Алифатические диазосоединения

Алифатические диазосоединения - это такие органические соединения, которые имеют в своем строении два связанных атома азота (диазо- группу) в качестве терминальной функциональной группы. Общая формула алифатических диазосоединений - $R_2C=N_2$. Простейшим примером диазосоединения является диазометан - $CH_2N_2$, свойства которого уже рассматривались в главе посвященной классу диазосоединений в целом.

Свойства алифатических диазосоединений

Электронная структура диазосоединений включает в себя положительный заряд на центральном азоте и отрицательный заряд, распределенный между атомами азота и углерода.

Рисунок 1.

При протонировании или при взаимодействии с кислотами Льюиса образуется электронодефицитная частица, обладающая свойствами мощного электрофильного агента, поэтому для диазоалканов характерны свойства бифильного реагента.

На схеме ниже представлены четыре переходные резонансные структуры алифатических диазосоединений:

Рисунок 2.

Диазоалканы относятся к числу реакционноспособных и нестабильных соединений. Наиболее стабильными диазосоединениями являются альфа-диазо-бета-дикетоны и $\alpha$-диазо-$\beta$-диэфиры, так как отрицательный заряд в таких соединениях делокализован в карбонильной группе. В противоположность этому, большинство алкилдиазо соединений крайне неустойчивы и даже взрывоопасны. Так газообразный диазометан разлагается со взрывом при комнатной температуре при соприкосновении со шлифованной или шероховатой поверхностью, поэтому при работе с газообразным диазометаном не рекомендуется использовать посуду со шлифами. В отличие от этого раствор диазометана в эфире сохраняется при -20$^\circ$ в течение длительного времени. Пары диазометана ядовиты, он вызывает припадки астмы и раздражает глаза. Гомологи диазометана еще менее стабильны и раствор диметилдиазометана в эфире разлагается при -20$^\circ$ в течение нескольких минут.

Диазосоединения не следует путать с азо- соединениями типа $R-N = N-R$ или с соединениями диазония типа $R-{N_2}^+$.

Примеры диазосоединений

Диазосоединениями впервые были получены с Питером Гриссом который обнаружил новую универсальную химическую реакцию, описанную им в 1858 в его труде "Предварительные записи о влиянии азотистой кислоты на аминонитро и диаминонитрофенол". И с тех пор алифатические диазосоединения стали применятся в самых различных областях. В частности в лабораторной практике, в медицине и в промышленности применяют:

• Простейшие диазоалканы;
• Диазоуксусный эфир;
• 6-Диазо-5-оксо-$L$-норлейцин;
• Триметилсилилдиазометан.

Простейшие диазоалканы, в частности диазометан - $CH_2N_2$, используют в лабораторной практике. Их применяют в реакциях метиллирования и прочих подобных реакциях, где они выступают источниками карбенов.

Для удобства и безопасности диазометан хранится и используется в виде раствора в эфире, и используеся как таковой. Он преобразует карбоновые кислоты в их метиловые эфиры или в их гомологи.

Ниже будут рассмотрены прочие, более сложные диазосоединения.

6-Диазо-5-оксо-$L$-норлейцин

Рисунок 3.

6-Диазо-5-оксо-$L$-норлейцин (ДОН) представляет собой антагонист глутамина, который первоначально был выделен из стрептомицина в образце перуанского почвы. Это диазосоединение было охарактеризовно в 1956 году Генри В Дионом и сотрудниками, который предложил возможное применение этого соединения в терапии рака. Противоопухолевая эффективность этого соединения была подтверждена в различных моделях на животных. ДОН был испытан в качестве химиотерапевтического агента в различных клинических исследованиях, но никогда так и не был утвержден в качестве лекарственного средства. Последние клинические результаты были опубликованы в 2008 году, хотя и не в качестве монотерапии ДОН, но в сочетании с рекомбинантной глютаминазой.

ДОН представляет собой водорастворимый порошок желтоватого цвета, который может быть растворен также в водных растворах метанола, ацетона или этанола, но растворение в абсолютных спиртах крайне затруднительно. Раствор 50 мкмоль $DON$ в 0,9% $NaCl$ имеет слегка желтоватый цвет. Кристаллическая форма вещества выглядит как желтоватые зеленоватые иглы. Удельное вращение ${[\alpha]_{26}}^D$ +21$^\circ$; (с = 5,4% в $H_2O$). В фосфатном буфере, $pH$ 7 проявляются максимумы поглощения ультрафиолета при 274 нм ($E$1% 1 см. 683) и 244 нм ($E$1% 1 см 376).

Диазоуксусный эфир

Рисунок 4.

Диазоуксусный эфир (этилдиазоацетат, этиловый эфир диазоуксусной кислоты) - формула $N_2CHCOOC_2H_5$, представляет собой диазосоединение и применяется как диазореагент, в органической химии.

Этилдиазоацетат при нормальных условиях - это желтоватая вязкая жидкость. Хорошо растворяется в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, плохо - в воде. При взаимодействии с концентрированными кислотами или при нагревании неочищенного продукта - разлагается со взрывом.

Диазоуксусный эфир используется в циклопропанировании алкенов.

Хотя соединение является опасным оно используется в химической промышленности.

Триметилсилилдиазометан

Рисунок 5.

Триметилсилилдиазометан, $(CH_3)_3SiCHN_2$, представляет собой диазосоединение, которое широко используется в качестве менее взрывобезопасной замены диазометана.

Триметилсилилдиазометан может быть получен по реакции (триметилсилил)метилмагнийхлорида с дифенилфосфоразидата.

Рисунок 6.

Триметилсилилдиазометан представляет собой коммерчески доступный реагент, используемый в области органической химии в качестве метилирующего агента. Это менее взрывоопасная альтернатива диазометана для метилленированния карбоновых кислот. Он также реагирует со спиртами с образованием метиловых-эфиров.

Триметилсилилдиазометан также широко используется в методе газовой хроматографии-масс-спектрометрии для анализа различных углеродных соединений, которые широко распространены в природе. Тот факт, что реакции с ним протекают быстро и легко делает его привлекательным реагентом для этих целей. Тем не менее, он может формировать побочные соединения, которые усложняют спектральную интерпретацию.