Пирроазолы
(хим.). — Под этим названием известен большой класс органич. соединений, теоретически легко производящихся от пиррола и его производных заменою в них атомами азота одной или нескольких групп СН ядра:
Пиразол, или Пирро-а-моноазол С3Н4N2. Получен был впервые при действии гидрата гидразина на эпихлоргидрин в присутствии ZnCl2, причем скорее бы нужно было ждать продукта гидрогенизации пиразола:
Благодаря непрочности гидропиразолов сразу получается пиразол С3Н6N2 — H2 = С3H4N2. Легче получается пиразол из своих карбоновых кислот отщеплением от них углекислоты при нагревании. Пиразол тверд, плавится при 70° и кипит без разложения при 178°. Гомологи пиразола получаются: 1) при нагревании фенилгидразина с β-дикетонами или β-кетоальдегидами:
C6Н5—CO—CH2—CO—CH3 + C6Н5NH—NH3 = C6Н5(b)С3Н(СН3)(a')N—NC6H5 + 2Н2O;
2) из гомологических пиразолкарбоновых кислот отщеплением углекислоты; 3) из дигидропиразолов или пиразолинов отнятием водорода, причем последний иногда уже при образовании пиразолина отщепляется сам собой; 4) из кетодигидро- и кетотетрагидропиразолов перегонкою их с цинковой пылью или пятисернистым фосфором аналогично образованию пиррола из сукцинимида:
5) из гидразонов некот. кетонов при нагревании с ангидридами кислот: (СН3)2С=N—NH—C6Н5 + (СН3СО)2О = (СН3)2(aa')—C3HN—NC6H5 + СН3СО2Н + Н2O;
6) обменным разложением пиразолсеребра с йодюрами спиртов. Гомологи пиразола по своим свойствам резко разделяются на три группы: 1) со свободным водородом NH-группы, 2) с водородом NH-группы, замещенным жирным радикалом (п-гомологи), 3) с водородом NH-группы, замещенным фенильным остатком С6Н5 (п-фенилпиразолы). Все приведенные выше синтезы, исключая 6-й, в результате имеют образование п-фенильного производного; такая односторонность подбора реакций получения объясняется тем, что удобнее работать с фенилгидразином вместо трудно получаемого гидразина, и еще тем, что образующиеся соединения весьма прочны, хорошо кристаллизуются, а след., легко могут быть очищены; при действии же окислителей, особенно в случае, когда группа С6Н5 амидирована, эта последняя легко заменяется водородом, т. е. таким образом возможно без труда переходить к другим производным. Из гомологов пиразола b- и а-производные интересны тем, что в них наблюдается полное тождество этих мест и потому, напр., b-метилпиразол тождествен с a'-метилпиразолом. Такое явление можно объяснить только тем, что в указанных соединениях водород NH-группы не постоянно связан с одним и тем же азотом, а в зависимости от положения жирного радикала может перемещаться то к тому, то к другому азотному атому. b (или а')-Метилпиразол С3H3N2—CH3 — масло, кипящее при 204°; b (или а') фенилпиразол С3H3N2—C6Н5 плавится при 78°. Простейший п-гомолог: п-метилпиразол С3H3N2—CH3 кипит при 127° и получается при действии CH3J на пиразолсеребро; п-фенилпиразол С3H3N2—C6Н5 плавится при 11°, кипит при 246°. Для п-фенилпиразола и его гомологов характерно отношение к восстановителям. В то время как производные пиразола с незамещенным водородом NH-группы трудно поддаются их действию, п-производные и в особенности п-фенильные производные в этом случае правильно гидрогенизуются, шаг за шагом переходя все ступени до производных триметилендиамина включительно. Так, напр., п-фенилпиразол п-С3H3N2—C6Н5 при восстановлении переходит в: фенилпиразолин п-С3H3N2—C6Н5, фенилпиразолидин п-C3H7N2 + C6H5 и фенилтриметилендиамин п-С3Н9N2—C6H5 = NH2—CH2—CH2—CH2—NH—C6H5. Обыкновенно при этом второй фазы по причине крайней непрочности пиразолидинов не улавливается и наблюдается как бы непосредственный переход от пиразолинов к фенилтриметилендиаминам. Замещение водородов СН-групп в пиразолах отрицательными радикалами (NO2 и HSO3) или галоидами идет сравнительно спокойно, причем b'-производные наиболее прочны, потому что в этом случае вводимые отрицательные элементы наиболее удалены от атомов азота, что как бы указывает на скорее отрицательный характер группировки —NH—N=. Нитропроизводные имеют кислый характер и дают постоянные соли с основаниями; при восстановлении они переходят в амидопроизводные, весьма похожие на анилины. При нитровании фенилпиразолов нитрогруппа становится в бензольное ядро. Оксипиразолы в свободном состоянии неизвестны, так как по выделении их из их эфиров они тотчас же переходят в изомерные им пиразолины:
Эфиры оксипиразолов получаются или обратно из пиразолонов их алкилированием, или же отнятием воды от гидразонов эфиров β-кетокислот при помощи HCl, CH2COCl и др. Пиразолкетоны получаются подобно пирролкетонам (см. Пиррол) и по своим свойствам аналогичны им. Пиразолкарбоновые кислоты. Все пиразолкарбоновые кислоты легко отщепляют при нагревании углекислоту из своих карбоксилов. Здесь особенно интересна степень легкости отщепления СО2 в зависимости от положения карбоксила по отношению к атомам азота ядра. Легче всего СО2 выделяется из b-положения, затем следует а- и прочнее других карбоксильная группа удерживается в b'-; отсюда можно заключить, что хотя группировка —NH—N= и обладает скорее отрицательным характером, однако часть ее —NH— более положительна. Пиразолкарбоновые кислоты получаются: 1) окислением алкилпиразолов, 2) конденсацией эфиров β-дикетонокислот с гидразином, напр., по уравнению: C6H5COCH2COCO2R + NH2—NH2 = C6H5—C2H2N2—CO2R + 2H2O; 3) присоединением эфиров диазо-жирных кислот к эфирам кислот ацетиленового ряда: R—CO2—CH=N2 + R—CO2C=C—CO2R = С3HN2(СО2R)3. Эта реакция интересна тем, что, собственно, здесь должны были бы получиться кислоты другого строения:
,
которые, вероятно, в силу непрочности образующегося кольца в момент образования переходят в пиразолкарбоновые кисл., переменяя положение двойных связей и перемещая водород метинной группы к одному из атомов азота. Это тем более возможно предположить, что вообще в пиразольных соединениях имидный водород подвижен и, может быть, вышеуказанное кольцо представляет даже таутомерную форму пиразола. В этом отношении интересно было бы исследование кольца с метинной группой в b'-положении. b- (или а')-Пиразолкарбоновая кисл. C3H3N2—COOH получается окислением соответствующего метилпиразола и разложением a'b-дикарбоновой кислоты. Она плавится при 209° с разложением. b'-Пиразолкарбоновая кислота получается из пиразолтрикарбоновой кислоты и плавится при 275° без разложения. Пиразолины, или дигидропиразолы, легко получаются восстановлением пиразолов металлическим натрием. Они представляют слабые основания, растворяются в крепких кислотах и менее прочны, чем пиразолы. Более значения имеют кетодигидропиразолы, или пиразолоны, открытые (1883) и исследованные Кнорром. Теоретически возможны три ряда пиразолонов:
и кроме того, основываясь на свойствах окси-П., для каждого из них должны существовать таутомерные формы. На практике эти ряды далеко не заполнены, и благодаря довольно сложным реакциям получения известных пиразолонов с достоверностью даже еще не определена принадлежность простейших из этих последних к тому или другому типу изомеров. Пиразолоны получаются: 1) отнятием спирта от гидразонов эфиров β-кетокислот: CH3.C(N.HN.C6H5).СО2С2Н5 — С2Н5ОН = CH3.C3H2N2O.C6H5, 2) при действии гидразонов β,β-дикетодикарбоновых кислот и 3) окислением соответствующих пиразолидонов (см. ниже). Простейших пиразолонов получено два, и им соответствуют два п-фенильных производных. Однако формулы строения для этих соединений точно не установлены. Один пиразолон плавится при 156° и получается конденсацией гидразина с эфирами кумалиновой или пропиоловой кислот или же из b-пиразолонкарбоновой кислоты. Соответствующий п-фенилпиразолон плавится при 118°. По-видимому, эти соединения принадлежат к первому типу. Другой пиразолон, изопиразолон, вероятно, второй формулы, плавится при 165° и получается из b'-пиразолонкарбоновой кислоты. Наибольшее значение в практике из этих соединений получил п-фенил-а,b-диметилпиразолон
Интересно, что получающиеся изомерные пиразолидоны обладают различным химическим характером: a'-пиразолидоны суть основания, b'-пиразолидоны имеют и кислые свойства. Впрочем, это явление достаточно хорошо объясняется их строением: а'-соединения суть жирные имины, b' — имиды кислот.
Пирро-b-моноазолы, глиоксалины, имидазолы. История этих соединений начинается с сороковых годов; но вещества, впервые полученные и принадлежавшие к этому ряду, были весьма сложны, и долго химики не могли установить их связь с какими-либо классами органических соединений. Собственно, правильная разработка химии глиоксалинов начинается с 1882 г., когда Радзижевский объяснил реакцию образования простейшего глиоксалина, открытого Дебусом в 1858 г. среди продуктов действия аммиака на глиоксаль. До этого же времени химики в получаемых веществах не подозревали генетической связи с глиоксалином, вот почему этот класс соединений чрезвычайно богат названиями, не имеющими ничего общего с названиями простейших представителей. Глиоксалины являются более сильными основаниями, чем пиразолы, и в отличие от последних п-алкилированные глиоксалины при нагревании переходят в изомерные а-алкилглиоксалины. Кроме того, глиоксалины чрезвычайно постоянны по отношению к восстановителям, и непосредственно из них нельзя получить гидропроизводных: в свою очередь, и эти последние представляют прочные соединения. Кетотетрагидроглиоксалины сравнительно прочны, имеют свойства жирных соединений и обыкновенно рассматриваются как производные мочевины или мочевой кислоты (см. эти сл. и Этиленмочевина, Уреиды, Парабановая кислота и пр.). Получаются глиоксалины след. реакциями:
1) Конденсацией 1,2-дикетонов с аммиаком или аминами строения R—CH2NH2 и альдегидами:
Этою же реакцией был получен впервые и глиоксалин Дебуса, причем нужно принять во внимание, что глиоксаль НСО—СОН от действия аммиака отчасти разлагается с выделением муравьиного альдегида и муравьиной кислоты; таким образом: H—CO—CO—H + 2NH3 + Н—СОН = С3Н4N2 + 3H2О. Получающиеся указанным образом производные глиоксалина часто называются по имени того альдегида, который был взят в реакцию, напр., глиоксалэтилин, глиоксалпропилин и т. д. 2) Ацеталил- и ацетонилтиомочевины конденсируются с выделением спирта и переходят при этом в а-глиоксалинмеркантаны, которые в свою очередь при окислении распадаются на глиоксалины и серную кислоту: HS—C(NH)—NH—CH2—CH(OR)2 = C3H3N2—SH + 2R—OH; C3H3N2—SH + 3O + H2O = C3H4N2 + H2SO4. 3) Гидробензамид и подобные ему ароматические соединения при нагревании или перегонке переходят в дигидроглиоксалины, которые при окислении дают глиоксалины: (R—CH)3N2 = C3H3N3R2; C3H3N3R2 + O = C3HR3N2 + H2O. Реакция эта тем интересна, что при ее помощи был получен Лораном первый представитель глиоксалинов, лофин, или трифенилглиоксалин (C6H5)C3HN2, и, во-вторых, она как бы указывает на подвижность фодородных атомов метинных групп в присутствии третичных азотов в открытых цепях — явление, которое постоянно наблюдается в кольчатых группировках. 4) Бензоглиоксалины при окислении хамелеоном дают дикарбоновые кислоты:
При помощи этой реакции окончательно установлено было строение глиоксалинов и в то же время доказывается, что глиоксалиновое кольцо, подобно пиридиновому (см.), прочнее по отношению к окислителям, чем бензольное. 5) Алкилхлоримиды щавелевой кислоты путем весьма сложной и малопонятной перегруппировки переходят, по Валлаху, в хлороксалины или в а'-хлор-п-алкилглиоксалины
восстановляющиеся при нагревании с HJ и фосфором в п-алкилглиоксалины. Простейший П.-b-моноазол, или глиоксалин, С3Н3N2 кристаллизуется в белых иглах, плавится при 90°, кипит без разложения при 263°, растворим во всех обыкновенных растворителях и, как одноатомное сильное основание, соединяется со всеми кислотами, исключая угольную. При взбалтывании его с крепким спиртовым раствором КНО на воздухе наблюдается слабое свечение жидкости. Это явление несравненно интенсивнее у лофина, или с-трифенилглиоксалина, (C6H5)3HN2, который получается по реакции 1 или 3 в виде перистых кристаллов (λόφος — бородка пера), плавящихся при 275°. Он при взбалтывании с спиртовым раствором КОН ярко светится и распадается при этом на аммиак и бензойную кислоту. Дигидроглиоксалины, или глиоксалидины, обладают еще более основными свойствами, чем глиоксалины, и получаются конденсацией кислотных производных этилендиамина с выделением кислоты:
а-Метилглиоксалидин С3Н5N2—СН3 плавится при 105° и кипит при 195—198°. Он употребляется в медицине под названием лизидина как средство против мочевых камней, образующее легко растворимые соли с мочевой кислотой.
П.-аа'-диазолы, или озотриазолы, в большинства случаев низко плавящиеся твердые тела или жидкости с характерным запахом. Они обладают слабым основным характером, и их имидный водород способен замещаться металлами и кислотными радикалами; п-фенилированные производные по амидировании фенильной группы, подобно пиразолам, при окислении легко отщепляют С6Н5; с-алкил-озотриазолы при окислении переходят в карбоновые кислоты без разрыва кольца. Вообще, кольцо озотриазолов весьма прочно и не поддается разрушению ни от действия окислителей, ни от действия восстановителей; последние совершенно на него не действуют, так что гидроозотриазолов неизвестно. Получаются озотриазолы конденсацией озазонов
или гидразоксимов ортодикетонов в присутствии хлорисгого ацетила или PCl5. Простейший представитель озотриазол C2H3N3 получается из озотриазолкарбоновой кислоты СО2НС2Н2N3, которая, в свою очередь, может быть получена окислением п-амидофенилметилозотриазола CH3—C2HN3—C6H4NH2. Озотриазол плавится при 22°, кипит при 204°.
П.-ab-диазолы, или пирродиазолы, весьма мало разработаны; но, по-видимому, по своим свойствам близки к озотриазолам. Получен только простейший член ряда, именно окислением азимидотолуола
П.-диазол жидок и кипит при 209°.
П.-ab'-диазолы, или триазолы, по своим свойствам весьма напоминают пиразолы, но только в них слабее выражены основные свойства. Получаются они: 1) конденсацией гидразидов с амидами кислот:
2) из своих кетопроизводных перегонкой их с пятисернистым фосфором и 3) действием кислотных ангидридов на дицианфецилгидразин:
Триазол C2H3N3 получается реакциями 1 или 2, плав. при 121°, кип. при 260°. Кетогидротриазолы получены Андреочи при действии фенилгидразина на ацетилуретан и его гомологи. Они известны также, по аналогии с пиразолонами, под назв. триазолонов. Дикетотетрагидротриазолы, или уразолы, получаются нагреванием мочевины и ее производных с солямп гидразина:
П.-aa'b и abb'-триазолы, или тетразолы. Синтезы этих соединений довольно сложны и не позволяют решить с уверенностыо вопрос об их строении, тем более, что здесь, вероятно, нужно принять во внимание и подвижность водородных атомов, стоящих при азоте, наблюдающуюся вообще в П.-азольных кольцах; в таком случае обе формы:
Кроме указанных выше соединений, пиразолы, глиоксалины, озотриазолы и П.-ab-диазолы способны давать бензопроизводные, которые называются индазолами, бензоглиоксалинами, или бензоимидазолами, псевдоазимидами и азимидобензолами. Эти соединения характеризуются тем, что у них два соседних углеродных атома П.-азольного кольца общие с бензольными, т. е. в них П.-кольцо сцеплено с бензольным, подобно тому, как последнее в индоле сцеплено с пиррольным ядром (см. Пиррол). По химическому характеру они весьма близки к соответствующим П., только их кислые свойства выражены сильнее и несколько ослаблена способность давать гидросоединения. Способы получения их все основаны иа легкой конденсации с выдлением воды различных ортозамещенных анилинов, диазосоединений, гидразинов и пр.
Д. А. Хардин. Δ.
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона