Синтез і перетворення піразол-4-карбонових кислот та їх аналогів

Розділ 2. Синтез і реакції 3-арил(гетерил)-1-фенілпіразол-4-карбонових кислот
та їх похідних
Як видно з літературного огляду, найбільш вивченими в ряду піразол-4-карбонових
кислот і їх похідних як в плані синтезу, так і дослідження хімічних
властивостей є, власне, не самі кислоти а їх естери. Описані хімічні
властивості піразол-4-карбонових кислот обмежені прикладами найпрості­ших
перетворень за схемою: кислота – хлорангідрид – ефір (амід). Не вивчалася
можливість використання такого типу сполук для одержання нових похідних
піразолу, в тому числі і з високо­електрофільними функціональними групами. В
значній мірі це пов’язано з відсутністю препаративно доступних методів синтезу
цього класу піразолів.
Тому об’єктами нашого систематичного вивчення стали піразол-4-карбонові кислоти
з широким набором арильних та гетерильних замісників в положенні 3 піразольного
ядра.
2.1. Синтез 3-арил(гетерил)-1-фенілпіразол-4-карбонових кислот
Серед методів отримання піразол-4-карбонових кислот найбільш поширеним є лужний
гідроліз їх естерів або кислотний гідроліз амідів [[xc]], які, в свою чергу,
отримані конденсацією гідразину та його похідних з в-дикарбонільними сполуками,
що вже містять карбоксильну функцію.
Авторами праць [43-46] вивчалась можливість одержання піразол-4-карбонових
кислот окисненням піразол-4-карбальдегідів, що містять у положеннях 1 та 3
аліфатичні замісники. Основною перешкодою викорис­тання цієї реакції для
отримання 1,3-діарилзаміщених піразол-4-карбонових кислот була низька
розчинність вихідних піразол-4-карбальдегідів у запропонованих дослідниками
реакційних середовищах, що приводила до гетерофазного перебігу реакції і, як
наслідок, до низьких виходів декількох описаних цільових продуктів [45]. До
наших досліджень практично був відсутній препаративний метод окиснення
1-феніл-3-арил(гетерил)піразол-4-карбальдегідів. Але саме з врахуванням їх
доступності [[xci], [xcii]], метод окиснення видається найпродук­тивнішим
підходом для отримання відповідних піразол-4-карбонових кислот.
Серед окисників, які в лабораторній практиці використовуються для окиснення
ароматичних і гетероароматичних альдегідів зручним є перманганат калію в
нейтральному середовищі. Порівняно низький потенціал цієї окисно-відновної
системи (+0,59В) дозволяє селективно окиснити альдегідну групу до карбоксильної
не зачіпаючи інших замісників. У результаті реакції утворюється нерозчинний
оксид мангану (ІV), а цільові кислоти отримують у вигляді водорозчинних
калієвих солей які легко відділяють від осаду фільтруванням.
Синтез 3-арил(гетерил)-1фенілпіразол-4-карбальдегідів 1 а-н, використаних нами
для отримання піразол-4-карбонових кислот 2 а-н, здійснено реакцією подвійної
кількості реагента Вільсмейера-Хаака з фенілгідразонами
арил(гетерил)метилкетонів за відомою методикою [[xciii]].
Враховуючи низьку розчинність перманганату калію в органічних розчинниках, а
піразол-4-карбальдегідів 1 а-н у воді було здійснено пошук систем розчинників,
в якій би розчинялись обидва реагенти. Була вивчена можливість перебігу реакції
в системах ацетон-вода, діоксан-вода, піридин-вода. Встановлено, що найкращим
середовищем для проведення цієї реакції є суміш піридин-вода у співвідношенні
1:1 в якій взаємодія реагентів здійснюється при кімнатній температурі протягом
1 год. Виходи цільових кислот 2 а-н при цьому складали 71-94%, тоді як в інших
випадках вони не перевищували 60%.
1, 2, R1=Ph (а), 4–FС6Н4 (б), 4–ClC6H4 (в), 4–BrС6Н4 (г), 4–EtС6Н4(д), 4–PhС6Н4
(е), 3–піридил (є), 2–тієніл (ж), 4-МеОС6Н4 (з), 1-нафтил (и), 3-ВrС6Н4 (і),
4-МеС6Н4 (ї), 3,4-(МеО)2С6Н3 (й), 2-нафтил (к), 3-МеОС6Н4 (л), 3-NO2С6Н4 (м),
3-NO2-4-МеОС6Н3 (н).
Кислоти 2о та 2п, які містять 3-амінофенільні замісники, були одержані з
виходом 70-80% відновленням відповідних 3-(3-нітрофеніл)піразол-4-карбонових
кислот 2м і 2н гідразин-гідратом в присутності нікелю Ренея [[xciv]].
2, R = Н (о), МеО(п)
Кислоти 2 а-п (табл. 2.1) є високоплавкими безбарвними або світло–жовтими
речовинами, будова яких підтверджується даними ЯМР1Н і ІЧ спектрів (табл.2.2.).
Зокрема, наявність в ІЧ спектрах твердих зразків в області 2500-3100 см–1
характеристичних широких смуг поглинання груп -ОН, зв'язаних водневим зв'язком,
а в області 1700-1710 см–1 смуг валентних коливань груп С=О свідчить про
димерну природу синтезованих кислот [[xcv]]. У спектрах ЯМР1Н протони
ароматичних і гетероароматичних замісників у положеннях 1 і 3 піразольного
кільця чітко проявляються у вигляді наборів мульти­плетних сигналів в області
7.17-8.35 м.д., а синглет протона в положенні 5 (8.85-9.08 м.д.) зміщений
приблизно на 0.5 м.д. у слабке поле порівняно з синглетом відповідного протона
4-формілпіразолів [93].
Рис. 2.1. Спектр ЯМР1Н [(CD3)2SO], д, м.д.
3-(3-нітрофеніл)-1-фенілпіразол-4-карбонової кислоти 2 м
Таблиця 2.1
Виходи, температури топлення, результати елементного аналізу
піразол–4–карбонових кислот 2а–п
Сполука
Вихід%
Ттопл.
0С
Знайдено, %
Формула
Вирахувано, %
N
2 а
94
204–205а
73.09
4.80
10.50
C16H12N2O2
72.71
4.55
10.61
2 б
89
229–230
67.65
4.07
9.30
C16H11FN2O2
68.69
3.90
9.43
2 в
86
240–242
64.61
3.89
9.63
C16H11ClN2O2
64.32
3.69
9.40
2 г
90
249–250
56.33
3.03
8.42
C16H11BrN2O2
55.98
3.21
8.16
2 д
82
200–202
73.54
5.67
10.00
C18H16N2O2
73.95
5.51
9.58
2 е
74
198–199
77.42
4.97
8.07
C22H16N2O2
77.63
4.74
8.23
2 є
84
236–238
67.66
4.49
15.67
C15H11N3O2
67.93
4.18
15.84
2 ж
71
180–181
62.52
3.99
10.19
C14H10N2O2S
62.21
3.73
10.36
2 з
78
239-241
69.81
4.70
10.11