СИНТЕЗ 1,2,3-ТРИАЗОЛОВ ПОСРЕДСТВОМ РЕАКЦИЙ АЗИДА И АЛКИНА

АННОТАЦИЯ

В данной статье изучены синтез, структурные свойства и биологическая активность соединения 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола. Синтез осуществлялся методом Cu(I)-катализируемого азид-алкинового циклоприсоединения. Полученный продукт промыли водой и высушили в вакууме. Полученный продукт очистили методом колоночной хроматографии, и 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазол был синтезирован с выходом 82%. Полученный продукт был подтвержден спектрами ИК, ¹H ЯМР и ¹³C ЯМР. Оценены биологическая безопасность и эффективность полученного продукта.

ABSTRACT

This article studies the synthesis, structural properties, and biological activity of 1-benzyl-4-butyl-1,2,3-triazole. The synthesis was carried out via Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition. The resulting product was washed with water and dried in vacuo. The resulting product was purified by column chromatography, and 1-benzyl-4-butyl-1,2,3-triazole was synthesized in 82% yield. The product was confirmed by IR, ¹H NMR, and ¹³C NMR spectra. The biological safety and efficacy of the resulting product were assessed.

Ключевые слова: триазол, 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазол, реакция алкина с азидом, катализируемая медью реакция азид-алкинового циклоприсоединения (CuAAC биологическая безопасность, Мортен П. Мельдал, Карл Барри Шарплесс, ИК-спектры.

Keywords: triazole, 1-benzyl-4-butyl-1,2,3-triazole, alkyne-azide reaction, copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction (CuAAC), biosafety, Morten P. Meldahl, Karl Barry Sharpless, IR spectra.

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день в органической химии не сообщалось о каких-либо природных соединениях, содержащих триазолы, однако их синтетическое получение широко исследуется.[1] Триазольные соединения имеют широкий спектр применения благодаря своей стабильности, универсальности и простоте получения, что, несомненно, создает основу для исследований и разработки синтетических стратегий их получения.[2]

1,2,3-Триазолы, полученные методом клик-химии, представляют собой интересный класс гетероциклических соединений, поскольку они широко используются во многих биологических приложениях, в медицине и фармакологии, в качестве фунгицидов в сельском хозяйстве, в качестве антикоррозионных агентов в промышленности, а также в лакокрасочной промышленности [3].

ЛИТЕРАТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Химия триазолов начала развиваться только в 2002 году, когда Мортен П. Мельдал (Дания)[4] и Карл Барри Шарплесс (США)[5] независимо друг от друга сообщили о высокоэффективном использовании меди и комплексов меди в качестве катализаторов в 1,3-диполярных циклических реакциях сочетания органических азидов и концевых алкинов.

Ацетилены легко вступают в реакцию [6.], но азиды представляют собой проблему. Это класс соединений, известных своей склонностью к разложению, поэтому их получение и выделение должны проводиться с осторожностью. Устранение необходимости выделения азидов было бы важным преимуществом, и результаты показывают, что алкилированные азиды могут быть получены путем циклоприсоединения, катализируемого медью, в реакционной смеси.

А         

Рисунок 1. Pеакции азидов и алкинов под воздействием катализаторов

Общий синтетический путь 1,2,3-триазолов с использованием клик-химии описан на ( Схеме 1А.) Наиболее популярным путем получения 1,2,3-триазолов является катализируемая Cu(I) 1,3-диполярная циклоприсоединительная реакция Хьюзгена, представляющая собой взаимодействие органических азидов и алкинов, в результате которого образуются только 1,4-региоизомерные 1,2,3-триазолы (Схема 1B).[7] Если вместо Cu(I) для этой реакции использовать рутениевые катализаторы, основными продуктами являются 1,5-региоизомерные 1,2,3-триазолы,[8] и существует известный некаталитический термический путь, который приводит к образованию обоих региоизомерных 1,2,3-триазолов (Схема 1B).

Тахир Фарук изучал синтез триазолов с использованием клик-химии, включая реакции 1,3-биполярного циклоприсоединения, катализируемые медью и рутением, и их использование в качестве регуляторов роста растений [9].

Несколько ученых и исследовательских групп внесли свой вклад в изучение и использование триазольных фунгицидов. Профессор Корнельского университета В. Кёллер, работавший в этой области, тщательно проанализировал эффективность длительного применения триазолов против грибов (резистентность) [10].

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИК-спектры были получены на приборе Spotlight 400 FT-IR с использованием таблеток KBr. Спектры регистрировались в диапазоне 3000–1400 см^–1.Масс-спектры были получены на хромато-масс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra (с капиллярной колонкой Rtx-5MS 30 мкм) с 5% дифенилполисилоксана и 95% диметилполисилоксана.

Спектры ЯМР ¹H и ¹³C были получены на приборе Bruker Avance (600 МГц) в растворе метанола D₄ CD₃OD + CCl₄ с ТМС в качестве внутреннего стандарта.

Чистота полученных соединений и анализ реакционных смесей определялись методом тонкослойной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии. В методе тонкослойной хроматографии использовались силикагели Sorbfil и Silufol. Состав элюента представлял собой систему толуол-этанол 4:1.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Гексен, полученный дегалогенированием пиролизного масла, был бромирован и дегалогенирован для получения гексена. Затем 0,8618 г (0,0095 моль) гексена, полученного с выходом 95%, было добавлено к 1,33 г (0,0091 моль) бензидазида в колбе объемом 25 мл. В качестве растворителя использовали 20 мл смеси трет-бутанола и воды в соотношении 1:2. Затем в качестве катализаторов добавили 1,8 мг CuSO₄*5H₂O и 3,2 мг аскорбата натрия (C₆H₇O₆Na). Реакцию проводили в течение 12 часов при 25 °C с перемешиванием на магнитной мешалке. Образование продукта контролировалось с помощью тонкослойной хроматографии (4:1 толуол-этанол).

Рисунок 2. Реакция синтеза 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола

После завершения реакции продукт растворили в трет-бутаноле и отфильтровали.

Полученный продукт промыли водой и высушили в вакууме. Полученный продукт очистили методом колоночной хроматографии, и 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазол был синтезирован с выходом 1,62 г (82%). Полученный продукт был подтвержден спектрами ИК, ¹H ЯМР и ¹³C ЯМР.

Рисунок 1. ИК-спектр 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола

Данные ИК-спектроскопии подтверждают успешный синтез 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола и его высокую чистоту. Все характерные сигналы находятся в ожидаемых диапазонах, и состав продукта полностью определен.

Сигналы алифатической цепи.Колебания растяжения связей C-H бутильной цепи дают интенсивные сигналы в диапазоне 2850-2960 см⁻¹. Увеличение длины цепи приводит к увеличению интенсивности сигнала.

Свойства триазольного кольца. Характерные сигналы триазольного кольца наблюдаются в диапазоне 1463.87 va 1496.10 sm^-1 . В этом диапазоне четко регистрируются валентные колебания связей C=N.

Ароматические C-H связи бензильной группы наблюдаются в диапазоне 3000-3121,98 см⁻¹. Скелетные колебания ароматического кольца присутствуют в диапазоне 1450-1480 см⁻¹.

Рисунок 2. Спектры ЯМР 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола

В протонном спектре протон H-5 триазольного кольца наблюдается в виде синглета при 7,65 мкм. Бензилметиленовая группа дает четкий сигнал при 5,48 мкм. Протоны бутильной цепи проявляются в виде мультиплетов в диапазоне 0,9–2,7 мкм.

В углеродном спектре сигналы атомов углерода триазольного кольца находятся в диапазоне 120-148 ppm. Ароматические атомы углерода расположены в диапазоне 128-136 ppm. Бутильные группы CH₂ и CH₃ четко наблюдаются в диапазоне 13-31 ppm.

Данные ЯМР-спектроскопии полностью подтверждают структуру 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола. Спектры содержат все ожидаемые сигналы, а их положения и интенсивности полностью соответствуют теоретическим данным. Это свидетельствует о высокой чистоте продукта и успешном процессе синтеза. Для определения полезных свойств недавно синтезированного 1H-1,2,3-триазола и его галогенированных производных было изучено их влияние на грибковое заболевание винограда — мучнистую росу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Производные триазола лежат в основе современных систем защиты растений. Глубокое понимание их действия, правильный выбор вещества и компетентная стратегия применения обеспечивают здоровый урожай, высокое качество и урожайность.

Поэтому был синтезирован 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазол, и исследованы его спектры. Одновременно изучается возможность разработки различных производных, синтезированных из 1-бензил-4-бутил-1,2,3-триазола, в качестве стабильного органического соединения с высокой биологической активностью, представляющего собой экологически безопасный фунгицид против овощей. В будущем целесообразно протестировать его комбинированные формы с другими типами триазолов.

Список литературы:

1. Medal, M.; Tørnoe, C. W. Chem. Rev. 2008, 108, 2952 3015.http://dx.doi.org/10.1021/cr0783479.
2. D. R. Buckle, D. J. Outred, C. J. M. Rockell, H. Smith, B. A. Spicer, J. Med. Chem. 1983, 26, 251;
3. Montes-Ávila, J.Sarmiento-Sánchez, J. I. Delgado-Vargas, F. Rivero, I. A. Díaz-Camacho, S. P. Acta Universitaria 2016, 26, 63-67.
4. Vasu K.K., Ingawale H.D., Sagar S.R., Sharma J.A., Pandya D.H., Agarwal M. 2-((1H-1,2,3-Triazol-1-yl)methyl)-3-phenylquinazolin-4(3H)-ones:design,  synthesis and evaluation as anti-cancer agents. Curr Bioact Compd. 2018;14:254–263.
5. Totobenazara J., Burke A.J., New click-chemistry methods for 1,2,3-triazoles synthesis: recent advances and applications. Tetrahedron Lett. 2015;56:2853–2859.
6. Haldón E.,Nicasio M.P.,Pérez P.J. Coper-catalysed azide–alkyne cycloadditions (CuAAC): an update. Organic & biomolecular chemistry. 2015. Т. 13. №. 37. P. 9528-9550.
7. Kacprzak K., Skiera I., Piasecka M., Paryzek Z. Alkaloids and isoprenoids modiѻcation by copper(I)-catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition (click chemistry): toward new functions and molecular architectures. Chem Rev. 2016;116:5689–5743.
8. Johansson J.R., Beke-Somfai T., Said Stеlsmeden A., Kann N. Ruthenium-catalyzed azide alkyne cycloaddition reaction: scope, mechanism, and applications. Chem Rev.2016;116:14726–14768.
8. 9. Farooq, Tahir (2021). Advances in Triazole Chemistry. Amsterdam: The Devil (Elsevier). pp. 21–27. ISBN 978-0-12-817113-4
9. Klix, M.B.; Verreet, J.-A.; Beyer, M. (2007). "Comparison of the declining triazole sensitivity of Gibberella zeae and increased sensitivity achieved by advances in triazole fungicide development". [J.Crop Prot. 26(4): 683–690. doi:10.1016/j.cropro.2006.06.006