: С 44.98, Н 4.80, N 14.53. C28H34CU2CL1N8. Вычислено, %: С 44.75, Н 4.56, N 14.91. ИК спектр, см"1: 1540 (Pz), 1290 (рС-н), 1020 (Pz). Электронный спектр, Хтах, нм (є/L, см" -моль"1): 770 (131). Е\/2 = -237 мВ, Д = 218мВ. (лиганд l)-2Cu(N03)2 (47). К суспензии 0.1 г (0.340 ммоль) соединения 1 в 1 мл этанола добавляли раствор 0.165 г (0.680 ммоль) Cu(N03)2 3H20 в 1 мл этанола. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 47 227 мг (99.5 %). Темно-голубые кристаллы. Найдено, %: С 25.01, Н 2.24, N 24.87. C14H14C112N12O12. Вычислено, %: С 25.12, Н 2.11, N25.11. ИК спектр, см"1: 1459 (Pz), 1384, 1355 (v3), 1299 феи), 1066 (v,), ЮЗО (Pz), 789, 770 (v4). (лиганд 10)-2Cu(NO3)2 2H2O (48). К раствору 0.131 г (0.541 ммоль) Cu(N03)2-3H20 в 1 мл этанола, добавляли раствор, полученный при кипячении 0.1 г (0.270 ммоль) соединения 10 в 2 мл этанола. Образовавшийся оса- док отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 48 201 мг (93 %). Светло-голубые кристаллы. Найдено, %: С 31.11, Н 2.62, N 21.73. C2oH22Cu2N12014. Вычислено, %: С 30.74, Н 2.84, N 21.51. ИК спектр, см"1: 3377 (v0.H),1479 (Pz), 1384, 1360 (v3), 1300 (рС-н), Ю00 (vO, 1022 (Pz), 792, 775 (v4). (лиганд l)-Cu(N03)2 (49). К суспензии 0.1 г (0.340 ммоль) лиганда 1 в I мл этанола при перемешивании добавляли раствор 82 мг (0.340 ммоль) Cu(N03)2-3H20 в 0.5 мл этанола. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 49 134 мг (82 %). Голубовато-зеленые кристаллы, т. пл. 223 С (с разложением). Найдено, %: С 34.56, Н 3.07, N 28.78. C14H14CuNio06. Вычислено, %: С 34.90, Н 2.93, N 29.07. ИК спектр, см-1: 1491 (Pz), 1385, 1323 (v3), 1298 (рС-н), 1039 (v,), 1012 (Pz), 823 (v2), 715, 710 (v4). (лиганд 10) Cu(NO3)2 (50). К раствору 65 мг (0.270 ммоль) Cu(N03)2-3H20 в 0.5 мл этанола, добавляли раствор, полученный при кипячении 0.1 г (0.270 ммоль) соединения 10 в 2 мл этанола. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 50 114 мг (75.5 %). Голубые кристаллы, т. пл. 220 "С (с разложением). Найдено, %: С 43.28, Н 3.34, N 25.42. C20Hi8CuNi0O6. Вычислено, %: С 43.05, Н 3.25, N 25.10. ИК спектр, см"1: 1464 (Pz), 1384, 1349 (v3), 1291 (рС-н), 1066 (vO, 1020 (Pz), 807 (v2), 787, 763 (v4). (лиганд 11)-Си(]ЧОз)2 (51). К суспензии 0.1 г (0.207 ммоль) лиганда II в 2 мл этанола при перемешивании добавляли раствор 50 мг (0.207 ммоль) Cu(N03)2-3H20 в 0.5 мл этанола. При этом наблюдалось растворение лиганда с последующим выпадением осадка.
Осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 51 23 мг (16.5 %). Светло- зеленые кристаллы, т. пл. 189 С (с разложением). Найдено, %: С 49.82, Н 5.18, N 20.96. C28H34CuNI0O6. Вычислено, %: С 50.18, Н 5.11, N 20.90. ИК спектр, см"1: 3411 (v0.H),1463 (Pz), 1384 (v3), 1325 фС-н), Ю40 (Pz), 791 (v2), 713 (v4). (лиганд 5)-ZnCI2 (52). К раствору 60 мг (0.265 ммоль) лиганда 5 в 2 мл диэтилового эфира добавляли раствор 54 мг (0.397 ммоль) ZnCl2 в 3 мл диэтилового эфира. При этом наблюдалось образование белой вязкой массы. Раствор декантировали, а оставшуюся массу кристаллизовали из этанола. Масса перекристаллизованного продукта 52 35.5 мг (37 %). Белые кристаллы, разлагается выше 150 С. Спектр ЯМР 13С (MeOD), 5, м.д.: 108.90 (3-Pz-C ), 109.62 (l-Pz-СД 109.90 (2-Pz-C ), 118.84 (Pz2OC HPz), 126.37 (Pz2C =CHPz), 130.78 (l- Pz-C ), 143.55 (3-Pz-C ), 144.55 (2-Pz-C ), нумерация пиразольных циклов -см. рисунок 3.4. Найдено, %: С 36.52, Н 2.78, N 23.51. CnHioN6ZnCl2. Вычислено, %: С 36.44, Н 2.78, N 23.18. (лиганд 5)-CdCl2 (53). К раствору 30 мг (0.133 ммоль) лиганда 5 в 1 мл этанола при перемешивании добавляли раствор 30 мг (0.133 ммоль) Cd02-2.5H20 в 1 мл этанола. Образующийся осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 53 38 мг (70 %). Белые кристаллы. Найдено, %: С 31.92, Н 2.22, N 20.18. CiiH10N6CdCl2. Вычислено, %: С 32.26, Н 2.46, N 20.52. ИК спектр, см"1: 1455 (Pz), 1340 фС-н), 1010 (Pz). (лиганд 5)-Hg(NC 3)2 (54). К раствору 30 мг (0.133 ммоль) лиганда 5 в 1 мл этанола при перемешивании добавляли раствор 68 мг (0.133 ммоль) Hg(N03)2-H20 в 1 мл этанола. Образующийся осадок отфильтровывали, промывали этанолом, высушивали на воздухе. Масса продукта 54 74 мг (98 %). Белые кристаллы. Найдено, %: С 23.59, Н 1.67, N 20.19. CnH10N8O6Hg. Вычислено, %: С 23.98, Н 1.83, N 20.19. ИК спектр, см"1: 1435 (Pz), 1335 ((Зс.н), 1000 (Pz). 1. Предложен новый удобный способ получения битопных пиразолсо-держащих лигандов по реакции пиразолов с алифатическими и ароматическими тетрабромпроизводными в суперосновной среде КОН-ДМСО. 2. Исследованы реакции пиразола с 1,1,2,2-тетрабромэтаном, установлен состав образующихся смесей продуктов. Разработана методика селективного получения 1,1,2,2-тетракис(пиразоп-1-ил)эта.яа, 1,152-/ирис(пиразол-1-ил)этена и г/2лс-1,2-бис(пиразол-1-ил)этена при взаимодействии пиразола с 1,1,2,2-тетрабромэтаном в среде КОН-ДМСО.
![Синтез и каталитические свойства дифосфиновых лигандов на основе 2,3-дигидроиндено[2,1-b]фосфолов и дитиофенов](/i/i/4307/436754.png "Синтез и каталитические свойства дифосфиновых лигандов на основе 2,3-дигидроиндено[2,1-b]фосфолов и дитиофенов Чевыкалова Марина Николаевна")
![Синтез и химические свойства R'F-содержащих 4Н-пирано[2,3-b]пиридин-4-онов и пирано[2,3-c]пиразол-4(1Н)-онов](/i/i/4443/200191.png "Синтез и химические свойства R'F-содержащих 4Н-пирано[2,3-b]пиридин-4-онов и пирано[2,3-c]пиразол-4(1Н)-онов Барабанов Михаил Александрович")
![Синтез производных пиразоло[3,4-b]пиридина и их использование в построении три- и тетрагетероциклических систем](/i/i/4443/289108.png "Синтез производных пиразоло[3,4-b]пиридина и их использование в построении три- и тетрагетероциклических систем Комарова Елена Сергеевна")
![Синтез стероидных [17,16-d]пиразолов и пиразолинов, потенциальных биорегуляторов направленного действия](/i/i/4367/401992.png "Синтез стероидных [17,16-d]пиразолов и пиразолинов, потенциальных биорегуляторов направленного действия Черткова Виктория Валерьевна")