Синтез, исследование таутомерии и кислотно-основных свойств производных 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РГ8 ОД

- д я«*} На правах рукописи

ШАМС ЭЛЬДИН ХАШИМ АБДЕЛЬ-ХАФЕЗ

СИНТЕЗ; ИССЛЕДОВАНИЕ ТАУТОМЕРИИ И КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПРОИЗВОДНЫХ 3-АМИНО-1-(2 ',4 ;б - ТРИХЛОРФЕНИЛ)ПИРАЗОЛ-2-ИН-5-ОНА

02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

КАЗАНЬ-2000

Работа выполнена на кафедре органической химии Казанского государственного университета

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Г. А. ЧМУТОВА кандидат химических наук, доцент А.И. МОВЧАН

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, Зав. отделом НИХИ им. А. М. Бутлерова

Н. А. ПОЛЕЖАЕВА

кандидат химических наук

ст. науч. сотр. С. Е. СОЛОВЬЕВА

Ведущая организация'. Казанский государственный технологический

университет

Защита состоится "_Х9_" октября_ 2000 г. в _\А_ часов на заседании

диссертационного Совета К 053.29.02 по химическим наукам при Казанском государственном университете по адресу 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, химический факультет, Бутлеровская аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, научная часть.

Автореферат разослан 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат химических наук

Г п г" г^, Л п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Пиразолоны широко применяются в органическом синтезе для получения разнообразных веществ. Они входят в состав многих пурпурных цветообразующих компонент (ЦОК) и красителей, являются добавками к топливам в качестве антпоксидангов, но главное поле их применения лежит в области медицины и сельского хозяйства, где эти производные обнаружили самую разнообразную активность - бактериостатичную, инсектицидную, фунгицидную, седативную, противоопухолевую, психофармакологическую.

Для использования пиразолонов большое значение имеют их кислотно -основные свойства. Во многих органических реакциях способность реагентов к отщеплению и присоединению протона определяет возможность протекания процесса. Примером является способность пиразолонов к образованию комплексов с катионами металлов, что определяет одну из важнейших областей их применения. Лабильность структуры пиразолонов проявляется в их способности к прототропии. Это определяет не только их амфотерные свойства, но и строение супрамолекулекулярных структур с их участием.

Синтез новых представителей этого класса гетероциклических соединений, которые могут быть использованы в тех же и, возможно, других практически полезных направлениях, представляется безусловно актуальным. Актуальность работы определяется также исследованием структуры и свойств до сих тор мало изученных пиразолонов с активными и конформационно лабильными ¡аместителями, способными к эффективному внутри- и межмолекулярному ;вязыванию. Актуальным является комплексный - экспериментальный и теоре-гический - подход к изучению таутомерии и кислотно-основных свойств вновь :интезированных и модельных соединений.

Цель работы. Основной целью данной работы был синтез новых произ-юдных пиразолин-2-она-5 и исследование их структуры и свойств на экспериментальном и теоретическом уровнях. При этом прежде всего имелось в виду {стальное изучение таутомерии новых соединений, влияния на таутомерное >авновесие как внутренних факторов, так и факторов среды. Наряду с изучени-:м структуры было запланировано исследование кислотно-основных свойств :интезированных и ряда модельных соединений.

В качестве объектов исследования были выбраны 1,3- и 1,3,4(5)-амещенные пиразол-2-ин-5-оны с ацил(ароил)амино- и ацето(бензоильными) руппами, отдельные представители которых широко используются в фотографической промышленности для формирования цветного изображения, в анали-ической химии и химии переходных металлов. Наличие в молекулах пиразол-!-ин-5-онов одновременно двух активных и конформационно лабильных замес-ителей, способных к эффективному внутри- и межмолекулярному связыва-1ию, могло заметно изменить свойства сложных соединений, по сравнению с 1олее простыми пиразолин-2-онами-5, детально изученными ранее.

Планировалось также получить новые соединения с Бе-содержащим заместителями в пиразолоновой системе.

В качестве эспериментальных методой были использованы традицнонны ЯМР 'Н, РЖ-спектроскопия, в ряде случаев РСтА, потенциомЕприя.

Теоретическое исследование было выполнено с использовшием полуэм пирического метода РМЗ, хорошо зарекомендовавшего себя при изучении бс лее простых производных пиразолонов-5.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые синтс зированы пиразол-2-ин-5-оны, имеющие в положении 3 гетсроцкгла арилаль диминную группу и ацил- и галогенопроизводные этих соединений. Показан региоселективность ацилирования 3-арилальдимино- и 3-ацшшшнс замещенных 1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ии-5-онов.

Охарактеризована кристаллическая структура некоторых, из синтезиро ванных соединений. Выявлены закономерности таутомерного равновесия различных средах синтезированных соединений. Получены кислотно-основны. характеристики ацшшрованных 3-амино-1-(2',^',6'-трнхло[!фенил)пиразол-2 ин-5-онов.

Полученные данные по таутомерии, кислотно-основным свойствам, ре гиоселекгивносга ацилирования 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфешш)пиразол-2 ин-5-онов будут полезными при планировании синтезов новых производны; соединений данного типа, их применении н качестве комшшксообразователе{ для экстракционных процессов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на IX Всероссии ской научной конференции «Карбонильные соединения в синтезе геггероцнк лов» (г. Саратов, 26 - 29 сентября 2000 г.)

Публикации. По результатам работы опубликованы тезисы 1 доклада подготовлены к печати 1 статья и тезисы 1 доклада.

Объем и структура работы. Диссертационная работа оформлена н;

страницах, содержит 7 таблиц, 26 рисунков и библиографию, включаю щую 72 наименования.

Материал диссертации состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. В первой главе представлен обзор лктерагурны? данных по методам синтеза пиразол-2-ин-5 -онов, по их таутомерии и свойствам. Во второй главе обсуждаются результаты проведенных синтезов, экспериментального изучения таутомерии и кислотно-оснозных свойств синтезированных соединений. В третьей главе приводятся результаты теоретнческогс изучения структуры, таутомерии и кислотно-основных свойств как синтезированных, так и ряда модельных соединений. В четвертой главе приводится описание проведенных экспериментов.

Работа выполнена на кафедре органической химии Казанского государственного университета.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ l.C-'интез и исследование таутомерии

Молекула ^-замещенного пиразол-2-ин-5-она может быть представлена тремя таугомерными фермами СН, ОН и N11 (по положению подвижного атома водорода в цикле):

о<?

н""у

'•-г- г -

М2

но

-с \\

//

R3

/ \

/NH

О м

НгС-/

/NH-CR

—С II

\\ °

/"п R-CH N Ш R-C,Kj I

СвН2С1з

С6Н2С13 С6Н2С13 с6н2С13

СН ОН NH

Ранее было показало, что присутствие в третьем положении гетероцикла электронодонорной аминогруппы сдвигает таутомерное равновесие в сторону СН-формн, независимо от типа растворителя. Ацилирование аминогруппы уменьшает ее элекгроиодоиорность по отношению к гетероциклу. Мы исследовали соединения П и III которые имеют в положении 3 амидную группу

ИК спегар (нуйсл): (II): 1730 и 1680 см"1 (v С=0 гетеро -цикла и амид, группы), 3250, 3220, 3100 см"1 v NH амидной группы, 1620 cm:iv C=N; (III) 3160, 3090 (v N-H), 2000-2400 (C=N*H), 1700 (C=0 гетероцикла), 1680 "плечо" (C=0, NH-C(O)-Ph), 1620 (C=N), 1580,1560,1518 (C=CapoM). Спектр ЯМР 'H, 3, м.д.: 4.22 с (2H, 4-CH2), 7.44-7.87 м (7H, аром), 8.61 с (1H, 3-NH). Аналогичный харастер спеклра сохраняется для растворов этого соединения в диоксане, ацето-

нитрште, хлороформе. Рис. 1. Кристалл и -

Все спектральные ческая структура 3-

признаки показывают, адетаимино-1-

1 ' (2,4 ,(> -трихлор-

что пиразол Ol- П -фенил)пиразол-2-существует в твердой ин-она-5 (II) по дан-фазе н в мглопоиярных нымРСтА. растворителях в СП-форме. Он образует таю.ге межмолекулярные водородные связи. Строгим доказательством этого явились данные рентгеяоетру ктурного анализа (рис. 1). Видно, что молекулы соединения

П, находящиеся в СН таутомерной форме, образуют бесконечную цепочку, звенья которой связаны друг с другом межмолекулярными водородными связями.

В образовании этих связей участвуют лишь амидные фрагменты заместителей двух соседних молекул. Это отличает данные пиразолоны от других, ранее изученных методом РСтА: в последних межмолекулярные Н-мостики существуют между самими пиразолоновыми системами в ОН и (или) NH тауто-мерных формах.

ИК спектр раствора в этаноле показывает, что, возможно, в этом растворителе присутствуют все три таутомерные формы: частота полосы v СО гете-роцикла и ее интенсивность понижены.

Введение фенильного радикала вместо метального в амидную группу должно изменить электронодонорные свойства заместителя в 3-ем положении и может изменить положение таутомерного равновесия.

Соединение III находится, в основном, в NH - форме. В спектре имеется широкая полоса в области 2000-2400 см"1, характерная для структуры С:

нс=с/ЫН-Гсл нс__с^н-ГСбН5 \

1 \ ° // \\е ° ^ ~ ^

I о N Известно, что

с8н2с1з с13с6н2 ™енн0 в nh~

^ В форме обсуж

даемых соеди -

нений существует аналогичная система. Она может быть представлена резонансными формулами А и В. ИК спектры растворов в диоксане, ацетонитриле, хлороформе, спектр

ЯМР 'Н в дейтерохлороформе аналогичны спектрам соединения П. Поэтому считаем, что в этих растворах соединение III находится в СН-форме.

Ацилирование З-ациламинопиразолонов-5 П и III провели хлористым ацетилом и хлористым бензоилом в присутствии гидроокиси кальция.

В ИК спектрах (в нуйоле) продуктов бензоилирования соединений II и III имеется полоса в области 1760 см"1, характерная для сложноэфирной группы, и полоса, соответствующая карбонилу амидной группы. Спектр ЯМР 'Н в дейтерохлороформе содержит синглет около 7.0 м.д. С(4)Н, 1 Н (ОН-таутомер). Перечисленные спектральные признаки показывают, что бензоилирование прошло по атому кислорода в положении 5.

Аналогичные спектральные характеристики имеет продукт ацетилирова-ния соединения П: и в данном случае ацилирования в положение 4 не произошло. Таким образом, ацилирование З-ациламино-1-

(2',4',6'-трихлорфенил)пиразолонов-5 приводит к нс_—R

«закрепленным» ОН-формам этих соедшений Ц \\ о

(IV,V,VI). _ J

r„, ROOC

ИК спектры показали, что в Ч

n

с6н2с1э

iv r = ch3, r' = cghj

v r = c6h5, r' = c6hs

vi r = ch3. r=ch3

растворах в диоксане, хлороформе, ацетонитриле амидная группа продуктов участвует в образовании водородных связей.

Чувствительность прототропного равновесия пиразол-2-ин-5-онов к электронному влиянию заместителей в положении 3 и 4 побудило нас к созданию на основе соединения I таких структур, в которых можно было бы постепенно изменять элмсгроиный характер этих заместителей. Поэтому мы синтезировали соединения VII - IX.

В ЙК спектрах (нуйол) соединений VII - IX полоса v(C=0) 1700 см"1 малоинтенстша и в области 3000— 3600 см'1 находится широкая полоса поглощения, характерна* для ассоциированной группы ОН. Спектральные признаки позволяют предполагать, что соединения VII - IX в твердой фазе существуют в виде снеси

"Г\

C5H2CI3

VII X = П-Вг Vin X = п-ОСНз IX X = M-N02

//

сн

W

С6Н2С13

ОН "О

Н2С—с / \\

vm, X

C6HjCI3

ОН - и СН -таутомерных >-нс=м.._

форм, ассоциированных между собой.

В спеетре ЯМР *Н соединений VII и IX в ДМСО-4

имеется сигнал в облаете 5.9-6.1 м.д. (с, 1Н). По нашему мнению, он соответствует протону у атома С(4) гетероцикла, когда соедшение находится в ОН-или ШЛ- форме. Уширенный сигнал протона группы ОН имеется в области 9.5 -10.1 м.д

Положения сигнала протона С(4)Н в спектре соединения VII меняется при переходе от ДМСО - с(6 (5.98 м.д., с) к ацетону - ¿6 (5.67 м.д., с). Соответственно, меняется ч положение сигнала в области 8.5 - 10 м.д.: ДМСО - & 9.5 м.д., широкий пик ; ацетон - (1б 8.74 м.д., пик слегка уширен .Вероятнее всего, это обусловлено тем, что в ДМСО преобладающей формой является ОН-таутомер, а в ацетоне - КН- форма соединения VII.

Ацетилироваиис соединений

н3с—е., II

сн-

VII, VIII и ]Х даст кристаллические продукты Х-ХП. В ИБС спектре имеются полосы поглощения, соответствующие v С'=С) гетероцикла (1720 - 1730 см'1) и v С=0 ацетильной группы (1695- 1700 см'1). Наличие в ИК с пестр ах полос поглощения в области 1580-1630 см'1

(v C=N) и отсутствие поглощения в области 2000-2500 см"1 свидетельствует о

-с / \\

I

C6H2C¡3

X = п-Вг (X), п-ОСН3(Х1), m-N02(XII)

том, что соединения Х-Х11 не находятся в №1-форме, а для соединений X и XII нет также и спектральных признаков ОН-формы.

В ИК спектре соединения XI в твердой фазе в интервале 2800-3300 см'1 имеется широкая полоса Поэтому можно полагать, что соединение XI кристаллизуется в виде смеси двух форм: СН к ОН.

5-Хлоргшразолы являются удобными реагентами доя введения в гетеро-цикл различных заместителей путем нуклеофильного замещения. 5-Хлорпроизводные соединений VII - IX были синтезированы обработкой их хлоровсисью фосфора при нагревании. ИК и ЯМР *Н спектры продуктов

хлорирования аналогичны соответст- нс_/

вующим спектрам реагентов. Отличия Ъ ^

имеются в соотношении интенсив - N X = П-Вг (XIII)

ностей сигналов Ау ом/ К с=о, что С1 П-ОСНз(Х1У)

может быть обусловлено примесью | м-Ы02(ХУ)

реагента. с6н2с13

Аналогичная ситуация

наблюдается в спектр ЯМР 'Н. Сигналы 4.56 м.д. и 5.03 мд. приписаны протону цис- и транс-форм альдиминной группы, положение их одинаково для реагента и продукта. Сигнал 5.95 м.д. Соответствует протону у атома С(4) реагента. Отношение интенсивностей (А5.03 + А4.56У А5.95 для реагент-1, а для продукта -1.5. Анализ совокупности экспериментальных данных позволяет предполагать, что при обработке соединений VII - IX хлорокисыо фосфора соответствующие хлорпиразолы ХШ - XV образуются.

Селенсодержащие пиразол-2-ин-5-оны практически не изучены. Мы попытались ввести группу -БеСИ в положение 3 соединения I путем его диазоти-рования с последующей обработкой КБеСН После синтеза был снят ИК спектр неочищенного продукта. Отсутствие поглощения в области 3200 - 3400 см"1 указывает на отсутствие группы №12, а полоса 2100 см'1 свидетельствует о наличии группы -БеСМ в продукте реакции. Го, что эта полоса не принадлежит остаточным количествам реагента КБеСИ, было доказано отдельным экспериментом. Поэтому, наиболее вероятным продуктом с такими спектральными характеристиками должно быть соединение XVI. 5еСМ

Однако, все попытки выделить селенсодержащий НгС_

пиразол-2-ин-5 -он окончились неудачей: вещество / ^

разлагалось с выделением элементарного селена. ^-с. ы

° XVI

2. Экспериментальное изучение кислотно-основных свойств

Кислотно-основные свойства пиразол-2-ин-5-нов изучены методом по-тенциометрического титрования в водно-диоксановой среде (50:50 по объему). Выбор водно-органической среды обусловлен низкой растворимостью пиразо-линонов в воде, а также тем, что кислотность многих пиразолинонов изучена в данной среде

Определенные нами константы кислотности и основности приведены в таблице 1.

_Таблица 1. Константы кислотности и основности соединений_

№

II 1.22 ± 0.05 3.68 ±0.05

III 5.51 15.01 6.81

IV 9.29 + 0.05 4.75 ±0.05

V 10.3 5.22

В рассматриваемых нами пиразолинонах имеется несколько центров про-тонирования. Поэтому, в зависимости от рН среды, возможно образование од-нократно(моно)-, доукратно(ди)- и т.д. протонированных и депротонироваяных форм.

Представленные в таблице 1 константы кислотности и основности характеризуют следующие равновесия :

1 - монодепротонирование; 2 - дидепротонирование, 3 - монопротониро-вание; 4 - образование дважды протонированной формы; 5 - образование ассо-циата из двух нейтральных молекул с одним протоном.

Величины рКа] соедииений II и Ш ближе по величине к рК„ соединения 3-метил-1-фенилпиразол-2-ин-5-она (8.44), чем к рКа1 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-ону (10.08). Это соответствует существенно более низкой электронодонорности амидной группы в II и 1П по сравнению с аминогруппой в I. Более сильные кислотные свойства пиразолинона Ш по сравнению с II обусловлены, по-видимому, тем, что бензоиламино-группа в большей степени, чем ацетамино-группа участвует в делокализации заряда аниона, образующегося при депротонировании.

В гетероциклическом кольце соединений IV и V, в отличие от соединений II и III, отсутствует атом водорода, способный к достаточно легкому депро-тонированию. Поэтому величина рКаЬ определенная для них, соответствует, по-видимому, депротонированию амидной группы.

1С

3. Теоретическое изучение таутомерии и кислотно-основных свойств

Наряду с экспериментальным изучением строения и кислогно-основны свойств синтезированных соединений, мы провели также теоретическое иссле дование свойств этих соединений полуэмпирическик кпантозо-химичееким ме тодом РМЗ. Ранее в нашей исследовательской группе было установлено, чт этот метод дает корректную качественную картину строения различных пира 30л-2-ин-5-0н0в.

Прежде всего мы детально изучили структуру соединений II и III с делю сравнить ее со структурой исходного 3-амино-1-(2',4',б',-гркхлорфешш) пиразолона и со структурой их продуктов ацшшроваяия (IV-VI). В первую оче редь нас интересовала устойчивость различных таугомерных форм.

Таблица 2. Относительная устойчивость* (AAH°f, кДж/моль) таутомерньп

форм нейтральных молекул изучаемых соединений (метод РМЗ)

Соединение Таутом арная фоэма

СН NH ОН 5-ОСС

HjC-С ! \ 1 ceH2ci3 0.0 19.0 26.2

/NH-С—СН3 rt ä 1 СеНгОз 0.0 30.4 25.3

>.Н-С-С6Н5 НгС-с О / \\ о' C(H2Cli 0.0 13.3 29.6

Н3С—с^ О СН—сн / \\ ЗДгСЬ 15.9 11.1 0.0 L J

0^5—К (5 СН-СН / \\ 1 с,н,о, 51.5 93.5 0.0

н5с~с. мн-с-сн, II ^С—с^ « ° // \\ ° 1 С,нгсь 38.8 0.0 35.4 50.1

свн5—с. лн-с—С,Н, II ^сн—с « ° / \\ ° 1 С,Н;С1з 14.0 13.6 0.0 48.6

с,н5—с. мн-с—сн3 II ^сн—С Я ° / \\ ° 1 6.8 28.1 0.0

* Энтальпия образования самой устойчивой формы принята за нуль.

Из приведенных в табл. 2 данных следует, что для соединений П и П1 наиболее устойчивой является СН таутомерная форма, как и для ранее изученного этим же методом соединения I. Следовательно, в ряду производных с N1-трихлорфенильным заместителем, как и в ряду соединений с Игфенильным заместителем, более детально изученных в структурном плане, донорные заместители в положении 3 содействуют стабилизации СН-формы.

Диацшшрованные соединения IV-VI являются «фиксированными» ОН-формами. Было интересно выяснить, являются ли эти продукты ацилирования в положении 5 более устойчивыми, чем ожидаемые продукты ацилирования в положение 4. Из приведенных в таблице 2 расчетных данных для соединения V, видно, что более устойчивы соединения с заместителем СбН5СО в 4-ом положении. Для них, в свою очередь, как и для модельных соединений без заместителя в положении 3, наиболее устойчивы ОН-формы. Образование в ходе синтеза продуктов О-ацилирования связано, по-видимому, с условиями синтеза. Данное предположение требует специальной проверки.

Расчеты выявили существенную неплоскостность всех изученных соединений. Большой объем трихлорфенильного заместителя приводит к отклонению его от плоскости пиразолоновой системы на угол в среднем 60°, который

не сильно меняется в разных таутомерных. формах замещенных и незамещенных в положениях 3, 4, 5 пиразолонов. Угол поворота фенияьного кольца из плоскости той же системы намного меньше и составляет около 20°.

В молекулах соединений 1-У1 фрагмент -МН-СО- всегда почти коплана-рен плоскости пиразолоновой системы, в-транс-конформацня этой группы, как правило, устойчивее, чем б-цис, фенильное кольцо в беизоиламшогруше почти ортогонально фрагменту -ЫН-СО. В ОН-формах атом водорода ориентирован в сторону «от» трихлорфенильного заместителя при атоме >м.

Изучение строения тем же методом РМЗ оснований Шиффа (соединений УП-1Х) показало, что во всех этих соединениях наиболее устойчивыми являются СН таутомерные формы. Устойчивость МН- и ОН-фсрм на ~ 20-30 кДж/моль ниже. Следовательно, заместитель ->1=СН-С6Н4-Х (X - п-Вг: п-ОСНз, м-ЫОг) в 3-ем положении 1-трихлорфенилпиразолока, как и элскгронодонориые заместители (СН3, ЫН2, ЫНСОСНз, МНСОС^Нз), стабилизирует СН-форму относительно двух других. Природа заместителя в ароматическом кольце оснований Шиффа принципиальной роли при этом не играет.

Таблица 3. Относительная устойчивость (АДН°г, кДж/моль) таутомерных

№ X (геометрический изомер) Таутомерная форма

СН Ш ОН

VII п-Вг (анти) (син) - 0.0 11.2 19.7 22.4 29.6 40.9

VIII п-ОСНз 0.0 32.7 28.4

IX м-Ы02 0.0 34.4 26.9

,м=с;

О

*

Вг

Приведенные в таблице 3 данные вг

свидетельствуют также о том, что из двух геометрических изомеров этих соединений (анти- и син-) более устойчивым является анти-изомер. С помощью расчетов мы также изучили кислотные свойства 311111 С1Ш

полученных пиразолонов, чтобы

объяснить экспериментальные результаты. Для выполнения этой задачи мы оценили методом РМЗ устойчивость различных анионов изученных

соединений. В отличие от большинства ранее изученных пиразолонов, которые образовывали анлон только одного типа - А], в наших системах возможно и отщеплен»; «амидного» протона ог заместителя в положении 3 пиразолоновой системы (это анион типа Аг). Ацетильный и особенно бензоильный фрагменты заместителя в положении 3 способны принимать активное участие в делокали-зации отрицательного заряда, который возникает на атоме азота заместителя.

г>Р

II (Ч г..

V / \ /

Сд—С; С4——Сз

Ое ОеГ

С!3 С6Н2С13

а, а2

^ ~ СН3, С6Н5

Гай/ища 4. Характеристик« устойчивости анионов соединений (ДН°г, кДж/моль) и величины энергии депротонирования (Едещхп, кДж/моль) изучаемых соединений_

Соединение А( - анион А2 - анион

ЛНГ Едепрот ЛН'г Едепрот

^ЖР-С-СН, Т~Х 0 1 -309 1302 -292 .1319

1 -129 1323 -168 1284

^н—с—сн, не—с' Ц V / V в -.'' V у Н-С—С—О 1 -395 1341

^N4-С—СИ, НС-С-' 11 и ^ ^ С.Н,—с—о" \ с,н,а, -211 1389

о ] \ ° » ^ V У ел—с—с -84 1372

—" О сн—сн / \\ -311 1279

С.Н,—сч О сн—сн / \\ ■ -1 С.НЛ, -171 1270

О н С—С- JJH-C—сн, / \\ 0 1 -519 1230 -349 1400

^•-Ьсн-^-Г0" ° / \\ ° 1 -343 1257 -312 1289

° / \\ ° 1 ела, -238 1218 -188 1274

Как показывают данные таблицы 4, при наличии в положении 3 ацетами-ногруппы (соединение П) наиболее устойчивым оказался анион типа Ai, а в присутствии 3-бензоиламинозаместителя (соединение 1П), наоборот, более устойчивым оказался анион типа Aj. Во втором случае каждая из таутомерных форм дает свой анион; приведенные в таблице значения относятся к анионам наиболее устойчивой СН-формы каждого из соединений П и Ш. Эти анионы устойчивее анионов Аг типа, которые образуются из ОН- и NH- форм этих соединений. Разницу в устойчивости анионов соединений П и III можно связать с различиями в степени делокализации отрицательного заряда. Заряды на атомах приведены в табл. 5.

Таблица 5. Заряды на атомах различных таутомерных форм 3-ацетиламино-1 -(2',4\6'-грих1.орфениш)пиразол-2-ш1-5-она (II) и 3-бензонламино-1-(2',4'1б'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она (П1) и их анионов

J ^ °8

СбНгСЦ

r Атомы сн nh он а, а2

n2 -0.16 -0.29 0.04 -0.40 -0.40

сн; о6 -0.30 -0.20 -0.31 -0.48 -0.40

(и) n7 0.08 0.10 0.07 0.11 -0.35

о, -0.35 -0.37 -0.35 -0.47 -0.42

n2 -0.11 -0.23 0.01 -0.33 -0.35

сбн5 об -0.30 -0.20 -0.31 -0.49 -0.39

(iii) N7 0.07 0.08 0.07 0.11 -0.40

Os -0.29 -0.31 -0.34 -0.35 -0.50

В анионах типа А[ отрицательный заряд в существенной степени локали-ован на электроотрицательных атомах гетероцикла. При этом атомы Об и N2 в ■тих анионах несут намного большие по величине эффективные отрицательные гряды; чем в любой таутомерией форме нейтральных молекул; в анионе со-динекия П кольцо эффективнее участвует в делокализации отрицательного за-'яда, чем в анионе соединения III. Эффективный положительный заряд на ато-te азота N7 заместителя увеличивается в анионе Ai по сравнению с нейтраль-юй молекулой за счет усиления сопряжения в амидном фрагменте •О о

-NH-;-C==o

' , о чем свидетельствует увеличение отрицательного заряда на томе кислорода карбонильной группы заместителя Og.

В анионах типа А 2, образующихся при отщеплении протона от амидного тома ¡азота соединений II и III, отрицательный заряд в значительно большей тепени делокализеван в заместителе, о чем свидетельствуют величины эффек-

тивных зарядов на атомах N7 и 08. При этом способность -ЖЮОСбНз -группь участвовать в делокализации отрицательного заряда больше, чем у ЫНСОСНз за счет акцепторного индуктивного эффекта фенильного заместителя, поверну того относительно плоскости ИНСО - группы. Энергия депротонирования со единения (III) меньше, чем соединения (П).

При введении в положение 5 молекул соединений II и Ш ацильных за местителей возможно образование анионов только Аг-типа:

из-за возможного эффекта «встречного сопряжения» кислотность этих соединений понижена по сравнению с моноацильными замещенными. Если бы мы имели 3,4-диацилзамещенные, кислотность, наоборот, была бы выше, чем в моноацилзамещенных.

В заключение необходимо подчеркнуть, что полученные теоретические результаты по оценке кислотности изученных соединений могут претендовать лишь на роль качественных ориентиров, т.к. неизвестно точное соотношение таутомерных форм исследованных соединений в условиях эксперимента (50 %-ный водный диоксан), а также не учитывалось влияние среды. Для строгих суждений требуются расчеты более высокого уровня.

1. Ацилированием (бензоилированием) 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)-пиразол-2-ин-5-онов и их 3-ациламинопроизводных получены новые представители пиразолонов-5: 3-ацетиламино-1-(2',4',6'-трихлорфенш1)-пиразол-2-ин-5-он, 3-бензоиламино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-он, 3-ацетиламино-5-бензоилокси-1-(2',4',6'-трихлорфешш)пиразол, 3-бензоил-амино-5-бешоилокси-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол, З-ацетиламино-5-ацетилокси-1 -(2' ,4',6 '-трихлорфенил)пиразол.

2. Конденсацией 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она с ароматическими альдегидами Х-СбКЦ-СНО (X = п-Вг, п-СН30, м-Ш2) впервые получены основания Шиффа с пиразолоновым заместителем при иминном

с1

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

атоме азота. Из последних получены продукты ацетилирования в положение 4 пиразолоновой системы и соответствующие 5-хлорпиразолы.

3. Изучение методами ИК и ПМР спектроскопии, а также РСтА строения продуктов моно- и диацилирования 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-

2-ин-5-она показало, что 3-ацетамино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-он существует в твердой фазе в виде СН-, а 3-бензоиламино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-он в виде NH-таутомерной формы. В обоих случаях имеет место межмолекулярная ассоциация за счет водородных связей.

3-бензоиламино-5-бензоилокси-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол образует в твердой фазе циклический димер, стабилизированный Н-связями NaMia -HaMHfl...N2. Охарактеризована таутомерия изученных соединений в различных растворителях.

4. Для шиффовых оснований на основе 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она в твердой фазе характерны СН- и ОН-, а в растворах ОН-и NH-таутомерные формы, в растворах реализуется смесь анти- и син-геометрических изомеров.

5. Методом потенциометрии измерены константы кислотности и основности 3-ацетиламино-1 -(2 ',4 ',6 -трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она, 3-бензоиламино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она, 3-ацетиламино-5-бензоилокси-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразола, 3-бензоиламино-5-бензоилокси-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразола в 50 %-ном водном диоксане. Они характеризуют данные соединения как слабые кислоты и основания средней силы.

6. Полуэмпирическим квантово-химическим методом РМЗ рассчитаны энтальпии образования различных таутомерных форм моно- и диацилированных производных 3-амино-1-(2',4',6'-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она и их анионов разной структуры. Охарактеризована пространственная и электронная структура ряда синтезированных и модельных соединений, их таутомерные и кислотно-основные свойства. Результаты расчета, сопоставленные с экспериментальными данными, позволили на качественном уровне объяснить основные экспериментальные факты и могут быть использованы в прогностических целях.

Содержание работы изложено в публикации:

1. Исламов JI.P., Нурмухаметова Г.К., Абдель-Хафез Ш.Х., Мовчан А.И., Чму-това Г.А. Синтез, исследование кислотно-основных свойств и таутомерного состояния 1-арил-3-аминоацил-4-ацилпиразолин-2-онов-5/Сборник научных трудов «Новые достижения в химии карбонильных и гетероциклических соединений» - Изд-во Саратовского университета, 2000. - С. 80-81.