Разработка методов синтеза нитроксильных радикалов ряда имидазолина, имидазолидина и пирролидина

Нитроксильные радикалы (нитроксиды, НР) — наиболее распространённый класс стабильных органических радикалов. Небольшие молекулы нитроксидов с легко варьируемой структурой обладают уникальными свойствами, обеспечивающими многообразие и постоянное расширение их применений в различных областях науки и техники. Наиболее быстро развиваются работы по применению НР в биофизике, в медицине и в химии полимеров.

В биофизике НР используются для изучения строения и механизмов взаимодействия сложных биомолекул и исследования процессов, обеспечивающих различные аспекты жизнедеятельности клеток. Развитие новых физических методов исследования на основе низкопольного ЭПР и эффекта Оверхаузера открывает новые возможности для неинвазивного исследования живых объектов и диагностики при помощи парамагнитных молекулярных зондов. Широкое применение НР в этой сфере осложняется их восстановлением в диамагнитные продукты (гидроксиамины) под действием биогенных антиоксидантов и ферментативных систем.

Применение НР в медицине связано с их свободно-радикальной природой и способностью как к одноэлектронному окислению, так и восстановлению. Благодаря этой особенности НР чрезвычайно легко взаимодействуют с активными радикалами, образующимися в результате протекания различных окислительных процессов в живых системах. Благодаря этому НР блокируют развитие цепных радикальных процессов с участием активных форм кислорода (АФК), с которыми связывают развитие различных патологий. Реагируя с активными радикалами, НР могут образовывать устойчивые аддукты либо претерпевать одноэлектронное восстановление или окисление с образованием гидроксиамина (ГА) или оксоаммониевого катиона соответственно. Последний быстро превращается в гидроксиамин, реагируя с органическими соединениями. Гидроксиамины в свою очередь способны реагировать с АФК, при этом регенерируются НР. Совокупность этих процессов обусловливает высокую антиоксидантную активность НР. Показано, что НР, подобно природному ферменту супероксиддисмутазе, катализируют диспропорционирование супероксидного радикала, являющегося основным источником всех АФК в организме. Антиоксидантная активность обусловливает применения НР в фармакологии для защиты от ионизирующего излучения, профилактики и лечения онкологических заболеваний, нейродегенеративных болезней, гипертонии, а также предотвращения повреждения тканей вследствие ишемии/реперфузии. Следует отметить, что биологическая активность НР и соответствующих гидроксиаминов может различаться. Различие в биологической активности часто наблюдают в экспериментах на клеточных культурах, где небольшое количество клеток не может быстро изменить соотношение НР и ГА. В экспериментах in vivo, напротив, эти различия сглажены. Вследствие реакции гидроксиаминов с постоянно образующимися АФК, в живых тканях наблюдается некое равновесие между НР и ГА, сдвинутое в сторону образования гидроксиамина. Можно ожидать, что изменение положения этого равновесия может существенно повлиять на биологическую активность.

В основе использования НР в химии полимеров лежит их способность обратимо реагировать с короткоживущими С-центрированными радикалами. Проведение радикальной полимеризации виниловых мономеров в присутствии НР приводит к обратимому захвату радикалов растущих полимерных цепей с образованием макроалкоксиаминов. В результате концентрация растущих цепей понижается до необходимого минимума, что существенно снижает вклад процессов рекомбинации (необратимого обрыва цепи) и позволяет получать полимеры более высокого качества с узким распределением по молекулярной массе. Более того, полученные полимеры, как правило, имеют структуру макроалкоксиамина, что позволяет реинициировать полимеризацию в присутствии другого мономера и получать блок-сополимеры регулярного строения. Уникальные свойства последних, например, способность к самоорганизации в наноструктуры, делают их перспективной основой для создания высокотехнологичных материалов.

Развитие упомянутых выше применений порождает постоянный интерес к синтезу новых производных. В связи с этим химия НР продолжает быстро развиваться. Одним из активно развиваемых направлений является синтез НР, содержащих объёмные заместители у б-атомов углерода нитроксильной группы. Пониженная пространственная (топологическая) доступность нитроксильного фрагмента придаёт этим радикалам ряд полезных свойств. В частности, значительно возрастает устойчивость НР к восстановлению в диамагнитные соединения, протекающему в биологических образцах, что открывает перспективы применения пространственно затруднённых НР в биофизических исследованиях in vivo и в медицине. Кроме того, меняется положение равновесия в обратимой реакции НР с короткоживущими С-центрированными радикалами, что позволяет использовать пространственно-затруднённые НР в контролируемой радикальной полимеризации различных виниловых мономеров при более низкой температуре и улучшить характеристики получаемых полимеров и блок-сополимеров.

В связи с этим разработка новых методов синтеза нитроксильных радикалов с объёмными заместителями представляется весьма актуальной задачей.

Целью данной работы являлась разработка методов синтеза нитроксильных радикалов ряда имидазолина, имидазолидина и пирролидина, содержащих объёмные алкильные заместители уатомов углерода нитроксильной группы.

В главе 1 (литературной обзор) рассмотрены различные подходы к синтезу нитроксильных радикалов с пространственно-затруднённым нитроксильным фрагментом. Литературные данные показывают, что объёмные заместители в циклические НР могут быть введены как на стадии построения гетероцикла, так и при последующих превращениях.

В данной работе в качестве основного метода достижения поставленной цели выбраны реакции циклических нитронов производных пирролина, 2Ни 4Н-имидазола с металлоорганическими соединениями. Хотя этот метод имеет существенные ограничения и в ряде случаев даёт невысокие выходы целевых нитроксильных радикалов, он позволяет использовать единый подход для синтеза набора различных производных. Кроме того, в НИОХ СО РАН разработаны удобные способы получения исходных циклических нитронов и выбранный метод позволяет использовать это преимущество.

В результате исследования реакций 2Н-имидазол-1-оксидов с реактивами Гриньяра (Глава 2) был синтезирован набор 4-фенил-3-имидазолин-1-оксилов с различными объёмными заместителями в положениях 2 и 5. Однако, было установлено, что использование этого метода для получения НР ряда 3-имидазолина с метильной группой в положении 4 даёт низкие выходи и не рационально. Основными побочными процессами при этом являются переметаллирование и дезоксигенирование нитронной группы. Было обнаружено, что введение на начальном этапе синтеза объёмного заместителя, не склонного к металлированию, к атому углерода нитронной группы позволяет в дальнейшем использовать высокореакционноспособные литийорганические соединения для введения второго объёмного заместителя к тому же атому, в результате чего сильно затрудненные НР могут быть получены с хорошим выходом.

Эта находка была была успешно использована для получения НР из нитронов другого строения — производных 4Н-имидазол-3-оксида (Глава 4) и 1-пирролинон-4−1-оксида (Глава 5). В результате были синтезированы пространственно затруднённый рН-чувствительный зонд с рК 6.49 и несколько спиновых меток и зондов пирролидинового ряда. Последние показали чрезвычайно высокую устойчивость к восстановлению в модельных системах, гомогенатах тканей и изолированных органах.

НР 3-имидазолина превращали в радикалы имидазолидинового ряда через алкилирование диметилсульфатом и восстановление полученных имидазолидиниевых солей боргидридом натрия (Глава 3). Было установлено, что при наличии в имидазолиниевой соли асимметрического центра соотношение образуюшихся при восстановлении диастереомеров зависит от условий проведения реакции. Полученные НР имидазолидинового ряда обладают рН-зависимыми спектрами ЭПР. Один из полученных НР, содержащий в составе молекулы карбоксильную группу имеет необычно высокий рК (6.2) и представляет интерес в качестве рН-чувствительного спинового зонда.

Интересной особенностью НР 3-имидазолинового и 3-пирролидинонового рядов, содержащих бутильный и трет-бутильный заместители у одного атома углерода является их термическая неустойчивость. Исследование этого необычного превращения (Глава 6) показало, что при нагревании происходит отщепление трет-бутильного радикала с образованием соответствующего бутилнитрона (реакция обратная спиновому захвату).

На основе полученных пространственно-затруднённых НР были синтезированы алкоксиамины (Глава 7), которые в дальнейшем использовались как для определения констант скорости гомолиза С-O связи, необходимых для оптимизации условий контролируемой полимеризации с участием полученных НР, так и в качестве инициаторов для получения полимеров.

Многие из полученных пространственно затруднённых НР и соответствующих алкосиаминов были переданы для исследования полимеризации в МТЦ СО РАН и НИИ химии Нижегородского государственного университета. Среди переданных соединений обнаружены эффективные регуляторы полимеризации стирола, метилметакрилата и акриламида (в водном растворе), позволяющие получить полимеры с низкой полидисперсностью.

В настоящее время в Государственном университете штата Огайо (Коламбус, США) продолжаются исследования с использованием синтезированных в ходе этой работы спиновых меток и зондов, направленные на разработку новых способов диагностики онкологических заболеваний.

Работа выполнена в Лаборатории азотистых соединений НИОХ СО РАН. Запись ИК, УФ, ЯМР, ЭПР и масс-спектров, а также рентгеноструктурный анализ осуществлены в Лаборатории физических методов исследования НИОХ. Элементный анализ выполнен в Лаборатории микроанализа НИОХ. Определение рК (титрование) и констант скорости восстановления полученных НР аскорбиновой кислотой проводилось Комаровым Д. А и Глазачевым Ю. И. (ИХКиГ СО РАН).

Проведённые исследования были частично поддержаны РФФИ (проекты 04−03−32 299-а и 08−03−432-а).

Глава 1. Синтез пространственно затрудненных нитроксильных радикалов

В последние годы наблюдается большой рост интереса к нитроксильным радикалам (НР), содержащим объёмные заместители в ближайшем окружении группы N-O?. Подавляющее большинство известных на сегодняшний день НР содержат метильные группы у б-атомов углерода нитроксильной группы. Установлено, что увеличение объема этих заместителей всего лишь на один атом углерода приводит к существенному изменению свойств НР. Поэтому, здесь и далее под термином «объёмные заместители» мы будем понимать любые группы большие, чем метильная.

На сегодняшний день известно много подходов к синтезу стабильных НР различной структуры. Однако для производных с объемными заместителями при нитроксильной группе существующие методы синтеза имеют определённые ограничения. Данный обзор представляет собой попытку систематизации известных подходов к синтезу нитроксильных радикалов с пространственно затруднённым нитроксильным фрагментом и анализа возможностей и ограничений различных методов.

Образование нитроксильной группы может происходить следующими способами:

1) окисление пространственно-затруднённых аминов или гидроксиламинов, которые в свою очередь могут быть получены различными методами, включая разнообразные конденсации или реакции нитроной группы с нуклефильными агентами, например, с металлоорганическими соединениями;

2) термолиз алкоксиаминов;

3) присоединение радикальных агентов к нитронам или нитрозо соединениям (спиновый захват);

4) присоединение нуклеофила к катион-радикалу нитрона.

Способ 4 не рассматривается в данном обзоре, т.к. имеет очень узкое применениев синтезе НР. Присоединение нуклеофила к катион-радикалу нитрона используется только в синтезе радикалов со специфическим окружением (с алкоксиили аминогруппами у б-атома углерода).

Способы 2−4 также имеют весьма ограниченное значение, поэтому мы коротко рассмотрим их в этом разделе.

Спиновый захват обычно не используется как прямой препаративный метод синтеза НР. Это связано с тем, что скорость захвата С-центрированных радикалов нитроксильными выше, чем скорость захвата их спиновыми ловушками (нитронами, нитрозо соединениями или оксидами азота). В результате образующийся НР претерпевает дальнейшие превращения, чаще всего, дает алкоксиамин. Например, окисление замещенного гидразина 1 диоксидом свинца в присутствии нитрозосоединения 2 описано в работе как метод синтеза алкоксиамина 3 (схема 1). Реакция, очевидно, идёт через образование 1-фенилизобутильного радикала, который затем последовательно реагирует с 2 и образовавшимся нитроксильным спиновым аддуктом.

СХЕМА 1

Аналогичные превращения использованы в патентованных методах синтеза алкоксиаминов 3a-3c через термолиз азо-бис-изобутиронитрила в присутствии нитрозосоединений, нитронов или окиси азота.

Рисунок 1

Некоторые алкоксиамины способны к обратимому гомолитическому распаду по связи С-О, что позволяет использовать их в качестве источников инициирующих радикалов и НР в контролируемой радикальной полимеризации. При нагревании таких алкоксиаминов на воздухе образующийся алкильный радикал необратимо связывается кислородом, освобождая НР. Эта реакция иногда используется для препаративного получения НР, например, в тех случаях, когда для построения скелета требуется использование сильно кислых сред, в которых НР неустойчивы (например, см. схему 2).

СХЕМА 2

Окислительные методы

Далее будут рассмотрены методы синтеза НР, в которых последней стадией является окисление. Важнейшими субстратами для получения стабильных НР являются вторичные амины и гидроксиамины. Методики окисления этих групп носят достаточно общий характер, поэтому ключевым этапом в синтезе пространственно-затрудненных НР является получение прямых предшественников. Здесь и далее амины и гидроксиамины, окисление которых приводит к образованию НР с объёмными заместителями у б-атомов углерода к нитроксильной группе, мы будем называть пространственно затруднёнными аминами (гидроксиаминами).

Пространственно затрудненные амины

Препаративное значение приобрели лишь немногие окислители. Одна из важнейших окислительных систем — пероксид водорода в присутствии солей вольфрамовой кислоты (окислителем в данном случае является первольфрамат-ион) приводит к образованию НР через промежуточный гидроксиамин (см. схему 3).

СХЕМА 3.

Метод окисления пероксидом водорода в присутствии вольфраматов позволяет получать НР и из третичных аминов.

СХЕМА 4

Другие неорганические катализаторы окисления перекисью водорода не приобрели существенного препаративного значения в химии НР.

Альтернативой системе Н2О2-Na2WO4 являются органические надкислоты, чаще всего м-хлорнадбензойная (MCPBA) и п-нитронадбензойная кислоты (схема 3). Этот метод позволяет проводить реакцию в неводных средах (хлороформе, хлористом метилене).

Окисление пространственно затрудненных вторичных аминов надкислотами обычно происходит более успешно, чем перекисью водорода в присутствии вольфраматов. Например, для пространственно затрудненного пиперидинового производного 4 образование радикала с выходом 62% наблюдается только под действием м-хлорнадбензойной кислоты.

СХЕМА 5

Способы получения циклических пространственно-затрудненных аминов

Синтезы с использованием реакции конденсации

Синтезы на основе 4-оксопиперидина (триацетонамина)

Триацетонамин (2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин, TAA), легко получаемый конденсацией ацетона с аммиаком, является основой для синтеза наиболее распространенных 2,2,6,6-тетраметилзамещенных НР пиперидинового ряда. Кроме того, из ТАА также получают важнейшие НР пирролинового, пирролидинового и диазепинового рядов. Этим объясняются многочисленные попытки исследователей получить аналоги ТАА, содержащие объёмные заместители в положениях 2 и 6.

В некоторых случаях стерически затрудненные пиперидины удается получить с неплохим выходом, непосредственно конденсируя кетоны с аммиаком. Так при взаимодействии аммиака с метилэтилкетоном образуется диметилтриэтилзамещенный тетрагидропиримидин 5, который далее превращается в целевой пиперидон, с общим выходом 55%. Окисление надуксусной кислотой позволяет получить НР 6 с выходом 89% (схема 6). Однако другие метилкетоны, (типа Me (CO)R, где R > Et) дают в этой реакции очень низкий выход соответствующего пиперидона, а более затрудненные кетоны, например 3-пентанон не реагируют совсем.

СХЕМА 6

Поскольку ТАА образуется в результате последовательности обратимых реакций, неоднократно предпринимались попытки получить из триацетонамина или его прямого предшественника — ацетонина (2,2,4,4,6-пентаметил-2,3,4,5-тетрагидропиримидина) — более затрудненные НР. При взаимодействии ацетонина с кетонами в присутствие хлорида аммония наблюдается образование трех основных типов продуктов, соотношение которых обусловлено, главным образом, строением кетона (схема 7). Однако для большинства кетонов выход целевого сильно затрудненного амина типа 7b незначителен.

СХЕМА 7

Препаративное значение этот подход имеет только для циклогексанона, а также некоторых шестичленных гетероциклических кетонов, например тетрагидропиран-4-она (схема 8). Очевидно, в данном случае значение имеет не только циклическая структура кетона, но, видимо, и размер цикла, так в реакции с циклогептаноном и циклопентаноном преимущественно образуется несимметричный амин 7а (схема 7).

СХЕМА 8

Тем ни менее, 2,2,6,6-тетраэтилзамещенный пиперидиновый радикал может быть получен несколькими способами.

Ключевой стадией одного из вариантов синтеза также является перегруппировка/гидролиз соответствующего тетрагидропиримидина 8 в присутствии диэтилкетона и бромистого аммония. Соединение 8 удается получить с высоким выходом конденсацией диэтилкетона и аммиака с солью бета-аминокетона 9 и трифторуксусной кислоты (TFA). Бета-аминокетон в свою очередь получают при раскрытии цикла в-лактама 10. Лактам 10 получают из коммерчески доступного 2-этилбутена (схема 9).

СХЕМА 9

На схеме 10 представлен другой способ формирования этильных заместителей в НР 11 посредством десульфирования пиперидинона 12, получаемого конденсацией ацетонина с тетрагидротиопиран-4-оном.

СХЕМА 10

Еще один подход к синтезу пространственно затрудненных пиперидин-4-онов заключается в формировании замещенного производного форона и последующей конденсации его с аммиаком. Этим путем НР 11 был получен, исходя из коммерчески доступного металлил дихлорида. Ключевым этапом синтеза является олефинирование по Уодсворту-Хорнеру-Эммонсу (УХЭ) 3-пентаноном полученного по известной методике бисфосфоната 13 (см. схему 11, II). Присоединение одновременно двух молекул диэтилкетона осуществить не удается. Поэтому олефинирование проводится последовательно и требует тщательного подбора условий и реагентов. Так, для протекания первой реакции УХЭ, по-видимому, необходимо образование соответствующего дианиона из бисфосфоната 13, для чего последний обрабатывается LDA, а затем бутиллитием. Повторное олефинирование протекает с трудом, однако его можно осуществить в достаточно мягких условиях в присутствии гидроксида цезия. Соотношение образующихся таким образом двух изомерных продуктов 14 и 14а не меняется при длительном нагревании в условиях реакции, однако разделение изомеров не требуется, т.к. необходимая изомеризация происходит в условиях последующей реакции циклизации.

СХЕМА 11

Аналогичный подход позволяет получить 7-аза-диспиро[5.1.5.3]гексадекан-15-он 1 из ацетона и циклогексанона (схема 12). Интересно отметить, что поэтапное альдольное присоединение 2-х эквивалентов циклогексанона к ацетону с последующим элиминированием приводит к образованию 3-х продуктов, которые конденсируются с аммиаком в единственный 4-оксо-пиперидин 1. Особенности окисления 1 в радикал были рассмотрены выше.

СХЕМА 12

Как и в случае ТАА, пространственно-затруднённые 4-оксопиперидины могут быть использованы для синтеза НР других типов. Наибольшее значение имеют реакции расширения цикла, приводящие через нитреновые интермедиаты или через внедрение карбена к производным диазепанов или азепанов. Производные диазепана получают по реакции Шмидта или при помощи перегруппировки Бекмана:

СХЕМА 13

Обе упомянутые реакции требуют сильно кислой среды, поэтому преобразование цикла проводят на предшественниках НР, пространственно затруднённых аминах, или используют защитные группы. Например для синтеза триметилдиэтил замещенного, а также тетраэтил замещенного радикалов диазепанового ряда может быть использована следующая тактика. Используя методику Матьяшжевского из пиперидиновых НР 15a, b получают соответствующие алкоксиамины. После превращения карбонильной группы в оксимную и последующей перегруппировки по Бекману с хорошим выходом образуются диазепановые алкоксиамины 16a, b, которые снова дают НР 17a, b при нагревании в присутствии кислорода (схема14).

СХЕМА 14

Аналогичным образом поступают при синтезе НР азепанового ряда. Под действием на пиперидоны триметилсилилдиазометана происходит расширение цикла с внедрением метиленовой компоненты. Так был получен, например, тетраэтилзамещенный НР 18

СХЕМА 15

Рассмотренная в этом разделе группа методов является модификацией традиционных подходов к синтезу НР. Некоторые методики основаны на использовании доступного сырья, хорошо проработаны. Однако, многостадийность, умеренные выходы пространственно затруднённых НР, необходимость разделения сложных смесей снижают привлекательность этих подходов.

Синтезы оксазолидинов конденсацией аминоспиртов с кетонами

Большое количество нитроксильных радикалов было получено в оксазолидиновом ряду. Оксазолидиновые циклы образуются при взаимодействии в-аминоспиртов с кетонами в присутствии кислотного катализатора при азеотропной отгонке воды (т.к. продукт легко гидролизуется).

СХЕМА 16

Этим методом были получены монои бирадикальные соединения, в том числе, содержащие в положениях 2 и 5 гетероцикла объемные адамантановые заместители (схема 17).

СХЕМА 17

В некоторых случаях вместо кетонов бывает удобнее использовать соответствующие кетали. Поскольку вместо воды при этом образуется спирт, то необходимость в азеотропной отгонке отпадает. Этот прием позволил, к примеру, получить оксазолидины 19 и 20 (схема 18). Соединение 19 было успешно окислено в радикал действием м-хлорнадбензойной кислоты (MCPBA), тогда как аминогруппа оксазолидина 20 оказалась недоступной не только для MCPBA, но и для диоксирана, молекула которого существенно меньше.

СХЕМА 18

К классу оксазолидинов принадлежат также и одни из первых стероидных НР, например, синтезированный на основе холестан-3-она, бирадикал (схема 19). Эти соединения нашли широкое применение при изучении биологических мембран.

СХЕМА 19

Доступностьаминоспиртов и простота делают эти методы привлекательными несмотря на низкий выход целевых продуктов. Основными недостатками НР оксазолидинового ряда являются их низкая устойчивость и быстрый гидролиз продуктов их восстановления. Кроме того, НР этого ряда не нашли применения в контролируемой радикальной полимеризации.

Синтезы на основеаминонитрилов

б-Аминонитрилы реагируют с кетонами, давая замещенные 4-оксоимидазолидины с выходами до 90% (схема 20, I). В работе описан ряд интересных соединений, в том числе бирадикалов, полученных по данной схеме (см. рис.2). Исходные б-аминонитрилы получают из кетонов, аммиака и цианида. Благодаря обратимости этого процесса, в отсутствие других кетонов б-аминонитрилы могут вступать в реакцию самоконденсации (схема 20, II). Образующиеся имидазолидиноны легко окисляются перекисью водорода с вольфраматом в соответствующие НР типа 21. Это простой и удобный метод имеет большое значение, поскольку полученные с его помощью НР 21а-с (рис.2) являются эффективными регуляторами радикальной полимеризации.

СХЕМА 20

Рисунок 2

Интересно отметить, что автоконденсация б-аминонитрилов в жёстких условиях может проходить по другому направлению, приводя к образованию 3,5-диоксопиперазинов 22 (схема 21), которые также могут быть окислены в пространственно затруднённые НР.

СХЕМА 21

Синтезы с участием трихлорметильного аниона

Разнообразные гетероциклические соединения, содержащие пространственно-затруднённую вторичную аминогруппу в составе гетероцикла, могут быть получены конденсацией диаминов или аминоспиртов с кетонами и хлороформом в щелочной среде. Реакцию проводят в двухфазной системе в условиях фазового переноса, в присутствии концентрированного водного раствора щёлочи. Согласно данным работы, образующийся из хлороформа в щелочной среде трихлорметильный анион реагирует с кетоном, образуя дихлороксиран, который в свою очередь реагирует по аминогруппе. Замыкание цикла обычно происходит сразу через внутримолекулярное ацилирование.

СХЕМА 22

С использованием этого метода были получены пространственно затруднённые НР пиперазинового, диазепанового и морфолиновго рядов. Для синтеза НР пиперазинового ряда исходные диамины могут быть получены по реакции Манниха: вторичное нитросоединение обрабатывают смесью первичного амина с формальдегидом, после чего нитрогруппу восстанавливают водородом на скелетном никеле. Согласно этой схеме был получен, например, тетраэтилпиперазиновый НР 23 (схема 23, Ia). Невысокий выход радикала 23 очевидно связан с тем, что конденсация диаминов с кетонами протекает с образованием двух продуктов 24 и 25 (схема 23, I). Селективность, а также скорость реакции существенно повышаются в присутствии катализатора фазового переноса (PTC). Например, в реакции II (cхема 23), если PTC = BnNEt2Cl, то соотношение продуктов 24а: 25а = 86: 14, а если PTC = BnNEt2Cl: NaCN = 2: 6, то соотношение 24а: 25а= 95: 5.

СХЕМА 23

Аналогичным образом из 1,3-диаминов получают семичленные, диазепановые циклы. Известны также соединения 26, содержащие два цикла (схема 24).

СХЕМА 24

3,3,5,5-Тетразамещенные-2-оксоморфолины образуются подобно 3-оксопиперазинам — из в-аминоспиртов и кетонов в присутствии хлороформа в сильнощелочной среде. В условиях реакции происходит гидролиз образующегося лактона, обратная циклизация происходит при действии хлористого водорода. Восстановление 2-оксоморфолина 27 алюмогидридом лития также разрушает цикл, который, однако, можно сформировать заново действием метансульфоновой кислоты при нагревании в инертной атмосфере (схема 25).

СХЕМА 25

Реакции лактамов с металлорганическими соединениями

N-Замещённые фталимиды и циклические имидаты отличаются способность реагировать с несколькими эквивалентами металлорганического соединения, в результате чего в одну стадию к б-атому (ам) углерода вводятся сразу два заместителя. Это позволяет избежать постадийного введения заместителей и сильно упрощает синтез пространственно затруднённых аминов.

На схеме 26 показан синтез НР изоиндолинового ряда. Все 4 этильных заместителя вводятся в ходе одной процедуры. Именно на этих НР впервые был обнаружен эффект объёмных заместителей у б-атома углерода нитроксильной группы, понижающих склонность НР к восстановлению. НР этого ряда нашли широкое применение как в биофизических исследованиях, так и в химии полимеров.

СХЕМА 26

Алкилирование лактамов по атому кислорода приводит к образованию циклических имидатов (метоксииминов), обладающих более высокой реакционной способностью по отношению к реактивам Гриньяра, чем лактамы. Взаимодействие активированного метилированием имидата 29 с аллилмагнийбромидом позволяет сразу ввести пару объемных заместителей к азометиновому атому углерода. Спиновая метка в таком соединении встроена прямо в основной скелет молекулы, это открывает путь к синтезу спин-меченных аналогов природных стероидов, которые затем могут принимать участие в метаболических процессах организма.

СХЕМА 27

Это же метод был использован для синтеза азетидиновых НР 30 и 31. Исходный метоксиимин может быть получен метилированием в-лактама, который получали в одну стадию из изобутилена.

СХЕМА 28

Синтезы с использованием реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения нитронов

Несмотря на то, что реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения широко применяется в органическом синтезе, сведения об использовании её для синтеза НР появились совсем недавно. Так ключевой стадией в синтезе НР 33 является циклоприсоединение нитрона 32 (синтез см. стр.28) и метилакрилата (схема 29). Важное достоинство этого метода заключается в том, что в результате раскрытия изоксазолидинового цикла у б-атома углерода аминогруппы оказывается заместитель, содержащий функциональную группу.

СХЕМА 29

Ещё более привлекательным представляется использование внутримолекулярной реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. В этой модификации реакция становится менее чувствительной к стерическим препятствиям и идёт даже с неактивированными алкенами. Первый и весьма удачный пример такого синтеза представлен на схеме 30.

СХЕМА 30

Следует отметить также удачный выбор исходного нитрона 34, благодаря особенностям строения которого реакции на всех стадиях синтеза, кроме второй (окисления гидроксиламина в нитрон), идут стереои региоспецифично и приводят к единственному стереоизомеру.

Пространственно-затрудненные гидроксиамины

В отличие от пространственно затруднённых аминов, окисление которых в НР не всегда проходит легко, окисление пространственно-затруднённых гидроксиаминов (ПГ), как правило, не вызывает затруднений. Нередко образующийся гидроксиламин не удаётся выделить, поскольку он легко окисляется в соответствующий НР.

Гидроксиамины превращаются в радикалы под действием разнообразных неорганических и органических окислителей, среди которых наиболее часто используются PbO2, MnO2, периодаты, К3Fe (CN)6, Ag2O, или кислород воздуха.

СХЕМА 31.

Однако по доступности ПГ сильно уступают аналогичным аминам. Это связано как с относительной лабильностью гидроксиламина и его органических производных, так и с особенностями реакционной способности NHOH-группы, более чувствительной к стерическим ограничениям, чем аминогруппа, и способной реагировать по разным реакционным центрам. Поэтому примеры синтезов ПГ через конденсации не отличаются разнообразием. Основным методом их получения является реакция нитронов с металлорганическими соединениями.

Способы получения пространственно-затрудненных гидроксиаминов

Синтезы с использованием реакции конденсации

Циклические N, N-дизамещённые гидроксиамины могут быть получены конденсацией бифункциональных 1,2- и 1,3-гидроксиаминооксимов, гидроксиаминоспиртов или бис-гидроксиаминов, уже содержащих объемные заместители, с кетонами. К сожалению, известно мало соединений, содержащих объёмные заместители при атоме углерода у гидроксиамино группы, а немногие известные либо неохотно реагируют с кетонами, либо эти реакции не изучены. Среди известных синтезов НР с более, чем одним объёмным заместителем у б-атомов углерода, можно упомянуть синтез НР 3-имидазолин-3-оксида конденсацией 1,2-гидроксиаминооксимов с циклическими кетонами.

СХЕМА 32

Гораздо легче проходит конденсация 1,2-гидроксиаминокетонов с кетонами и ацетатом аммония.

СХЕМА 33

Помимо ПГ 35 наблюдается образование значительного количества продуктов самоконденсации гидроксиаминокетонов — дигидропиразинов 36 (схема 33), особенно если реакция не завершается в течение 5 часов. В случае если R1=Ph, практически с любыми субстратами образуется только пиразин

Известные примеры получения НР с четырьмя объёмными заместителями сводятся к реакциям 3-гидроксиамино-3-этилпентанона-2. Конденсации этого гидроксиаминокетона с кетонами в присутствии ацетата аммония с хорошими выходами приводят к образованию 1-гидрокси-2,5-дигидроимидазолов. На воздухе эта реакция осложняется окислением образующихся ПГ в соответствующие НР и гидроксиаминокетона в нитрозосоединение, поэтому конденсацию проводят в инертной атмосфере.

СХЕМА 34

Пространственно затрудненные НР ряда имидазолина легко превратить в имидазолидиновые производные алкилированием по азоту в третьем положении гетероцикла и последующим восстановлением иминиевой соли боргидридом натрия. Нитроксильный и другие фрагменты молекулы при этом не затрагиваются (схема 35). Имидазолидиновые НР являются менее сильными окислителями из-за отсутствия электроноакцепторного эффекта фрагмента С=N. В связи с этим, они более привлекательны для использования в биофизике и в химии полимеров.

СХЕМА 35

Синтезы с использованием металлорганических соединений

Реакция нитронов с металлорганическими соединениями весьма широко используется в синтезе НР различного строения. Этот подход имеет огромное синтетическое значение, т.к. позволяет ввести до четырех разных заместителей в уже сформированный скелет молекулы. Разработано большое число методов синтеза исходных нитронов.

Реакция нитронов с металлоорганическими соединениями чувствительна к стерическим препятствиям. Это особенно характерно для реакций с реактивами Гриньяра, которые обычно образуют объёмные комплексы с молекулами растворителя. Например, реактив Гриньяра легко присоединяется альдонитронам (схема 36, I), но при взаимодействии с кетонитронами образуются, как правило, имины (схема 36, II).

СХЕМА 36

Дезоксигенирование может происходить и в реакциях с цикличепскими нитронами. Например, 3-имидазолин-3-оксиды реагируют с реактивом Гриньяра с образованием продуктов 37 и 38. При этом в реакции с метилмагнийиодидом образуется в основном имин 38, а с фенилмагнийбромидом — гидроксиамин 37.

СХЕМА 37

Литийорганические соединения менее склонны к окислительно-восстановительным реакциям. Например, в реакциях с нитронами 39 образуются только продукты 37a. Недостатком литийорганических соединений является склонность к металлированию, особенно, алкильных заместителей, в результате чего могут образовываться продукты самоконденсации.

Несмотря на упомянутые ограничения, имеется масса примеров успешного использования реакции нитронов с металлоорганическими соединениями для получения ПГ и пространственно-затруднённых НР. Ниже приведены некоторые примеры.

Ациклические нитроксильные радикалы

Реакция металлорганических соединений с альдонитронами является основным способом получения пространственно-затруднённых НР с в-атомом водорода. Устойчивость таких НР с атомом водорода у б-углеродного атома, очевидно, связана с тем, что стерическое напряжение делает невыгодной конформацию, необходимую для отщепления в-атома водорода. Поскольку торсионный угол O-N-C-H в радикале близок к 180о, возможность диспропорционирования на нитрон и гидроксиамин отсутствует, и такие соединения могут быть не только выделены в индивидуальном виде, но и храниться длительное время при комнатной температуре без разложения (рис.3).

Рисунок 3

Исходные ациклические нитроны получают обычно конденсацией альдегидов с трет-алкил гидроксиламинами. Последние часто получают in situ восстановлением нитросоединений. Полученный таким образом альдонитрон обрабатывают реактивом Гриньяра, после чего образующийся гидроксиамин окисляют воздухом в присутствии солей меди (II) — эта система обеспечивает необходимые для окисления в радикал мягкие условия (схема 38).

СХЕМА 38

Например, по этой схеме, можно синтезировать НР 40. Исходный триэтилнитрометан получают из соответствующего спирта с использованием реакции Риттера. НР 40 является эффективным регулятором полимеризации стирола и n-бутилакрилата.

Синтез НР, содержащего адамантановый фрагмент, 41 можно осуществить двумя путями. Первый метод аналогичен описанному выше. Нитроадамантан 42 получают окислением адамантиламина диметилдиоксираном, который образуется in situ из ацетона и оксона. Интересно отметить, что побочный нитрозоадамантан 42а, образующийся в реакции, не требует удаления из смеси, т.к. в присутствии цинка также как и нитросоединение 42 превращается в гидроксиламин.

Второй подход дает несколько более высокий выход НР 41. Имин 43, полученный конденсацией адамантиламина с бензальдегидом, окисляют в оксазиридин 44 м-хлорнадбензойной кислотой. Далее оксазиридин превращается в нитрон 45 при термической перегруппировке в кипящем ацетонитриле.

СХЕМА 39

Интересным направлением в химии ациклических НР является синтез функциональных производных, содержащих, к примеру, гидроксиметильные заместители в б-положении к нитроксильной группе. В отличие от описанного выше, проводя реакции, приходится учитывать наличие в молекуле высокореакционноспособных заместителей, поэтому особое внимание уделяется защите гидроксильных и нитроксильной групп. Синтез НР 46 происходит по обычной схеме, но после формирования 1,3-диоксанового цикла для защиты 2-х гидроксиметильных заместителей. Однако для снятия защиты необходима сильно кислая среда, которой нитроксильная группа может не выдержать. Поэтому НР 47 предварительно превращают в алкоксиамин.

СХЕМА 40

Аналогичным образом, исходя из 2-(гидроксиметил)-2-нитропропан-1,3-диола, можно получить НР с тремя гидроксиметильными заместителями рядом с нитроксильной группой (схема 41).

СХЕМА 41

Известно, что 3-имидазолин-3-оксиды могут существовать ввиде 2-х таутомерных форм 48А и 48B. В случае, если соединение существует в циклической форме 48А (R4=Alk), при взаимодействии с металлорганическими реагентами образуются 1,3-дигидроксиимидазолидины, если же нитрон существует в ациклической форме 48 В (R4=Ar), то действие фениллития или фенилмагнийбромида приводит к образованию ациклических гидроксиаминооксимов 49. Окисление гидроксиаминов 49 двуокисью марганца или свинца приводит к стабильным ациклическим НР 50.

СХЕМА 42

Пиперидины

Оригинальный метод синтеза 2,6-дитрет-бутил замещенных пиперидиновых НР предложен в работе. Такой подход тем более интересен, учитывая, что ввести 2 трет-бутильных заместителя в ближайшее окружение нитроксильной группы другим способом чрезвычайно сложно. Гидрированием коммерчески доступного 2,6-дитретбутилпиридина получают циклический вторичный амин 51, содержащий при б-атомах углерода 2 объемных заместителя. Последующее окисление пиперидина 51 различными окислителями приводит к гидроксиамину 52, а затем нитрону 53. Интересно отметить, что трет-бутильные группы настолько осложняют доступ к N-O-фрагменту молекулы, что первично образующийся при окислении гидроксиамина 52 НР имеет время жизни ~ нескольких часов при комнатной температуре, и дальнейшее превращение его в нитрон 53 происходит существенно медленнее, чем в случае менее затрудненных производных. Нитрон 53 далее обрабатывают реактивом Гриньяра. Последний заместитель вводят аналогичным образом.

СХЕМА 43

3-Имидазолины

Для получения НР имидазолинового ряда с объёмными заместителями в положения 2 и 5 реакция нитронов с металлорганическими соединениями является гораздо более эффективным методом синтеза, чем конденсации (см. стр.23). В качестве исходных нитронов могут быть использованы 2Н-имидазол-1-оксиды с двумя объёмными заместителями в положении 2, легко образующиеся в конденсациях изонитрозокетонов с дифенилметанимином или кетонами и ацетатом аммония. Последовательное введение двух заместителей в положение 5 при взаимодействии с металлоорганическими соединениями и окисление даёт НР 54,55a, b.

СХЕМА 44

Присоединение металлорганических соединений к 4Н-имидазол-3-оксидам может происходить как по атому углерода нитронной группы, так и по положению 5, причём направление реакции зависит от электронного влияния заместителей в положениях 2 и 5. При взаимодействии 5-диалкиламино-замещённых 4Н-имидазол-3-оксидов с этилмагнийбромидом выделены только НР 56a, b, что обусловлено электрондонорным эффектом аминогруппы. Однако, выход этих НР невелик.

СХЕМА 45

Пирролидины

Благодаря высокой стабильности, НР ряда пирролидина получили широкое распространение. Реакции пирролин-N-оксидов с реактивами Гриньяра являются основным методом получения этих НР (схема 46).

СХЕМА 46.

Следует отметить, что перечень заместителей, которые можно ввести в ближайшее окружение нитроксильной группы посредством взаимодействия металлорганических соединений с пирролин-N-оксидами, не ограничивается только алкильными и арильными группами.

Введение

в б-положение к нитроксильному фрагменту сложных заместителей с различными функциональными группами в своем составе позволяет получать новые НР с необычными свойствами: от водорастворимых и амфифильных радикалов до различных спиновых меток и веществ, способных к комплексообразованию и самоорганизации.

В качестве примера можно привести синтез радикала 57 с гидроксифенильным заместителем. Пирролин-N-оксид 58 получают в 2 стадии: при конденсации метилвинилкетона с нитроциклогексаном образуется соединение 59, которое циклизуется при восстановлении цинком с хлористым аммонием. Для сохранения гидроксильной группы используется трет-бутилдиметилсилильная защита, которая снимается после получения радикала.

СХЕМА 47

2-Адамантил-5-метилпирролин-N-оксид 32, получают из 2-нитроадамантана и метилвинилкетона аналогично нитрону 58. Обработка нитрона 32 этинильным реактивом Гриньяра дает спироадамантилпирролидиновый НР 60. Пирролидинпропаргиловый спирт 61 получают в реакции нитрона 32 с BrMgCCCH2OMgBr — реактивом Гриньяра, образующимся при взаимодействии пропаргилового спирта и 2-х эквивалентов этилмагнийбромида. НР 61 — ключевое соединение в синтезе липофильных спиновых меток. Так после замещения гидроксильной группы на бром 62, в молекулу можно ввести SSO2CH3 функцию с образованием тиол-специфического метантиосульфонатного НР 63.

СХЕМА 48

Стерическая доступность нитроксильного фрагмента в радикалах 64,65 понижена за счет фрагмента краун-эфира, в который нитроксильная функция встроена подобно спиновой метке. В некоторых конформациях нитроксильная группа находится внутри полости молекулы. В комплексах таких краун-эфиров с подходящими ионами металлов нитроксильный радикал, в силу пространственных ограничений будет взаимодействовать с металлом напрямую. Синтез спин-меченных краун-эфиров 64, 65 пытались проводить различными путями, исходя из пирролинового метилнитрона 66. Однако успешным оказался только один подход. Он заключается в следующем. После последовательного присоединения к исходному нитрону 66 двух метоксифенильных групп и снятия защиты соединение 67 алкилируют дигалогенидами 68 в присутствии гидрида натрия и ДМФА с образованием краун-эфиров 69 и 70. Обработка нитронов 69 и 70 метиллитием и последующее окисление приводят к преимущественному образованию цис-диметил замещенных НР 64 и 65, т.к. метиллитий подходит к нитронной группе с более пространственно-досупной стороны.

СХЕМА 49

С использованием того же принципа, что и для краун-эфиров, осуществлен синтез нитроксил-меченого криптанда 71 (схема 50). Исходный нитроксильный радикал с двумя карбоксилсодержащими заместителями превращают в крайне нестабильный диацилхлорид действием оксалилхлорида на калиевую дисоль 72. Ацилирование диамина диаза-18-краун-6 хлорангидридом дикислоты 72 является ключевой стадией синтеза. Образующийся диамид далее восстанавливают в системе BH3-ТГФ. Для полученных соединений исследована их способность к комплексообразованию. Интересно, что криптанд 71 связывает ионы натрия и калия существенно лучше, чем краун-эфиры 64,65.

СХЕМА 50

Заключение

Таким образом, в рамках представленного обзора рассмотрены известные методы синтеза пространственно затрудненных НР различной структуры. Для получения прямых предшественников НР — вторичных аминов и гидроксиаминов как правило используют два основных подхода: конденсации и реакции металлорганических соединений с нитронами или активированными иминами. Применение конденсации для синтеза затрудненных НР сильно ограничивается необходимостью формирования исходных синтонов, обладающих довольно сложным строением. Другим недостатком является неоднозначность протекания превращений в реакционных условиях, что часто приводит к накоплению значительных количеств побочных продуктов. Нередко протекание побочных процессов обусловлено именно стерическими затруднениями, создаваемыми объемными заместителями.

Пространственная недоступность нитронной группы в реакциях с реактивами Гриньяра иногда приводит к деоксигенированию субстрата и образованию иминов. Также металлорганические соединения могут металлировать заместители при нитроне по б-метиленовой компоненте, что способствует протеканию разнообразных конденсаций.

Тем ни менее второй метод, по-видимому, обладает более широкими синтетическими возможностями, т.к. позволяет ввести в б-положение к нитроксильной группе до четырех различных заместителей, открывая путь к самым разным производным, в том числе функциональным. Кроме того, развитие химии нитронов, металлорганических соединений и метода защитных групп делает легко доступными все необходимые синтоны.

Весьма перспективными представляются также методы, основанные на реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, отличающиеся пониженными стерическими ограничениями. Благодаря наличию функциональных групп во вводимых заместителях эти методы оставляют возможность для построения дополнительных циклических систем, ограничивающих доступность нитроксильной группы.

Глава 2. Синтез нитроксильных радикалов на базе 2Н-имидазол-1-оксидов

Необычно высокая устойчивость к восстановлению, обнаруженная для имидазолидиновых нитроксильных радикалов с четырьмя этильными группами в положениях 2 и 5 имидазолидинового цикла, делает весьма актуальным исследование влияния ближайшего окружения нитроксильной группы на окислительно-восстановительные свойства нитроксильных радикалов. Первоочередной задачей данного исследования было получение разнообразного набора нитроксильных радикалов имидазолина и имидазолидина, различающихся по стерической затруднённости нитроксильного фрагмента, для последующего исследования их свойств. При этом наибольщий интерес вызывали НР с несколькими (четырьмя) алкильными заместителями, большими чем метил, у б-атомов углерода нитроксильной группы, для которых стерический эффект заместителей дополняется, а не компенсируется их электронным эффектом. К началу наших исследований в литературе описан метод синтеза НР имидазолина с четырьмя этильными заместителями или двумя этильными группами и спиро-циклогексановым фрагментом у б-атомов углерода нитроксильной группы, который включает 7 стадий (из диэтилкетона) с суммарным выходом НР менее 20%. При этом использование подобного метода для получения НР с заместителями, отличными от этильных групп, в положении 5 представляется весьма проблематичным и требует разработки специальных методов синтеза гидроксиламинооксимов для введения каждой новой комбинации заместителей.

Рациональным решением этой проблемы представлялось использование реакции нитронов с реактивами Гриньяра (см. главу 1). Хотя этот метод имеет существенные ограничения и в ряде случаев даёт невысокие выходы целевых нитроксильных радикалов, он позволяет использовать единый подход для синтеза набора различных производных.

Для синтеза имидазолиновых нитроксильных радикалов, содержащих объёмные заместители в положениях 2 и 5 гетероцикла, нами был выбран подход, включающий двукратное присоединение магнийорганического соединения по атому углерода альдонитронной группы 2Н-имидазол-1-оксидов (схема 51).

СХЕМА 51.

Для выбора именно этого пути имелись следующие предпосылки:

1) 2Н-имидазол-1-оксиды получают в одну стадию из доступных изонитрозокетонов, причём метод их синтеза позволяет легко вводить объёмные алкильные заместители в положение 2 гетероцикла.

2) Присоединение металлоорганических соединений к 2Н-имидазол-1-оксидам ранее уже было успешно использовано в синтезе нитроксильных радикалов.

3) В отличие от ранее разработанного метода, этот поход принципиально пригоден для введения разнообразных заместителей в положение 5 и позволяет избежать необходимости синтеза набора различных 1,2-гидроксиаминокетонов.

Исходные 2H-имидазол-1-оксиды 16b, d, f получали согласно известным литературным методикам конденсацией соответствующих изонитрозокетонов 15 с кетонами и ацетатом аммония. Синтез ранее не описанных 2Н-имидазол-1-оксидов 16a, с, e осуществляли аналогичным образом.

СХЕМА 52.

Следует отметить, что диэтилкетон вступает в реакцию менее охотно, чем циклогексанон и, тем более, ацетон, а конденсации с участием изонитрозоацетона дают меньшие выходы, чем конденсации изонитрозоацетофенона и оксима 2-(4-хлорофенил)-2-оксоацетальдегида. Тем не менее, в большинстве случаев получены приемлемые выходы 2Н-имидазол-1-оксидов (табл. 1). Спектральные характеристики полученных соединений подобны характеристикам известных 2,2-диалкил 2Н-имидазол-1-оксидов. В ИК спектрах соединений 16a, с, e имеются характерные полосы симметрических и асимметрических колебаний связей C=N при 1510−1520 и 1570−1590 см-1 и связи С-Н альдонитронной группы при 3015−3070 см-1, в УФ-спектрах — характерная полоса поглощения при 270−285 нм, положение которой мало зависит от заместителя в положении 4, а в спектрах ПМР — сигнал протона альдонитронной группы при 7.1−8.1 м.д. Сигналы альдонитронного атома углерода в спектре ЯМР 13С находятся в обычной для альдонитронов области 125−130 м.д., а сигнал иминного атома углерода смещен на 5 м.д. в сильное поле по сравнению с изолированной фенилиминовой группой. В ПМР-спектрах 16a, c сигналы метиленовых протонов этильных групп в положении 2 гетероцикла представляют собой АВ-систему в области 1.66−2.08 м.д. (JAB=14−20 Гц), каждый сигнал которой расщепляется в квартет на соседней метильной группе (Jк=7.2−7.4 Гц). В спектрах соединений 16b, d, e сигналы протонов спироциклогексанового фрагмента представляют собой три мультиплета интенсивностью 3Н, 5Н и 2Н. Фенильные группы в спектрах ПМР 2H-имидазолов 16c, d, f выходят в виде двух характерных мультиплетов интенсивностью 2H и 3H, а в спектре соединения 16e имеется AA’BB'-система (J= 8.5 Гц), соответсвующая протонам п-хлорфенильной группы. Можно было ожидать, что двукратная обработка 2Н-имидазол-1-оксидов 16a, b этилмагнийбромидом с последущим разложением реакционной массы и окислением позволит получить описанные ранее НР 19а, b в меньшее число стадий, чем при использовании литературных методов. Однако при проведении синтеза с самого начала возникли осложнения. При взаимодействии 2Н-имидазол-1-оксидов 16a, b, содержащих метильную группу в 4 положении цикла, с этилмагнийбромидом количество продуктов и их соотношение существенно зависит от порядка прибавления реагентов. Соединения 17a, b образовывались лишь в случае, когда 2Н-имидазолы 16a, b вводили в эфирный раствор реактива Гриньяра, но не наоборот. Вероятно, основной причиной протекания множества побочных процессов является склонность соединений 16a, b к металлированию по метильной группе в основных средах, свойственных растворам металлорганических соединений. Такая металлированная частица может конденсироваться с исходным 2Н-имидазолом, образуя множество продуктов разного строения. Кроме того, продукт присоединения реактива Гриньяра — гидроксиамин, может подвергаться дегидратации в сильноосновной реакционной среде. По-видимому, попадая в избыток магнийорганческого соединения, 2Н-имидазолы 16a, b сначала целиком металлируются, что частично подавляет побочные процессы самоконденсации и делает присоединение реактива Гриньяра предпочтительным.