Гидразон

Органические соединения - Гидразоны

Гидразоны — класс органических соединений со структурой R ¹ R ² C=N−NH ₂ . ^[1] Они связаны с кетонами и альдегидами заменой кислорода =O на функциональную группу = N−NH ₂ . Они образуются обычно при действии гидразина на кетоны или альдегиды. ^[2]^[3]

Синтез

Гидразин, органогидразины и 1,1-диорганогидразины реагируют с альдегидами и кетонами, образуя гидразоны.

Фенилгидразин реагирует с восстанавливающими сахарами , образуя гидразоны, известные как озазоны , которые были разработаны немецким химиком Эмилем Фишером в качестве теста для дифференциации моносахаридов . ^[4]^[5]

Использует

Гидразоны являются основой для различных анализов кетонов и альдегидов. Например, динитрофенилгидразин, нанесенный на кремниевый сорбент , является основой адсорбционного картриджа. Затем гидразоны элюируются и анализируются методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием УФ- детектора.

Соединение карбонилцианид - п- трифторметоксифенилгидразон (сокращенно FCCP) используется для разъединения синтеза АТФ и восстановления кислорода при окислительном фосфорилировании в молекулярной биологии .

Гидразоны являются основой стратегий биоконъюгации . ^[7]^[8] Методы связывания на основе гидразона используются в медицинской биотехнологии для связывания лекарств с целевыми антителами (см. ADC ), например, антителами против определенного типа раковых клеток. Связь на основе гидразона стабильна при нейтральном pH (в крови), но быстро разрушается в кислой среде лизосом клетки. Таким образом, лекарство высвобождается в клетке, где оно выполняет свою функцию. ^[9]

Реакции

Гидразоны подвержены гидролизу:

R2C =N−NR'2 ₊_H2O → _R2C = _O + _H2N − _NR'2

Алкилгидразоны в 10 ² -10 ³ раз более чувствительны к гидролизу, чем аналогичные оксимы . ^[10]

При получении из самого гидразина гидразоны конденсируются со вторым эквивалентом карбонила , давая азины : ^[11]

R2C =N−NH2 ₊ R2C ₌ O → _{R2C =N}₋ N = _CR2 + _H2O

Гидразоны являются промежуточными продуктами в восстановлении Вольфа-Кишнера .

Гидразоны являются реагентами в иодировании гидразона , реакции Шапиро и реакции Бэмфорда-Стивенса для виниловых соединений. Гидразоны также могут быть синтезированы реакцией Джаппа-Клингемана через β-кетокислоты или β-кетоэфиры и соли арилдиазония. Гидразоны преобразуются в азины при использовании в получении 3,5-дизамещенных 1 H - пиразолов , ^[12] реакция также хорошо известна с использованием гидразингидрата . ^[13]^[14] С катализатором на основе переходного металла гидразоны могут служить в качестве суррогатов металлоорганических реагентов для реакции с различными электрофилами. ^[15]

Н,Н-диалкилгидразоны

В N , N -диалкилгидразонах ^[16] связь C=N может быть гидролизована, окислена и восстановлена, связь N–N может быть восстановлена до свободного амина. Атом углерода связи C=N может реагировать с металлоорганическими нуклеофилами. Альфа-атом водорода на 10 порядков более кислый по сравнению с кетоном и, следовательно, более нуклеофильный. Депротонирование, например, с помощью диизопропиламида лития (LDA) дает азаенолят , который может быть алкилирован алкилгалогенидами. ^[17] Гидразины SAMP и RAMP действуют как хиральные вспомогательные вещества . ^[18]^[19]

Восстановление карбонильных соединений из N,N-диалкилгидразонов

Известно несколько методов восстановления карбонильных соединений из N,N-диалкилгидразонов. ^[20] Процедуры включают условия окислительного, гидролитического или восстановительного расщепления и могут быть совместимы с широким спектром функциональных групп.

Галерея

Гидразоны
Бензофенонгидразон, иллюстративный гидразон
Карбонилцианид м -хлорфенилгидразон
Гиромитрин (ацетальдегидметилформилгидразон), токсин
Дигидралазин , антигипертензивный препарат
Рентгеновская структура гидразона бензофенона , полученного из DNP . Выбранные параметры: C=N, 128 пм; NN, 138 пм, NNC(Ar), 119 пм ^[21]

Смотрите также

Ссылки

^ Марч, Джерри (1985). Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. ISBN 9780471854722. OCLC 642506595.
^ Сторк, Г.; Бенаим, Дж. (1977). "Моноалкилирование α,β-ненасыщенных кетонов через металлоенамины: 1-бутил-10-метил-Δ1(9)-2-окталон". Органические синтезы . 57 : 69; Собрание томов , т. 6, стр. 242.
^ Day, AC; Whiting, MC (1970). "Ацетонгидразон". Органические синтезы . 50 :3; Собрание томов , т. 6, стр. 10.
^ Фишер, Эмиль (1908). «Шмельцпункт фенилгидразинов и озазон». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 41 : 73–77 . doi : 10.1002/cber.19080410120.
^ Фишер, Эмиль (1894). «Ueber einige Osazone und Hydrazone der Zuckergruppe». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 27 (2): 2486–2492 . doi :10.1002/cber.189402702249.
^ Кристи, Р.; Хилл, Дж.; Розаир, Г. (2006). «Кристаллическая структура CI Pigment Yellow 97, превосходного желтого пигмента Hansa». Красители и пигменты . 71 (3): 194– 198. doi :10.1016/j.dyepig.2005.07.001.
^ Kölmel, Dominik K.; Kool, Eric T. (2017). «Оксимы и гидразоны в биоконъюгации: механизм и катализ». Chemical Reviews . 117 (15): 10358– 10376. doi :10.1021/acs.chemrev.7b00090. PMC 5580355 . PMID 28640998.
^ Algar, W. Russ; Prasuhn, Duane E.; Stewart, Michael H.; Jennings, Travis L.; Blanco-Canosa, Juan B.; Dawson, Philip E.; Medintz, Igor L. (2011). «Управляемое отображение биомолекул на наночастицах: задача, подходящая для биоортогональной химии». Bioconjugate Chemistry . 22 (5): 825– 858. doi :10.1021/bc200065z. PMID 21585205.
^ Wu, Anna M.; Senter, Peter D. (7 сентября 2005 г.). «Вооружение антител: перспективы и проблемы иммуноконъюгатов». Nature Biotechnology . 23 (9): 1137– 46. doi :10.1038/nbt1141. PMID 16151407. S2CID 27226728.
^ Калия, Дж.; Рейнс, РТ (2008). «Гидролитическая стабильность гидразонов и оксимов». Angew. Chem. Int. Ed . 47 (39): 7523– 6. doi :10.1002/anie.200802651. PMC 2743602 . PMID 18712739.
^ Day, AC; Whiting, MC (1970). "Ацетонгидразон". Органические синтезы . 50 : 3. doi :10.15227/orgsyn.050.0003.
^ Ласри, Джамал; Исмаил, Али И. (2018). «Безметалльный и катализируемый FeCl3 синтез азинов и 3,5-дифенил-1H-пиразола из гидразонов и/или кетонов, контролируемый с помощью ESI+-MS высокого разрешения». Индийский журнал химии, раздел B. 57B ( 3): 362–373 .
^ Outirite, Moha; Lebrini, Mounim; Lagrenée, Michel; Bentiss, Fouad (2008). «Новый одношаговый синтез 3,5-дизамещенных пиразолов при микроволновом облучении и классическом нагревании». Журнал гетероциклической химии . 45 (2): 503– 505. doi :10.1002/jhet.5570450231.
^ Чжан, Цзэ; Тан, Я-Джун; Ван, Чун-Шань; У, Хао-Хао (2014). «Одностадийный синтез 3,5-дифенил-1H-пиразолов из халконов и гидразина в условиях механохимического шарового измельчения». Гетероциклы . 89 (1): 103– 112. doi : 10.3987/COM-13-12867 .
^ Ван, Х.; Дай, X.-J.; Ли, C.-J. (2017). «Альдегиды как эквиваленты алкилкарбанионов для присоединения к карбонильным соединениям». Nature Chemistry . 9 (4): 374– 378. doi :10.1038/nchem.2677. PMID 28338683. S2CID 11653420.
^ Lazny, R.; Nodzewska, A. (2010). "N,N-диалкилгидразоны в органическом синтезе. От простых N,N-диметилгидразонов до поддерживаемых хиральных вспомогательных веществ". Chemical Reviews . 110 (3): 1386– 1434. doi :10.1021/cr900067y. PMID 20000672.
^ Эндерс, Дитер; Рейнхольд, Ульрих (1997). «Асимметричный синтез аминов нуклеофильным 1,2-присоединением металлоорганических реагентов к двойной связи CN». Тетраэдр: Асимметрия . 8 (12): 1895– 1946. doi :10.1016/S0957-4166(97)00208-5.
^ Эндерс, Дитер; Фей, Питер; Киппхардт, Хельмут (1987). "( S )-(−)-1-амино-2-метоксиметилпирролидин (SAMP) и ( R )-(+)-1-амино-2-метоксиметилпирролидин (RAMP), универсальные хиральные вспомогательные вещества". Органические синтезы . 65 : 173. doi :10.15227/orgsyn.065.0173. S2CID 260330996.
^ Эндерс, Дитер; Киппхардт, Хельмут; Фей, Питер (1987). «Асимметричные синтезы с использованием метода SAMP-/RAMP-гидразона: ( S )-(+)-4-метил-3-гептанон». Органические синтезы . 65 : 183. doi :10.15227/orgsyn.065.0183.
^ Эндерс, Дитер; Вортманн, Ларс; Петерс, Рене (2000). «Восстановление карбонильных соединений из N,N-диалкилгидразонов». Accounts of Chemical Research . 33 (3): 157– 169. doi :10.1021/ar990062y. PMID 10727205.
^ Тамим, Абдассалам Абдельхафиз; Салхин, Абдуссалам; Саад, Бахруддин; Рахман, Исмаил Аб.; Салех, Мухаммад Идирис; Нг, Ши-Лин; Весело, Хун-Кун (2006). «Бензофенон 2,4-динитрофенилгидразон». Acta Crystallographica Раздел E. 62 (12): о5686 – о5688 . дои : 10.1107/S1600536806048112.

[1] Марч, Джерри (1985). Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. ISBN 9780471854722. OCLC 642506595.

[2] Сторк, Г.; Бенаим, Дж. (1977). "Моноалкилирование α,β-ненасыщенных кетонов через металлоенамины: 1-бутил-10-метил-Δ1(9)-2-окталон". Органические синтезы . 57 : 69; Собрание томов , т. 6, стр. 242.

[acetone-3] Day, AC; Whiting, MC (1970). "Ацетонгидразон". Органические синтезы . 50 :3; Собрание томов , т. 6, стр. 10.

[4] Фишер, Эмиль (1908). «Шмельцпункт фенилгидразинов и озазон». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 41 : 73–77 . doi : 10.1002/cber.19080410120.

[5] Фишер, Эмиль (1894). «Ueber einige Osazone und Hydrazone der Zuckergruppe». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 27 (2): 2486–2492 . doi :10.1002/cber.189402702249.

[6] Кристи, Р.; Хилл, Дж.; Розаир, Г. (2006). «Кристаллическая структура CI Pigment Yellow 97, превосходного желтого пигмента Hansa». Красители и пигменты . 71 (3): 194– 198. doi :10.1016/j.dyepig.2005.07.001.

[7] Kölmel, Dominik K.; Kool, Eric T. (2017). «Оксимы и гидразоны в биоконъюгации: механизм и катализ». Chemical Reviews . 117 (15): 10358– 10376. doi :10.1021/acs.chemrev.7b00090. PMC 5580355 . PMID 28640998.

[8] Algar, W. Russ; Prasuhn, Duane E.; Stewart, Michael H.; Jennings, Travis L.; Blanco-Canosa, Juan B.; Dawson, Philip E.; Medintz, Igor L. (2011). «Управляемое отображение биомолекул на наночастицах: задача, подходящая для биоортогональной химии». Bioconjugate Chemistry . 22 (5): 825– 858. doi :10.1021/bc200065z. PMID 21585205.

[9] Wu, Anna M.; Senter, Peter D. (7 сентября 2005 г.). «Вооружение антител: перспективы и проблемы иммуноконъюгатов». Nature Biotechnology . 23 (9): 1137– 46. doi :10.1038/nbt1141. PMID 16151407. S2CID 27226728.

[10] Калия, Дж.; Рейнс, РТ (2008). «Гидролитическая стабильность гидразонов и оксимов». Angew. Chem. Int. Ed . 47 (39): 7523– 6. doi :10.1002/anie.200802651. PMC 2743602 . PMID 18712739.

[OrgSynth-11] Day, AC; Whiting, MC (1970). "Ацетонгидразон". Органические синтезы . 50 : 3. doi :10.15227/orgsyn.050.0003.

[12] Ласри, Джамал; Исмаил, Али И. (2018). «Безметалльный и катализируемый FeCl3 синтез азинов и 3,5-дифенил-1H-пиразола из гидразонов и/или кетонов, контролируемый с помощью ESI+-MS высокого разрешения». Индийский журнал химии, раздел B. 57B ( 3): 362–373 .

[13] Outirite, Moha; Lebrini, Mounim; Lagrenée, Michel; Bentiss, Fouad (2008). «Новый одношаговый синтез 3,5-дизамещенных пиразолов при микроволновом облучении и классическом нагревании». Журнал гетероциклической химии . 45 (2): 503– 505. doi :10.1002/jhet.5570450231.

[14] Чжан, Цзэ; Тан, Я-Джун; Ван, Чун-Шань; У, Хао-Хао (2014). «Одностадийный синтез 3,5-дифенил-1H-пиразолов из халконов и гидразина в условиях механохимического шарового измельчения». Гетероциклы . 89 (1): 103– 112. doi : 10.3987/COM-13-12867 .

[15] Ван, Х.; Дай, X.-J.; Ли, C.-J. (2017). «Альдегиды как эквиваленты алкилкарбанионов для присоединения к карбонильным соединениям». Nature Chemistry . 9 (4): 374– 378. doi :10.1038/nchem.2677. PMID 28338683. S2CID 11653420.

[16] Lazny, R.; Nodzewska, A. (2010). "N,N-диалкилгидразоны в органическом синтезе. От простых N,N-диметилгидразонов до поддерживаемых хиральных вспомогательных веществ". Chemical Reviews . 110 (3): 1386– 1434. doi :10.1021/cr900067y. PMID 20000672.

[17] Эндерс, Дитер; Рейнхольд, Ульрих (1997). «Асимметричный синтез аминов нуклеофильным 1,2-присоединением металлоорганических реагентов к двойной связи CN». Тетраэдр: Асимметрия . 8 (12): 1895– 1946. doi :10.1016/S0957-4166(97)00208-5.

[18] Эндерс, Дитер; Фей, Питер; Киппхардт, Хельмут (1987). "( S )-(−)-1-амино-2-метоксиметилпирролидин (SAMP) и ( R )-(+)-1-амино-2-метоксиметилпирролидин (RAMP), универсальные хиральные вспомогательные вещества". Органические синтезы . 65 : 173. doi :10.15227/orgsyn.065.0173. S2CID 260330996.

[19] Эндерс, Дитер; Киппхардт, Хельмут; Фей, Питер (1987). «Асимметричные синтезы с использованием метода SAMP-/RAMP-гидразона: ( S )-(+)-4-метил-3-гептанон». Органические синтезы . 65 : 183. doi :10.15227/orgsyn.065.0183.

[20] Эндерс, Дитер; Вортманн, Ларс; Петерс, Рене (2000). «Восстановление карбонильных соединений из N,N-диалкилгидразонов». Accounts of Chemical Research . 33 (3): 157– 169. doi :10.1021/ar990062y. PMID 10727205.

[21] Тамим, Абдассалам Абдельхафиз; Салхин, Абдуссалам; Саад, Бахруддин; Рахман, Исмаил Аб.; Салех, Мухаммад Идирис; Нг, Ши-Лин; Весело, Хун-Кун (2006). «Бензофенон 2,4-динитрофенилгидразон». Acta Crystallographica Раздел E. 62 (12): о5686 – о5688 . дои : 10.1107/S1600536806048112.