Synthesis, Structure and Chemical Properties of 1-Oxydopyridinediazonium Sulfonates

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Ароматические и гетероароматические соли диазония являются важными строительными блоками органического синтеза для получения красителей, лекарственных средств и других полезных продуктов [1, 2], а в настоящее время они активно используются для модификации твердых поверхностей при получении композитных материалов [2–4].

В отличие от ароматических солей диазония, диазосоединения пиридинового ряда менее известны и гораздо реже применяются в органическом синтезе. При соблюдении определенных условий в индивидуальном виде получен пиридин-3-диазония тетрафторборат, однако в сухом виде эта соль взрывоопасна [5]. Описано лишь 2 случая диазотирования 4-аминопиридина в присутствии HBF₄ [6, 7], при этом сообщается, что пиридин-4-диазония тетрафторборат – крайне неустойчивое, быстро разлагающееся на воздухе соединение. Примеры успешного диазотирования 2-аминопиридина не найдены.

Целью настоящей работы являлась разработка метода синтеза 1-оксидопиридиндиазоний сульфонатов, экспериментальное и теоретическое исследование свойств этого нового класса диазониевых соединений.

Сложности диазотирования аминопиридинов объясняют влиянием атома азота цикла: в сильно кислых средах он протонируется, что дезактивирует аминогруппу (особенно в положениях 2 и 4 цикла) [8]. В слабокислых средах диазотирование происходит, однако образующаяся соль диазония склонна к отщеплению диазогруппы, особенно в положениях 2 и 4 цикла. Причиной этого, согласно квантово-химическим расчетам M06–2X/6–311+G(d,p) [9], является повышенная термодинамическая стабильность образующихся в результате дедиазонирования 2- и 4-пиридилкатионов (I) по сравнению с фенилкатионом (II) (схема 1).

 

Схема 1

 

Таким образом, пиридиндиазониевые соли приближаются к неустойчивым диазониевым соединениям алифатического ряда, быстрый распад которых также определяется относительно высокой стабильностью образующихся алифатических карбкатионов.

Низкая стабильность пиридиндиазониевых катионов предопределяет их повышенную реакционную способность, что выражается, например, в легком замещении диазониевой группы на некоторые нуклеофилы без инициирования солями меди. В качестве примеров таких полезных превращений можно привести простое и эффективное диазотирование–йодирование аминопиридинов в присутствии TsOH и KI [10], образование пиридилсульфонатов PyOSO₂R в результате диазотирования под действием TsOH, TfOH, камфорсульфокислоты [11–14]. Реакции диазотирования аминопиридинов в ацетонитриле или ДМФА приводят к образованию пиридинацетамидов [15] и N,N-диметиламинопиридинов соответственно [16]. Показано [17], что аминопиридины легко диазотируются в гексафторизопропаноле в отсутствие сильных кислот, давая селективно и с высокими выходами гексафторизопропилоксипиридины PyOCH(CF₃)₂. Эта же реакция с анилинами проходит неселективно с образованием смесей продуктов.

Таким образом, в ряде случаев неустойчивость пиридиндиазониевых катионов может быть использована для получения практически ценных соединений. Однако в целом неустойчивость солей диазония пиридинового строения – основная причина, тормозящая использование аминопиридинов в диазониевых превращениях столь же широко, как и анилинов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из путей решения указанной проблемы может быть предварительное окисление аминопиридинов до аминопиридин-1-оксидов, диазотирование которых приводит к малоизученным пиридиндиазония-1-оксидам. Так, в индивидуальном виде получен только 1-оксипиридин-4-диазония тетрафторборат [18, 19], и опубликованы лишь отрывочные сведения о его свойствах [20]. Показано [21], что при диазотировании всех 3 изомерных аминопиридин-1-оксидов в присутствии TsOH и KI диазониевые соли, образующиеся in situ, превращаются в йодпиридин-1-оксиды. Однако приведенные данные не позволяют однозначно определить строение пиридиндиазоний-1-оксидов, оценить их устойчивость, реакционную способность и возможности практического использования.

Мы провели квантово-химические DFT расчеты методом B3LYP/aug-cc-VDZ диазоний-катионов 3 изомерных пиридин-1-оксидов (1a–c) в сопоставлении с диазонийпиридинами (2a–c) и бензолдиазоний-катионом (3). Все исследованные диазоний-катионы имеют однотипное строение с линейным расположением диазониевой группы, лежащей в плоскости ароматических ядер, что является типичным для диазоний-катионов ароматического характера (например, [9, 22]). В табл. 1 приведены полученные в результате оптимизации значения длин связей C–N, N≡N и частот колебаний диазониевой группы ν N≡N.

 

Таблица 1. Длины связей (Å) и частоты колебаний связей N≡N в спектрах ИК диазоний-катионов 1a–c, 2a–c, 3, вычисленные методом B3LYP/aug-cc-pVDZ

Соединение	C–N	N≡N	ν N≡N, см–1
	1.363	1.116	2320.7
	1.387	1.113	2348.0
	1.363	1.119	2297.9
	1.425	1.109	2370.6
	1.379	1.114	2334.0
	1.396	1.111	2365.6
${\mathrm{PhN}}_2^{+}$ 3	1.382	1.114	2337.2

 

Длины связей N≡N и частоты колебаний ν N≡N катионов 1a–c, 2a–c оказываются типичными для диазониевой группы. Межатомные расстояния C–N в диазоний-катионах отражают прочность связывания диазониевой группы с ароматическими ядрами. Из приведенных в табл. 1 данных следует, что наиболее длинными являются C–N дистанции в пиридиндиазоний-катионах 2a и 2c, что согласуется с неустойчивостью 2- и 4-пиридиндиазониевых солей, как указано выше. В то же время наиболее короткие расстояния C–N показывают диазоний-катионы 1a и 1c, в которых диазониевая группа связана с кольцом пиридин-1-оксида. Приведенные результаты свидетельствуют в пользу большей стабильности диазониевых солей 1-оксидопиридинового строения.

На это же указывают и сравнительные данные по термодинамике реакций дедиазонирования диазоний-катионов 1a–c, 2a–c, 3 (табл. 2), вычисленные по уравнению (гетероарилкатионы Het⁺ рассматривались в синглетном состоянии):

$\mathrm{Het}-{\mathrm{N}}_2^{+}\rightleftarrows {\mathrm{Het}}^{+}+{\mathrm{N}}_2$. (1)

 

Таблица 2. Свободные энергии (∆G) разрыва связей C–N диазоний-катионов 1a–c, 2a–c, 3, вычисленные методом B3LYP/aug-cc-pVDZ в газовой фазе и в воде (приближение CPCM*)

Соединение	∆G, ккал/моль
	Газовая фаза	H2O
	15.10	15.98
	19.96	21.99
	35.95	31.36
	–0.33	–1.85
	13.99	15.12
	10.85	11.66
${\mathrm{PhN}}_2^{+}$ 3	19.74	17.95

* CPCM – Conductor-like Polarizable Continuum Model.

 

В целом, для 3 типов изученных диазоний-катионов наблюдается соответствие энергий дедиазонирования с вычисленными длинами связей C–N (табл. 1). Наименьшие энергии гетеролиза пиридиндиазоний-катионов 1a–c, 2a–c соответствуют наиболее длинным связям C–N, а наибольшая энергия гетеролиза пиридиндиазоний-1-оксидов 1b, c сопутствует наиболее коротким связям C–N. Исключением выступает катион 1a, относительно низкая энергия распада которого определяется аномально низкой свободной энергией за счет стабилизации положительного заряда соседним атомом кислорода (схема 2).

 

Схема 2

 

Проведенные расчеты предсказывают повышенную устойчивость 1-оксидопиридиндиазоний-катионов 1b и 1c не только в сравнении с пиридиндиазоний-катионами 2a–c, но и c бензолдиазоний-катионом 3.

Важно также отметить различное влияние положения диазониевой группы в пиридиновом кольце на устойчивость диазоний-катионов в ряду изомерных пиридинов и пиридин-1-оксидов. Так, у пиридин-катионов 2a–c возрастание стабильности наблюдается в ряду 2a < 2c < 2b. В противоположность этому пиридин-3-диазоний-1-оксид 1b оказывается наименее устойчивым, а пиридин-2-диазоний-1-оксид 1a представляет особый случай, что будет обсуждаться ниже.

Полученные теоретические данные, наряду с более ранними результатами [18, 19, 21], подтвердили целесообразность получения диазониевых солей из аминопиридин-1-оксидов. В качестве целевых диазониевых солей из аминопиридин-1-оксидов выбраны диазонийсульфонаты, поскольку ранее установлено, что тозилаты, трифлаты и камфорсульфонаты в качестве противоионов увеличивают стабильность ароматических диазониевых солей, а также придают им иные положительные свойства (безопасность, хорошая растворимость) [23–26].

Мы показали, что аминопиридин-1-оксиды (4–9) диазотируются действием трет-бутилнитрита (t-BuONO) в растворе уксусной кислоты в присутствии таких кислот, как TsOH, TfOH и камфорсульфокислота (CamphSO₃H) в течение 1 ч при 5–12°С с полной конверсией. Установлено, что природа образующихся продуктов и их свойства сильно зависят от строения исходных аминов и сульфокислот.

При диазотировании 4-аминопиридин-1-оксида 4 в присутствии TfOH и TsOH выделены устойчивые кристаллические соединения, идентифицированные методами ИК, ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии как ранее неизвестные 1-оксидопиридин-4-диазония трифлат 4a и тозилат 4b с выходами 61 и 88% соответственно (схема 3).

 

Схема 3

 

Полученные диазониевые соли 4a, b могут храниться в сухом состоянии без изменений в течение нескольких недель при 5–15°С. Их истинная диазониевая природа подтверждается поглощением ν N≡N в спектрах ИК при 2292 и 2264 см^–1 соответственно. В спектрах ЯМР ¹³С в области 110 м.д. регистрируется сигнал экранированного ипсо-углерода при диазогруппе, что является характерным спектральным критерием хорошо изученных арендиазония сульфонатов [23, 24].

Диазония трифлат 4a фиксируется также в спектрах ESI/MS в форме кластерных частиц (C₅H₄NON₂⁺)_n TfO^–_n–1, состоящих из (n + 1) диазониевых катионов и n-анионов (TfO^-) (рис. 1). Ранее подобные кластеры наблюдали и для арендиазония трифлатов [25]. Основным направлением фрагментации 1-оксидопиридин-4-диазоний-катиона 1c является отщепление молекулярного азота с образованием катиона C₅H₄NO⁺.

 

Рис. 1. Спектр ESI/MS C₅H₄NO-4-N₂⁺ TfO^– 4a в положительном режиме desrfе ионизации. A = [C₅H₄NON₂⁺], m/z = 122.04; B = [C₅H₄NO⁺], m/z = 94.03; кластерные катионы Cn = [C₅H₄NON₂⁺]_n+1[TfO^–]_n. m/z для катионов C1...C6 = 393.02; 664.1; 935.00; 1205.99; 1476.97; 1747.96

 

Таким образом, в соответствии с вышеприведенными квантово-химическими расчетами диазониевые соли 4a, b оказываются достаточно устойчивыми соединениями, похожими в этом отношении на арендиазония сульфонаты. В случае использования камфорсульфокислоты нам не удалось выделить индивидуальные продукты, хотя диазотирование проходит с полной конверсией, реакционные смеси дают положительную пробу с 2-нафтолом, в ИК спектрах наблюдается поглощение при 2300 см^–1.

Химические свойства диазония сульфонатов 4a, b оказались сходными со свойствами устойчивых арендиазония сульфонатов. Они легко реагируют с KI, NaN₃, диэтиламином, а также вступают в реакцию кросс-сочетания со стиролом в присутствии Pd(OAc)₂, образуя соответствующие замещенные 1-оксипиридины 4c–f (схема 4).

 

Схема 4

 

1-Оксипиридин-4-диазония тозилат 4b вступает в те же реакции, что и трифлат 4a, и не показывает при этом отличий в реакционной способности.

В отличие от 4-аминопиридин-1-оксида 4 диазотирование 3-аминопроизводного 5 в присутствии TfOH, TsOH и CamphSO₃H протекает с образованием быстро разлагающихся на воздухе соединений, которые не удалось выделить в индивидуальном виде. Однако диазониевая природа данных продуктов подтверждалась положительной пробой с 2-нафтолом, ИК поглощением ν N≡N 2302 см^–1 (TfO^-) и 2316 см^–1 (TsO^–), а также ранее полученными результатами по диазотированию-иодированию 3-аминопиридин-1 оксида 5 [21]. Таким образом, экспериментально обнаруженная неустойчивость продуктов диазотирования 3-аминопиридин-1оксида 5 полностью подтверждает расчетные данные (табл. 1, 2), демонстрирующие слабую связь диазониевой группы в положении 3 с 1-оксипиридиновым циклом.

При диазотировании 2-аминопиридин-1-оксида 6 и его 6-метилзамещенного 7 в присутствии TfOH (схема 5, табл. 3) в указанных выше условиях были выделены устойчивые продукты, которые давали положительную пробу с 2-нафтолом и полностью превращались в 2-йодпиридин-1-оксид и 2-азидопиридин-1-оксид в реакциях с KI и NaN₃ (см. ниже). Однако в ИК спектрах этих продуктов отсутствовали полосы поглощения в области 2200–2300 см^–1, характерные для группы N≡N.

 

Схема 5

 

Таблица 3. Диазотирование 2-аминопиридин-1-оксидов 6–9 действием t-BuONO в AcOH (5–12°C, 1–2 ч)

Субстрат	Кислота	Продукт	Выход, %
	TfOH		78
	TsOH		94
	CamphSO3H		96
	TfOH		80
	TfOH		54
	TfOH		70

 

Монокристалл продукта диазотирования 2-амино-6-метилпиридин-1оксида 7 был исследован методом рентгеноструктурного анализа (РСА). Полученные данные свидетельствуют о том, что продуктом реакции является не диазониевая соль, а 5-метил[1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиния-2 трифлат 7a (рис. 2, схема 5, табл. 3).

 

Рис. 2. Структура 5-метил[1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиния-2 трифлата 7a по данным РСА: (а) асимметричная единица кристаллической структуры, атомы водорода не показаны; (б) межмолекулярные взаимодействия при упаковке, вид вдоль оси b

 

Соединение 7a кристаллизуется в моноклинной сингонии, пространственная группа симметрии P2₁/c. Асимметричная единица включает один [1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиниевый катион и один трифлат-ион (рис. 2, а). При упаковке ионов в кристаллической решетке между ними проявляются межмолекулярные взаимодействия в виде коротких контактов между атомами кислорода трифлат-ионов и атомами азота и углерода гетероциклического катиона со средним расстоянием O···N и O···C в 2.94 Å, а также атомами водорода метильной группы и ароматического цикла (расстояние O···H 2.38 Å) (рис. 2, b). Указанные межмолекулярные взаимодействия связывают ионы в супрамолекулярные слои, расположенные параллельно кристаллографической плоскости bc. Слои связаны посредством контактов F···F между трифлат-ионами (рис. 2, b). Межъядерное расстояние F···F составляет 2.726 Å, что на 0.214 Å меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов атомов фтора и является самым коротким по имеющимся данным о контактах этого типа между трифлат-ионами [26, 27]. Следует также отметить, что полученная кристаллическая структура является первым примером структурно охарактеризованного соединения с [1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиновым гетероциклом.

Ранее [1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиния-2 тетрафторборат был получен с выходом 78% при диазотировании 2-аминопиридин-1-оксида 6 в присутствии HBF₄ [18], но его строение определено лишь косвенными методами.

На примере 2-аминопиридин-1-оксида 6 показано, что диазотирование в присутствии других сульфокислот (TsOH, CamphSO₃H) также приводит к образованию солей диазония оксотриазолпиридиниевой структуры 6b, c соответственно (табл. 3).

Таким образом, образование циклических соединений оксотриазолпиридиниевой структуры является общей характеристикой процессов диазотирования 2-аминопиридин-1-оксидов. Эти соединения можно отнести к классу внутримолекулярных “диазотатов” ArN=NOR, которые получаются из ароматических диазониевых солей и гидроксилсодержащих соединений обычно при повышенных значениях рН [28]. Можно предположить, что в образующемся изначально диазоний-катионе 1a' диазониевая группа вступает в ту же реакцию с нуклеофильным кислородом группы N→O (схема 6). Для понимания причин протекания описываемых трансформаций мы определили разницу свободных энергий катиона [1, 2, 3, 5]оксотриазол[5,4-а]пиридиния-2 1a и катиона 1a' методом B3LYP/aug-cc-pVDZ (схема 6).

 

Схема 6

 

Из результатов расчетов следует, что катион 1a является термодинамически более стабильной формой существования диазоний-катиона 1a'. При этом с возрастанием полярности среды разница в свободной энергии изоэлектронных форм 1a' и 1a снижается в силу большей полярности диазоний-катиона 1a'.

Спектры MS2 соединений 6a–c (рис. 3) свидетельствуют о том, что их фрагментация протекает иначе, чем для истинных диазониевых солей 4a, b. В данном случае происходит отщепление не N₂, но N₂O, т.е. одновременная потеря атомов азота диазониевой группы и атома кислорода N→О-группы. При этом нет линий, соответствующих потере отдельно кислорода, либо молекулярного азота, что свидетельствует о наличии сильного внутримолекулярного взаимодействия N–O–N=N– и дополнительно подтверждает пиридиноксотриазольную структуру этих соединений.

 

Рис. 3. MS2 спектр пиридиний-катиона 1a (122.04 m/z) для солей: а) C₅H₄NO-2-N₂⁺ TfO^- (6a), б) C₅H₄NO-2-N₂⁺ TsO^– (6b), в) C₅H₄NO-2-N₂⁺ CamphSO₃^– (6c)

 

С учетом незначительной разницы свободных энергий диазоний-катиона 1a и катиона 1a' (схема 6) представляется вероятным, что заместители в кольце 2-аминопиридин-1-оксида 6 могут повлиять на соотношение 2 форм продуктов диазотирования.

Как было отмечено выше, 6-метилпроизводное (7) селективно образует только соответствующую циклическую форму 7a. Было показано, что продукты диазотирования 2-амино-5-хлорпиридин-1-оксида (8) и 2-амино-5-бромпиридин-1-оксида (9) представляют собой смеси циклических (8a, 9a) и линейных (8b, 9b) изомеров (табл. 3).

По данным спектров ЯМР ¹Н, соотношение циклических и линейных форм составляет 2 : 1. Наличие в этих продуктах истинных диазониевых солей подтверждается и поглощением ν N≡N в спектрах ИК при 2275 см^–1 (8b) и 2272 см^–1 (9b). Расчеты методом B3LYP/aug-cc-pVDZ обеих форм 8a и 8b показали, что ∆G между ними составляет – 1.44 ккал/моль, что заметно меньше, чем для форм 1a и 1a' (схема 4), а в полярной H₂O их свободные энергии практически одинаковы. В целом проведенные расчеты согласуются с экспериментами и объясняют особенности диазотирования 2-аминопиридин-1-оксидов.

Все полученные соли 6a–c, 7a, 8a, b, 9a, b хорошо растворимы, как в воде, так и в органических полярных и умеренно полярных растворителях (AcOH, ДМСО, ДМФА, MeCN, EtOH, CH₂Cl₂, CHCl₃, ТГФ).

На примере 1-оксидопиридин-2-диазония трифлата 6a показана его высокая активность по отношению к KI, NaN₃ и Et₂NH с образованием продуктов 6d–f с сохранением N-оксидной группы пиридинового скелета (схема 7).

 

Схема 7

 

Тозилат 6b и камфорасульфонат 6c в указанных реакциях обеспечивают практически те же результаты, т.е. влияния аниона на реакционную способность в заметной степени не наблюдается.

Показанные на схеме 7 реакции с нуклеофилами типичны для ароматических диазониевых солей. Учитывая близость свободных энергий пиридиний-катиона 1a и диазоний-катиона 1a' (схема 4), нельзя исключать, что данные реакции протекают с участием диазоний-катиона 1a', находящегося в равновесии с циклической оксотриазольной формой 1a. С практической точки зрения это не играет значительной роли и демонстрирует возможности использования 2-аминопиридин-1-оксидов в синтезе в реакциях диазотирования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Все исходные аминопиридины компании Sigma-Aldrich использовали без дополнительной очистки. N-Оксиды аминогетероциклов 4–9 были получены по методике из литературы [29]. Контроль за ходом и окончанием реакций производили с помощью ГХ–МС и ТСХ на пластинах Sorbfil ПТСХ-АФ-А-УФ. Обнаружение пятен проводили с помощью УФ-лампы с длиной волны 254 нм. Хроматомасс-спектры регистрировали на газовом хроматографе Agilent Technologies 7890A GC System (США) с масс-селективным детектором Agilent 5975C (70 эВ), газ-носитель – гелий, колонка HP-5MS UI (30 м × 0.25 мм), 1–3 мин: 70°C, 3–17 мин: 70–280°C (15°C/мин), 17–22 мин: 280°C. Спектры ЯМР ¹Н и ¹³С снимали на приборе Bruker AVANCE III HD (Германия) (рабочая частота ¹Н – 400 МГц, ¹³С – 100 МГц). Температуры плавления полученных соединений установлены с помощью прибора METTLER TOLEDO MP 50 (Швейцария). Элементный анализ выполняли на элементном анализаторе фирмы EuroEA (Италия), модель ЕА3000, программа обработки результатов – Calidus 2E3 и масс-спектрометре высокого разрешения с ионизацией электроспреем. ИК спектры регистрировали на ИК Фурье-спектрометре Agilent Cary 630 (США) в твердых образцах и растворах (область 800–4000 см^–1). Масс-спектры LC-HRMS (ESI, APCI) регистрировали на хроматографе Agilent Infnity с масс-детектором AccurateMass QTOF 6530 (США). Данные рентгеновской дифракции для монокристаллов соединения 7а записаны при 150 K на дифрактометре Bruker D8 Venture (Германия) с детектором CMOS PHOTON III и микрофокусным источником Mo-IμS 3.0, MoKα-излучение, λ = 0.71073 Å. Обработку данных проводили с помощью пакета APEX 3. Кристаллические структуры расшифрованы с использованием пакета SHELXT [30] и уточнены полноматричным методом наименьших квадратов в анизотропном (за исключением атомов водорода) приближении с использованием пакета SHELXL [31].

1-Оксидопиридиндиазония сульфонаты 4а, б, 6а–в, 7а, 8а, б, 9а, б. Общая методика. К раствору аминопиридин-1-оксидов 6–9 (2 ммоль) в 5 мл ледяной уксусной кислоты добавляли соответствующую сульфокислоту (3 ммоль), охлаждали до 5°С и прикапывали при интенсивном перемешивании трет-бутилнитрит 0.36 мл (3 ммоль). Реакционную массу выдерживали при 5°С в течение 40 мин. Контроль за ходом реакции осуществляли методом ТСХ (элюент CH₂Cl₂–EtOH, 9 : 1) и качественной реакцией на 2-нафтол. Далее к реакционной массе добавляли диэтиловый эфир (100 мл) и оставляли в течение 1 суток при –20°С. Выпавший осадок соли диазония отфильтровывали, промывали на фильтре холодным Et₂O (4 × 15 мл), сушили под вакуумом. При необходимости дополнительную очистку продукта реакции проводили переосаждением из уксуснокислого раствора диэтиловым эфиром.

1-Оксидопиридин-4-диазония трифлат (4a). Выход 0.33 г (61%). Белые кристаллы. Т_разл. = 124–126°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3120–3032 ср (CН), 2264 с (N≡N), 1300 с (N-O). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 8.65-8.70 м (4Н_аром). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 107.8, 115.9–125.5 к (J 320 Гц), 129.5, 142.3. Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: катион – m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₄N₃O⁺: 122.0349, найдено 122.0360; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₄N₃O)₂⁺(CF₃O₃S) ^–: 393.0223; найдено 393.0208.

1-Оксидопиридин-4-диазония п-толуолсульфонат (4b). Выход 0.52 г (88%). Белые кристаллы. Т_пл = 128–129°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3081–3023 ср (CН), 2292 с (N≡N), 1313 с (N–O). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 2.28 с (3Н, CH), 7.11 д (2Н_аром, J 8 Гц),7.48 д (2Н_аром, J 8 Гц), 8.69 с (4Н_аром). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 20.9, 108.0, 125.5, 128.2, 129.5, 137.9, 142.2, 145.4 Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₄N₃O: 122.0349, найдено 122.0360; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₄N₃O)₂⁺(C₇H₇O₃S) ^–: 415.0819; найдено 415.0816.

1-Оксидопиридин-2-диазония трифлат (6a). Выход 0.423 г (78%). Белые кристаллы. Т_пл = 86–88°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3081–3043 ср (CН). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 8.65–8.69 м (1Н_аром), 8.83-8.87 м (1Н_аром), 9.37 д (1Н_аром, J 8.6 Гц), 10.22 д (1Н_аром, J 6.6 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.:115.9–125.5 к (J 320 Гц), 131.1, 132, 142.1, 142.8. Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₄N₃O⁺: 122.0349; найдено 122,0364; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₄N₃O)₂⁺(CF₃O₃S) ^–: 393.0223; найдено 393.0236.

1-Оксидопиридин-2-диазония п-толуолсульфонат (6b). Выход 0.55 г (94%). Светло-коричневые кристаллы. Т_пл = 117–119°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3318– 3120 ср (CН). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, D₂O), δ, м.д.: 2.25 c (3H, CH), 7.21 c (2H), 7.50 c (2H, CH_аром), 8.46 c (1H_аром), 8.76 c (1H), 9.82 c (1Н_аром), 9.00 c (1H_аром). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 20.8, 124.8, 125.5, 128.2, 131.1, 137.9, 141.9, 142.6, 145.4. Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₄N₃O: 122.0349, найдено 122.0365; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₄N₃O)₂⁺(C₇H₇O₃S) ^–: 415.0819; найдено 415.0829.

1-Оксидопиридин-2-диазония камфорасульфонат (6c). Выход 0.67 г (96%). Белые кристаллы. Т_пл = 118–120°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3084–3025 ср (CН). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 0.73 с (3Н, CH), 1.03 с (3Н, CH), 1.27 д (2Н, J 8.7 Гц), 1.77–1.94 м (3Н), 2.21–2.26 м (1Н), 2.38 д (1Н, J 14.7 Гц), 2.61–2.66 м (1Н), 2.86 д (1Н, J 14.7 Гц), 6.84–6.87 м (1H_аром), 7.15 д (1H, J 8.7 Гц), 7.78–7.82 м (1H_аром), 8.24–8.29 м (1H_аром), 8.66–8.70 м (1Н_{аром(триазол)}), 8.84–8.88 м (1Н_{аром(триазол)}), 9.39 д (1Н_{аром(триазол)}, J 8 Гц), 10.24 д (1Н_{аром(триазол)}, J 6.6 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 19.6, 20.1, 24.2, 26.4, 42.1, 46.8, 47.2, 58.2, 124.8, 131.2, 132.1, 142, 142.7, 216.2. Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₄N₃O: 122.0349, найдено 122,0370; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₄N₃O)₂⁺(C₁₀H₁₅O₄S) ^–: 475.1394, найдено 475.1389.

6-Метил-1-оксидопиридин-2-диазония трифлат (7a). Выход 0.456 г (80%). Белые кристаллы. Т_пл = 96–98°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3079–3000 ш (CН). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 3.03 с (3Н, CH), 8.61 д (1Н, J 7.6 Гц), 8.83–8.87 м (1Н), 9.27 д (1Н, J 8.3 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 16.7, 115.8–125.4 к (J 320 Гц), 121.8, 130.7, 143.1, 143.4, 143.5. Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₆H₆N₃O: 136.0505, найдено 136.0505; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₆H₆N₃O)₂⁺(CF₃O₃S) ^–: 421.0536, найдено 421.0511. Кристаллографические данные соединения 7a: (C₆H₆N₃O)(CF₃SO₃), M 258.21 г/моль, моноклинная сингония, пространственная группа Р2₁/с, a = 11.378(3) Å, b = 6.9013(17) Å, c = 18.769(2) Å, β = 97.956(8)°, V = 1128.3(5) ų, Z = 4, T = 150(2) K, μ = 0.34 мм^–1, d_выч = 1.679 г/см³, 14858 измеренных отражений, 1989 независимых отражений (R_int = 0.075), добротность по F² 1.107, R-факторы с I > 2σ(I): R₁ 0.0886, wR₂ 0.167; R-факторы по всем данным: R₁ 0.0648, wR₂ 0.182. Полные таблицы межатомных расстояний и валентных углов, координаты атомов и параметры атомных смещений депонированы в Кембриджский банк структурных данных под номером CCDC 2324250 и могут быть запрошены по адресу www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif, а также могут быть получены у авторов.

5-Хлор-1-оксидопиридин-2-диазония трифлат (смесь соединений 8a, 8b). Выход 0.33 г (54%). Желтые кристаллы. Т_пл = 91–92°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3102– 3060 ср (CН), 2275 с (N≡N), 1393 с (N–O). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 7.67–7.69 м (2Н, CH_аром), 7.79–7.81 м (1Н, CH_аром), 8.06 д (2Н, CH_{аром(триазол)}, J 8.8 Гц), 8.21 д (2Н, CH_{аром(триазол)}, J 8.8 Гц), 8.74 c (1Н, CH_аром), 9.19 c (2Н, CH_аром). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 116.0–125.6 к (J 320 Гц), 123.4 (CH_аром), 127.5 (CH_аром), 128.7 (CH_{аром(триазол)}), 129.9 (CH_{аром(триазол)}), 134.0 (ССl_аром), 137.9 (CN_{аром(триазол)}), 138.7 (CH_аром), 140.1 (ССl_{аром(триазол)}), 140.7 (CH_{аром(триазол)}), 153.8 (CN_{2 аром}). Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₃ClN₃O: 155.9959, найдено 155.9975; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₃ClN₃O)₂⁺(CF₃O₃S) ^–: 460.9444, найдено 460.9450.

5-Бром-1-оксидопиридин-2-диазония трифлат (смесь соединений 9a, 9b). Выход 0.49 г (70%). Желтые кристаллы. Т_пл = 115–117°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3100–3068 ср (CН), 2272 с (N≡N), 1391 с (N–O). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 7.62 д (1H, CH_аром, J 8.4 Гц), 7.92 д (1H, CH_аром, J 8.4 Гц), 8.12 д (1H, CH_{аром(триазол)}, J 8.8 Гц), 8.18 д (1H, CH_{аром(триазол)}, J 8.8 Гц), 8.81 c (1H, CH_аром), 9.27 c (1H, CH_{аром(триазол)}). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 116.0–125.6 к (J 320 Гц), 123.4 (CH_аром), 121.8 (CBr_аром), 123.5 (CH_{аром(триазол)}), 128.6 (CBr_{аром(триазол)}), 129.7 (СH_{аром(триазол}), 130.1 (CH_аром), 131.3 (CH_{аром(триазол)}), 138.2 (СN_{аром(триазол)}), 140.5 (CH_аром), 142.5 (СH_{аром(триазол}), 154.1 (CN2_аром). Масс-спектр высокого разрешения с ионизацией электроспреем: m/z [M]⁺ рассчитано для C₅H₃BrN₃O: 199.9454, найдено 199.9456; аддукт – m/z [M]⁺ рассчитано для (C₅H₃BrN₃O)₂⁺(CF₃O₃S) ^–: 548.8434, найдено 548.8445.

Йодпиридин-1-оксиды 4c, 6d. Общая методика. К раствору KI 0.216 г (1.3 ммоль) в 5 мл воды, охлажденному до 10–15°С, порциями при перемешивании добавляли 1-оксидопиридиндиазония сульфонат 4a или 6a 0.271 г (1 ммоль). Продолжали перемешивать в течение 20–30 мин. Окончание реакции фиксировали по отрицательной пробе на 2-нафтол. pH раствора доводили до значения 8.0–9.0 10%-ным раствором K₂CO₃. Выделяющийся йод восстанавливали 20%-ным раствором Na₂SO₃. Экстрагировали дихлорметаном 4 × 25 мл. Объединенный органический слой сушили над безводным Na₂SO₄. Растворитель вакуумировали. Продукт очищали флеш-хроматографией (элюент CH₂Cl₂–MeOH, 9 : 1).

4-Йодпиридин-1-оксид (4c) C₅H₄INO. Выход 0.144 г (65%). Белые кристаллы. Т_пл= 169–170°C (170–171°С [21]).

2-Йодпиридин-1-оксид (6d) C₅H₄INO. Выход 0.186 г (84%). Светло-коричневые кристаллы. Т_пл = = 121–122°C (119–12°С [21]).

Азидопиридин-1-оксиды 4d, 6e. Общая методика. К раствору NaN₃ 0.085 г (1.3 ммоль) в 5 мл воды, охлажденному до 10–15°С, порциями при перемешивании добавляли 1-оксидопиридиндиазония сульфонат 4a или 6a 0.271 г (1 ммоль). Продолжали перемешивать при охлаждении в течение 20 мин. Окончание реакции фиксировали по отрицательной пробе на 2-нафтол. pH раствора доводили до значения 8.0–9.0 10%-ным раствором K₂CO₃. Экстрагировали дихлорметаном 4 × 25 мл. Объединенный органический слой сушили над безводным Na₂SO₄. Растворитель вакуумировали. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент гексан–этилацетат, 8 : 1).

4-Азидопиридин-1-оксид (4d) C₅H₄N₄O. Выход 0.054 г (40%). Белые кристаллы. Т_пл = 138–139°C (140°С [32]).

2-Азидопиридин-1-оксид (6e) C₅H₄N₄O. Выход 0.98 г (72%). Белые кристаллы. Т_пл = 86–88°С (83.5–84.5°С [33]). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 6.96 д.д (1H, CH_аром, J₁ 8 Гц, J₂ 2 Гц), 7.06–7.1 м (1Н, СН_аром,), 7.24–7.28 м (1Н, СН_аром), 8.17 д.д (1Н, СН_аром, J₁ 6.4 Гц, J₂ 1.6 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 117.0, 120.7, 127.3, 139.2, 144.2.

4-Стирилпиридин-1-оксид (4f) C₁₃H₁₁NO. К раствору 1-оксидопиридин-4-диазония п-толуолсульфоната (4b) 0.293 г (1 ммоль) в 5 мл EtOH добавляли стирол 0.173 мл (1.5 ммоль) и Pd(OAc)₂ 0.011 г (5 мол. %). Реакционную массу перемешивали при 70°С. Окончание реакции фиксировали по отрицательной пробе на 2-нафтол. Растворитель вакуумировали. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент CH₂Cl₂–EtOH, 9 : 1). Выход 0.16 г (81%). Белые кристаллы. Т_пл = 165–166°С. (167–169 [34]). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 7.24 д (1H, J 16.5 Гц), 7.28–7.36 м (1H), 7.37–7.43 м (3H), 7.61 д (4H, J 7.1 Гц), 8.19 д (1H, J 6.7 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, ДМСО-d₆), δ, м.д.: 123.5, 124.6, 126.9, 128.4, 128.9, 131.5, 134.1, 136.4, 138.7.

Пиридилтриазены 4e, 6f. Общая методика. К раствору соли диазония 4a или 6a 0.54 г (2 ммоль) в 10 мл воды, охлажденному до 5°С, по каплям добавляли раствор диэтиламина 0.41 мл (4 ммоль) в 10 мл воды. Далее перемешивали реакционную массу при комнатной температуре в течение 1–2 ч. Окончание реакции фиксировали по отрицательной пробе на 2-нафтол, а также методом ТСХ (элюент CH₂Cl₂–EtOH, 9 : 1). Экстрагировали дихлорметаном (3 × 15 мл), объединенный органический слой сушили над безводным Na₂SO₄. Растворитель вакуумировали. Продукт очищали флеш-хроматографией (элюент CH₂Cl₂–EtOH, 9 : 1).

4-(3,3-Диэтилтриаз-1-ен-1-ил)пиридин-1-оксид (4e). Выход 0.29 г (74%), желтые кристаллы, Т_пл 107–108°С. ИК спектр, ν, см^–1: 3097–2871 ш (CH), 1465 (δ_s CH₂), 1377 (δ_s CH₃). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 1.2–1.23 м (3H, CH₃), 1.32–1.36 м (3H, CH₃), 3.77–3.83 м (4H, CH₂), 7.28–7.3 м (2H, CH_аром), 8.48 д (2H, CH_аром, J 6 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 11.1, 14.4, 41.7, 49.5,79.9, 77.5, 115.3, 150.4, 157.4. Масс-спектр (ЭУ), m/z (I_отн, %): 194 (74, M⁺), 165 (4), 122 (42), 94 (100), 78 (25), 51 (10). Найдено, %: C 55.2; H 7.0; N 28.56. C₉H₁₄N₄O. Вычислено, %: C 55.65; H 7.27; N 28.85.

2-(3,3-Диэтилтриаз-1-ен-1-ил)пиридин-1-оксид (6f). Выход 0.237 г (61%), масло. ИК спектр, ν, см^–1: 3109–2870 ш (CH), 1466 (δ_s CH₂), 1377 (δ_s CH₃). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 1.25 т (3H, СH₃, J 7.2 Гц), 1.34 т (3H, СH₃, J 7.2 Гц), 3.82–3.87 к (2H, СH₂, J 7.2 Гц), 3.92–3.97 к (2H, СH₂, J 7.2 Гц), 7.00 т (1H, CH_аром, J 6.5 Гц), 7.29 т (1H, CH_аром, J 6.5 Гц), 7.44 д (2H, CH_аром, J 6.5 Гц), 8.24 д (1H, CH_аром, J 6.5 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (100 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 10.9, 14.2, 43.0, 50.1, 115.0, 120.6, 129.0, 140.0, 156.3. Масс-спектр (ЭУ), m/z (I_отн, %): 194 (50, M⁺), 177 (8), 122 (12), 95 (10), 78 (100), 51 (7). Найдено, %: C 55.22; H 7.08; N 28.6. C₉H₁₄N₄O. Вычислено, %: C 55.65; H 7.27; N 28.85.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые показано, что 2-, 3- и 4-аминопиридин-1-оксиды 4–9 легко подвергаются диазотированию в присутствии сульфокислот. При этом 4-аминопроизводное 4, в отличие от 3-изомера 5, дает устойчивые диазониевые соли, а 2-аминопроизводное 6 образует оксотриазолпиридиния-2 сульфонаты 6a–c как стабильные изоэлектронные формы 2-диазоний-1-оксипиридина. Ни в одном случае не зафиксировано образование ковалентных 1-оксипиридилсульфонатов O-NPyOSO₂R, что является характерным для диазотирования аминопиридинов. Полученные продукты диазотирования легко взаимодействуют с рядом нуклеофилов, открывая новые возможности использования 2- и 4-аминопиридин-1-оксидов в органическом синтезе. Квантово-химическими расчетами B3LYP/aug-cc-pVDZ определена относительная устойчивость диазоний-катионов ряда пиридина, пиридин-1-оксида и бензолдиазоний-катиона. Повышенная стабильность 4-диазоний-1-оксипиридина 1c в этом ряду подтверждена препаративными результатами и данными масс-спектрометрии ESI/MS и MS2.

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Авторы выражают благодарность ЦКП ИНХ СО РАН за получение рентгенодифракционных данных. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Наука № FSWW-2023-0008).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

E. A. Krasnokutskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6292-7974
Russian Federation, 30, Lenin Ave., Tomsk, 634050

A. N. Sanzhiev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9464-0281
Russian Federation, 30, Lenin Ave., Tomsk, 634050

K. D. Erin

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0009-0002-9137-4747
Russian Federation, 30, Lenin Ave., Tomsk, 634050

A. A. Bondarev

Altai State University

Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8707-2394
Russian Federation, 61, Lenin Ave., Barnaul, 656049

A. S. Potapov

Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2360-7473
Russian Federation, 3, Acad. Lavrentiev Ave., Novosibirsk, 630090

V. D. Filimonov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: eak@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4729-8871
Russian Federation, 30, Lenin Ave., Tomsk, 634050

References

Supplementary files