Формазаны (Skjbg[gud)

Формазаны (азогидразоны) — соединения общей формулы R¹N=N-CR²=N-NHR³, формально являющиеся производными неизвестного в свободном виде формазана H₂NN=CHN=NH (азогидразона муравьиной кислоты). Нумерация атомов и положение заместителей в формазанах отсчитываются от терминального атома азота азогруппы, наиболее изучены 1,5-ди- и 1,3,5-тризамещенные формазаны. Многие арил- и гетарилзамещенные формазаны ярко окрашены.

Реакционная способность

Связь N-H гидразонного азота легко диссоциирует и, вследствие этого для формазанов характерна таутомерия: 1,5-дизамещенные формазаны могут существовать в виде двух таутомеров 1 и 2. При депротонировании образующийся анион 3 стабилизирован за счет резонанса, с ионами переходных металлов (Cu²⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и др.) формазаны образуют ярко окрашенные хелатные комплексы '4':

Формазаны являются амфотерными соединениями, способными протонироваться по терминальному атому азота азогруппы (так, рКа 1,5-дифенилформазана составляет ~ 16,5), 1,3,5-замещенные формазаны также алкилируются по терминальным атомам азота.

Такое алкилирование может происходить как под действием алкилгалогенидов или диалкилсульфатов, так и алифатических альдегидов по типу реакции Манниха. Образующиеся при конденсаци формазанов I с альдегидами вердазилиевые (дигидро-1,2,4,5-тетразиниевые) соли восстанавливаются до окрашенный в зеленый цвет свободных радикалов вердазилов II, устойчивых при нормальных условиях, такое восстановление может происходить при восстановлении вердазилиевых солей in situ избытком альдегида при проведении реакции в щелочной среде. Аналогичная циклизация протекает и при алкилировании формазанов, при этом первоначально образующиеся 5-алкилформазаны циклизуются в бесцветные лейковердазилы (тетрагидро-1,2,4,5-тетразины), которые окисляются кислородом воздуха в вердазилы:

Формазаны под действием различных окислителей (хлор, N-бромсукцинимид, тетраацетат свинца и т. п.) циклизуются с образованием солей тетразолия, которые, в зависимости от условий, могут быть восстановлены до тетразолиевых свободных радикалов (действие амальгамы алюминия в присутствии пропиофенона), либо исходных формазанов:

Под действием восстановителей формазоны сначала происходит восстановление азогруппы с образованием гидразидинов, а затем, при действии энергичных восстановителях — разрыв связи N-N одного из гидразинных фрагментов с образованием амидразонов:

R¹C(=NNHR²)N=NR³ + [H] $\to$ R¹C(=NNHR²)NHNHR³

R¹C(=NNHR²)NHNHR³ + [H] $\to$ R¹C(=NNHR²)NH₂

Углерод метиновой группы 1,5-диарилформазанов нуклеофилен: 1,5-формазаны галогенируются с образованием 3-галогенпроизводных, аминометилируются в условиях реакции Манниха и нитрозируются, образующиеся при этом 3-нитрозо-1,5-диарилформазаны изомеризуются в соответствующие арилазооксимы.

3-Галоген- и 3-нитроформазаны реагируют с нуклеофильными агентами, образуя соответствующие продукты замещения: так, реакция 1,5-дифенил-3-нитроформазана с тиомочевиной и образованием 1,5-дифенил-3-меркаптоформазана с его последующей перегруппировкой в тион является методом синтеза дитизона - реагента для фотометрического определения катионов переходных металлов.

Синтез

Формазаны могут быть синтезированы окислительным сочетанием альдегидов либо соответствующих им спиртов с замещенными гидразинами:

RNHNH₂ + CH₃ OH + [O] $\to$ HC(=NNHR)N=NR ,

в таком окислительном сочетании также могут быть использованы и гидразоны альдегидов.

Другим методом синтеза формазанов из гидразонов альдегидов и α-кетокислот является реакция азосочетания арилдиазониевых солей с такими гидразонами (в последнем случае диазосочетание сопровождается декарбоксилированием):

Ar-N≡N⁺ + RCH=NNH₂ $\to$ RC(=NNH²)N=NAr

Вариацией этого метода является азосочетание арилдиазониевых солей с соединениями, содержащими активированную электронакцепторными заместителями метиленовую группу, при этом на начальном этапе диазотирования образуются соответствующие гидразоны, далее диазотирующиеся с потерей уходящей группы до формазанов:

CH₂(COOR)₂ + Ar-N≡N⁺ $\to$ ROOC-C(=NNAr)N=NAr

Формазаны также могут быть синтезированы из хлоргидразонов, получающихся при взаимодействии гидразидов с пятихлористым фосфором. На первой стадии арилгидразины ацилируются хлоргидразонами с образованием гидразидинов, которые далее окисляются до формазанов:

RNHNH₂ + R¹C(Cl)=NNHR² $\to$ R¹C(=NNHR²)NHNHR

R¹C(=NNHR²)NHNHR + [O] $\to$ R¹C(=NNHR²)N=NR

Применение

Микротитровальная пластина с инкубированными с MTT клетками: интенсивность окраски, обусловленной формазаном пропорциональна концентрации живых клеток

Образование окрашенных формазанов при ферментативном восстановлении тиазолиевых солей широко используется в гистохимии. В 1941 г. было показано, что тетразолиевые соли, не восстанавливающиеся при физиологических значениях pH присутствующими в клетках восстановителями (альдозы, глутатион, аскорбиновая кислота, цистеин), восстанавливаются живыми клетками и в 1942 г. Г. Лаконом окраска ткани тетразолиевыми солями была предложена как метод определения жизнеспособности семян (топографический тетразольный метод) при окраске раствором хлоридом 2,3,5-трифенилтетразолия красная окраска, обусловленная образующимся формазаном, наблюдалась только на участках живой ткани, проявляющей ферментативную активность.

Варьирование заместителей тетразолиевого ядра используется для модификации свойств этих редокс-красителей, ниже приведены несколько часто используемых в биохимических исследованиях восстанавливающихся до окрашенных формазанов тетразолиевых солей:

• INT — 2-(4-йодфенил)-3-(4-нитрофенил)-5-фенил-2H-тетразолия хлорид
• MTT — 3-(4, 5-диметил-2-тиазолил)-2, 5-дифенил-2H-тетразолия бромид
• XTT — 2,3-бис-(2-метокси-4-нитро-5-сульфофенил)-2H-тетразолий-5-карбоксанилид
• MTS — 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-5-(3-карбоксиметоксифенил)-2-(4-сульфофенил)-2H-тетразолий
• TTC — 2,3,5-трифенил-2H-тетразолия хлорид

Хелатные соли формазанов с переходными металлами (обычно, медные и кобальтовые комплексы) используются в качестве красителей текстильных волокон.

Циклизация арилформазанов в бенз-1,2,4-триазины под действием кислот является одним из первых методов синтеза 1,2,4-триазинов (синтез Бамбергера), сохранившим синтетическое значение и в настоящее время; сами исходные формазаны в классическом варианте метода синтезируются при взаимодействии диазониевых солей с гидразонами: