CTA_V4_№1.cdr


11

E. N. Ulomsky1,2, D. N. Lyapustin1, 
V. V. Fedotov1, O. S. El’tsov1, I. M. Sapozhnikova1, 

D. N. Kozhevnikov3, E. M. Mukhin2
1Ural Federal University,

Mira Str., 28, Ekaterinburg, 620002, Russia
E-mail: ulomsky@yandex.ru;

2Institute of Organic Synthesis 
named I. Ya. Postovskii Ural Division of RAS, 

22 Kovalevskaya Str./20 Academicheskaya Str., 
620990, Ekaterinburg, Russia;

3ZAO NPH VMP, 105 Amundsen’s Str., Ekaterinburg, Russia

The features of nucleophilic 
substitution of the nitro group in 

4-alkyl-6-nitro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]triazines

The nucleophilic substitution of the nitro group of 4-alkyl-6-nitro-4,7-dihy-
dro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-ones on the example of interaction 
with morpholine was studied. It is established that under the action of excess 
cycloalkylimine at room temperature the unusual easy disclosure of triazine cycle 
with the formation of sterically hindered hydrazones occurs which are the key 
intermediates for further transformations. The carrying of reaction at elevated 
temperatures leads to the formation of products of substitution of the nitro group 
with the amine and also with morpholyl hydrazones which are the products of 
hydrolysis of amides of hydrazones and subsequent decarboxylation. Thus, the 
nucleophilic substitution of the nitro group in the described triazolotriazines 
 ows through the ANRORC mechanism.

Key words: nucleophilic substitution; ANRORC; the transformation of 4-alkyl-6-nitro-1,2,4-
triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-ones; morpholine.

Received: 13.02.2017; accepted: 20.02.2017; published: 14.04.2017.

Е. Н. Уломский1,2, Д. Н. Ляпустин1, В. В. Федотов1, 
О. С. Ельцов1, И. М. Сапожникова1, 

Д. Н. Кожевников3, Е. М. Мухин2
1Уральский федеральный университет, 

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 28;
E-mail: ulomsky@yandex.ru

2 Институт органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН, 
620990, Россия, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 20–22;

3ЗАО НПХ ВМП, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 105
E-mail: dnk@fmp.ru

Ulomsky E. N., Lyapustin D. N., Fedotov V. V., El’tsov O. S., 
Sapozhnikova I. M.,  Kozhevnikov D. N., Mukhin E. M. 
Chimica Techno Acta. 2017. Vol. 4, No. 1. P. 11–24.

ISSN 2409-5613

D
O

I:
 1

0.
15

82
6/

ch
im

te
ch

.2
01

7.
4.

1.
02

0
 5

47
.7

92
.9

  



12

   
  4- -6- -1,2,4-

[5,1-c][1,2,4]

     4- -
6- -4,7- -1,2,4- [5,1- ][1,2,4] -7-    

  . ,     
       

      -
  –     . 

        
   ,    – 
      -

.  ,      
    ANRORC.

 :  ; ANRORC;  4- -6- -1,2,4-
[5,1-c][1,2,4] -4- ; .

: 13.02.2017; : 20.02.2017; : 14.04.2017.

© Ulomsky E. N., Lyapustin D. N., Fedotov V. V., El’tsov O. S., 
Sapozhnikova I. M., Kozhevnikov D. N., Mukhin E. M., 2017

Introduction
Th e nucleophilic substitution of 

easily leaving groups is one of the major 
synthetic approaches in the construction 
of organic compounds. Th e principles of 
nucleophilic heteroaromatic transforma-
tions are few and well known. Th e fi rst of 
the conventional mechanisms of the type 
SNHet is ipso-substitution of easily leaving 
groups and hydrogen [1, 2]. Another variant 
of the substitutive functionalization on the 
principle of FGI are the transformations 
on arine mechanism (E, A) [3, 4]. Finally, 
chronologically the last of the studied pro-
cesses of substitution by nucleophiles is 
ANRORC – multistage process involving 
in the fi rst stage the disclosure of azine by 
nucleophile [5]. In fact, the disclosure of 
azines under the action of N-nucleophiles 

are not uncommon [6–8], however not all 
of these transformations culminate in the 
substitution of leaving group and reverse cy-
clization. In the present work we have given 
the results of the study of the main stages of 
the transformation of 4-alkyl-6-nitro-1,2,4-
triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-ones under 
the action of morpholine and the nature of 
substitution of the nitro group according to 
the ANRORC type was installed.

Previously, we described the reaction 
of 4-alkyl-6-nitro-1,2,4-triazolo[5,1-c]
[1,2,4]triazine-7-ones in the substitu-
tion of the nitro group under the action 
of N-, O-, S – and C-nucleophiles [9], but 
the sequence of transformations remains 
obscure. In this study we investigated the 
features of substitution of nitro group in 



13

4-alkyl-6-nitro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]
triazine-7-ones (1) containing methyl (1a) 
and tert-butyl fragments (1b) in the cycle 
triazine, creating a minimum and maxi-
mum steric eff ect to determine its eff ect 
on the reaction.

Th e nucleophile was used N-morpho-
line as the least reactive reagent, allowing 
us to identify key intermediates. We have 
found that under the action of three-fold 
excess of morpholine at room temperature 
the unusual for stable nitrous heterocycles 
disclosure of triazine cycle with the forma-
tion of adducts with the structure of the 
hydrazones (2) occurs.

The compounds (2) are sustainable, 
so that their structure is set on the basis 
of NMR spectroscopy data and elemental 

analysis (see experimental part). On the 
other hand, to obtain the holistic integral 
data of chromatography-mass spectrometry 
for compounds (2) failed because the hy-
drazones are converted to the parent com-
pounds (1) and this occurs in the conditions 
column chromatography on silica gel.

A common feature of the 1H NMR 
spectra for compounds (2) is the unusual 
diff erentiation of the proton signals of the 
amide fragment, where all eight protons are 
magnetically nonequivalent (Fig. 1). Such 
spectral pattern is determined fi rst of all 
by the peculiarities of the spatial structure 
of the whole hydrazone fragment of the 
compounds (2).

Another common feature for the hy-
drazones (3) is the diff erentiation of signals 

Fig. 1. Th e fragment of 1H NMR spectrum of 1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-tert-butylhydrazone-1-
morpholinyl-2-nitroethanone morpholine (2b)



14

morpholine-amide fragment in the spec-
trum of 13C NMR. Th e number of carbon 
resonance peaks in the spectrum belong-
ing to this doubled fragment (Fig. 2) are 
doubled.

The sp ec tral cor relation patter n 
HMBC of 1H-13C NMR of hydrazone (3b) 
confirms the attributed structure, because 
obviously the interaction of protons of 
morpholine-amide fragment as with 
unequal C-atoms cycloalkylamine as and 
carbonyl (Fig. 3).

Another aspect of the studied transfor-
mations was the nucleophilic substitution 
of the nitro group. Th us, the heating of tri-
azolothiadiazoles (1) in excess morpholine 
leads to the formation of two products (3) 
and (4) in comparable proportions.

The data of chromato-mass spec-
trometry of the reaction masses show the 
presence of the N-nitrosomorpholine, 
the product of substitution of the nitro 
group (3) and product of substitution 
of decarboxylation (4). Th e structure of 
4-alkyl-6-morpholyl-1,2,4-triazolo[5,1-c]
[1,2,4]triazine-7-ones (3) is set based on 
the data of 1H NMR spectroscopy and el-
emental analysis (see experimental part). 
Th e structure of 1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-
alkylhydrozonomorpholylmethane (4) is 
also identifi ed on the basis of data 1H NMR 
spectroscopy and elemental analysis (see 
experimental part). In the 1H NMR spectra 
of compounds (4) is the characteristic reso-
nant peak in region 7,7 m. d. correspond-
ing to the resonance of formyl proton, a 

Fig. 2. Th e fragment of the 13C NMR spectrum of 1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-tert-
butylhydrazine-1-morpholinyl-2-nitroethanone morpholine (2b)



15

singlet proton of the triazole ( 7.5 m. d.) 
and a broadened signal of heterocyclic NH 
group ( 12 m. d.). Th e possibility of forma-
tion of hydrazone (4) is due to two features 
of the reaction mechanism, including the 
disclosure of triazolothiadiazole struc-
ture and the allocation of water under the 
formation of nitrosomorpholine, causing 
hydrolysis of the amide (2) followed by 
decarboxylation.

Th us, it is established that the nucleo-
philic substitution of the nitro group in 
4-alkyl-6-nitro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]
triazine-7-ones is not the type of ipso-
substitution and in accordance with the 
ANRORC mechanism, including the dis-
closure of triazine cycle under the action of 
nucleophile, substitution of the nitro group 
with the formation of nitrosomorpholine 
and subsequent cyclization.

The experimental part
NMR spectra 1H and 13C were record-

ed on the spectrometer Bruker Avance II 
spectrometer (400 MHz for 1H and 13C) 
in DMSO-D6, internal standard for 

1H 
NMR spectra is TMS. Elemental analyses 
were performed on SSPA automatic ana-
lyzer «Carlo Erba 1108». IR spectra were 
recorded on the Fourier-IR spectrometer 
«Bruker Alpha, ZnSe». Th e data on gas 
chromatography-mass spectrometry were 
obtained on a gas chromatography-mass 
spectrometer «GCMS-QP2010 Ultra» (Shi-
madzu, Japan, 2013). Monitoring for the 

progress of reactions and purity of syn-
thesized compounds was performed by 
TLC on plates «Sorbfi l» (fi rm ZAO «Sorb-
polimer») in the system ethyl acetate. For 
preparative column chromatography the 
same eluent and silica gel Sigma-Aldrich 
60 Å were used. 4-Methyl-6-nitro-4,7-dihy-
dro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-it 
is obtained by the method described in [10].

4-tert-Butyl-6-nitro-4,7-dihydro-1,2,4-
triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-one (1b)

20 mmol of 6-nitro-4,7-dihydro-1,2,4-
triazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-7-one in 10 ml 

Fig. 3. Th e fragment of the HMBC correlation spectrum 1H-13C NMR of compound (3b)



16

trifl uoroacetic acid were suspended, 20 
mmol of tert-butanol were added and were 
heated with the refl ux condenser at 80 оС 
within 2 hours. Th e solution is evaporated 
in vacuum, 10 ml of ethanol added and 
again evaporated. Th e residue was triturated 
with 15 ml of tert-butylmethyl ether, fi ltered 
and dried. Yield 2.4g (46 %).

Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 1.77 
(9H, s, 4-C(CH3)3); 8,63 (1H, s, 2-N). 
Th e 13C NMR spectrum, , m. d.: 13,60 
(С2’); 42,42 (C1’); 140,94 (С-NO2); 141,85 
(C=O); 152,36 (С3а); 166,99 (С2).

Th e IR spectrum , cm-1: 3125, 2999, 
2948, 1737, 1549, 1522, 1466, 1447, 
1355, 1263, 1229, 1173, 1151, 987, 920, 
889, 793, 758, 743, 723, 704, 639, 517.
Th e mass spectrum m/z: m/z: 238 (М+), 
223, 208, 180, 166, 152, 108, 96, 70, 57, 41.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %): C – 40,34; H – 4,20; 
N – 35,29; O – 20.17. С8H10N6O3. С – 40,50; 
H – 4,09; N – 35,32; О – 20,09.

1’-(1”,2”,4”-Triazolyl-3”)-1’-methylhy-
drazono-1-morpholinyl-2-nitroethanone 
morpholinium (2a)

A mixture of 2.5 mmol (1a) and 7.5 
mmol morpholine was stirred at room 
temperature for 15 minutes. 3 Ml of 
tert-butylmethyl ether was added and 
filtered. The yield of 0.81 g (86,5 %).
Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 2,68 (4Н, t, 
N-CH2); 3,29–3,72 (8Н, m, N-CH2-CH2-O); 
3,50 (4Н, t, CH2-O), 3,66 (3H, s, 1

I–CH3); 
8,41 m. d. (1Н, s, 2-Н).

Th e 13C NMR spectrum, , m. d.: 38,15 
(N-CH3), 41,87; 46,44 (O=C-N-CH2-CH2-
O); 45,06 (С3IV); 65,29; 65,36 (O=C-N-CH2-
CH2-O); 66,20 (C2

IV); 135,44 (C-NO2); 
144,95 (C5II); 158,93 (C=O); 161,08 (C3II).

T h e  I R  s p e c t r u m  ,  c m - 1:  2 9 6 3 , 
2917, 2858, 1924, 1652, 1599, 1566, 
1524, 1430, 1322, 1274, 1253, 1215, 
1 1 1 5 ,  1 0 9 4 ,  1 0 1 1 ,  9 3 9 ,  8 8 7 ,  8 6 1 , 

8 4 7 ,  8 2 0 ,  7 2 3 ,  6 9 4 ,  6 6 5 ,  6 1 2 ,  5 6 4 .
Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %) C – 42,16; H – 5,95; N – 
30,27; O –21,62. С13H22N8O5. C – 42,03; 
H – 5,87; N – 30,35; O – 21,75.

1’-(1”,2”,4”-Triazolydyl-3”)-1’-tert-bu-
tylhydrazone-1-morpholinyl-2-nitroetha-
none morpholinium (2b)

Th e mixture of 3 mmol (1b) and 9 mmol 
morpholine at room temperature were 
stirred for 15 min, 5 ml of tert-butyl methyl 
ether were added and fi ltered. Th e yield of 
0.84 g (67,8 %).

Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 1,39 
(9Н, s, 4-С(СН3)3); 2,70–3,76 (16Н, m, N-
CH2-CH2-O); 2,72 (4H, t, N-CH2); 3,52 (4H, 
t, СН2-О); 8,44 m. d. (1Н, s, 2-Н).

Th e 13C NMR spectrum, , m. d.: 28,32 
(С2III); 41,53; 46,56 (O=C-N-CH2-CH2-
O); 45,99 (C3V); 64,13 (C1III); 65,48; 65;63 
(O=C-N-CH2-CH2-O); 67,22 (C2

V); 135,47 
(C-NO2); 145,38 (C5

II), 156,27 (C3II), 157,35 
(C=O).

Th e IR spectrum, , сm-1: 2978, 2853, 
2730, 2208, 2165, 1645, 1585, 1455, 1309, 
1279, 1197, 1109, 1019, 877.

Th e mass spectrum m/z (intensity, %): 
C327 (М+) 281, 252, 196, 140, 113, 110, 84.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found,%): С – 46,60; H – 6,80; N – 
27,18; О – 19,42. С16H28N8O5. С – 46,66; 
H – 6,83; N – 26,07; О – 20,44.

4 - Me t h y l - 6 - m o r p h o l i n - 4 , 7 - d i -
hydro-1,2,4-triaz ol o[5,1-C][1,2,4]
triazine-7-on monohydrate (3a) and 
1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-methylhy-
drozonomorpholylmethan (4a).

Th e mixture of 2 mmol of (1a) and 6 
mmol morpholine refl uxed for 5 h. When 
added to the reaction mass 10 ml of a mix-
ture of chloroform: tert-butylmethyl ether 
(1:1) precipitated the product (4a) is fi l-
tered. Th e fi ltrate is evaporated in vacuo, the 
products are separated by chromatography.



17

4 - M e t h y l - 6 - m o r p h o l y l - 4 , 7 - d i -
hydro-1,2,4-triazolo[5,1-C][1,2,4]tri-
azine-7-on monohydrate (3a) Th e 1H-NMR 
spectrum, , m. d.: 3,43 (4H, t, CH2-N); 3,78 
(4Н, t, CH2-O); 3,91 (3Н, s, 4-СН3); 8,09 
(1Н, sс, 2-Н).

Th e 13C NMR spectrum: 40,51 (N-CH3); 
47,94 (N-CH2); 65,59 (CH2-O); 143,48 (C6); 
146,79 (C=O); 151,13 (C3a); 153,83 (C1).

Th e mass spectrum m/z (intensity,%): 
236 (M+), 209, 193, 179, 151, 123, 110, 96, 
83, 69.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %): С – 45,71; H – 6,67; N – 
40,00; О – 7,62. С9H11N6O2*Н2О. С – 42,48; 
H – 5,59; N – 33,00; О – 18,93.

1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-methylhy-
drazonomorpholylmethan (4a).

Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 3,21 
(3Н, s, 1I–СН3); 3,31 (4Н, t, СН2-N); 3,64 
(4Н, t, CH2-O); 7,29 (1Н, s, 5

II-Н); 7,59 (1H, 
s, С-Н); 12,10 (1Н, br. s, NH).

Th e 13C NMR spectrum, , m. d.: 37,13 
(N-CH3); 45,97 (N-CH2); 65,71 (CH2-O); 
149,17 (C5II); 151,13 (C1III); 158,80 (C3II).

Th e IR spectrum, , сm-1: 2970, 2858, 
1615, 1567, 1509, 1272, 1236, 1217, 1161, 
1113, 1070, 1030, 1009, 950, 739, 615.

Th e mass spectrum m/z (intensity, %): 
210 (М+) 124, 98, 97, 70, 56, 42, 41.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %): С – 45,71; H – 6,67; 
N – 40,00; О – 7,62. С8H14N6O. С – 45,59; 
H – 6,57; N – 40,07; О – 7,77.

4 - t e r t - B u t y l - 6 - m o r p h o l y l - 4 , 7 -
dihydro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]
triazine-7-one monohydrate (3b) and 
1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-tert-butyl-
hydrazonomorpholylmethan (4b)

Make a mixture of 2 mmol (1b) and 6 
mmol morpholine and is boiled for 5 hours. 
Th e reaction mass is evaporated to dry-
ness in vacuum. Th e products are separated 
chromatographically on silica gel.

4-ter t-Butyl-6-morpholyl-4,7-di-
hydro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]tri-
azine-7-one (3b).

Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 1,27 
(9H, s, C-(CH3)3); 3,36 (4Н, t, CH2-N); 3,65 
(4Н, t, СН2-О); 8,12 (1Н, sс, 2-Н).

Th e mass spectrum m/z (intensity, %): 
278 (М+), 222, 207, 195, 179, 165, 137, 111, 
82.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %): С – 48,65; H – 6,76; 
N – 28,38; O – 16,22. C12H18N6O2*H2O. C – 
48,59; H – 28,42; N – 28,42; O – 16,25.

1’-(1”,2”,4”-triazolyl-3”)-1’-tert-butyl-
hydrazonomorpholylmethan (4b).

Th e 1H-NMR spectrum, , m. d.: 1,26 
(9Н, s, 1’-С(СН3)3); 3,35 (4Н, t, СН2-N); 
3,61 (4Н, t, СН2-О); 7,52 (1Н, s, 5”-H); 7,73 
(1Н, s, С-Н); 12,04 (1Н, br.s., NH).

Th e 13C NMR spectrum, , m. d.: 27,48 
(C2III); 45,64 (N-CH2); 59,16 (С1

III); 65,81 
(CH2-O); 149,35 (С3

II); 159,58 (C5II); 163,25 
(C1IV)

Th e IR spectrum, , сm-1: 2971, 2860, 
1610, 1554 1533, 1502, 1237, 1199, 1112, 
1068, 1030, 962, 870, 726, 645.

Th e mass spectrum m/z (intensity, %): 
252 (M+), 196, 195, 140, 113, 110, 84, 83, 
57.

Elemental analysis (calculated molecular 
formula, found, %): С – 52,38; H – 7,94; 
N – 33,33; О – 6,35. С11H20N6O. С – 52,29; 
H – 8,02; N – 33,41; О – 6,28.



18

In Russian

Нуклеофильное замещение легко-
уходящих групп является одним из 
важнейших синтетических подходов 
в построении органических соединений. 
Принципы нуклеофильных гетероаро-
матических превращений немногочи-
сленны и хорошо известны. Первым из 
общепринятых механизмов типа SNHet 
является ипсо-замещение легкоуходя-
щих групп и водорода [1, 2]. Другим 
вариантом заместительной функцио-
нализации по принципу FGI являются 
превращения по ариновому механизму 
(E, A) [3, 4]. Наконец, хронологически 
последним из исследованных процес-
сов замещения нуклеофилами является 
ANRORC – многостадийный процесс, 
включающий на первой стадии рас-
крытие азина нуклеофилом [5]. В дей-
ствительности раскрытие азинов при 
действии N-нуклеофилами встречается 
нередко [6–8], однако не все эти прев-
ращения завершаются замещением ухо-
дящей группы и обратной циклизацией. 
В настоящей работе нами приведены 
результаты исследования основных эта-
пов превращения 4-алкил-6-нитро-1,2,4-
триазоло[5,1-c][1,2,4]триазин-7-нов под 
действием морфолина и установлен ха-
рактер замещения нитрогруппы по типу 
ANRORC.

Ранее нами описаны реакции 4-ал-
кил-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,1-c]

[1,2,4]триазин-7-нов в замещении ни-
трогруппы под действием N-, O-, S- и 
C-нуклеофилов [9], однако сама после-
довательность превращений осталась 
неочевидной. В настоящей работе нами 
исследованы особенности замещения 
нитрогруппы в 4-алкил-6-нитро-1,2,4-
триазоло[5,1-c][1,2,4]триазин-7-нах (1), 
содержащих в триазиновом цикле ме-
тильный (1а) и трет-бутильный фраг-
менты (1b), создающих минимальный 
и максимальный стерический эффект 
для определения его влияния на про-
текание реакции.

В качестве N-нуклеофила исполь-
зован морфолин как наименее реакци-
онноспособный реагент, позволяющий 
выделить ключевые полупродукты.

Нами установлено, что под действием 
трехкратного избытка морфолина при 
комнатной температуре происходит 
необычное для стабильных азотистых 
гетероциклов раскрытие триазиново-
го цикла с образованием аддуктов со 
структурой гидразонов (2).

Соединения (2) являются устой-
чивыми настолько, что их структура 
установлена на основании данных ЯМР 
спектроскопии и элементного анализа 
(см. экспериментальную часть). С другой 
стороны, получить для соединений (2) 
целостные данные хроматомасс-спектро-
метрии не удалось, поскольку гидразоны 



19

превращаются в исходные соединения 
(1), что происходит и в условиях коло-
ночной хроматографии на силикагеле.

Общей особенностью спектров 1Н 
ЯМР для соединений (2) является не-
обычная дифференциация протонных 
сигналов амидного фрагмента, где все 
восемь протонов оказываются магнитно 
неэквивалентны (рис. 1). Такая спект-
ральная картина обусловлена, скорее 
всего, особенностями пространственной 
структуры всего гидразонного фрагмен-
та соединений (2).

Другой общей особенностью для 
гидразонов (3) является дифференци-
ация сигналов морфолинового амидного 
фрагмента в спектре 13С ЯМР. Количе-
ство углеродных резонансных пиков 

в спектре, принадлежащих этому фраг-
менту, удвоено (рис. 2).

Спектральная корреляционная кар-
тина HMBC 1Н-13С ЯМР гидразона (3b) 
подтверждает приписываемое строение, 
поскольку очевидно взаимодействие 
протонов морфолинового амидного 
фрагмента как с неэквивалентными 
С-атомами циклоа лкилимина, так 
и с карбонилом (рис. 3).

Следующим аспектом исследован-
ных превращений стало нуклеофильное 
замещение нитрогруппы. Так, нагрева-
ние триазолотриазинов (1) в избытке 
морфолина приводит к образованию 
двух продуктов (3) и (4) в соизмеримом 
соотношении.

Рис. 1. Фрагмент спектра 1Н ЯМР 1’-(1”,2”,4”-триазолидил-3”)-1’-трет-бутилгидразоно-
1-морфолинил-2-нитроэтанона морфолиния (2b)



20

Данные хроматомасс-спектрометрии 
реакционных масс показывают присут-
ствие N-нитрозоморфолина, продукта 
замещения нитрогруппы (3) и продук-

та замещения – декарбоксилирования 
(4). Строение 4-алкил-6-морфолил1,2,4-
триазоло[5,1-c][1,2,4]триазин-7-онов 
(3) установлено на основании данных 

Рис. 3. Фрагмент корреляционного спектра HMBC 1Н-13С ЯМР соединения (3b)

Рис. 2. Фрагмент спектра 13С ЯМР 1’-(1”,2”,4”-триазолидил-3”)-1’-трет-бутилгидразоно-
1-морфолинил-2-нитроэтанона морфолиния (2b)



21

1Н ЯМР спектроскопии и элементного 
анализа (см. экспериментальную часть). 
Структура 1’-(1”,2”,4”-триазолил-3”)-1’-
алкилгидразономорфолилметанов (4) 
также определена на основании данных 
1Н ЯМР спектроскопии и элементного 
анализа (см. экспериментальную часть). 
В спектрах 1Н ЯМР соединений (4) при-
сутствуют характерный резонансный 
пик в области 7, 7 м. д., соответствующий 
резонансу формильного протона, син-
глет триазольного протона ( 7,5 м. д.) 
и уширенный сигнал гетероциклической 
NH группы ( 12 м. д.). Возможность 
образования гидразона (4) объясняется 
двумя особенностями механизма реак-

ции, включающего раскрытие триазоло-
триазиновой структуры и выделение 
воды при образовании нитрозоморфо-
лина, вызывающей гидролиз амида (2) 
с последующим декарбоксилированием.

Таким образом, установлено, что 
нуклеофильное замещение нитрогруппы 
в 4-алкил-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,1-c]
[1,2,4]триазин-7-нах протекает не по 
типу ипсозамещения, а в соответствии 
с ANRORC механизмом, включающим 
раскрытие триазинового цикла под 
действием нуклеофила, замещение нит-
рогруппы с образованием нитрозомор-
фолина и последующую циклизацию.

 
Спектры ЯМР 1H и 13С получены на 

приборе «Bruker Avance II spectrometer» 
(400 Мгц для 1H и  13С) в ДМСО-D6, 
внутренний стандарт для спектров 1Н 
ЯМР – ТМС. Элементные анализы были 
проведены на автоматическом СНNО 
анализаторе «Carlo Erba 1108». ИК спек-
тры записаны на ИК-Фурье спектро-
метре «Bruker Alpha, ZnSe (НПВО)». 
Данные по хроматомасс-спектрометрии 
получены на хроматомасс-спектроме-
тре «GCMS-QP2010 Ultra» (Шимадзу, 
Япония, 2013). Контроль за ходом ре-
акций и чистотой синтезированных 
соединений осуществляли с помощью 
ТСХ на пластинках Sorbfi l (фирма ЗАО 
«Сорбполимер») в системе этилаце-
тат. Для препаративной колоночной 
хроматографии использовали тот же 
элюент и силикагель Sigma-Aldrich 60 
Å. 4-Метил-6-нитро-4,7-дигидро-1,2,4-
триазоло[5,1-c][1,2,4]триазин-7-он полу-
чен по методике, описанной в работе [10].

4-трет-бутил-6-нитро-4,7-диги-
дро-1,2,4-триазоло[5,1-c][1,2,4]триа-
зин-7-он (1b)

Суспендируют 20 ммоль 6-нитро-4,7-
дигидро-1,2,4-триазоло[5,1-c][1,2,4]три-
азин-7-она в 10 мл трифторуксусной 
кислоты, добавляют 20 ммоль трет-
бутанола и греют с обратным холодиль-
ником при 80 оС в течение 2 ч. Раствор 
упаривают в вакууме, добавляют 10 мл 
этанола и снова упаривают. Затирают 
осадок с 15 мл трет-бутилметилового 
эфира, фильтруют, сушат. Выход 2,4 г 
(46 %).

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 1,77 (9Н, с, 
4-С(СН3)3); 8,63 (1Н, с, 2-Н).

Спектр ЯМР 13С, , м.д: 13,60 (С2’); 
42,42 (C1’); 140,94 (С-NO2); 141,85 (C=O); 
152,36 (С3а); 166,99 (С2).

ИК спектр, , см-1: 3125, 2999, 2948, 
1737, 1549, 1522, 1466, 1447, 1355, 1263, 
1229, 1173, 1151, 987, 920, 889, 793, 758, 
743, 723, 704, 639, 517.

Масс-спектр m/z: 238 (М+), 223, 208, 
180, 166, 152, 108, 96, 70, 57, 41.

Элементный анализ (рассчитано, 
брутто-формула, найдено, %): С – 40,34; 
H – 4,20; N – 35,29; О – 20,17. С8H10N6O3. 
С – 40,50; H – 4,09; N – 35,32; О – 20,09.



22

1’-(1”,2”,4”-Триазолидил-3”)-1’-ме-
тилгидразоно-1-морфолинил-2-ни-
троэтанон морфолиния (2a)

Смесь 2,5 ммоль (1a) и 7,5 ммоль мор-
фолина перемешивают при комнатной 
температуре 15 мин. Добавляют 3 мл 
трет-бутилметилового эфира, филь-
труют. Выход 0,81 г (86,5 %).

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 2,68 (4Н, т, 
N-CH2); 3,29–3,72 (8Н, м, N-CH2-CH2-O); 
3,50 (4Н, т, CH2-O), 3,66 (3H, c, 1

I–CH3); 
8,41 м. д. (1Н, с, 2-Н).

Спектр ЯМР 13С, , м. д.: 38,15 (N-
CH3), 41,87; 46,44 (O=C-N-CH2-CH2-O); 
45,06 (С3IV); 65,29; 65,36 (O=C-N-CH2-
CH2-O); 66,20 (C2

IV); 135,44 (C-NO2); 
144,95 (C5II); 158,93 (C=O); 161,08 (C3II).

ИК спектр, , см-1: 2963, 2917, 2858, 
1924, 1652, 1599, 1566, 1524, 1430, 1322, 
1274, 1253, 1215, 1115, 1094, 1011, 939, 
887, 861, 847, 820, 723, 694, 665, 612, 564.

Элементный анализ (рассчитано, 
брутто-формула, найдено,%): С – 42,16; 
H – 5,95; N – 30,27; О – 21,62. С13H22N8O5. 
С – 42,03; H – 5,87; N – 30,35; О – 21,75.

1’-(1”,2”,4”-Триазолидил-3”)-1’-
трет-бутилгидразоно-1-морфоли-
нил-2-нитроэтанон морфолиния (2b)

Смесь 3 ммоль (1b) и 9 ммоль мор-
фолина при комнатной температуре пе-
ремешивают 15 мин. Добавляют 5 мл 
трет-бутил-метилового эфира и филь-
труют. Выход 0,84 г (67,8 %).

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 1,39 (9Н, с, 
4-С(СН3)3); 2,70–3,76 (16Н, м, N-CH2-
CH2-O); 2,72 (4H, т, N-CH2); 3,52 (4H, т, 
СН2-О); 8,44 м. д. (1Н, с, 2-Н).

Спектр ЯМР 13С, , м. д.: 28,32 (С2III); 
41,53; 46,56 (O=C-N-CH2-CH2-O); 45,99 
(C3V); 64,13 (C1III); 65,48; 65;63 (O=C-
N-CH2-CH2-O); 67,22 (C2

V); 135,47 (C-
NO2); 145,38 (C5

II), 156,27 (C3II), 157,35 
(C=O).

ИК спектр, , см-1: 2978, 2853, 2730, 
2208, 2165, 1645, 1585, 1455, 1309, 1279, 
1197, 1109, 1019, 877.

Масс-спектр m/z (интенсивность, %): 
327 (М+) 281, 252, 196, 140, 113, 110, 84.

Элементный анализ (рассчитано, 
брутто-формула, найдено, %): С – 46,60; 
H – 6,80; N – 27,18; О – 19,42. С16H28N8O5. 
С – 46,66; H – 6,83; N – 26,07; О – 20,44.

4 - М е т и л - 6 - м о р ф о л и л - 4 , 7 - д и -
гидро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]
т р и а з и н - 7 - о н  м о н о г и д р а т  ( 3 a ) 
и 1’-(1”,2”,4”-триазолил-3”)-1’-мети-
лгидразономорфолилметан (4a).

Смесь 2 ммоль (1a) и 6 ммоль мор-
фолина кипятят 5 ч. При добавлении 
к реакционной массе 10 мл смеси хло-
роформ: трет-бутилметиловый эфир 
(1:1) выпавший продукт (4a) фильтруют. 
Фильтрат упаривают в вакууме, продук-
ты разделяют хроматографией.

4-метил-6-морфолил-4,7-диги-
дро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]три-
азин-7-он моногидрат (3a)

Спектр ЯМР, , м. д.: 3,43 (4H, т, 
CH2-N); 3,78 (4Н, т, CH2-O); 3,91 (3Н, с, 
4-СН3); 8,09 (1Н, с, 2-Н).

Спектр ЯМР 13С, , м. д. (ДМСО-D6): 
40,51 (N-CH3); 47,94 (N-CH2); 65,59 (CH2-
O); 143,48 (C6); 146,79 (C=O); 151,13 
(C3a); 153,83 (C1).

Масс-спектр m/z (интенсивность, %): 
236 (M+), 209, 193, 179, 151, 123, 110, 96, 
83, 69.

Элементный ана лиз (расс чита-
но, бру тто-форм ула, найдено,  %): 
С – 45,71; H – 6,67; N – 40,00; О – 7,62. 
С9H11N6O2*Н2О. С – 42,48; H – 5,59; N – 
33,00; О – 18,93.

1’-(1”,2”,4”-триазолил-3”)-1’-мети-
лгидразономорфолилметан (4a)

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 3,21 (3Н, с, 
1I–СН3); 3,31 (4Н, т, СН2-N); 3,64 (4Н, т, 



23

CH2-O); 7,29 (1Н, с, 5
II-Н); 7,59 (1H, с, 

С-Н); 12,10 (1Н, уш. с, NH).
Спектр ЯМР 13С, , м. д.: 37,13 (N-

CH3); 45,97 (N-CH2); 65,71 (CH2-O); 
149,17 (C5II); 151,13 (C1III); 158,80 (C3II).

ИК спектр, , см-1: 2970, 2858, 1615, 
1567, 1509, 1272, 1236, 1217, 1161, 1113, 
1070, 1030, 1009, 950, 739, 615.

Масс-спектр m/z (интенсивность, %): 
210 (М+) 124, 98, 97, 70, 56, 42, 41.

Элементный анализ (рассчитано, 
брутто-формула, найдено, %): С – 45,71; 
H – 6,67; N – 40,00; О – 7,62. С8H14N6O. 
С – 45,59; H – 6,57; N – 40,07; О – 7,77.

4-трет-Бу тил-6-морфолил-4,7-
дигидро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]
т р и а з и н - 7 - о н  м о н о г и д р а т  ( 3 b ) 
и 1’-(1”,2”,4”-триазолил-3”)-1’-трет-
бутилгидразономорфолилметан (4b)

Делают смесь 2 ммоль (1b) и 6 ммоль 
морфолина и кипятят в течение 5 ч. 
Реакционную массу упаривают досуха 
в вакууме. Продукты разделяют хрома-
тографически на силикагеле.

4-трет-Бутил-6-морфолил-4,7-
дигидро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]
триазин-7-он (3b)

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 1,27 (9H, c, 
C-(CH3)3); 3,36 (4Н, т, CH2-N); 3,65 (4Н, 
т, СН2-О); 8,12 (1Н, с, 2-Н).

Масс-спектр m/z (интенсивность, %): 
278 (М+), 222, 207, 195, 179, 165, 137, 111, 
82.

Элементный ана лиз (расс чита-
но, бру тто-форм ула, найдено,  %): 
С – 48,65; H – 6,76; N – 28,38; O – 16,22 
C12H18N6O2*H2O. C – 48,59; H – 28,42; N – 
28,42; O – 16,25.

1’-(1”,2”,4”-Триазолил-3”)-1’-трет-
бутилгидразономорфолилметан (4b)

Спектр ЯМР 1Н, , м. д.: 1,26 (9Н, с, 
1’-С(СН3)3); 3,35 (4Н, т, СН2-N); 3,61 (4Н, 
т, СН2-О) 7,52 (1Н, с, 5”-H); 7,73 (1Н, с, 
С-Н); 12,04 (1Н, уш. с, NH).

Спектр ЯМР 13С, , м. д.: 27,48 (C2III); 
45,64 (N-CH2); 59,16 (С1

III); 65,81 (CH2-O); 
149,35 (С3II); 159,58 (C5II); 163,25 (C1IV)

ИК спектр, , см-1: 2971, 2860, 1610, 
1554 1533, 1502, 1237, 1199, 1112, 1068, 
1030, 962, 870, 726, 645.

Масс-спектр m/z (интенсивность, %): 
252 (M+), 196, 195, 140, 113, 110, 84, 83, 57.

Элементный анализ (рассчитано, 
брутто-формула, найдено, %): С – 52,38; 
H – 7,94; N – 33,33; О – 6,35. С11H20N6O. 
С – 52,29; H – 8,02; N – 33,41; О – 6,28.

References
1. Linga R. P., Khan S. I., Ponnan P., Tripathi M., Rawat D. S. Design, synthesis and evalua-

tion of 4-aminoquinoline-purine hybrids as potential antiplasmodial agents. European 
Journal of Medicinal Chemistry. 2017;126:675–686.

2. Metal Free C-H Functionalisation of Aromatics. Nucleophilic Displacement of Hydro-
gen / eds V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, in Topics Heterocycl. Chem. / eds B.U.W. 
Maes, J. Cossy, S. Polanic, Springer, Switzerland, 2014, 37, 283 p.

3. Ding H., Chen Zh., Zhang C., Xin T.., Wang Y., Song H., Jiang Y., Chen Yu., Xu 
Yo., Tan Ch. Synthesis and Cytotoxic Activity of Some Novel N-Pyridinyl-2-(6-
phenylimidazo[2,1-b]thiazol-3-yl)acetamide Derivatives. Molecules. 2012;17(4):4703–
4716.

4. Tewari S., Chauhan B., Fatima N. Ch. Syntheses and antifi larial profi le of 7-chlo-
ro-4-(substituted amino) quinolines: a new class of antifi larial agents. Bioorganic and 
Medicinal Chemistry Letters. 2000;10(13):1409–1412.



24

5. Van der Plas H. C. «SN(ANRORC) reactions in azaheterocycles containing an “inside” 
leaving group». Advances in Heterocyclic Chemistry. 1999; 74: 9–86.

6. Uliankina I. V., Zavodskaya A. V., Parfenov V. E., Gidaspov A. A., Shiryaev A. K., Selez-
neva E. V., Bakharev V. V. Th e alkylation of [1,2,4]triazolo[1,5-a][1,3,5]triazine-7(3H)-
ones. Chemistry of heterocyclic compounds. 2016;52:1054–1060.

7. Parfenov V. E., Bakharev V. V, Gidaspov A. A, Shiryaev A. K., Slepukhin P. A. Features 
of the alkylation of 5-aminotoluene tetrazolo[1,5-a][1,3,5]triazine-7(3H)-ones by the 
alkyl-halides. Chemistry of heterocyclic compounds. 2016;52:1061–1069.

8. Danagulyan G. G., Panosyan G. A., Sahakyan L. G. Recycling of pirimidine salts to 
derivatives of 1,2,4 – triazole. Chemistry of heterocyclic compounds. 2007;8:1175–1179.

9. Rusinov V. L., Chupakhin O. N., Ulomsky E. N., Petrov A. Y., Sharonov E. A. Nitroazines 9. 
Features of nucleophilic substitution of the nitro group in dihydrooxazolo[5,1-c][1,2,4]
triazines. Chemistry of heterocyclic compounds.1989;2:253–257.

10. Rusinov V. L., Chupakhin O. N., Ulomski E. N., Rusinov G. L., Chernyshev A. I., Alek-
sandrov G. G. Nitrazines 7. Alkylation of 6-nitro-7-oxo-4,7-dihydrooxazolo[5,1-c]
[1,2,4] triazines and determination of the structure of the reaction products. Chemistry 
of heterocyclic compounds. 1987:11:1543–1550.

Cite this article as (как цитировать эту статью):
Ulomsky E. N., Lyapustin D. N., Fedotov V. V., El’tsov O. S., Sapozhnikova I. M., Koz-

hevnikov D. N., Mukhin E. M. Th e features of nucleophilic substitution of the nitro 
group in 4-alkyl-6-nitro-1,2,4-triazolo[5,1-c][1,2,4]triazines. Chimica Techno Acta. 
2017;4(1):11–24.