Триазолы: гетероциклические соединения с формулой C2H3N3. Применение в фунгицидах, биоортогональной химии и координационных комплексах. Изомерия и свойства.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическое соединение
Chemical compound
Триазол — это гетероциклическое соединение, содержащее пятичленное кольцо из двух атомов углерода и трех атомов азота с молекулярной формулой C2H3N3. Триазолы проявляют значительный изомеризм в зависимости от расположения атомов азота в кольце. Многие триазолы являются универсальными биологически активными соединениями, широко используемыми в качестве фунгицидов и регуляторов роста растений. Однако триазолы также полезны в биоортогональной химии, поскольку большое количество атомов азота обуславливает их реакционную способность, сходную с азидами. Наконец, наличие большого числа неподеленных электронных пар в триазолах делает их полезными в качестве координационных соединений, хотя обычно не в качестве haptic-лигандов.
A triazole is a heterocyclic compound featuring a five membered ring of two carbon atoms and three nitrogen atoms with molecular formula C2H3N3. Triazoles exhibit substantial isomerism, depending on the positioning of the nitrogen atoms within the ring. Many triazoles are versatile, biologically active compounds commonly used as fungicides and plant retardants. However, triazoles are also useful in bioorthogonal chemistry, because the large number of nitrogen atoms causes triazoles to react similar to azides. Lastly, the many free lone pairs in triazoles make them useful as coordination compounds, although not typically as haptic ligands.
Изомеризм
Существует четыре изомера триазола, которые условно разделяют на две пары таутомеров. В 1,2,3-триазолах три атома азота расположены смежно; в 1,2,4-триазолах один атом азота отделен от других атомов углеродным атомом. Каждая из этих категорий имеет два таутомера, различающихся положением атома азота, к которому присоединен атом водорода.
There are four triazole isomers, which are conventionally divided into two pairs of tautomers. In the 1,2,3 triazoles, the three nitrogen atoms are adjacent; in the 1,2,4 triazoles, an interstitial carbon separates out one nitrogen atom. Each category has two tautomers that differ by which nitrogen has a hydrogen bonded to it.
Подготовка
Существует несколько методов получения триазолов.
There are several methods to prepare triazoles.
1,2,3-триазолы
1,2,3-триазолы, также известные как вицинальные триазолы, обычно получают по протоколам (3+2)-циклоприсоединения. Распространенным методом для получения незамещенных триазолов является 1,3-диполярное циклоприсоединение азида и алкина по Хуисгену: азид и алкин реагируют при высокой температуре с образованием кольца. Однако стратегия Хуисгена приводит к образованию смеси изомеров (обычно 1,4- и 1,5-дизамещенных) при использовании для получения замещенных триазолов. Для селективного получения желаемого изомера используют металлические катализаторы. В медь-катализируемом циклоприсоединении азида и алкина (CuAAC) соли меди(I) способствуют образованию 1,4-дизамещенных 1,2,3-триазолов. Одним из таких катализаторов является CuBr(PPh3)3, который относительно стабилен к окислению даже при повышенных температурах и позволяет получать триазолы с широким спектром заместителей как в растворителе, так и в условиях безрастворительной реакции. В то же время, рутениевые катализаторы (RuAAC) способствуют образованию 1,5-дизамещенных 1,2,3-триазолов.
1,2,3 Triazoles, also known as vicinal triazoles, are usually prepared following (3+2) cycloaddition protocols. A common technique for unsubstituted triazoles is the Huisgen azide alkyne 1,3 dipolar cycloaddition: a azide and an alkyne react at high temperature to form a ring. However, the Huisgen strategy produces a mixture of isomers (typically 1,4 and 1,5 disubstituted) when used to produce substituted triazoles. In order to selectively prepare a desired isomer, metal catalysts are employed. In the copper catalysed azide alkyne cycloaddition (CuAAC), copper(I) salts select for the formation of 1,4 disubstituted 1,2,3 triazoles. One such catalyst is CuBr(PPh3)3, which is relatively stable towards oxidation even at elevated temperatures and can produce triazoles with a broad range of substituents either in solvent or under neat reaction conditions. Conversely, ruthenium catalysts (RuAAC) select for 1,5 disubstituted 1,2,3 triazoles.
1,2,4-триазолы
Большинство методов получения 1,2,4-триазолов используют свободную энергию воды, либо путем обезвоживания смеси амидов и гидразидов (реакция Пельцизари), либо имидов и алкилгидразинов (реакция Эйнхорна — Бруннера). Из этих двух реакций только реакция Эйнхорна — Бруннера является региоселективной. Недавние исследования сосредоточены на механическом измельчении и микроволновом облучении как на более экологичных альтернативах.
Most techniques for producing 1,2,4 triazoles use the free energy of water, either by dehydrating a mixture of amides and hydrazides (the Pellizzari reaction) or imides and alkyl hydrazines (the Einhorn Brunner reaction). Of those two, only the Einhorn Brunner reaction is regioselective. Recent research has focused on grinding and microwave irradiation as greener substitutes.
Приложения
Триазолы – это соединения с широким спектром применения, охватывающим материалы (полимеры), агрохимикаты, фармацевтические препараты, фотоактивные химикаты и красители. Бензотриазол используется в химической фотографии в качестве стабилизатора и антивуалянта. Циклогексилэтилтриазол непродолжительное время применялся как альтернатива кардиазолу (Метразолу) при лечении психических заболеваний методом электросудорожной терапии в 1940-х годах.
Triazoles are compounds with a vast spectrum of applications, varying from materials (polymers), agricultural chemicals, pharmaceuticals, photoactive chemicals and dyes. Benzotriazole is used in chemical photography as a restrainer and fog suppressant. Cyclohexylethyltriazol was briefly used as an alternative to Cardiazol (Metrazol) in convulsive shock therapy treatment of mental illnesses during the 1940s.
Значение в сельском хозяйстве
Многие триазолы обладают противогрибковым действием: к триазольным противогрибковым препаратам относятся флуконазол, исавуконазол, итраконазол, вориконазол, прамиконазол, равуконазол и позаконазол, а к триазольным фунгицидам для защиты растений – эпоксиконазол, миклобутанил, пропиконазол, протиоконазол, метконазол, ципроконазол, тебуконазол, флусилазол и паклобутразол. В связи с распространением устойчивости возбудителей болезней растений к фунгицидам класса стробилуринов, борьба с грибами, такими как Septoria tritici или Gibberella zeae, во многом опирается на триазолы. Пищевые продукты, например, магазинный картофель, могут содержать вещества, замедляющие рост, такие как триазол или тециклацис. Кроме того, паклобутразол, униконазол и триадимефон используются в качестве регуляторов роста растений. Брассиназол ингибирует биосинтез брассиностероидов.
Many triazoles have antifungal effects: the triazole antifungal drugs include fluconazole, isavuconazole, itraconazole, voriconazole, pramiconazole, ravuconazole, and posaconazole and triazole plant protection fungicides include epoxiconazole, de, myclobutanil, propiconazole, prothioconazole, metconazole, cyproconazole, tebuconazole, flusilazole and paclobutrazol. Due to spreading resistance of plant pathogens towards fungicides of the strobilurin class, control of fungi such as Septoria tritici or Gibberella zeae relies heavily on triazoles. Food, like store bought potatoes, contain retardants such as triazole or tetcyclacis. In addition, paclobutrazol, uniconazole, de, and triadimefon are used as plant growth retardants. Brassinazole inhibits brassinosteroid biosynthesis.