Піразол

А. Способи добування

У природі піразол (1,2-діазол) та його похідні не зустрічаються.

З методів синтезу найважливішими є:

1. Приєднання діазоалканів до ацетиленів. Реакцію використову­ють для добування піразолу та його похідних. Піразол за цією реак­цією добувають приєднанням діазометану до ацетилену.

2. Взаємодія гідразину, алкіл- або арилгідразинів з 1,3-дикарбоиіль-ними сполуками. Цей спосіб частіше використовують для добування гомологів піразолу. Так, при взаємодії гідразину з ацетилацетоном утворюється 3,5-диметилпіразол.

Б. Фізичні властивості

Піразол — безбарвна кристалічна речовина (т. пл. 70 °С, т. кип.187 °С) зі слабким запахом піридину; добре розчинна у воді, етанолі та ефірі.

В неполярних розчинниках існує у формі димерів і тримерів через утворення міжмолекулярних водневих зв'язків.

В. Хімічні властивості

1. Кислотність і основність. Кислотно-основні властивості піра­золу зумовлені наявністю в його структурі атомів азоту пірольного та піридинового типів (див. розд. 3.1).

За рахунок атома азоту піридинового типу піразол виявляє основні властивості (pK_ВН+ 2,53), за рахунок атома азоту пірольного типу — слабкі кислотні властивості (рК_α ~ 14). Отже, піразол є амфо­терною сполукою та здатний вступати в реакції як з мінеральними кислотами, так і з лугами, утворюючи при цьому солі, наприклад:

Солі піразолу вельми стійкі сполуки. їх стабільність зумовлена делокалізацією позитивного заряду між усіма атомами циклу в катіоні піразолію, або негативного заряду в піразолід-аніоні.

Наявність у молекулі піразолу рухомого атома водню NH-групи та оснбвного центру – атома азоту піридинового типу є причиною виникнення прототропної, або так званої азольної таутомерії. Прототропна таутомерія піразолу та його гомологів зумовлена переміщен­ням атома водню NH-групи до атома азоту піридинового типу.

В результаті таутомерних перетворень положення 3 та 5 у молекулі піразолу рівноцінні. Так, 3-метилпіразол і 5-метилпіразол є таутомерними формами одної та тої самої сполуки.

Причому, міграція атома водню відбувається настільки швидко, що виділити індивідуальні таутомери не виявляється можливим. Тому в назвах таких сполук поряд з цифрою, що вказує положення замісника, в дужках наводиться цифра, котра позначає можливість відліку від іншого, хімічно ідентичного азоту. Так, наведену вище сполуку називають 3(5)-метилпіразол.

2. Реакції з електрофільними реагентами. Через електроноакцепторний вплив атома азоту піридинового типу реакційна здатність піразолу з електрофільними реагентами зменшена. При цьому напрям реакцій залежить від природи атакуючого реагенту і умов їх проведення.

Алкілування і ацилювання піразолу проходить звичайно з Утворенням продуктів N-заміщення. Так, при взаємодії піразолу з йодметаном у нейтральному або лужному середовищі утворюється N-метилпіразол.

Спочатку електрофільний реагент СН₃І атакує атом азоту піридинового типу молекули піразолу з утворенням солі— N-метилпіразоліййодиду, котра відщеплює НІ, перетворюючись на кінцевий про­дукт реакції. Ця реакція проходить з переносом реакційного центру.

Аналогічно відбувається ацилювання піразолу.

Реакції з сильними електрофільними реагентами (нітрування, сульфування, галогенування) відбуваються з утворенням продуктів заміщення по атому вуглецю в положенні 4 (найвіддаленіше від атомів азоту положення). Оскільки піразол не виявляє ацидофобних властивостей, нітрування та сульфування його проводять концентро­ваними азотною та сірчаною кислотами відповідно. Обидві реакції проходять через стадію утворення неактивного катіона піразолію.

Галогенування піразолу відбувається порівняно легко.

3. Реакції відновлення. При відновленні піразолу воднем у момент виділення (С₂Н₅ОН + Na) утворюється частково гідрований про­дукт— піразолін. Гідрування в присутності каталізатора приводить до утворення повністю гідрованого похідного — піразолідину.

Піразолін і піразолідин є набагато сильнішими основами, ніж піразол. Вони виявляють властивості вторинних аліфатичних амінів.

Г. Найважливіші похідні піразолу

Піразолон-5 (2-піразолінон-5). Це безбарвна кристалічна речовина (т. пл. 165 °С), добре розчинна у воді та етиловому спирті, погано розчинна в ефірі та толуолі. Піразолон-5 є таутомерною сполукою та може існувати в СН₂, ОН- і NH- формах.

У зазначеній рівновазі істотно переважає СН₂-форма, тому вважають за кращу назву сполуки — піразолон-5.

Ядро піразолону-5 входить у структуру низки лікарських препа­ратів, зокрема, антипірину, амідопірину і анальгіну. Як вихідну речо­вину для добування лікарських препаратів піразолонового ряду використовують 3-метил-1-фенілпіразолон-5. Цю сполуку було впер­ше синтезовано в 1883 р. німецьким хіміком-органіком Л.Кнорром з ацетооцтового ефіру та фенілгідразину.

3-Метил-1-фенілпіразолон-5, подібно до незаміщеного піразоло­ну-5, може існувати у трьох таутомерних формах:

Установлено, що в неполярних розчинниках переважає СН₂ -форма, а у водних розчинах NH- форма. При взаємодії 3-метил-1-фенілпіразолону-5 (у NH- формі) з йодистим метилом утво­рюється 2,3-диметил-1 -фенілпіразолон-5 (антипірин).

Антипірин — безбарвна кристалічна речовина (т. пл. 114 °С) з гіркуватим смаком, добре розчинна у воді. Застосовується у медицині як жарознижуючий та болезаспокійливий засіб.

У молекулі антипірину атом водню при вуглецю в положенні 4 піразолінового циклу виявляє значну рухливість. При дії азотної кислоти він легко заміщується на нітрогрупу. Наступне відновлення 4-нітрозоантипірину, що утворився, дає 4-аміноантипірин вихідний продукт у синтезі амідопірину і анальгіну.

Амідопірин добувають метилуванням 4-аміноантипірину:

Анальгін синтезують за схемою:

Амідопірин анальгін застосовують у медицині як жарознижуючі та болезаспокійливі засоби, причому амідопірин сильніше виявляє жарознижуючу дію, анальгін - болезаспокійливу.