Биполярные ионы. Производные бензимидазола

В 1967 г. на должность заведующего кафедрой органической химии был избран профессор А. М. Симонов (профессор Д. Е. Дионисьев ушел на пенсию). С этого времени весь коллектив кафедры переключился на исследования в области синтеза органических соединений.

Группа научных сотрудников вместе с А. М. Симоновым: изучает синтез и превращения биполярных ионов, характер внутримолекулярного влияния ониевой группы, зависимость между строением органических соединений и их свойствами," а также производные бензимидазола. К работе в этой области были привлечены аспиранты Н. Д. Виткевич, Н. К. Чуб, А. Д. Гарновский, старший лаборант Н. В. Магакян и др.

Такая целенаправленность естественна, так как А. М. Симонов незадолго до избрания на кафедру успешно защитил докторскую диссертацию в Институте органической химии АН СССР на тему "Исследование в области ониевых соединений, содержащих NH-группу и образующихся из них биполярных ионов".

А. М. Симонов изучил почти неизвестный и представляющий большой теоретический интерес класс ониевых соединений - биполярные ионы (бетаины), в молекуле которых анионным центром является отрицательно заряженный атом азота. Были исследованы реакции образования и превращения биполярных ионов этого типа. Отрицательно заряженный (азениатный) N-атом возникает в молекуле в результате отщепления протона от NH-группы, в которой Н-атом обладает достаточной подвижностью. Показано, что биполярные ионы такого строения образуются при действии щелочных средств на ониевые соли, содержащие NH-группу, связанную с бензольным или гетероциклическим ядром, несущим ониевый атом.

А. М. Симонов

Превращение ониевой соли в биполярный ион в значительной мере определяется строением (радикала, связанного с NH-группой. Реакция протекает легко только в том случае, если этот радикал обладает ярко выраженными электроноакцепторными свойствами (пикрил, 2,4-динитрофенил, бета-антрахинонсулыфонил, п-нитробензолсульфонил и т. п.). Усиление электроноакцепторных свойств радикала, в частности бензоильной труппы, которое может быть достигнуто путем введения в него заместителя с электрофильными свойствами, например нитрогруппы, вызывает более быстрое превращение ониевой соли в бетаин.

Установленная в ряду ароматических аммониевых солей зависимость данного превращения от структурных факторов была проверена на аналогично построенных системах производных хинолина, бензимидазола и сульфониевых соединений. При этом было найдено, что образование биполярных ионов хинолинового ряда при одинаковом строении радикала, связанного с NH-группой, протекает более легко, чем в ряду производных бензола; следовательно, по сравнению с группой фенилентриалкил аммония система N-алкилхинолиния обладает более высокими электроноакцепторными свойствами. При исследовании действия щелочных реагентов на соли бензимидареагентов на соли бензимидазолия было установлено, что в зависимости от структурны факторов реакция может привести как к образованию биполярного иона, так и к превращению ониевой соли в псевдооснование.

По данным диссертанта, подвижность водорода в NH группе ониевых солей определяется не только влиянием ради кала, но и влиянием ониевой группы. Таким образом, изучение превращения ониевых солей в бетаин позволяет установить внутримолекулярное влияние ониевой группы на NH группу. А. М. Симонов показал, в какой мере превращение в бетаин ониевой соли, содержащей NH-группу, зависит от строения ониевой группы, ее положения по отношению к NH группе и природы ониевого атома. Наличие сильного влияние ониевой группы на аминогруппу, связанную с тем же ядром было доказано на примере взаимодействия 2, 4-динитрохлор бензола и пикрилхлорида с ароматическими аминами, содержащими NH-труппу, находящуюся под влиянием триметиламмониевой группы.

Строение полученных соединений как биполярных ионов доказано определением дипольных моментов двух из них, обладающих достаточной для этого растворимостью в неполярных растворителях. А. М. Симонов приходит к выводу, что азениатный N-атом не несет полного элементарного заряда так как влияние электронакцепторных групп обусловливает перераспределение электронной плотности в молекуле, что придает данным соединениям сравнительно высокую устойчивость. Поэтому, например, некоторые из бетаинов данного типа не гидратируются при стоянии в парах воды. Имея в молекуле злектронодонорный центр, бетаины легко взаимодействуют с разбавленными кислотами, а при нагревании - с галоидными алкилами и галоидными ацилами. При этом происходит присоединение алкила (ацила) к азениатному атому азота с образованием N-алкильного производного соответствующей ониевой соли. Эта реакция может служить для препаративных целей. Значительный интерес представляет перегруппировка, наблюдающаяся у некоторых бетаинов сульфониевого ряда при их плавлении и заключающаяся в перемещении алкила от ониевого атома к электронодонорному центру молекулы.

В диссертации описан ряд других реакций, представляющих интерес для синтетической ХИМИИ. К числу их следует отнести реакцию алкилирования ариламидов сульфокислот по NH-группе с помощью четвертичных аммониевых соединений; она может оказаться особенно ценной в том случае, если алкилируемое соединение содержит третичный N-атом. Промышленное значение имеет синтез водораствюримых азотолов, пригодных для холодного крашения шелковых тканей.

А. М. Симонов впервые осуществил и описал аминирование 1-алкилзамещенных бензимидазола.

Исследования в области ониевых соединений А. М. Симонов продолжил в Ростовском университете. Совместно с Н. К. Чуб и Н. В. Магажян он синтезировал сульфониевые соли, которые, в отличие от ранее полученных соединений, содержат ациламиногруппу в ортоположении к ониевому атому. Превращение этих солей в бетаины протекает так же легко, как у описанных пара-производных. Была осуществлена перегруппировка указанных бетаинов в N-металанилиды.

А. М. Симонов и Н. К. Чуб синтезировали и превратили в бетаины ониевые соли ряда стильбена и триметилбензилам-мониевые соли. Ими изучены превращения, протекающие при расплавлении этих солей.

Необходимо заметить, что до работ А. М. Симонова почти ничего не было, известно о бетаинах, характеризующихся той особенностью, что они имеют в качестве анионного центра азениатный атом азота. Не были известны биполярные ионы с азениатным азотом и сульфониевой серой в качестве ионных центров. А. М. Симонов разработал пути синтеза такого ряда соединений, получил ряд новых биполярных ионов и всесторонне изучил их свойства.

Несомненную научную ценность представляют исследования в области производных бензимидазола, проведенные Н. Д. Виткевичем под руководством А. М. Симонова. Они составили содержание кандидатской диссертации¹, которую Н. Д. Виткевич успешно защитил в Ростовском университете в 1960 г. Он изучил взаимодействие соединений ряда бензимидазола с нуклеофильными реагентами и синтезировал 40 новых соединений. Взаимодействие 1-алкил-1-аралкил)-бензимидазола с амидом натрия - путь синтеза 2-амино-1-алкил (1-аралкил)-бензимидазолов.

¹ (Н. Д. Виткевич. Исследования в области производных бензимидазола. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Ростов-на-Дону, 1959; А. М. Симонов, Н. Д. Виткевич. ЖОХ, 29, 2404 (1959); 30, 590 (1960).)

Были исследованы свойства полученных аминопроизвод-ных. Установлено, что они проявляют реакционную способность: в зависимости от природы реагента атаке подвергается аминогруппа или гетероатом. Заслуживает также внимания тот факт, что при введении в 1-алкилбензимидазол аминогруппы образуются биологически активные соединения, которые могут представить фармакологический интерес.

Показано, что четвертичные соли бензимидазолия с динит-рофенильным радикалом у N-атома при действии на них реагентов, обладающих даже слабощелочными свойствами, очень легко превращаются в псевдооснования. При действии соляной кислоты эти соединения не превращаются в соли бензимидазолия, как это имеет место у обычных псевдооснований, а дезацилируются. Путем встречного синтеза было доказано строение продукта дезацилирования.

К изучению этого малоизвестного класса органических соединений А. М. Симонов приобщил способную молодежь. Подробнее ознакомиться со свойствами бетаинов можно в опубликованных работах¹.

¹ (А. М. Симонов. ЖОХ, 22, 2006 (1952); 25, 2278 (1955); А. М. Симонов, Ф. А. Менделева. ЖОХ, Сб II, 1387 (1953); А. М. Симонов, М. Н. Окорокова. ЖОХ, 27, 1941 (1957); А. М. Симонов, Н. К. Чуб. ЖОХ, 29, 2988 (1959); А. М. Симонов, Н. К. Чуб, Н. В. Магакьян. ЖОХ, 30, 2680 (1960).)