Семикарбазоны

Общая формула семикарбазонов

Семикарбазоны (от семикарбазид и гидразон) - соединения общей структуры R₂C=N-NH-CO-NH₂, формально являющиеся продуктами конденсации семикарбазидов с карбонильными соединениями - альдегидами и кетонами^[1].

Семикарбазоны - твердые, хорошо кристаллизующиеся вещества, имеющие, как правило, четкие температуры плавления. Семикарбазоны практически нерастворимы в воде, растворимы в низших спиртах, полярных органических растворителях и водных растворах сильных кислот.

Синтез

Семикарбазоны получают взаимодействием семикарбазида или замещенных семикарбазидов с альдегидами и кетонами, при этом в препаративной практике вместо семикарбазида обычно используют его гидрохлорид (более стабильный и хорошо хранящийся, чем свободный семикарбазид) и ацетат натрия. Реакцию проводят в водном (в случае водорастворимых карбонильных соединений) или водно-спиртовом растворах. Реакция образования семикарбазонов катализируется кислотами и является обратимой, при этом на первой стадии в результате присоединения аминогруппы к карбонильному атому углерода образуется α-аминоспирт, который далее дегидратируется до семикарбазона:

RR¹C=O + H₂N-NHCONH₂ $\to$ RR¹C(OH)NH-NHCONH₂

RR¹C=N-NHCONH₂ $\to$ + H₂O

В некоторых случаях ход реакции осложняется: в частности, если карбонильные соединения несут сильные электронакцепторные заместители при карбонильной группе (хлораль, гексафторацетон), реакция останавливается на стадии образования соответствующих α-аминоспиртов, не дегидратирующихся в условиях реакции. α,β-непредельные карбонильные соединения в условиях реакции могут образовывать как семикарбазоны, так и продукты дальнейшего присоединения семикарбазида к активированной карбонильной группой двойной связи - семикарбазидосемикарбазоны либо претерпевать циклизацию за счет внутримолекулярного присоединения к двойной связи в пиразолины.

Другим методом синтеза семикарбазонов является ацилирование гидразидов изоцианатами:

RR¹C=N-NH₂ + R²-N=C=O $\to$ RR¹C=N-NH-CO-NHR²

Реакционная способность

Семикарбазиды RR¹C=N-NH-CO-NH₂ структурно являются замещенными гидразонами RR¹C=N-NHR², R² = -CO-NH₂, поэтому реакции семикарбазонов с участием связи C=N во многим сходны с реакциями гидразонов.

Так, семикарбазоны гидролизуются при нагревании с водными растворами сильных кислот, регенерируя исходные карбонильные соединения и семикарбазиды:

RR¹C=N-NHCONH₂ $\to$ + H₂O $\to$ RR¹C=O + H₂N-NHCONH₂,

эта реакция применяется для очистки (или выделения из смесей) альдегидов и кетонов через образование и очистку перекристаллизацией семикарбазонов.

Подобно гидразонам семикарбазоны восстанавливаются по связи C=N до замещенных семикарбазидов:

RR¹C=N-NHCONH₂ + [H] $\to$ RR¹CH-NH-NHCONH₂

При нагревании с щелочами или алкоголятами щелочных металлов семикарбазоны по типу реакции Кижнера образуют углеводороды^[2], предполагается, что реакция идет через промежуточное образование гидразонов:

RR¹C=N-NHCONH₂ + 2MOH $\to$ RR¹C=N-NH₂ + M₂CO₃ + NH₃

RR¹C=N-NH₂ $\to$ RR¹CH₂ + N₂

Применение

Образование семикарбазонов в используют в аналититческой химии для идентификации альдегидов и кетонов по температурам плавления образуемых ими семикарбазонов и для выделения в чистом виде альдегидов и кетонов (через образование, перекристаллизацию и гидролиз семикарбазонов)^[3].

Ряд семикарбазонов нашли применение в качестве лекарственных средств. Так, семикарбазон 5-нитрофурфурола (фурацилин) применяется в качестве антисептика местного действия, амбазон (фарингосепт) — местного бактериостатика.

Некоторые семикарбазоны используются в качестве инсектицидов (метафлумизон) и гербицидов (дифлуфензопир).

Примечания

1. ↑ semicarbazones // IUPAC Gold Book
2. ↑ Joseph P. John, S. Swaminathan, and P. S. Venkataramani. 2-Methylcyclopentane-1,3-dione (1,3-Cyclopentanedione, 2-methyl-). Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.747 (1973); Vol. 47, p.83 (1967).
3. ↑ Justin T. Mohr, Michael R. Krout, and Brian M. Stoltz. PREPARATION OF (S)-2-ALLYL-2-METHYLCYCLOHEXANONE (Cyclohexanone, 2-methyl-2-(2-propen-1-yl)-, (2S)-). Organic Syntheses, Vol. 86, p.194 (2009).