Синтез и строение эфиров 4-арилазопиразол-з-карбоновых кислот

37. Синтез поликарбонильных систем как лигандов для моно- и полиядерных металлокомплексов - перспективных полифункциональных наноматериалов / Е.А. Кириллова, П.П. Муковоз, А.В. Голоцван, В.О. Козьминых // Фотоника молекулярных наноструктур:

материалы международной конф. Оренбург, 16—19 сентября 2009 г. Оренбург: Изд-во

Оренбургского гос. ун-та, 2009. С. 70—71.

38. Кириллова Е.А., Козьминых В.О. Синтез и особенности строения арилзамещённых натрий-оксоенолятов и бис-1,3-дикетонатов // Актуальные проблемы химии и методики её преподавания: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. с международным участием.

Нижний Новгород, Нижегородский гос. пед. ун-т, 10—12 декабря 2009 г. Нижний Новгород:

НГПУ, 2009. С. 157—160.

39. Кириллова Е.А., Козьминых В.О. Синтез и изучение строения натриевых производных енолов с активированным моно- и бис-1,3-дикарбонильным звеном // Актуальные проблемы современной науки. Естественные науки. Часть 8. Органическая

химия. Труды 10-й Международной конф. Самара, 16—18 декабря 2009 г. Самара: Изд-во

Самарского гос. областного ун-та, 2009. С. 15—19.

40. Карманова О.Г., Козьминых В.О., Муковоз П.П. Синтез и строение динатрий-бис-диалкил-1,3-дикетонатов. Сообщение 4 [Металлопроизводные ^-л:-электроноизбыточных поликарбонильных систем с сочленёнными а- и Р-диоксофрагментами] // Башкирский

химический журнал. 2012. Т. 19. № 2. С. 82—84.

41. Металлопроизводные ^-ячэлектроноизбыточных поликарбонильных систем с сочленёнными а- и Р-диоксофрагментами. Сообщение 3. Синтез и строение металло(П)хелатов 4-оксозамещённых эфиров 2-гидрокси-2-алкеновых кислот / В.О. Козьминых, Е.А. Кириллова, А.Н. Виноградов, П.П. Муковоз, Ю.В. Щербаков, Е.М. Мозгунова, А.В. Голоцван,

Е.Н. Козьминых // Вестник Оренбургского гос. ун-та. 2009. Вып. 4. С. 135—149.

УДК 547.725

СИНТЕЗ И СТРОЕНИЕ ЭФИРОВ 4-АРИЛАЗОПИРАЗОЛ-3-КАРБОНОВЫХ кислот Т.В. Левенец, В.О. Козьминых

Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет, г. Пермь

SYNTHESIS AND STRUCTURE OF 4-ARYLAZOPYRAZOLE-3-CARBOXYLATES

T.V. Levenetz, V.O. Kozminykh

Perm state humanitarian pedagogical university, Perm

Реакцией эфиров 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалкановых кислот с гидразингидратом в среде уксусной кислоты получены эфиры 4-арилазо-5-алкил(гетарил)пиразол-3-карбоновых кислот. Обсуждаются особенности строения синтезированных соединений на основании данных УФ, ИК, ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии.

Ключевые слова: эфиры 4-арилазо-5-алкил(гетарил)пиразол-3-карбоновых кислот,

эфиры 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалкановых кислот, реакция с гидразингидратом, ЯМР 1Н, ИК, УФ спектроскопия, масс-спектрометрия.

© Левенец Т.В., Козьминых В.О., 2013

4-Arylazo-5-alkyl(hetaryl)pyrazole-3-carboxylates are obtained by the reaction of 3-arylhydrazono-2,4-dioxoalkanoates with hydrazine hydrate in acetic acid. Structure peculiarities of the synthesized compounds are discussed in terms of UV, IR, NMR spectroscopy and mass-spectrometry.

Key words: esters of 4-arylazo-5-alkyl (hetaryl) pyrazole-3-carboxylic acids, esters of 3 - aryl hydrazone -2,4 - dioxoalkan acid, the reaction with hydrazine hydrate 1H NMR, IR, UV spectroscopy, mass spectrometry.

Актуальность исследования химии производных пиразола обусловлена их синтетической значимостью. Пиразолкарбоновые кислоты и их производные находят широкое применение в качестве базовых объектов для получения ряда фармакологически важных пиразолсодержащих систем [1, 2].

Учитывая прикладное значение производных пиразола, нами при взаимодействии эфиров 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалкановых кислот (1) [3] с гидразингидратом в концентрированной уксусной кислоте с хорошими выходами получены эфиры 4-арилдиазо-5-алкил(гетарил)пиразол-3-карбоновых кислот (2) (рис. 1).

Синтезированные соединения (2) представляют собой мелкокристаллические вещества жёлтого или оранжевого цвета, растворимые в этаноле, уксусной кислоте, этилацетате, бензоле, толуоле, ацетоне, хлороформе, не растворимые в воде. Физико-химические константы выделенных веществ представлены в таблице. Строение полученных соединений установлено на основании данных спектрального анализа (ЯМР 1Н-, ИК-, УФ-спектроскопии и масс-спектрометрии).

R = CH3 (la-в), C2H5 (2г-е), С4Н3О (2-фурил) (2ж);

Alk = CH3 (2г-е), C2H5 (la-в, 2ж);

Ar = СбНз

Рис. 1. Синтез эфиров 4-арилдиазо-5-алкил

Констaнты и физико-химические хaрaктеристики эфиров 4-aрилдиaзо-5-aлкил

Соеди- Зaместители Выход, % Т. пл., °С

нение R Ar Alk

Ar і

^N N COOAlk /

A ^ H \ N

2а СНэ С6Н5 С2Н5 70 130-132

2б СНэ 4-СН3С6Н4 С2Н5 82 156-158

2в СНэ 4-Ш2С6Н4 С2Н5 61 228-230

2г С2Н5 С6Н5 СН3 96 108-110

2д С2Н5 4-СН3С6Н4 СН3 83 118-120

2е С2Н5 4-NO2C6H4 СН3 59 180-182

2ж С4Н30

В спектрах ЯМР 1Н соединений 2а, 2б, записанных в растворе дейтерохлороформа, наблюдается удвоение сигналов всех протоносодержащих групп. Так, в спектрах отмечены триплетные сигналы СН3-группы в области 1,32 - 1,42 м.д., квадруплетные сигналы группы СН2 этокси-фрагмента - в области 4,31 - 4,46 м.д. Синглет группы СН3 в положении 5 пиразольного кольца формы 2А отмечен при 2,58 м.д. и 2,56 м.д., формы 2Б - при 1,84 м.д. и

2,11 м.д. для соединений 2а и 2б соответственно. Сигналы протонов ароматического кольца обнаружены в области 6,89 - 7,87 м.д. В спектрах ЯМР 1Н соединений 2а и 2б отсутствуют сигналы ##-протонов, что, вероятно, обусловлено наличием прототропного равновесия в растворе хлороформа (рис. 2). Однако в ИК-спектрах соединений 2а и 2б, записанных в пасте твердого вещества в вазелиновом масле, имеются отчетливые полосы поглощения группы NН при 3175 см-1 и 3198 см-1 соответственно, что свидетельствует о фиксированном положении N#-протона.

В спектрах ЯМР 1Н пиразолов 2в-ж отмечены сигналы протонов сложноэфирного фрагмента, бензольного кольца и связанных с ним заместителей, а также сигналы заместителей в положении 5 пиразольного кольца. В ИК-спектрах соединений 2в-е наблюдаются полосы поглощения N#-группы в области 3176 - 3222 см-1, карбонильной группы в области 1694 - 1729 см-1.

Аг Аг

I I

^ СООА1к ^ СООА1к

Рис. 2. Прототропное равновесие в растворе хлороформа соединений 2а и 2б

В УФ-спектре соединения 2ж имеется три максимума поглощения при 270 нм (^ 8 = 4,71), 322 нм (^ 8 = 4,56) и 393 нм (^ 8 = 4,57). Пятичленые ненасыщенные гетероциклические соединения имеют две полосы поглощения в области 200 - 250 нм. Введение заместителей в кольцо приводит к батохромному смещению полос поглощения и их перекрыванию. Полосы поглощения с максимумами при 270 и 322 нм свидетельствуют о поглощении пиразольного и фурильного колец, соответственно. Полоса поглощения при 393 нм обусловлена поглощением азогруппы. Известно, что метиловый эфир 5-фенил-4-

фенилдиазо-1Н-пиразол-3-карбоновой кислоты поглощает при 340 нм [2]. Батохромное смещение всех полос поголощения соединения 2ж и возрастание их интенсивности обусловлено сопряжением хромофорной Л^-группы с кратными связями.

Масс-спектр соединения 2ж содержит пик молекулярного иона с m/z = 355 и относительной интенсивностью 12 %, а также ионные фрагменты с m/z (1ош): 309 (2), 233 (39), 122 (24), 94 (40), 93 (16), 92 (10), 66 (10), 64 (32), 51 (51), 46 (7), 45 (12), 39 (100). Характер фрагментации соединения 2ж согласуется с предложенной структурой. Образование пика иона с m/z = 94 и интенсивностью 40 % свидетельствует о существовании синтезированного соединения 2ж преимущественно в азоформе наряду с возможной таутомерной гидразонной формой. Наличие в масс-спектре интенсивного пика фрагментного иона с m/z 64 подтверждает наличие пиразольного кольца. Значимым направлением фрагментации для соединений, содержащих пятичленные гетероароматические звенья, является разрыв связи углерод -гетероатом [4]. Образование при масс-распаде соединения 2ж максимального по интенсивности пика ионного фрагмента С3Н3+ с m/z 39 и пика С4Н3+ с m/z 51 свидетельствует о присутствии в молекуле пиразольного и фурильного колец, соответственно.

Таким образом, эфиры 4-арилдиазо-5-алкил(гетарил)пиразол-3-карбоновых кислот (2) легко образуются при взаимодействии эфиров 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалкановых кислот (1) с гидразингидратом. Строение синтезированных соединений (2) установлено на основании данных спектрального анализа.

Экспериментальная химическая часть

ИК-спектры полученных соединений записаны на спектрофотометре «Инфралюм ФТ-02», ИК-Фурье спектрометре «Spectrum Two» в пасте твёрдого вещества в вазелиновом масле (2а-е) и в растворе хлороформа (2ж). Спектры ЯМР 1Н соединений получены на приборе «MERCURYplus-300» (300,05 МГц) в растворах дейтерохлороформа и ДМСО-^6,

внутренний стандарт - ТМС. УФ-спектр полученного соединения 2ж записан на спектрофлуориметре СМ 2203 в растворе м-пропанола с 10-5 моль/дм3. Хромато-масс-спектры записаны на приборе Agilent Technologies 6890 N / 5975 В, колонка HP-5ms, 30 м X 0,25 мкм, газ-носитель - гелий (1 мл/мин), ионизация электронным ударом (70 эВ), приведены значения m/z (I, % по отношению к максимальному пику).

Синтез эфиров 4-арилдиазо-5-алкил(гетарил)пиразол-3-карбоновых кислот (2а-ж). К раствору 3 ммоль эфиров 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалкановых кислот (1) [3] в 30 мл концентрированной уксусной кислоты добавляют 3 ммоль (0,19 мл) гидразингидрата. Выпавший осадок отфильтровывают, перекристаллизовывают из уксусной кислоты.

Этиловый эфир 4-фенилдиазо-5-метилпиразол-3-карбоновой кислоты (2а). Выход:

0,54 г (70 %), т. пл. 130-132°C. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3), 5, м.д., (J, Гц): 1,32 т (3Н, СН3СН2О, форма 2Б, J 7,2), 1,42 т (3Н, СН3СН7О, форма 2А, J 7,2), 1,84 с (3Н, СН3 форма 2Б, 9%), 2,58 с (3Н, СН3 форма 2А, 91%), 4,32 кв (2Н, СН3СН2О, форма 2Б, J 7,2), 4,46 кв (2Н, СН3СН2О, форма 2А, J 7,2), 6,96-6,98 + 7,18-7,23 м (5Н, С6Н5, форма 2Б), 7,42-7,51 + 7,84-7,87 м (5Н, С6Н5, форма 2А). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3175 vnh, 3073, 3035 Vch, 1720 vC=O, 1582, 1524 vcc + vn=n, 1287, 1210 5пл сн, 1048.

Этиловый эфир 4-(4-метилфенил)диазо-5-метилпиразол-3-карбоновой кислоты (2б).

Выход: 0,67 г (82 %), т. пл. 156-158°C. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3), 5, м.д., (J, Гц): 1,32 т (3Н, СН3СН2О, форма 2Б, J 7,2), 1,42 т (3Н, СН3СН2О, форма 10А, J 7,2), 1,82 с (3Н, СН3 форма 2Б,),

2,11 с (3Н, СН3 форма 2Б, 12%), 2,41 с (3Н, СН3 форма 2А), 2,56 с (3Н, СН3 форма 2А, 88 %), 4,31 кв (2Н, СН3СН2О, форма 2Б, J 7,2), 4,46 кв (2Н, СН3СН2О, форма 2А, J 7,2), 6,89 д (2Н, С6Н4, форма 2Б, J 8,1), 7,07 д (2Н, С6Н4, форма 2Б, J 8,1), 7,27 д (2Н, С6Н4, форма 2А, J 8,1), 7,76 д (2Н, С6Н4, форма 2А, J 8,1). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3198 vnh, 3103, 3032 vch, 1703 vC=O, 1577, 1557, 1541 Vcc + Vn=n, 1284, 1214 5™ сн, 1113, 1035.

Этиловый эфир 4-(4-нитрофенил)диазо-5-метилпиразол-3-карбоновой кислоты

(2в). Выход: 0,55 г (61 %), т. пл. 228-230°С. Спектр ЯМР !Н (ДМСО-^), 5, м.д., (У, Гц): 1,34 т (3Н, СН3СН2О, У 6,9), 2,55 с (3Н, СН3), 4,37 кв (2Н, СН3СН2О, У 6,9), 7,96 д (2Н, СбН4, У 8,7), 8,43 д (2Н, С6Н4, У 8,7), 13,87 уш.с. (1Н, ^н). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3221 ^н, 3081, 3024 Усн, 1694 Ус=о, 1607, 1585, 1561, 1514 Усе + Ум=м, 1346 у^02, 1285, 1215 5пл сн, 1129, 1099, 1033, 1013.

Метиловый эфир 4-фенилдиазо-5-этилпиразол-3-карбоновой кислоты (2г). Выход:

0,74 г (96 %), т. пл. 108-110°С. Спектр ЯМР 1Н (CDaз), 5, м.д., (У, Гц): 1,30 т (3Н, СН3СН2, У 7,5), 3,00 кв (2Н, СН3СН2, У 7,5), 4,00 с (3Н, ОСН3) 7,41-7,51 + 7,83-7,87 м (5Н, С6Н5). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3176 Увд 1729 ус=0, 1571 УСС + 1284, 1248, 1210, 1198 5пл СН, 1060, 1040.

Метиловый эфир 4-(4-метилфенил)диазо-5-этилпиразол-3-карбоновой кислоты (2д).

Выход: 0,68 г (83 %), т. пл. 118-120°С. Спектр ЯМР 1Н (CDaз), 5, м.д., (У, Гц): 1,29 т (3Н, СН3СН2, У 7,5), 2,41 с (3Н, СН3), 2,99 кв (2Н, СН3СН2, У 7,5), 3,99 с (3Н, ОСН3), 7,27 д (2Н, С6Н4, У 8,1), 7,76 д (2Н, С6Н4, У 8,1). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3202 Увд 3088 УСН, 1718 ус=0, 1598 Усе + Ум=м, 1280, 1237, 1210, 1145 5™ сн, 1028, 950.

Метиловый эфир 4-(4-нитрофенил)диазо-5-этилпиразол-3-карбоновой кислоты (2е).

Выход: 0,54 г (59 %), т. пл. 180-182°с. Спектр ЯМР 1Н (CDaз), 5, м.д., (У, Гц): 1,34 т (3Н, СН3СН2, У 7,5), 3,00 кв (2Н, СН3СН2, У 7,5), 3,91 с (3Н, ОСН3), 7,97 д (2Н, С6Н4, У 9,0), 8,44 д (2Н, С6Н4, У 9,0). ИК-спектр (ваз. масло), V, см-1: 3222 Увд 3106 УСН, 1703 ус=0, 1607, 1589, 1562, 1508 Усе + 1347 vSNO2, 1317, 1290, 1246, 1218 5™ сн, 1129, 1106, 1095, 1035, 959.

Этиловый эфир 4-(4-нитрофенил)диазо-5-фурилпиразол-3-карбоновой кислоты

(2ж). Выход: 0,60 г (56 %), т. пл. 120-122°с. Спектр ЯМР 1Н (ДМСО-^), 5, м.д., (У, Гц): 1,31 т (3Н, СН3СН2О, У 7,2), 4,35 кв (2Н, СН3СН2О, У 7,2), 6,75-6,76 м (1Н, С4Н3О), 7,33-7,34 м (1Н, С4Н3О), 7,99-8,07 м (2Н, С6Н4 + 1Н, С4Н3О), 8,42-8,48 м (2Н, С6Н4), 10,37 уш.с. (1Н, ^н). ИК спектр (снсь), V, см'1: 1728 Ус=о, 1677, 1668, 1608 Усе + Ум=м, 1528, 1464, 1401, 1345 у^02,

1107, 860. УФ-спектр (изо-пропанол), нм: 270 (lg є = 4,71), 322 (^ є = 4,56), 393 (^ є = 4,57). Масс-спектр, т/і (1отн, %), приведены ионы с 1отн > 5%: 355 [М]+ (12), 280 (7), 233 [М -с6нМ02]+ (39), 161 (39), 133 (15), 131 (7), 122 ^^N02]+ (24), 119 (7), 106 (30), 105 (23), 104

(7), 103 (12), 94 [С4Н3ОС = N4+ (40), 93 (16), 92 [М - С4Н3О - с6н^2 - ТО2с2Щ+ (10), 90

(8), 79 (6), 78 (19), 77 (56), 76 (94), 75 (78), 74 (20), 68 (7), 66 (10), 65 [С3^н]+ (21), 64 ^N2]+ (32), 63 (35), 62 (11), 55 (9), 54 (8), 53 (24), 52 (21), 51 [С4Н3Ґ (51), 50 (71), 46 [N02]+ (7), 45 [ОС2Щ+ (12), 44 [СОО]+ (7), 43 (33), 42 (20), 41 (18), 40 (15), 39 [С3Н3Ґ (100), 38 (28).

Список ссылок

1. Иванский В.И. Химия гетероциклических соединений. М.: Высшая школа, 1978. 559 с.

2. Пименова Е.В., Воронина Е.В. Антимикробная активность пиразолов и пиридазинов, полученных взаимодействием 4-арил-3-арилгидразоно-2,4-диоксобутановых кислот и их эфиров с гидразинами // Химико-фармацевтический журнал. 2001. Т. 35. № 11. С. 18-20.

3. Левенец Т.В., Козьминых В.О., Козьминых Е.Н. Синтез и структура 3-арилгидразоно-2,4-диоксоалканоатов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология.

Иваново: ИГХТУ, 2013. Т. 56. № 2. С. 22-25.

4. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений: пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 557 с.