Свойства пиразолов

Свойства пиразолов. Реакции замещения Химические свойства этих азолов отличаются от свойств пиррола тем значительнее, чем больше число атомов азота в молекуле.

Для этих циклических систем относительно редки реакции злектро-фильного замещения по атому углерода, так как атомов углерода в молекуле меньше, и злектрофилы преимущественно атакуют атомы азота.

Пиразолы можно хлорировать и бромировать в мягких условиях по положению 4. 4-Нитропиразол можно получить непрямым синтезом из пиразола: при взаимодействии с ацетатом нитро-ния (N02"tAc-) образуется 1-нитропиразол (21), который при обработке серной кислотой превращается в 4-нитропиразол.

Эта реакция, по-видимому, протекает с переносом группы N02+ через стадию образования промежуточного катиона 22, так как было показано, что 1-нитропиразол можно использовать как удобный и эффективный нитрующий агент для ароматических углеводородов в присутствии кислот. 1,2,3-Триазол может быть превращен в 4,5-дибромопроизводное реакцией с гипобромитом натрия в уксусной кислоте, а 1,2,4-триазол можно прохлорировать по положению 3, причем реакция идет через образование 1-хлоропроизводиого, которое может быть выделено.

Таким образом, для этих циклических систем возможно электрофильное замещение по атому углерода, но процесс идет через образование интермедиата, получаемого в результате первоначальной атаки электрофилом атома азота. Азолы могут быть проалкилированы по атому азота с помощью разнообразных алкилирующих агентов, но часто бывает трудно предсказать, какой из возможных изомеров образуется. Со- отношение изомеров обычно в значительной степени зависит oт природы алкилирующего агента и условий проведения реакции.

На пример, метиловый эфир 5-метилпиразол-З-карбоновой кислоть (23) метилируется диазометаном по атому N-1, а метилиодидом — по атому N-2. Иногда на образование тех или иных соединение оказывают влияние пространственные факторы: например, 4-фенил 1,2,3-триазол метилируется диметилсульфатом по атомам N-1 i N-2, а не N-3. Некоторые N-триметилсилилазолы можно про алкилировать селективно; например, 1-триметилсилил-1,2,4-триазо; (24), который легко получить из 1,2,4-триазола, алкилируется по положению 2. Триметилсилильная группа в ходе реакции отщепляется.

Существует много примеров кватернизации N-замещенных азолов при взаимодействии с алкилирующими агентами. Можно получить даже дичетвертичные соли: например, 1 -метил-1,2,4-триазол успешно метилируется по атомам N-4 и N-2 в избытке тетрафторобората триметилоксония, а соль 25 может быть выделена в виде твердого кристаллического вещества.

Некоторые азолы вступают в реакции нуклеофильного замещения в случае, если заместители у атомов углерода представляют собой хорошие уходящие группы. 5-Бромо- или 5-хлоро-1-замещенныететразолы могут быть превращены в другие 5-замещенные соединения взаимодействием с нуклеофилами. 1,5-Дизамещенные тетразолы реагируют легче, чем их 2,5-изомеры, вероятно, из-за того, что образующиеся интермедиаты более стабильны.

Рис. 1. Реакции нуклеофильного замещения 5-6ромо-1-метилтетразола и 5-бромо-2-метилтетразола. Катализируемая основаниями реакция 5-хлоро-1-фенилтетразола с фенолами приводит к образованию эфиров 26, которые могут затем подвергаться восстановительному расщеплению при взаимодействии с водородом над палладиевым катализатором, что служит хорошим методом дезоксигенировния фенолов.

Замещение галогенов в этих азолах значительно облегчается при наличии дополнительных электроноакцепторных заместителей при атомах углерода или кватернизацией атома азота; например, в катионе триазолия 27 хлор легко замещается азид-ионами. 2.3.2. Реакции, приводящие к раскрытию цикла Азолы обычно с трудом подвергаются раскрытию цикла. Эти соединения устойчивы к окислительному расщеплению и не раскрываются под действием большинства восстановителей. При взаимодействии 1,5-дизамещенных тетразолов с алюмогидридом лития образуются амины 28. Некоторые 1,2,3-триазолы и тетразолы достаточно легко раскрываются при нагревании.

Кольчато-цепиая таутомерия довольно обычна для 1,5-дизамещенных 1Н-тетразолов (рис. 2, а), а также наблюдается, но реже, для 1-замещенных 1,2,3-триазолов (рис. 2, б). Раскрытие цикла облегчается наличием электроноак-цепторных групп в положении 1; например, 1-циано-1,2,3-триазол, в противоположность большинству 1,2,3-триазолов, существует в растворе в равновесии с его диазоиминной таутомерной формой.

Рис. 2. Кольчато-цепная таутомерия тетразолов и 1,2,3-триазолов. Цепные таутомеры обратимо циклизуются, но в зависимости от природы заместителей и условий реакции они могут перегруппировываться и подвергаться другим реакциям, в ходе которых происходит отщепление азота. При нагревании тетразолов и 1,2,3-триазолов, имеющих аминогруппу в положении 5, происходит перегруппировка Димрота. Эта реакция проиллюстрирована для 5-амино-1 -фенил-1,2,3-триазолов на рис. 3. Положение равновесия таких перегруппировок зависит от природы заместителей и от рН растворителя.

Рис. 3. Перегруппировка Димрота. При нагревании и облучении тетразолов и 1,2,3-триазолов происходит отщепление азота. Фотолизом или термолизом 2,5-дизамещенных тетразолов получают нитрилимиды, которые затем могут вступать в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения или 1,5-электроциклизации в зависимости от природы заместителей. При фотолизе 1,5-дизамещенных тетразолов получают соединения, образование которых, по-видимому, идет через имидоилиитреновый интермедиат: например, 1,5-дифенилтетразол превращается в 2-фенилбензимида-зол (29). Выше был приведен другой пример синтеза имидазола. Аналогичным образом при термолизе или фотолизе 1-замещенных 1,2,3-триазолов образуются соединения, которые могут быть получены из имидоилкарбеновых интермедиатов.

Направление процесса в значительной степени зависит от природы заместителей и условий реакции, но существует надежное подтверждение того, что некоторые продукты пирролиза 1,2,3-триазолов в газовой фазе образуются через короткоживущие 1 Н-азириновые интермедиаты 30. Возможно наиболее замечательным применением реакций, идущих с отщеплением азота, можно назвать использование хлорида тетразол-5-диазония (31) в качестве источников атома углерода.

Соль 31 осторожно разлагают нагреванием в присутствии реагентов, которые могут захватывать образующийся моноатомный углерод. При нагревании и облучении 1Н-пиразолов и 1,2,4-триазолов, в которых отсутствует группа -N=N—, редко происходит раскрытие цикла.

Некоторые пиразолы подвергаются фотоперегруппировке в имидазолы (аналогично фотохимическим перегруппировкам фуранов и тиофенов). Например, 1,3-диметилпиразол (32) при облучении превращается в 1,2-диметилимидазол (33) Попытки провести реакции замещения через С-металлированные интермедиаты не всегда приводят к успеху, так как эти промежуточные соединения легко раскрываются: например, и 5-литий-1-метилтетразол (34) и 5-литий-1,4-дифенил-1,2,3-тетразол термически неустойчивы и разлагаются с выделением азота при температуре выше - 50 °С. Термическое или фотохимическое выделение азота из дигидро-производных таких циклических систем (например, 4,5-дигидро-ЗН-пиразолов и 4,5-дигидро-1,2,3-триазолов) происходит значительно легче, чем для полностью ароматических гетероциклов.

Элиминирование азота из 4,5-дигидро-1,2,3-триазола обычно приводит к образованию азиридинов: эта реакция описана как препаративный метод синтеза азиридинов.

Аналогично, разложением дигидропиразолов успешно получают циклопропаны. Подобная фрагментация может привести к образованию циклопропанов с высокими выходами, хотя стереоселективность реакции сильно зависит от природы заместителей и способа разложения. Два препаративных метода приведены на рис. 4. 1 Рис. 4. Образование и разложение 4,5-дигидро-ЗН-пиразолов.