Получение N-оксидов 2Н- и 4Н-имидазола и превращение их в стабильные нитроксильные радикалы с метоксигруппами у альфа-атома углерода нитроксильной группы тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Г Б ОД

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК [ 5 СЕII ^95 СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

НОВОСИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи УДК 542.91:547.781.3:547.782

Кирилюк Игорь Анатольевич

ПОЛУЧЕНИЕ ГМ-ОКСИДОВ 2Н- И 4Н-ИМИДАЗОЛА И ПРЕВРАЩЕНИЕ ИХ В СТАБИЛЬНЫЕ НИТРОКСИЛЬНЫЕ РАДИКАЛЫ С МЕТОКСИГРУППАМИ У а-АТОМА УГЛЕРОДА НИТРОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ

(02.00.03, органическая химия)

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

НОВОСИБИРСК. - 1995

Работа выполнена в Новосибирском институте органической химии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Григорьев И. А.

доктор химических наук Кобрина Л. С. кандидат химических наук Рябинин В. А.

Ведущая организация: Институт химической физики

РАН (г. Москва)

Защита состоится 1995 г. в 9 часов 15 мин. на

заседании специализированного совета Д 002.42.01 при Новосибирском институте органической химии СО РАН (630090, г. Новосибирск, 90, пр. ак. Лаврентьева, 9)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского института органической химии СО РАН

Автореферат разослан " У¿> . 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук Т. Д. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Несмотря на большой интерес к химии Ы-окисей гетероциклических соединений, 2Н- и 4Н-имидазол-М-оксиды до сих пор остаются относительно малоизученными соединениями. Эти ¡М-окиск неароматических гетероциклических соединений можно рассматривать как сопряженные циклические нитроны (имнн-Ы-оксиды) различающиеся взаимным расположением двойных связей в пятичленном цикле. Нитроны широко используются в органическом синтезе и в качестве спиновых ловушек короткоживущих радикалов. Одной из областей применения нитронов является синтез стабильных нитроксильных радикалов (ами-нилоксидов, аминоксилов) - соединений со свободной валентностью, использующихся в качестве спиновых меток и зондов для исследования макромолекулярных и биологических систем, катализаторов окисления в промышленности, трассирующих агентов в геологии, стабилизаторов мономеров и т. д..

Недавно было показано, что окисление некоторых нитронов, например 4Н-имидазол-1,3-диоксидов, в присутствии нуклеофилов может служить препаративным способом получения нитроксильных радикалов (НР) с алкоксигруппами (или другими функциональными группами) у а-атома углерода нитроксильной группы. Установлено, что образование этих НР из 4Н-имидазол-!,3-диоксидов может происходить по катион-радикальному механизму. Изучение этой реакции представляется актуальным, поскольку, с одной стороны, исследование этого свойства циклических нитронов открывает новый подход к синтезу стабильных нитроксильных радикалов, а с другой стороны, исследуемая реакция позволяет получать ранее недоступные стабильные нигроксильные радикалы с нетрадиционным окружением радикального центра, для которых можно ожидать появления новых полезных свойств.

Цель работы. Цель настоящей работы состояла в получении новых производных 4Н-имидазол-М-оксида и 2Н-имидазол->)-оксида и изучении их способности превращаться при окислении в спиртах в стабильные НР с алкоксигруппами у а-атома углерода.

Научная новизна. В результате проведенных исследований был получен ряд новых производных 2Н- и 4Н-имидазол-М-оксидов с различными по характеру заместителями, выявлены ограничения существующих методов синтеза этих соединений и особенности их спектров ЯМ Р. Изучены некоторые химические превращения этих соединений, не затрагивающие нитронную группу. Впервые изучена фотохимическая изомеризация

производных 2Н-имидазол-1,3-диоксида, исследована устойчивость образующихся бициклическиХ и трициклических оксазиридинов, что позволило найти условия образования 2Н-имидазол-1,3-диоксидов из 2Н-имидазол-1 -оксидов.

Изучены реакции образования стабильных НР при окислении различных 2Н- и 4Н- имвдазол-Ы-оксидов в спиртах, выявлены факторы, влияющие на направление реакции -и на реакционную способность исследу- . емых нитронов. Разработаны способы получения стабильных нитроксиль-ных радикалов имидазолина и имщщзолин-З-оксида с различным расположением метоксигрупп в окружении нитроксильной группы.

Практическое значение работы. Разработан простой способ синтеза альдошпронов - производных 2,2-диалкил-2Н-имидазол-1-оксида. На базе этих соединений созданы перспективные спиновые ловушки коротко-живущих радикалов, эффективно захватывающие С-, О- и Э- центрированные радикалы, образуя спиновые аддукга с высокими временами жизни. Некоторые из этих соединений были успешно использованы в биохимических и биомедицйнских исследованиях (Дикалов и др., 1994). , Разработаны методы получения функциональных производных стабильных НР с метоксигруппами у а-атома углерода, в том числе .парамагнитных хелатирующих лигандов, которые представляют интерес для химии координационных соединений.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции по нитроксилышм радикалам (г. Новосибирск, 1989), на VII Всесоюзном совещании по проблеме "Комплексы с переносом заряда и ион-радикальные соли" (Черноголовка, 1988), на V Всесоюзной конференции по химии азотсодержащих гетероциклических соединений (Черноголовка, 1991), на Международной конференции по спиновым ловушкам и нитроксильным радикалам (Оклахома, 1993), на 14 Международном конгрессе по гетероциклической химии (Антверпен, 1993).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 9 статей, 5 тезисов докладов, получено 2 авторских свидетельства по которым оформлено 2 патента.

Объём и структура диссертации. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 5 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературных данных, посвященного способам получения циклических нитронов, трёх глав общих итогов работы, главы описании экспериментальных методик, выводов и списка цитируемой литературы (195 наименований). В начало четвёртой главы помещён

краткий обзор, посвященный реакциям нитронов, приводящим к образованию нитроксильных радикалов.

1. ПОЛУЧЕНИЕ 4Н-ИМИДАЗОЛ-М-ОКСИДОВ

Конденсация 1,2-гидроксиаминооксимов с гвдроксиаминогруппой при третичном атоме углерода 1 с арил (гетарйл) карбальдегидами приводит к образованию 1-гидрокси-5,5-димегил-3-имидазолин-3-оксидов 2 или ^-(1-гидроксимино-2-метилпропил-2)-а-арил(гетарил)нитронов 3, или смеси этих таутомеров. Положение таутомерного равновесия определяется характером арильного (гетарильного) заместителя Я2, причём электронодонорный характер этого заместителя способствует образованию цепного таутомера 3.

я. РАс

О*

РЬ ,о

I

ОАс ба-в

РЬ

-Т-Ы 1

о

Ас20

Я' Рн

шон 1

Я1 ОН

7а-в

Я2 = т-021ЧС6Н4 (а), р-(СН3)^С6Н4 (б), о-НОС6Н4 (в).

О

О

/

Я' /

У=N

I

ОН

3

ОН уО

2-Ру, 4-Ру

рьЛ^Н

н

РЬ02, Мп02, ЯЯ'М—о-

I >°

к.АЛ*2 1

о

8а-м

N

>-РЬ

Я1=РЬ (а-к), Е1 (к), 2-Фурил (л), 5-Метил-2-тиенил (м); Я2=Н (а), РЬ (б,к-м), З-Ру (в), ш-02NC6H4 (г), о-НОС6Н4 (д), р-(СН3)2МСбН4 (е), СООСНз (ж), 2-Фурил (з), 2-Тиенил (к).

Установлено, что конденсация 1,2-гадроксиаминооксимов 1 с альдегидами, содержащими сильно акцепторный заместитель (К2=2-Ру, 4-Ру), может приводить к образованию 4-гидрокси-2-имидазолин-3-оксидов 4. При ацилировании смесей таутомеров 2 ~ 3 уксусным ангидридом в хлороформе могут образовываться не только циклические изомеры - 1-ацетокси-З-имидазолин-З-оксидов 6, но и ацетоксиминонитроны 5 или смеси этих изомеров. 4Н-Имидазол-1-оксвды 7а-в образуются при термолизе только изомеров 6.

Независимо от положения кольчато-цепного таугомерного равновесия, окисление 1-гидрокси-З-имидазолин-З-оксидов диоксидами свинца, марганца или стабильными НР приводит к образованию 4Н-имидазол-1,3-диоксидов 8а-м. 5-Этил-4Н-имидазол-1,3-диоксид при кипячении в хлороформе, хранении или при окислении диоксидом марганца образует смесь соединений 9 и 10.

Взаимодействие 1,2-гидроксиаминокетонов 11 с альдегидами и аммиаком в водно-спиртовом растворе с высокими выходами приводит к образованию 1-гидрокси-З-имидазолинов 14. Любопытно, что нитроно-кетоны 12 (К2=Аг, Не1) не реагируют с водно-спиртовыми растворами аммиака в условиях реакции, таким образом, образование соединений 14 проходит не через промежуточное образование нитронокетонов 12, а, например, через интермедиат 13.

Я1

О

Я1

мной

*НС) 11

он

я^сно

я'

о

<

,0

12

ЫНз

о

N >

н2ы

13

он

14

РЬОз, Мп02

Я1

,0

/ N

15а-я

РЬ (а-и), (к), 2-Фурил (л,м), СН3 (н-п); 1*2= Н (а), РЬ (б,к,л), 2-Ру (в), 4-Ру (м), т-02КС6Н4 (г), о-НОС6Н4 (д,н), p-(CHз}2NC6H4 (с,о), р-НОС6Н4 (ж), 2-Фурил (з), р-СН30С6Н4 (и), 5-Нитро-2-фурил (и).

Окислением 1-гидрокси-3-имидазолинов 14 диоксидами свинца или марганца были получены 4Н-имидазол-3-оксиДы 15а-п. Синтез целого ряда новых производных 4Н-имидазол-М-оксида позволил выявить особенности спектральных характеристик этих соединений. Положение !Ч-окейдных атомов кислорода легко определить по спектрам ЯМР 13С. В случае 1,3-диоксидов оба сигнала нитронных атомов углерода лежат в обычной для нитронов области (139-145 м. д.) В спектрах 4Н-имидазол-3-оксидов сигналы нитронного и иминного атомов углерода сдвинуты на 4-5 м. д. в слабое поле по сравнению с положением сигналов аналогичных, но изолированных нитронной и иминной групп в составе З-имидазолин-З-оксидов и 3-имидазолинов (138-150 и 175-181 м. д. соответственно). В спектрах 4Н-имидазол-1-оксидов наблюдается взаимное сближение сигналов иминного и нитронного атомов углерода. По сравнению с 4Н-имидазол-3-оксидами сигналы атомов углерода иминогрупп сдвинуты на -15 м. д. в сильное поле; а сигналы атомов углерода нитронных групп - на 10-.15 м. д. в слабое поле (160-163 и 154-158 м. д. соответственно).

2. ПОЛУЧЕНИЕ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА 2Н-ИМИДАЗОЛ-Г>)-ОКСИДОВ

Взаимодействие а-гидроксиминокетонов 16, содержащих альдоксимную группу с диалкилкетонами и ацетатом аммония в уксусной кислоте приводит к образованию 2,2-диалкил-2Н-имидазол-1-оксидов 17а-с, содержащих альдонитронную группу в составе гетероцикла.

Я'^О • V ■ МШОАс

• NH40Ac Г

0=< ■ -- • ^¡.ЛЛ-'

^ШН ЯЗ |

О

16 17а-с

Я!=Р11 (а-к), СН3 (л-н), т-02ЫС6Н4 (о), р-02МС6Н4 (п,р), СН=ЫОН (с): 1*2= СН3 (а-е,п,л,с), (СН2)7СН3 (з,м), (СН2)2СН3 (к,о,р), (СН2)|2СН3 (и); Я'2 = СН3 (а,л,п,с), (СН2)7СН3 (б,з,м), (СН2)8СН3 (в), СН2С1 (г); СН2СООЕг (д), (СН2)2СООН (е), (СН2)4СООСН3 (и). (СН2)2СН3 (к,о.р): + ЯЗ = (СН2)5 (ж,н). Циклические альдонитроны ряда 2Н-имидазол-1 -оксида 17 весьма устойчивы к действию кислот, щелочей, восстановителей и окислителей, что позволяет легко получать новые производные этих соединений. Так. соединение 17л в присутствии алкоголятов натрия легко вступает п рсак-

ции конденсации по метилиминогруппе с м-нитробензальдегидом и этилтрифторацетатом, при обработке хлорсукцинимидом образует три-хлорметильное производное 20-, а При нитрозировании в уксусной кислоте образует оксим 17с.

H

F3Cx^4n/ vn

.Т Y >< CF3COOEt Г )< m-02NC6H4CH0

X' i-PrONa CH3ONa . NOa

О 17л

i

О

18

NCIS>

CI3Ç

tv

О

20

HON

i-PrONO HOAc

Ъ< ■

N i

О

17c

4TsCl

N

К

19

RON=4

4j ' i

О

21 R=Ac, CH3

COOK i

О 24

EtBr KOH

COOR &

)

О 23a,6

H+ RO-

R=Et, CH

3

NC

N j

О 22

К

N3"

()2N

h2n.

H4N2 Ni

О

N

К

26

nn nn

25

N

К

Оксим 17с легко алкилируется и ацилируется по кислороду оксим ной группы, а при действии и-толуолсульфохлорида превращается в нитрил 22, ш которого чатем были получены тетразол 25, афиры 23а,б и калиевая соль соптието кующей кирбоновой кислоты 24. Восстановление нитроироизнодного 17и гидразином на никеле Ренея дает амин 26. Алки-

лированием 2Н-имидазол-1 -оксидов 17л и 27 впервые получены четвертичные соли 2Н-имидазол-М-оксидов 28а,б.

'К « Т

О

(СН3)2804

Я

м+

X

^ СН3504"

28а,б Я = Н (а), РЬ (б)

17л, 27

2Н-Имидазол-1,3-диоксиды*29 получали окислением 1-гидрокси-З-имидазолин-3-оксидов 30 или их смесей с ациклическими таугомерами 31 диоксидом свинца.

я- Ян

: У=N

О'

у

Я3

он

РЬ02

я'^

Я^'

31

о

V

N . ;

о

30 29

Я'= Р1) (а,в,г), СН3 (б,д); РИ (а), СН3 (б), Н (в,г,д); Я3= СН3 (а-в,д), СН2СН2СООСН3 (г).

Впервые была изучена фотохимическая изомеризация 2Н-имидазол-1.3-диоксидов. Препаративный фотолиз соединений 29а,б в области длинноволнового максимума поглощения приводит к изомеризации одной нитронной группы с образованием 1,3-диаза-6-оксабицикло[3,1,0]гекс-3-ен-З-оксплоп 32а,б. Соединения 32а,б неустойчивы и на силикагеле, в спирте, или при нагревании в гексане, бензоле или этилацетате количественно изомеризуются в исходные 2Н-имидазол-1,3-лиоксиды. Время полупревращения соединений 32а,б в соединения 29а,б при 50° в метаноле составляет 45 н 60 минут соответственно. Препаративный фотолиз соединения 29в дает устойчивый оксазиридин 32в.

Я!

0

1

Я-

X

О

29а-в

/л-Л

я!

я2

X

/IV

N О

32а-в

Як

к-'

о

-Ы

X

N /

ЗЗа-в

О

34-в

1*'= РЬ (а,в), СН, (б); Я^= Р!т (а), СН, (б), Н (в).

Дальнейший фотолиз соединений 32а-в в бензоле, ТГФ или дил иловом эфире приводит к образованию пар диастереомерных диоксазиридинов

+

ЗЗа-в и 34а-в в соотношевдии 9 : 1 для 29а,б и 1 : 1 для 29в. В отличие от . соединений 32а,б 1,3-диаза-4,7-диоксатрицикло[4Л,0,03-5]гептаны 33 и 34 оказались устойчивыми на силикагеле и в полярных растворителях. Превращение соединения 33а в исходный 2Н-имидазол-1,3-диоксид происходит лишь при нагревании его в-уксусной кислоте при 80° в течение 3 ч" (выход- 50%). Еще более устойчивым оказался транс-изомер 34а, который не удалось превратить в соединение 29а. При окислении 2Н-имидазола 35 надкислотами образуется только устойчивый диоксазиридин . 34а. Таким образом, в противоположность литературным данным (Ка1пЬгку е! а!., 1983), прямое окисление 2Н-имидазолов надкислотами, по-видимому, не может быть использовано для получения 2Н-имидазол-1,3-диоксидов.

Полученные- данные об устойчивости оксазирвдинов 32, 33 и 34 поз-' воляют предположить, что, в отличие от 2Н-имидазолов, оксиление 2Н-имидазол-1 -оксидов должно приводить к образованию 1,3-диаза-6-окса-бицикло[3,1,0]гекс-3-ен-3-оксидов, легко изомеризующихся в 2Н-имвда-зол-1,3-диоксиды. Действительно, при окислении 2Н-имидазол-1-оксида • 36 м-хлорнадбензойной кислотой было получено соединение 37.

РЬЧ

О

РЬ'

X

ЯС03Н

РЬ

О

34а

РЬ

'Гх

У;

О

35

ЕЮ^Н О ,0 36

X

ЯСОзН

ЕЮ.

Доступность и высокая химическая устойчивость альдонитронов -производных 2 Н - и м идазол - N -оксида явились основанием для изучения способности этих соединений к спиновому захвату. Как оказалось, особенный интерес в качестве спиновых-ловушек короткоживущйх радикалов представляют 2Н-имидазол-1-оксиды 17,20, 22-25.

И

Гх"2 )

о

к-.

Я'

я н

ы

о

Эти циклические альдонитроны способны захватывать С-, О- и 8-цептрироианнме радикалы, образуя НР - спиновые аддукты различающиеся но спектрам ЭПР. Скорость взаимодействия соединений 17, 20, 2225 со свободными радикалами несколько ниже, чем для широко ис-.

пользуемой спиновой ловушки 5,5-диметилпирролин-1-оксида (ДМПО), но этот недостаток компенсируется более высоким временем жизни спиновых адцуктов. Особенностью производных 2Н-имидазол-1-оксида является то, что они не образуют спиновых аддуктов с супероксидным радикалом. Таким образом, полученные 2Н-имидазол-1-оксиды могут быть успешно использованы для исследования биохимических и др. процессов, протекающих с участием свободных радикалов.

Ц/Чз 1

о

Л-

И N И3 О

О

1

=ы

С<

ДМПО

3. ПОЛУЧЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ НИТРОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ С МЕТОКСИГРУППАМИ У а-АТОМА УГЛЕРОДА

При окислении 4Н-имидазол-1,3-диоксидов или соответствующих 1-гидрокси-З-имидазолин-З-оксвдов диоксидом свинца в метаноле образуются НР 38 и 39 (выходы и обозначения приведены в таблице).

Я1

/

N

О

РЬО,

N

I

ОН 3

я2 СН3ОН

I

I

О

8в-е,з,и,л,м

Я1

.о

ж

оСНз

О

38а-д,и-л

СН30^

Я /

.0

I

О

39б-к

Я» № % %

а РЬ 2-Ру 60 0

.6 РЬ З-Ру 20 50

в РЬ 3-02МС6Н4 35 60

г РЬ 2~РС6Н4 30 55-

д РЬ 2-фурил 15 65

е РЬ 4-(СНз)2ЫС6Н4 0 90

ж РЬ 2-НОС6Н4 0 40

3 РЬ 2-тиенил 0 65

и 2-фурид РЬ 50 25

к 2-тиенил РЬ 70 6

л 5-метил-2-тиенил РЬ 76 0

Данные таблицы показывают, что усиление электронодонорного характера заместителя ИД и электроноакцепторного характера заместителя Я

приводит к повышению выхода НР 38 и понижению выхода НР 39. Побочными продуктами реакции являются иминонитроксильные радикапь 40 и 41, образование которых, по-видимому, связано с легкостью окисления НР 39 в оксоаммониевый катион (Ер/2 ~ 0,7-0,9 В относительно н. к. э.). Способность оксоаммониевых солей реагировать с органическими соединениями с потерей атома кислорода известна.

СН30-

РЬ / N

,0

СНзО-

РЬ

-ы

I

о

>к-

СНзО

РН я

I

о

-м

39

14

РЬ

40а-г,е

РЬОз СН3ОН

4-/'

РЬ

15

41а-д

РЬ02 СНзОН

ал* 1

о

7

. Я = РЬ (а), 3-02МС6Н4 (б), 2-фурил (в), СНз'(г), 4-(СНзЖСбН4 (д),

2-СН3ОС6Н4 (е).

НР 40 и 41 могут быть получены также взаимодействием НР 39 етри-фенилфосфином или окислением 4Н-имидазол-1-оксидов и 4Н-имидазол~

3-оксидов соответственно диоксидом свинца в метаноле. Образование ИНР 40 и 41 происходит с разной легкостью: окислительное мсток-силиронапис 4Н-имида:юл-1-оксидов заканчивается при действии 3-4 кратного избытка диоксида свинца за 5-7 ч, а 100% степень преврашепия при окислительном метоксилировании не достигается даже при окислении 10-кратным избытком РЮ2 в течение двух недель.

Окислительное мстоксилирование 4Н-имидазол-3-оксидов 15 приводит к формальному присоединению метоксильного радикала но иминогрунис, продуктов присоединения но нитронной группе не образуется.

2-Нсзамещснныс 1-гидрокси-З-имидазолин-З-оксиды при окислении способны присоединять не только метанол, но и этанол, изопропанол и этиленгликоль, образуя НР 42а-г. В последнем случае в качестве окислители использовали Мп02, продуктом реакции является соединение 43д, окисление которого диоксидом марганца п хлороформе даст радикал 42д.

R' f , P R' p R' p

>N, _ .4-4 ROH >^OR Д >N OR

У W ГОК [H] ? OR

OH i (Mn02) ОН О

43 42

R = CH3 (a,6), Et (в), i-Рг (r), R+R = CH2CH2 (д); Ri = Ph (в-д), 2-фурил (a), 2-тиенил (б).

При окислении 2-незамещенных 1-пидроксй-З-имидазолинов 14а-р диоксидом свинца в метаноле были получены радикалы 44а,б и 45а,б. Больший выход HP 446 (30%) в сравнении с HP 44а (20%) показывает, что характер влияния заместителей на направление реакции в 4Н-имидазол-3-оксидах, по-видимому, тот же, что и 4Н-имидазол-1,3-диоксидах. В отличие от этого окисление соединения 14а в этиленгликоле диоксидом марганца приводит к образованию исключительно HP 44в (выход - 60%).

R . R. СНзО

• V=N _ . И™. R-H

. / \ РЬ02 Х >-ОСН3

ОН О о

14а-р 44а-в 45а,б

R = РЬ (а,в), 2-фурил (б); R^ = СН3 (а,б), 2Я' = СН2СН2 (в).

Тот же подход был использован для получения НР на основе 2Н-ими~ дазол-N-оксидов. Несмотря на то, что электрохимические потенциалы окисления 2Н-имидазол-1,3-диоксидов (1,2-1,4 В относительно н. к. э.) попадают в тот же интервал, что и потенциалы окисления 4Н-имидазол-1,3-диоксидов, при окислении 4,5-дизамещенных 2Н-имидазол-1,3-диок-сидов диоксидом свинца в метаноле стабильные НР в реакционной массе не накапливаются. В спектре ЭПР реакционной массы появляется триплет с а]ч( я 13 Гс, указывающий на образование следовых количеств НР с метоксигруппой у а-атома углерода. К тому же результату приводит окисление и 4,5-дизамещенных 2Н-имидазол-1-оксидов.

В отличие от этого, при окислении 2Н-имидазол-1,3-диоксидов, содержащих альдонитроннную группу, или соответствующих 1-гидрокси-З-имидазолин-3-оксидов в метаноле диоксидом свинца в течение 3-10 ч с высоким выходом образуются НР 46а-в.

Р1 О О р| О

и РЬ02 И» » РЬО? 'к\ '

ГЪ2 -— уч^к2 --— снзОу

; СНзОН ^Х СНзОН СНз0ХыХ

6ь 6 ' 6 .

4,ба-в

Я1 = РЬ (а,б), 2-фурил (в); = СН3 (а,в), СН2СН2СООСН3 (б)

Окислительное метоксилирование 5-нёзамещенных 2Н-имидазол-1- ■ оксидов приводит к образованию стабильных НР 47. Несмотря на 10 кратный избыток РЬ02, образование этих НР происходит медленно: от 5 до 100 и более суток, причём наиболее медленно идет окисление субстратов, содержащих объёмные заместители. - .

СНзО ^Ь^Я2 О

47в-щ

= РЬ (а-и), СН3 (н,с), т-02ЫС6Н4 (к),>р-02ЫС6Н4 (л,м), р-Н2МС6Н4 (п), СС13 (т), СОГч1Н2 (щ), CONC5H10 (у), С(ОСН3)ЫН (ш),'СК,Ыа (ц), С1Ч4СН3 (ч), ш-02NC6H4CHCH (ф), СНМОСН3 (х), С(СН3)2Вг (р), ' С(СН3)20М02 (о);

Я2= СН3 (а-е,м-р,т-щ), Рг (и-л),.(СН2)7СНз (з);

СН3 (а,м-р,т-щ), Рг (и-л), (СН2)7СН3 (б,з), <СН2)яСН3 (в), СН2СООЕ( (д), (СН2)2СООСН3 (е), СН2С1 (г), К2, ЦЗ=(СН2)5 (ж,с).

Альдонитроны - производные 2H-имидaзoл-N-oкcидa не реагируют с этанолом при окислении диоксидом свинца. Восстановление НР 47а цинком в присутствии хлористого аммония даёт метоксинитрон 48, Л/ которого совпадает с Rf промежуточного продукта, образующегося при окислительном метоксилировании соединения 17а. Окисление метокси-нитрона 48 в абсолютном этаноле в течение 50 ч привело к образованию стабильного НР 49. Образование диэтоксипроизводного является следствием либо замещения метоксигруппы на этоксигруппу, либо многократного восстановления образующегося в реакционной массе НР с отщеплением молекулы спирта.

К: »

о

РЬ

СНзО. СНзО

гп

N

I-

О

N11401

РЬ

СНзО

РЬ

I

О

ЕЮ ЕЮ

N

I.

О

Все полученные НР преставляют собой окрашенные кристаллические вещества или жидкости, большинство которых способно долгое время храниться без разложения. Из полученных стабильных НР наибольший интерес представляют 5,5-диметокси-3-имидазолин-1-оксилы 47, содержащие различные функциональные группы в положениях 2 и 4. Эти радикалы устойчивы в кислой и щелочной среде от 0 до 14 единиц рН, что позволило получить на их основе хелатирующие парамагнитные лиганды.

N0

НгМ—^

СН30^ СНзО N

N

X

N4304+

сн30-сш

СНзО СНзО'

СНзО СНзО

£

I-

О

N

X

(СНзЬСО

ИаН, ДМ ФА

СНзО СНзО

|НзО+ ШОСНз

(СТ3С0)20

ажн2

СНзО^1^ СНзО

6

ОН"

СНзО СНзО

СНзО. СНзО

0

1

н

I

N

X

1- №ОВг 2. ОН"

Н2Ы

СН30 + СН30

N

X

Предварительные исследования показали, что шггроксильные радикалы этого типа образуют комплексы иного строения, чем их 2,2,5,5-тетра-метильные аналоги, и соответствующие координационные соединения заметно различаются по магнитным свойствам. Это свойство может представлять интерес для создания новых ферромагнитных материалов.

ВЫВОДЫ

1. Получены новые производные 4Н-имидазол-1-оксвда, 4Н-имидазол-З-окс.эда и 4Н-имидазол-1,3-диоксида и выявлены особенности спектров ЯМР 13С этих сопряженных циклических нитронов, позволяющие однозначно определять положение 1^-оксидного атома кислорода.

2. Предложен простой способ синтеза альдонитронов - производных 2,2-диалкил-2Н-имидазол-1-оксида, являющихся перспективными спиновыми ловушками, способными захватывать С, О и .Б - центрированные радикалы.

3. Показано, что фотолиз 2Н-имидазол-1,3-диоксидов в области длинноволнового максимума поглощения приводит к образованию 1,3-диаза-6-оксабицикло[3,1,0]гекс-3-ен-3-оксидов, которые могут легко изоМери-зоваться в исходные 2Н-имидазол-1,3-диоксиды, а при фотолизе образуют устойчивые 1,3-диаза-4,7-диоксатрицикло[4,1,01>й,0]гептаны.

4. Показано, что при окислении 2,5-дизамещенных 4Н-имидазол-1,3-диоксидов диоксидом свинца в метаноле могут образовываться 5-метокси-2-имидазолин-З-оксид- 1-оксилы, 2-метокси-3-имидазолин-3-оксид-1-оксилы или их смесь, причем направление реакции определяется характером заместителей в положениях 2 и 5 имидазольного цикла: элек-троноакцепторный характер заместителя в положении 2 и электронодо-норный характер заместителя в положении 5 способствуют преимущественному образованию 2-метокси-3-имидазолин-3-оксид-1-оксила, и наоборот, электроноакцепторный характер заместителя в положении 5 и электронодонорный характер заместителя в положении 2 способствуют преимущественному образованию 5-метокси-2-имидазолин-3-оксид-1-оксила.

5. Обнаружено, что при окислении 2-замещенных 4Н-имидазол-1-оксидов и 4Н-имидазол-3-оксидов диоксидом свинца в метаноле могут образовываться только иминонитроксильные радикалы, а при 2-незамещён-ных 4Н-имидазол-3-оксидов образуются также 2,2-диалкокси-З-имидазо-лин-1-оксилы.

6. Впервые показана возможность получения стабильных нитроксиль-ных радикалов с двумя метоксшруппами у а-углеродного атома нитрок-сильной группы при окислительном метоксилировании N-оксидов 2Н-имидазола.

7. Синтезированы функциональные производные 5,5-диметокси-З-имидазолин-1-оксила - потенциальные парамагнитные хелатирующие лиганды.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Grigor'ev I. A., Volodarsky L. В., Starichenko V. F., Shchukin G. I., Kirilyuk

I. A. Route to stable nitroxides with alkoxy groups at a-caibon - the derivatives of 2- and 3-imidazolines. // Tetrahedron Lett. - 1985. - V. 26; - No. 41. - P. 5085-5088.

2. Григорьев И. А., Кирилкж И. А., Володарский JI. Б. Спектры ЯМР циклических нитронов. 4. Синтез и спектры ЯМР 13С N-оксадов и . NjN-диоксидов 4Н-имидазола. // Хим. гетероцикл. соедин. - 1988. - № 12. - С. 1640-1648.

3. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б. Получение 3-

имидазолинов и З-имидазолин-З-оксидов, содержащих атом водорода у углерода С-2. // Известия СОАН СССР. Сер. хим. наук. - 1989. - Вып. - 2. - № 4. - С. 99-106.

4. Григорьев И. А., Кирилюк И. А., Володарский Л. Б. Окислительное

алкоксилирование 4Н-имидазол-М-оксидов как новый .метод синтеза стабильных нитроксильных радикалов 2- и 3-имидазолина с алкокси-групиами у а-атома углерода радикального центра. // Известия АН СССР. Сер. хим. - 1989. - N> 7. - С. 1624-1630.

5. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б. Синтез 2Н-ими-дазол-1-оксидов и стабильных нитроксильных радикалов на их основе. И Известия АН СССР. Сер. хим. - 1991. - № 9. - С. 2113-2122.

6. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б. Синтез стабильных

нитроксильных радикалов 5,5-диметокси-3-имидазолин-3-оксид-1-оксилов на основе 2Н-имвдазол-1,3-диоксидов. // Известия АН СССР. Сер. хим. - 1991. - № 9. - С. 2122-2127.

7. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б. 2,2-Диалкил-2Н-

имидазол-1-оксиды как промежуточные соединения для получения стабильных нитроксильных радикалов имидазолина. // А. с. 1770321. Изобретения. Официальный патентный бюллетень. - 1992. - № 39. - С. 73-74.

8. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б. Способ получения 2,2-диалкил-2Н-имидазол-1-оксидов. // А. с. 1770322. Изобретения. Официальный патентный бюллетень. - 1992. - № 39. - С. 74.

9. Дикалов С. И., Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Володарский Л. Б.

2Н-имидазол-М-оксиды как спиновые ловушки. // Известия АН СССР. Сер. хим. - 1992. - № 5. - С. 1064-1068.

10. Гатилов id. В., Багрянская И. Ю., Григорьев И. А., Кирилюк И. А., Володарский Л. Б. Молекулярная структура стабильных нитроксильных радикалов имвдазолина с гем-диалкоксигруппами у а-атома уг-

лерода радикального центра. // Ж. структ. химии - 1992. - Т. 33. - № 3. - С. 131-136.

И. Кирилюх И. А., Григорьев И. А., Петренко О. П., Володарский Л. Б. Фо ^химическая изомеризация N-оксидов 2Н-имидазола. // Известия АН СССР. Сер. хим. - 1993. - № 12. - С. 2096-2100.

12. Григорьев И. А., Стариченко В. Ф., Щукин Г. И., Кирилюк И. А., Володарский Л. Б. Окисление нитронов в присутствии нуклеофилов -путь к а-замещенным нитроксидьным радикалам. // Тезисы VII Всесоюзного совещания по проблеме "Комплексы с переносом заряда и ион-радикальные соли". (Черноголовка, 1988), - С. 150.

13. Grigor'ev I. Д., Starichenko V. F., Shchukin G. I., Kirilyk I. A., Volodarsky L. B. Synthesis and Properties of Nitroxides with Functional Groups at the Radical Centre a-Carbon Atom. // Abstracts of International Conference on Nitroxide Radicals. (Novosibirsk, 1989) - P. 1С.

14. Talzi E. M., Kirilyuk I. A., Grigor'ev I. A. New Spin Traps for the Alkylpe-roxy Radicals. // Abstracts of International Conference on Nitroxide Radicals. (Novosibirsk, 1989) - P. 27P.

15. Кирилюк И. А., Григорьев И. А., Петренко О. П., Володарский Л. Б. Фотохимические превращения N-оксидов 2Н-имидазола. // V Всесоюзная конференция по химии азотсодержащих гетероциклических соединений. Тезисы докладов. Часть II. (Черноголовка, 1991) - С. 183.

16. Grigor'ev I. 'A., Kirilyuk I. A., Petrenko O. P., Volodarsky L. B. Photochemical Isomerization of 2H- and 4H-Imidazole-N-oxides and N,N-dioxides. // Fourteenth International Congress of Heterocyclic Chemistry. Abstracts. (Unversity of Antverp, 1993) - РОЗ-246.