В 1961 году Э. Шмитц получил изомерные диазоалканам диазирины общей формулы:
Рисунок 1.
Диазирины представляют собой класс органических соединений, состоящих из углерода, связанного с двумя атомами азота, которые в свою очередь связаны друг с другом двойной связью, образуя таким образом циклопропен-подобное кольцо.
В лабораторной практике используются несколько различных методов получения диазиринов, где их получают исходя из различных реагентов.
Синтез диазиринов из кетонов
Как правило, схемы синтеза, которые начинаются с кетонов включают превращение кетона с желаемыми заместителями в диазиридинов. Эти диазиридины затем последовательно окисляются с образованием желаемых диазиринов.
Диазиридины могут быть получены из кетонов оксимированием, с последующим тозилированием (или мезилированием), а затем, наконец, путем обработки аммиаком. Как правило, реакции оксимирования проводят путем взаимодействия кетона с хлоридом гидроксиламмонийхлорида под воздействием высокой температуры в присутствии основания, такого как пиридин. Последующее тозилирование или мезилирование альфа-замещенных проводят кислородом с тозил- или мезилхлоридом в присутствии основания, в результате чего образуются тозил- или мезил- оксимы. Окончательное взаимодействие тозил или мезил оксимов с аммиаком дает диазирин.
Рисунок 2.В качестве альтернативы, диазиридины могут быть получены непосредственно в результате реакции кетонов с аммиаком в присутствии аминирующего агента, такого как хлорамин или гидроксиламин $O$-сульфоновой кислоты. При последующем окислении диазиридинов образуются диазирины:
Рисунок 3.
Синтез диазирины окислением циклических гидразинов
Как указано во втором пункте предыдущего метода - путем синтеза диазиринов является окисление циклических гидразинов - диазиридинов.
Рисунок 4.
Исходные 3,3-диалкилдиазиридины получаются при взаимодействии алифатических кетонов с аммиаком и гидроксиламин-$O$-сульфокислотой.
Рисунок 5.
Диазиридины могут быть окислены до диазиринов целым рядом способов - окислением хромом на основе реагентов Джонса, окисление йодом и триэтиламином, окисление оксидом серебра, окисление оксалилхлоридом, или даже электрохимическим окислением на платинов-титановом аноде.
Рисунок 6.
Синтез диазиринов с помощью реакции Грэма
В качестве альтернативы указанным выше методам, диазирины могут быть получены в одном реакционном сосуде с использованием реакции Грэма. По этой схеме амидины могут быть непосредственно превращены в диазирины путем гипогалитного окисления. Эта реакция приводит к галогенированным диазиринам, которые в дальнейшем могут быть преобразованы.
Рисунок 7.
$X = Cl$ или $Br$.
Полученный вышеупомянутый галодиазирин может подвергнуться реакции обмена для дальнейшей функционализации диазирина. В этих реакциях анион нуклеофила, такого как фторид тетра-н-бутиламмонийбромида или метокситетра-н-бутиламмония может заменить галогеновый заместитель.
Рисунок 8.
Свойства диазиринов
Диазирины являются более стабильными соединениями, чем диазоалканы. Диазирины не расщепляются при действии растворов кислот и щелочи при 20$^\circ$С и довольно устойчивы при нагревании до 100$^\circ$С. Однако реактивы Гриньяра гладко присоединяются к двойной связи диазиринов с образованием 1-алкилдиазиридинов.
Рисунок 9.
С помощью этой реакции диазирины можно легко отличить от диазоалканов, которые при действии реактивов Гриньяра дают $N$-алкилгидразоны.
Рисунок 10.
При облучении ультрафиолетовым светом, диазирины образуют реактивные карбены, которые могут присоединятся по $C-H$, $N-H$ и $O-H$-связям.
Рисунок 11.
Следовательно, диазирины используются в качестве фотореактивных алкилирующих реагентов. Они часто используются в исследованиях фотоаффинной маркировки при наблюдении различных взаимодействий, в том числе лиганд-рецепторных, лиганд-ферментных, взаимодействий белок-белок, и взаимодействий белок-нуклеиновые кислоты.
Молекула диазирину содержит делокализованных неделимые электронные пары на атомах азота.
Реакции, в которые вступают диазирины можно разделить на несколько типов: реакции с раскрытием, сохранением и расширение цикла.
Реакции с сохранением цикла
- Алкилирование замещенных диазиринив по атому азота боковой цепи
Рисунок 12.- Взаимодействие с нуклеофильными реагентами с получением замещенных диазиридинов
Рисунок 13.- Восстановление диазиридинив
Рисунок 14.Реакции с раскрытием цикла
- Термолиз
Рисунок 15.- Кислотное расщепление диазиринив. Реакции происходят только под действием сильных кислот
Рисунок 16.Реакции с расширением цикла возможны только для соединений с кратными связями:
- Образование пиразолов из винилазиринов
Рисунок 17.- Образование триазолов
Рисунок 18.
