Formazanos

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Los formazanes  (azohidrazonas) son compuestos de fórmula general R 1 N=N-CR 2 =N-NHR 3 , que son formalmente derivados de un formazán libre desconocido H 2 NN=CHN=NH ( ácido fórmico de azohidrazona ) [1] . La numeración de los átomos y la posición de los sustituyentes en los formazanos se cuentan a partir del átomo de nitrógeno terminal del grupo azo; los más estudiados son los formazanos 1,5-di- y 1,3,5-trisustituidos. Muchos formazanos sustituidos con arilo y hetarilo tienen colores brillantes.

Reactividad

El enlace NH del nitrógeno de la hidrazona se disocia fácilmente y, como resultado, los formazanos se caracterizan por tautomerismo: los formazanos disustituidos en 1,5 pueden existir como dos tautómeros 1 y 2 . Durante la desprotonación, el anión 3 resultante se estabiliza debido a la resonancia; los formazanes forman complejos de quelatos de colores brillantes ' 4' con iones de metales de transición (Cu 2+ , Co 3+ , Ni 2+ , Zn 2+ , etc.) :

Los formazanos son compuestos anfóteros capaces de protonarse en el átomo de nitrógeno terminal del grupo azo (por ejemplo, el pKa del 1,5-difenilformazán es ~ 16,5), los formazanos sustituidos en 1,3,5 también se alquilan en los átomos de nitrógeno terminales.

Tal alquilación puede ocurrir tanto bajo la acción de haluros de alquilo o sulfatos de dialquilo, como de aldehídos alifáticos a la manera de la reacción de Mannich . Las sales de verdazilo (dihidro-1,2,4,5-tetrazinio) formadas por la condensación de formazans I con aldehídos se reducen a radicales libres de color verde de verdazilo II , que son estables en condiciones normales, tal reducción puede ocurrir cuando se reduce verdazilo sales in situ con un exceso de aldehído al realizar la reacción en medio alcalino. Una ciclación similar ocurre durante la alquilación de los formazanes, mientras que los 5-alquilformazanes formados inicialmente se ciclan en leucoverdasils incoloros (tetrahidro-1,2,4,5-tetrazinas), que son oxidados por el oxígeno atmosférico en verdaziles:

Los formazanes bajo la acción de varios agentes oxidantes (cloro, N-bromosuccinimida , tetraacetato de plomo, etc.) se ciclan para formar sales de tetrazolio , que, dependiendo de las condiciones, pueden reducirse a radicales libres de tetrazolio (acción de amalgama de aluminio en presencia de propiofenona ), o formazanes originales:

Bajo la acción de agentes reductores de formazón, el grupo azo se reduce primero para formar hidrazidinas , y luego, bajo la acción de agentes reductores energéticos, el enlace NN de uno de los fragmentos de hidracina se rompe para formar amidrazonas :

R 1 C(=NNHR 2 )N=NR 3 + [H] R 1 C(=NNHR 2 )NHNHR 3 R 1 C(=NNHR 2 )NHNHR 3 + [H] R 1 C(=NNHR 2 )NH 2

El carbono del grupo metino de los 1,5-diarilformazanos es nucleófilo: los 1,5-formazanos se halogenan para formar derivados 3-halógenos, se aminometilan en las condiciones de la reacción de Mannich y se nitrosan;

Los 3-halo- y 3-nitroformazanos reaccionan con agentes nucleófilos, formando los correspondientes productos de sustitución: por ejemplo, la reacción de 1,5-difenil-3-nitroformazán con tiourea y la formación de 1,5-difenil-3-mercaptoformazán con su reordenamiento posterior en un tiona es un método para la síntesis de ditizona , un reactivo para la determinación fotométrica de cationes de metales de transición.

Síntesis

Los formazanos se pueden sintetizar mediante el acoplamiento oxidativo de aldehídos o sus correspondientes alcoholes con hidrazinas sustituidas:

RNHNH2 + CH3OH + [O] HC(=NNHR)N=NR,

Las aldehídos hidrazonas también se pueden usar en tal combinación oxidante .

Otro método para la síntesis de formazanes a partir de hidrazonas de aldehídos y α-cetoácidos es la reacción de acoplamiento azo de sales de arildiazonio con dichas hidrazonas (en este último caso, el acoplamiento diazo se acompaña de descarboxilación):

Ar-N≡N + + RCH=NNH 2 RC(=NNH 2 )N=NAr

Una variación de este método es el acoplamiento azoico de sales de arildiazonio con compuestos que contienen un grupo metileno activado por sustituyentes atractores de electrones, formándose las correspondientes hidrazonas en la etapa inicial de diazotización, luego diazotizadas con pérdida del grupo saliente a formazanes:

CH 2 (COOR) 2 + Ar-N≡N + ROOC-C(=NNAr)N=NAr

Los formazanos también se pueden sintetizar a partir de clorohidrazonas obtenidas por reacción de hidrazidas con pentacloruro de fósforo. En el primer paso, las arilhidrazinas se acilan con clorohidrazonas para formar hidrazidinas , que luego se oxidan a formazanes:

RNHNH 2 + R 1 C(Cl)=NNHR 2 R 1 C(=NNHR 2 )NHNHR R 1 C(=NNHR 2 )NHNHR + [O] R 1 C(=NNHR 2 )N=NR

Aplicación

La formación de formazanes coloreados durante la reducción enzimática de sales de tiazolio es ampliamente utilizada en histoquímica. En 1941 se demostró que las sales de tetrazolio, que no se reducen a valores de pH fisiológicos por los agentes reductores presentes en las células (aldosis, glutatión, ácido ascórbico, cisteína), son restauradas por las células vivas [2] y en 1942 G. El tejido teñido de Lacon con sales de tetrazolio se propuso como método para determinar la viabilidad de las semillas (método topográfico de tetrazol) cuando se tiñeron con una solución de cloruro de 2,3,5-trifeniltetrazolio, se observó un color rojo debido al formazán resultante solo en áreas de tejido vivo que exhibe actividad enzimática [3] .

La variación de los sustituyentes del núcleo de tetrazolio se usa para modificar las propiedades de estos tintes redox, a continuación se encuentran varias sales de tetrazolio que se usan con frecuencia en estudios bioquímicos para reducir a formazanes coloreados [4] :

• INT  - Cloruro de 2-(4-yodofenil)-3-(4-nitrofenil)-5-fenil-2H-tetrazolio
• MTT  - Bromuro de 3-(4, 5-dimetil-2-tiazolil)-2, 5-difenil-2H-tetrazolio
• XTT  - 2,3-bis-(2-metoxi-4-nitro-5-sulfofenil)-2H-tetrazolio-5-carboxanilida
• MTS  - 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-5-(3-carboximetoxifenil)-2-(4-sulfofenil)-2H-tetrazolio
• TTC  - Cloruro de 2,3,5-trifenil-2H-tetrazolio

Las sales queladas de formazán con metales de transición (generalmente complejos de cobre y cobalto) se utilizan como tintes para fibras textiles.

La ciclación de arilformazanos a benzo-1,2,4-triazinas bajo la acción de ácidos es uno de los primeros métodos para la síntesis de 1,2,4-triazinas ( síntesis de Bamberger ), que ha conservado su significado sintético hasta el día de hoy. ; los propios formazanes originales en la versión clásica del método se sintetizan mediante la interacción de sales de diazonio con hidrazonas [5] :

Notas

1. ↑ formazans // Libro de oro de la IUPAC . Consultado el 26 de junio de 2011. Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2010. (indefinido)
2. ↑ Kuhn R, Jerchel D. Reduktion von Tetrazoliumsalzen durch Bakterien, garende Hefe und keimende Samen. Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft 60:299–305. (1941)
3. ↑ Lacon , G. Topographischer Nachweis der Keimfahigkeit der Getreidefruchte durch Tetrazolium salle. Ber. clérigo Dtsch. Bot. Ges. 60: 299 305. (1942)
4. ↑ Altman FP Tetrazolium sales and formazans  (neopr.)  // Prog Histochem Cytochem. - 1976. - T. 9 , N º 3 . - S. 1-56 . —PMID 792958 .
5. ↑ E.Bamberger, E.Wheelwright. Ber, 25, 3201 (1892)