РСА и стабильность 1-замещенных азолов

[Falcon]

С недавнего времени меня стал интересовать вопрос о причинах гидролитической нестабильности 1-ацилазолов (а конкретно 1-ацилбензимидазола). Особенно интересно было бы знать РСА таких производных (величину угла между ацильным фрагментом и гетероциклическим кольцом). Все дело в том, что когда сняли РСА амидразона бензимидазол-1-ил карбоновой к-ты оказалось что амидразонная группа повернута на 45 град. по отношению к плоскости бензимидазольного кольца. Все это должно говорить об отсутствии сопряжения м/у этими фрагментами. Но такие производные гораздо устойчивей 1-ацилпроизводных (при комнатной т-ре такие амидразоны нечуствительны к воде, спиртам, аминам и гидразину). Вот как это объяснить хрен знает, разве что сравнить с данными РСА других производных.

[Polychemist]

А они должны быть устойчивы? Ведь бензимидазол - NH кислота, дает соли, так что имеем просто смешанный ангидрид. А еще есть теория, что имидазол, а особенно триазол - псевдогалогены, по поведению ряда 1-замещенных соединений. Бензимидазол как раз кислее имидазола, т.е. ближе к триазолу. Извиняюсь за неграмотность, амидразон - это что?

[Falcon]

Амидразон - тот же амид, но с =N-NH2 группой вместо кислорода.
То что 1-ацилазолы (как и 1-галогеназолы) подобны псевдогалогенам это вроде понятно (если вообще есть какие нибудь статьи по этой теме), но тем не менее полученные мною производные стабильны (и как это не странно наиболее устойчивы - производные триазола и бензимидазла). Собственно поэтому РСА и делали.

[Polychemist]

Интересно, а аминогруппа за счет этого самого поворота не может как-то сопрягаться напрямую с ароматической системой гетероцикла? В принципе пи-системы азолов, особенно триазолов (и тетразолов, конечно) считаются пи-акцепторными, собственно координацией этих пи-систем с пиридиновыми атомами других циклов объясняют некоторые аномалии, в частности странно плохую растворимость поливинилтри- и тетразолов.

[Falcon]

Ты имеешь в виду какую аминогрупппу - N1 или N3 (учитывая что структра такова Ht-C(NH2)=NNH2). Да, а сам амидразонный фрагмент т.ж. плоский.

[ChemNavigator]

С недавнего времени меня стал интересовать вопрос о причинах гидролитической нестабильности 1-ацилазолов (а конкретно 1-ацилбензимидазола).

Это объясняется тем, что в 1-ацилазолах есть ещё и второй азот (на 3-й позиции), который легко протонируется; образовавшийся катион является сильнейшим ацилирующим агентом - например, легко разлагается водой на имидазол и карбоновую кислоту.
По этой же причине такое соединение, как карбонил-бис-имидазол бурно разлагается водой с выделением CO2.

Подробнее см. "Общая органическая химия", т.8, с. 468.

[Polychemist]

Ты имеешь в виду какую аминогрупппу - N1 или N3 (учитывая что структра такова Ht-C(NH2)=NNH2). Да, а сам амидразонный фрагмент т.ж. плоский.

Да кто его знает, это надо геометрию вертеть. Там же может и какая-нибудь внутримолукулярная Н-связь с N3 заделаться, что перекроет механизм, упомянутый ChemNavigator

[Falcon]

С недавнего времени меня стал интересовать вопрос о причинах гидролитической нестабильности 1-ацилазолов (а конкретно 1-ацилбензимидазола).

Это объясняется тем, что в 1-ацилазолах есть ещё и второй азот (на 3-й позиции), который легко протонируется; образовавшийся катион является сильнейшим ацилирующим агентом - например, легко разлагается водой на имидазол и карбоновую кислоту.
По этой же причине такое соединение, как карбонил-бис-имидазол бурно разлагается водой с выделением CO2.

Подробнее см. "Общая органическая химия", т.8, с. 468.

Хм, ну если говорить о протонировании по N3 кольца, тогда как же все идет в случае ацилирования аминов и тиолов.

[Polychemist]

Хм, ну если говорить о протонировании по N3 кольца, тогда как же все идет в случае ацилирования аминов и тиолов.

А чего с аминами и тиолами? Образуются амиды или тиоэфиры, относительно стабильные к воде.

[Falcon]

Это я к тому, что в таких реакциях протонирование "эндо-азота" не имеет место.

[Polychemist]

На мой взгляд, возможное протонирование N3 просто увеличивает кислотность на другом атоме азота и ацил-производное все ближе подходит к смешанному ангидриду. Пример с карбонил-бис-имидазол кажется не очень удачным - он прекрасно ацилирует в кардинально безводной среде, как мне справедливо указали в теме по кэпированию. Просто нельзя рассматривать азолы как подобие аминов или честной ароматики - тянут они электроны от карбонильной группы и она становится доступной для атаки нуклеофила.

[Falcon]

На мой взгляд, возможное протонирование N3 просто увеличивает кислотность на другом атоме азота и ацил-производное все ближе подходит к смешанному ангидриду. Пример с карбонил-бис-имидазол кажется не очень удачным - он прекрасно ацилирует в кардинально безводной среде, как мне справедливо указали в теме по кэпированию. Просто нельзя рассматривать азолы как подобие аминов или честной ароматики - тянут они электроны от карбонильной группы и она становится доступной для атаки нуклеофила.

Так вот сдесь и собака зарыта - в амидразонах ситуация такая же, но они устойчивы к нуклеофильной атаке в отличие от ацилпроизводных. Короче надо данные РСА на какой нибудь 1-ацилазол, мож тогда что нибудь прояснится.

[Polychemist]

А квантами не пробовали? Хотя бы полуэмпирикой?

[Falcon]

Да надо попробовать. Но опять же не хотелось сравнивать РСА новых вещей с КХ-расчетами старых и давно изученных. Не оч. корректно получается.

[Formalinum]

С недавнего времени меня стал интересовать вопрос о причинах гидролитической нестабильности 1-ацилазолов (а конкретно 1-ацилбензимидазола). Особенно интересно было бы знать РСА таких производных (величину угла между ацильным фрагментом и гетероциклическим кольцом). Все дело в том, что когда сняли РСА амидразона бензимидазол-1-ил карбоновой к-ты оказалось что амидразонная группа повернута на 45 град. по отношению к плоскости бензимидазольного кольца. Все это должно говорить об отсутствии сопряжения м/у этими фрагментами. Но такие производные гораздо устойчивей 1-ацилпроизводных (при комнатной т-ре такие амидразоны нечуствительны к воде, спиртам, аминам и гидразину). Вот как это объяснить хрен знает, разве что сравнить с данными РСА других производных.

Плоская структура привела бы, видимо, к гуанидиновому типу делокализации, что привело бы к потере ароматичности имидазольного кольца:
[img]http://www.__.ru.ru/guan.gif[/img]
Выходит, что две амидиновые системы выгоднее, чем одна гуанидиновая, что достигается выведением групп из плоскостей друг друга.
Стабильность к развалу при протонировании обусловлена, вероятно, следующей цепочкой равновесий, приводящей к наилучшей делокализации протона в образующейся гуанидиновой системе:
[img]http://www.__.ru.ru/amidrazone.gif[/img]
Обращу внимание, что плоскость образующегося триазольного кольца находится под углом к плоскости бензимидазольного остатка.
Вот такая пища для размышлений

[Falcon]

Но тогда теряется ароматичность имидазольного кольца, и если такая трансформация присходит - должен уходить протон у 2-положения бензимидазола (последняя структура), с образованием бензимидазотриазола. Хотя... Надо будет погреть в ПФК, может чего и выйдет (или сделать дигидрохлорид и погреть).
Спасибо за идею.

[Formalinum]

Но тогда теряется ароматичность имидазольного кольца, и если такая трансформация присходит - должен уходить протон у 2-положения бензимидазола (последняя структура), с образованием бензимидазотриазола. Хотя... Надо будет погреть в ПФК, может чего и выйдет (или сделать дигидрохлорид и погреть).
Спасибо за идею.

Ну, мой опыт общения с бензпроизводными азинов и азолов показывает, что они легко разменивают ароматическую стабилизацию на стабилизации иного рода - гуанидиновую, амидиновую, амидную и пр. Например, 3-оксиизохинолин существует наполовину в амидной форме, хотя при этом разрушается ароматичность сразу обоих ароматических ядер!
Что же касается протона при 2-углероде, то он удалится лишь при окислении продукта (иод или хлорное железо прокатит, наверное, если не захелатируется):
[img]http://www.__.ru.ru/benzimidtri.gif[/img]
Образуется ароматическая трициклическая система. Без окисления этот водород никуда не денется (порисуйте на бумажке - увидите).

[Falcon]

Не, окисление железом вообще ведет в другую сторону - к 1,2,4,5-тетразинам. Но опять же если применить большое разбавление...

[Formalinum]

Не, окисление железом вообще ведет в другую сторону - к 1,2,4,5-тетразинам. Но опять же если применить большое разбавление...

Здесь имеет место соучастие соседних групп, поэтому тетразины, видимо, вряд ли получатся - внутримолекулярные процессы происходят предпочтительнее.
Кстати, о гидролитической стойкости. То свойство, которое мы отнесли к ответственному за некомпланарное строение соединения, а именно, гуанидиновая делокализация, может быть ответственным и за гидролитическую стойкость. Ещё раз:
[img]http://www.__.ru.ru/guan.gif[/img]
Обратим внимание, что кратность связи имидазольный азот - гуанидиновый углерод порядка 1.333, в то время как в ацилимидазоле кратность связи имидазольный азот - ацилиевый углерод ~0.5 (первый протонируется по N гуанидиновой структуры, второй - по N имидазола).

[Falcon]

То есть учитывая "близкородственность" связи N(Het)-C(Exo) в ацилпроизводных и моих каракатиц, разница в реакционной способности будет объяснена протонированием N2-атома гуанидиновой группировки.