Каталитический синтез 1-(4-нитрофенил)-4- (R-феноксиметил)-1H-1,2,3-триазолов

Catalytic synthesis of 1- (4-nitrophenyl) -4- (R-phenoxymethyl) -1H-1,2,3-triazoles
Цитировать:
Мамажонов Ж.Ш., Абдугафуров И.А., Ортиков И.С. Каталитический синтез 1-(4-нитрофенил)-4- (R-феноксиметил)-1H-1,2,3-триазолов // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 5(83). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11667 (дата обращения: 26.10.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В результате 1,3-диполярного циклоприсоединения паразамещенных арилпропаргиловых эфиров и пара-нитрофенилазида в присутствии катализатора Cu2I2 синтезированы 1,4-изомерные производные 1,2,3-триазола. Определены некоторые физические параметры синтезированных веществ, строение которых подтверждено методом ИК-спектроскопии.

ABSTRACT

As a result of 1,3-dipolar cycloaddition of parasubstituted arylpropargyl ethers with para-nitrophenylazide in the presence of a Cu2I2 catalyst, 1,4-isomer derivatives of 1,2,3-triazole were synthesized. Some physical parameters of the synthesized substances were determined, the structure of which was confirmed by IR spectroscopy.

 

Ключевые слова: 1-(4-нитрофенил)-4-(R-феноксиметил)-1Н-1,2,3-триазолы, пара-нитрофенилазид, пропаргиловый эфир, 1,3-диполярное циклоприсоединение, дииодид димеди (I).

Keywords: 1- (4-nitrophenyl)-4-(R-phenoxymethyl) -1H-1,2,3-triazoles, para-nitrophenylazide, propargyl ether, 1,3 dipolar cycloaddition, copper (I) iodide.

 

Введение. Молекула пропаргилового эфира отличается уникальностью строения из-за наличия в структуре нескольких реакционных центров. Одним из них является тройная связь, что и привлекает внимание иследователей, ведущих научные поиски в различных областях химии.  Используются в препаративных целях реакции диполярного цислоприсоединения пропаргиловых эфиров и азидов, приводящие к пятичленным гетероциклическим соединениям с тремя атомами азота – производным 1,2,3-триазолов. В этих случаях азиды выступают в качестве диполя, а пропаргиловые эфиры – как диполярофила. Первая статья о получении 1,2,3-триазолов взаимодействием алкинов и азидов была опубликована в конце XIX века [13]. Итальянские ученые Мугнаини и Грюнангер, впервые изучая реакцию взаимодействия пропаргилового спирта и бутиндиола с фенилазидом в среде бензола, синтезировали 1-фенил-4(5)-оксиметил-, 1-фенил-4,5-оксиметил-1,2,3-триазолы и исследовали их химические свойства [18; 19]. В 1960-х годах Хьюсген разработал механизм циклизации алкинов с органическими азидами в триазольное кольцо и отнес их к 1,3-диполярным реакциям циклоприсоединения [15].

В работах до 2000 г. приводятся результаты о том, что почти во всех случаях присоединение азидов к алкинам протекает с образованием смеси 1,4- и 1,5-изомеров 1,2,3-триазолов, что вызывает некоторые трудности при разделении изомеров и препятствует широкому применению этого метода в органическом синтезе.

В 2002 г. Шарплесс и Мельдал открыли реакцию азида-алкинового циклоприсоединения (СuААЦ) с использованием катализатора Cu(I) [25; 3]. В этих исследованиях показано, что реакция протекает региоселективно с образованием исключительно 1,4-изомера с высоким выходом. За эту работу авторы были удостоены Нобелевский премии, и с этого периода сформировалось новое направление «клик-химия».

На протяжении многих лет были проведены исследования различных катализаторов для синтеза 1,4-дизамещенных 1,2,3-триазолов. Уникальные свойства реакций CuAAЦ отражаются в их высокой региоселективности, применимости к широкому спектру субстратов, высокому выходу, окислению и нечувствительности к воде. В 2013 г. было впервые описано [12] использование оксида меди и катализаторов на основе углерода для получения 1,4-изомеров 1,2,3-триазолов с высокими выходами, авторы [11] разработали методику проведения реакции в водной среде. Хироки с сотрудниками синтезировали различные производные тиразолов, добавляя 2-этинилпиридин к хлориду меди (I) [14]. Другие исследователи, используя N,N`-диизопропилэтиламин и уксусную кислоту в дихлорметане в присутствии иодистой меди (I), осуществили эту реакцию при комнатной температуре [7].

Некоторые авторы использовали для присоединения азида к алкинам в качестве катализатора металлическую медь (0) как восстановитель двухвалентной меди (II) [10; 9]. В других работах сульфат меди и аскорбат натрия использовались в металл-каталитическом синтезе триазольного кольца [24]. Аппуккуттан и его коллеги взяли смесь Cu(0) и CuSO4 в качестве катализаторов и провели реакции в воде, триэтиламине и третичном бутаноле при 100 °С для достижения хороших результатов в каталитическом синтезе триазолов [6]. Во многих работах приводятся результаты, где использовали в виде катализатора другие металлы, как (Ag-AAЦ) [17], (Ru-AAЦ), (Au-AAЦ) [16; 20].

При исползовании солей рутения (RuH2(CO)(PPh3)3) Лию наблюдал, что реакция азид-алкинового циклоприсоединения протекает региоселективно с образованием 1,5-дизамещенных 1,2,3-тиразолов [23; 8; 21]. Автор указывает, что в присутствии RuAAЦ процесс протекает легче, чем при CuAAЦ.

Из вышеприведенного короткого литературного обзора можно сделать вывод, что реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения азид-алкина без катализатора протекает с образованием смеси 1,4- и 1,5-изомеров, а в присутствии катализатора реакция протекает селективно с образованием 1,4- или 1,5-изомера следующим образом:

 

Схема 1. Циклоприсоединение азида к алкинам без катализатора и в присутствии катализаторов

 

Вот уже более сорока лет нами [22] проводится систематическое исследование по синтезу 1,2,3-триазолов и бис-триазолов на основе производных пропаргиловых эфиров и изучается их биологическая активность. В данной работе изучен синтез 1-Н-1,2,3-триазолов в результате 1,3-диполярного циклоприсоединения замещенных арилпропаргиловых эфиров и п-нитрофенилазидов в присутствии  катализатора Cu2I2 (I) в среде толуола.

Экспериментальная часть.

Синтез 1-(4-нитрофенил)-4-(4-бромфеноксиметил)-1H-1,2,3-триазола

В раствор 2,11 г (0,01 моля) 3-(4-бромфенокси)-1-пропина в 30 мл сухого толуола добавляли 1,804 г (0,011 моля) п-нитрофениазида и 0,2 г иодида меди (I). Смесь нагревали на масляной бане при температуре 125–130 °С в течение 7 часов.

Ход реакции контролировали методом тонкослойной хроматографии. Со временем в реакционной смеси начал образовываться белый осадок. Через 7 часов останавливали реакцию и оставляли на ночь при комнатной температуре. Выпавший осадок фильтровали, сушили и перекристаллизовывали из ацетона. Выход – 2,89 г (77 %). Тпл. = 171–172 °С. Rf = 0,63 (бензол:ацетон 10:1).

Синтез 1-(4-нитрофенил)-4-(4-хлорфеноксиметил)-1H-1,2,3-триазола

Аналогично по вышеописанной методике из 1,665 г (0,01 моля) 3-(4-хлорфенокси)-1-пропина, 1,804 г (0,011 моля) п-нитрофениазида и 0,2 г иодида меди (I) получено 2,6109 г вещества. Выход – 79 %. Тпл. = 189–190 °С. Rf = 0,73 (бензол:ацетон 10:1).

Синтез 1-(4-нитрофенил)-4-(4-иодфеноксиметил)-1H-1,2,3-триазола

Синтез осуществляли аналогично по вышеописанной методике из 2,58 г (0,01 моля) 3-(4-иодфенокси)-1-пропина, 1,804 г (0,011 моля) п-нитрофениазида и 0,2 г иодида меди (I) получено 3,165 г вещества. Выход – 75 %. Тпл. = 176–177 °С. Rf = 0,68 (бензол:ацетон 10:1).

Синтез 1-(4-нитрофенил)-4-(4-нитрофеноксиметил)-1H-1,2,3-триазола

По вышеописанной методике из 1,77 г (0,01 моля) 3-(4-нитрофенокси)-1-пропина, 1,804 г (0,011 моля) п-нитрофенилазида и 0,2 г иодида меди (I) получено 2,8303 г вещества. Выход – 83 %. Тплав. = 193–194 °С. Rf = 0,39 (бензол:ацетон 10:1).

Результаты и их обсуждение.

Пропаргиловые эфиры фенолов получают взаимодействием пропаргилбромида с соответствующими фенолами в щелочной среде с хорошим выходом. Исходные вещества были синтезированы по следующим уравнениям реакций:

Существует несколько методов синтеза органических азидов, и мы синтезировали п-нитрофенилазид, необходимый для нашего исследования, на основе следующего уравнения:

Проведены взаимные реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения пара-замещенных арилпропаргиловых эфиров и п-нитрофенилазидов на иодистой меди (I), и синтезированы соответствующие триазольные соединения.

С целью наблюдения за ходом циклоприсоединения пара-нитрофенилазида к пара-замещенным арилпропаргиловым эфирам и для подтверждения однородности синтезированных триазолов использовались хроматографические пластинки марки «Whatman® UV-254» (Германия), а в качестве элюента – бензол : ацетон в соотношении 10:1.

Данные Rf трудно коррелируются, однако можно наблюдать, что подвижность продуктов реакции понижается в следующем ряду: 4-Cl > 4-Br > 4-I > 4-NO2.

При сравнении выхода монозамещенных производных выявлено, что самый высокий выход наблюдается когда заместители находятся в пара-положении в таком порядке: 4-NO2 > 4-Cl > 4-Br > 4-I.

Таблица 1.

Некоторые константы синтезированных производных триазолов

Структурная формула

Выход,

%

Т.пл.

°С

Rf

(бензол:ацетон 10:1)

1

 

79

 

189–190 °С

 

0,73

2

 

77

 

171–172 °С

 

0,63

3

 

75

 

175–177 °С

0,68

 

4

 

83

 

193–194 °С

 

0,39

 

Строение синтезированных веществ подтверждено ИК-спектроскопией. ИК-спектры 1-(4-нитрофенил)-4-(4-R-феноксиметил)-1H-1,2,3-триазолов, синтезированных нами, сняты в области 4000–600 см–1.

При анализе ИК-спектров реагентов и синтезированных соединений установлено, что в спектре отсутствуют полосы поглощения в области 3300 см–1( º СН), 2200 см–1 (СºС), 2100 см–1 (nasN3), 1300 см–1 (nsN3), характеризующие исходный пропаргиловый эфир и азид, и, наоборот, появляются новые полосы поглощения в интервале 3200–3000 см–1 и усложняется область «отпечатка пальцев».

Таблица 2.

Характерные области поглощения триазолов в ИК-спектре

 

 

 

 

Название вещества

ИК-спектр, n, см–1

Пульсация 1,2,3-триазольного кольца

 

=С- аром.

 

-О-СН2-

 

1

1-(4-нитрофенил)-4-(4-хлор-феноксиметил)-1H-1,2,3-триазол

1007,09

1037,54

 

 

1595,44

 

1272,79

1520,08 ас

1492,85 сим.

2

1-(4-нитрофенил)-4-(4-бромфеноксиметил)-1H-1,2,3-триазол

1018,23

1047,04

1068,58

 

1597,76

 

1255,75

1518,65 ас.

1488,13 сим.

3

1-(4-нитрофенил)-4-(4-иодфеноксиметил)-1H-1,2,3-триазол

1015,98

1040,40

1050,50

 

1596,36

 

1282,66

1523,02 ас.

1483,85 сим.

4

1-(4-нитрофенил)-4-(4-нитрофеноксиметил)-1H-1,2,3-триазол

1023,67

1047,55

 

1590,72

 

1296,78

1521,28 ас.

1492,37 сим.

 

Таким образом, хроматографические исследования показывает, что реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения между пара-замещенными арилпропаргиловым эфиром и п-нитрофенилазидами в присутствии катализатора Cu2I2 протекают селективно с образованием 1,4-изомера с высоким выходом. Структуры продуктов установлены ИК-спектральным анализом.

 

Список литературы:

  1. Абдугафуров И.А. Синтез новых пиридинкарбоновых производных 1,2,3-триазолов // Журн. прикл. химии. – 2000. – Т. 73, № 2. – С. 341–343.
  2. Абдугафуров И.А., Махсумов А.Г., Мадиханов Н. 1,3-диполярное циклопри соединение фенилазида к 3-(2-R-фенокси)-1-пропинам и ИК-, ПМР-спектры изомеров 1,2,3-триазолов // Журн. орг. хим. – 1987. – Т. 23, вып. 9. – С. 1986–1990.
  3. A stepwise huisgen cycloaddition process: copper(I)-catalyzed regioselective ‘‘Ligation” of azides and terminal alkynes / V.V. Rostovtsev, L.G. Green, V.V. Fokin, K.B. Sharpless // Angew. Chem. Int. Ed. – 2002. – V. 41. – P. 2596–2599.
  4. Abdugafurov I.A., Ortikov I.S., Qirg`zov F.B. Synthesis of 1,2,3-triazole derivativies based on propargiyl ester of a saturated single-basic carbonic acid and para-azidobenzoic acid // European Journal of Chemsistry. – 2021. – № 12 (1). – P. 13–17.
  5. Abdugafurоv I.A., Maksumov A.G., Madikhanov N. Syn­thesis of 1,2,3-triazoles from arylpropargyl ethers // VI Int. Conf. of organic syntheais, programme and Abstracts of Papers. – Moscow, 1986. – P. 155.
  6. Appukkuttan P., Mehta V.P., Eycken E.V. Microwave-assisted cycloadditionreactions // Chem. Soc. Rev. – 2010. – V. 39. – P. 1467–1477.
  7. Carboxylic acid-promotedcopper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition / C. Shao, X. Wang, J. Xu, J. Zhao [et al.] // J. Org. Chem. – 2010. – V. 75. – P. 7002–7005.
  8. Control of regioselectivity over goldnanocrystals of different surfaces for the synthesis of 1,4-disubstitutedtriazole through the click reaction / S. Rej, K. Chanda,  C.-Y. Chiu, M.H. Huang // Chem. Eur. J. – 2014. – V. 20. – P. 15991–159.
  9. Cook T.L., Walker J.A., Mack J. Scratching the catalytic surface ofmechanochemistry: a multi-component CuААС reaction using a copperreaction vial // Green Chem. – 2013. – V. 15. – P. 617–619.
  10. Copper(I)-catalyzed synthesis of azoles. DFT study predictsunprecedented reactivity and intermediates / F. Himo, T. Lovell, R. Hilgraf, V.V. Rostovtsev [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2005. – V. 127. – P. 210–216.
  11. Cu2O acting as a robust catalyst in CuААС reactions: water is the required medium / K. Wang, X. Bi, S. Xing, P. Liao [et al.] // Green Chem. – 2011. – V. 13. – P. 562–565.
  12. Cuprous oxide on charcoal-catalyzedligand-free synthesis of 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles via click chemistry / H. Lopez-Ruiz, J.E. Cerda-Pedro, S. Rojas-Lima, I. Pérez-Pérez [et al.] // ARKIVOC iii. – 2013. – P. 139–164.
  13. Henry L. Uber die Propargylverbindugen // Ber. – 1873. – Bd. 6. – S. 729–733.
  14. Hiroki H., Ogata K., Fukuzawa S. 2-Ethynylpyridine-promoted rapid copper(I)chloride catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction in water // Synlett. – 2013. – V. 24. – P. 843–846.
  15. Huisgen, Naturwiss. Rundschau, 14, 43 // Proc. Chem. Soc. – 1961. – Р. 357.
  16. McNulty J., Keskar K. Discovery of a robust and efficient homogeneous silver(I) catalyst for the cycloaddition of azides onto terminal alkynes // Eur. J. Org.Chem. – 2012. – V. 28. – P. 5462–5470.
  17. McNulty J., Keskar K., Vemula R. The first well-defined silver(I)-complex catalyzed cycloaddition of azides onto terminal alkynes at room temperature // Chem. Eur. J. – 2011. – V. 17. – P. 14727–14730.
  18. Mugnaini E., Grunanger P. Sintesi eterocicliche con J'alcool propargilico e il butindiolo // Sc.fis.mat.e nat. – 1953. – V. 14, № 12. – P. 275–280.
  19. Mugnaini E., Grunanger P. Sintesi eterocicliche con J'alcool propargilico e il butindiolo // Atti Accad. naz. Lincei. Rend, Cl. Scifis. mat. e nat. – 1953. – V. 14, № 1. – P. 95–98.
  20. RuH2(CO)(PPh3)3 catalyzedselective formation of 1,4-disubstituted triazoles from cycloaddition ofalkynes and organic azides / P.N. Liu, H.X. Siyang, L. Zhang, S.K.S. Tse [et al.] // J. Org. Chem. – 2012. – V. 77. – P. 5844–5849.
  21. Ruthenium-catalyzed azide–alkyne cycloaddition: scope and mechanism / B.C. Boren, S. Narayan, L.K. Rasmussen, L. Zhang [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2008. – V. 130. – P. 8923–8930.
  22. Ruthenium-catalyzed cycloaddition of alkynes and organic azides / L. Zhang, X. Chen, P. Xue, H.H. Sun [et al.] // J. Am. Chem. Soc. ‒ 2005. ‒ V. 127. ‒ P. 15998–9.
  23. Selective formation of 1,4-disubstituted triazolesfrom ruthenium-catalyzed cycloaddition of terminal alkynes and organicazides: scope and reaction mechanism / P.N. Liu, J. Li, F.H. Su, K.D. Ju [et al.] // Organometallics. – 2012. – V. 31. – P. 4904–4915.
  24. Shin J.A., Lim Y.G., Lee K.H. Copper-catalyzed azide-alkyne cycloadditionreaction in water using cyclodextrin as a phase transfer catalyst // J. Org. Chem. – 2012. – V. 77. – P. 4117–4122.
  25. Tornоe C.W., Christensen C., Meldal M. Peptidotriazoles on solid phase: [1,2,3]-triazoles by regiospecific copper(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloadditions of terminal alkynes to azides // J. Org. Chem. – 2002. – V. 67. – P. 3057–3064.
Информация об авторах

докторант, Национальный университет Узбекистана им. Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент

PhD Student. National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, и.о. профессора, Национальный университет Узбекистана им. Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Chemical Sciences, Acting Professor. National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Republic of Uzbekistan, Tashkent

PhD, cт. преп., Чирчикский государственный педагогический университет, Республика Узбекистан, г. Чирчик

PhD, Senior Lecturer, Chirchik State Pedagogical University, Republic of Uzbekistan, Chirchik

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top