Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XIII. Zum Sterischen Ablauf des Alkyl-Diazoester-Zerfalls

1956 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT 21

im Kuhlschrank 0,60 g p-Methoxy-sfilben (2,9mMol) aus. Nach Entfernen des Methanols wurde das rote 01 in Cyclohexan aufgenommen und an einer Aluminiumoxyd-Saule von far- benden Verunreinigungen befreit. Als Eindampfrtickstand hinterblieben 6.1 g blaB orange- farbenen Estergemischs. Dieses enthielt laut Infrarotanalyse 3,14g P-(p-Anisy1)-a-phenyl- athyl-acetat @I, S . 12) und 2,47g P-Phenyl-a-(p-anisy1)-athyl-acetat (VII, S. 12). Es ergeben sich somit folgende Ausbeuten: Ester VI 45 % d.Th., Ester VII 35 % d.Th.,p-Methoxy-stilben 11 % d.Th.

Das Infrarotspektrum des oligen Reaktionsprodukts lie13 die Banden der Ester V und VI erkennen, jedoch keine weiteren Substanzen. Zur quantitativen Bestimmung erschienen mangels spezifischer Banden nur die bei 13,22 und 13,50w geeignet. Bei drei kunstlichen Mischungen (neben den Reinsubstanzen), die jeweils 50-60mg Ester in 2,OOccm Cyclohexan enthielten, wurden bei 1 mm Schichtdicke die Extinktionen gemessen. Das Verhiiltnis der Extinktionen beider Banden zeigte eine lineare Abhangigkeit vom Prozentgehalt des Esters V im Gemisch. Das Reaktionsprodukt wies 56 rt 1,s % Ester V in der Mischung auf. Zur Er- mittlung der absoluten Ausbeute bedurfte es der Absolutwerte der Extinktionen. Die auf 1 mm Schichtdicke und 1 mg Ester pro 2ccm Lasung bezogenen Extinktionen betrugen bei 13,22w 0,00314 fur Ester V und 0,00950 fk Ester VI; bei 13,50p dagegen 0,00872 und 0,00466 fur die beiden Ester; das BEER-Gesetz ist erfiillt. Die Ester-Gesamtausbeute ergab sich zu 92 & 2 % des eingewogenen, oligen Gemischs.

Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 ZUM STERISCHEN ABLAUF DES ALKYL-DIAZOESTER-ZERFALLS

von ROLF HUISGEN und CHRISTOPH RUCHARDT 1)

Aus dem Institut fur Organische Chemie der Universitat Munchen Eingegangen am 8. August 1956

Der Zerfall der aus den Nitroso-acyl-Verbindungen des 1,a-Phenyl-athyl- amins durch Isomerisierung entstehenden Diazoester fuhrt zu optisch aktiven Carbonsaureestern. Das AusmaR der Konfigurationserhaltung bei der Ester- bildung hangt vom Losungsmittel ab und sinkt mit zunehmender Polaritat des Solvens. In wasserhaltigen Losungsmitteln oder in Methanol vollzieht sich die Bildung des Esters unter erheblicher Retention, wahrend das bei der Solvolyse entstehendc Carbinol bzw. der Methylather weitgehend racernisiert sind. Bei Acyl-Austauschversuchen mit zugesetzten Carbonsauren zeigt der Austausch- Ester geringere Konfigurationserhaltung als der normale. - Den Schlussel zur Deutung des Diazoester-Zerfalls bietet das orientierte Ionenpaar als Zwischenstufe; die sich im Vergleich mit anderen SNi-Prozessen ergebenden Unterschiede im raumlichen Ablauf werden diskutiert. Insbesondere werden die Faktoren erortert, die fur den Mange1 an absoluter Stereoselektivitat im

Sinne der Konfigurationserhaltung verantwortlich sind.

1) Diplomarbeit Univ. MUnchen 1955, Dissertation Univ. Munchen 1956.

22 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

Die Bildung der Carbonsaureester beim spontanen Zerfall der Alkyl-diazoester gehort formal zu den Prozessen des SN i-Typs. Unter den moglichen Interpretationen fanden wir in den vorausgehenden Mitteilungen ’, 3, eine Beschreibung der Zerfalls- reaktion uber die Zwischenstufe des Alkyl-diazonium-lonenpaars besonders vorteil- haft. In der gesamten Diskussion um S, i-Prozesse kommt dem raumlichen Ablauf der Reaktion am Asymmetriezentrum eine ausschlaggebende Bedeutung zu 4-8). Es lag daher nahe, dieses Kriterium auch beim Studium des Diazoester-Zerfalls zu ver- wenden und die Resultate mit dem sterischen Ablauf anderer SN i-Reaktionen zu ver- gleichen. R. HUISGEN und H. RF~IMLINGER 3) wiesen bereits auf die weitgehende Konfigurationserhaltung beim Zerfall des Nitroso-1,a-phenyl-athyl-acetamids in Benzol hin.

Als Studienobjekt bot sich die a-Phenyl-athyl-Reihe aus zwei Grunden an. Einmal ist die Beschaffung der optisch reinen Verbindungen bequem; zum andern liegt uber sterische Reaktionsablaufe in dieser Reihe ein breites Material vor. uber die opti- schen Drehwerte der Ausgangs- und Endprodukte, die alle kontrolliert und zum Teil verbessert wurden, berichtet der Versuchsteil.

Die Tabellen 1 und 2 enthalten die Ergebnisse von Zerfallsversuchen, die mit der Nitroso-acetyl- bzw. Nitroso-benzoyl-Verbindung (I) des optisch reinen ],a-Phenyl- athylamins in verschiedenen Losungsmitteln durchgefuhrt wurden. Bei der Aufarbei- tung haben wir uns nicht mit der Bestimmung des Drehwerts des gereinigten a-Phenyl- athyl-acetats bzw. -benzoats begnugt; zur Kontrolle wurde regelmaI3ig der Ester durch alkalische Verseifung oder Reduktion mit Lithium-aluminium-hydrid in a-Phenyl- athanol ubergefuhrt und dessen spezifische Drehung gemessen. Da alle Reaktions- produkte flussig sind, legten wir auf die analytische Sicherung besonderen Wert; diese Daten finden sich ebenso wie die Drehwerte in den Tabellen 5-7 des Versuchsteils.

CH3 CH3 I /NO 1 /N-O-CO-R

H5C6-CH-N H5C6-CH-N ‘CO - R I1

I / I

H*Ca-CH=CH2 + R-COzH H5C6-CH-0-CO-R III

2 ) R.HUISGEN und H.REIMLINGER, Liebigs Ann. Chem. 599, 161 (1956). 3) R.HUISCEN und H.REIMLINGER, Liebigs Ann. Chem. 599, 183 (1956). 4) W.A. COWDREY, E. D.HUGHES, C. K. INGOLD, S. MASTERMAN und A. D. SCOTT, J. chem.

5) A. H. J. HOUSSA und H. PHILLIPS, J. chem. SOC. [London] 1932, 1232; M. B. HARFORD,

6 ) D.J. CRAM, J. Amer. chem. SOC. 75, 332 (1953). 7) E.S.Lewis und C.E.BOOZER, J. Amer. chem. SOC. 74, 308 (1952); C.E.BOOZER und

8) K. B. WIBERG und T. M. SHRYNE, J. Amer. chem. SOC. 77, 2774 (1955).

SOC. [London] 1937, 1196.

J.KENYON und H.PHILLIPS, J. chem. SOC. [London] 1933, 179.

E.S.LEWIS, J. Amer. chem. SOC. 75, 3182 (1953).

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 23

Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die Isomerisierung des Nitroso-acyl- amins I zum 1, a-Phenyl-athyl-diazoester 11, dem sich der Zerfall als rasche Folgereak- tion anschliel3t 2). In Anbetracht der winzigen Stationarkonzentration des Diazoesters vollzieht sich dessen Zerfall praktisch in sehr groper Verdiinnung, womit die Moglich- keit einer Wechselwirkung von Intermedi2rprodukten (SN2-Reaktionen u. a.) ausge schaltet ist. Die Ausbeute an Ester I11 pflegt sich auf 30-50% d.Th. zu belaufen; der Rest entfallt auf die zu Styrol und Carbonsaure fiihrende Eliminierung.

Tabelle 1. Zerfall des Nitroso-],a-phenyl-athyl-acetamids bei 60"

Nr. L6sungsmittel Ni troso- a-Phenyl-athyl-acetat acylamin 'us'. % 1-Form

in mMol/Z in % d. Th. aus Drehwert des

Esters Carbinols

1 Cyclohexan 195 30 67,9 68,9 2 Benzol 270 32 68,2 68,7 3 Tetrahydrofuran 210 36 66,9 69,4 4 Methylathylketon 295 39 62,l 61,8 5 Nitromethan 184 33 61,5 62,4 6 Acetonitril 197 31 59,4 60,l

Tabelle 2 Zerfall des Nitrosu-1,a-phenyl-athyl-benzamids in organischen Losungsmitteln bei 35"

a-Phenyl-iitliyl-benzoat Ausb. % I-Form, Nitroso- Benzoe-

Nr. Lasungsmittel acylamin saure aus Drehwert des in mMoW % d.Th. 2~2. Esters Qrbjnols

I 8 9

10 1 1 12 13 14 15

Benzol Benzol Benzol Benzol Tetrahydrofuran Tetrahydrofuran Nitromethan Nitromethan Acetonitril

236 48 22,2 40 12 50 11 51

245 50 212 50 280 51 190 300 30

49 72,2 71,O 52 72,3 70,3 42 72,7 72,l 45 71,7 70,6 39 72,3 71,l 42 72,3 71,9 46 68,5 66,6 41 65,2 67,5 40 63,l 64,3

Die kursiven Zahlen der Tabellen 1 und 2 informieren iiber den konfigurativen Ab- lauf der Esterbildung. Die jeweils aus Ester und Carbinol ermittelten Werte gestatten eine Abschatzung der Versuchsfehler. Solange nicht sichergestellt ist, ob die den ein- deutigen Ablauf im Sinne der Konfigurationserhaltung beeintrachtigende Neben- reaktion einem Umkehr- oder einem Racemisierungs-Mechanismus entspricht, geben wir in den Tabellen das Resultat als Prozente I-Form gegen Prozente d-Form an.

Der Vergleich der Tabellen 1 und 2 lehrt, daD beim Zerfall des Diazo-benzoats die Xonfigurutionserhaltung merklich starker ist als beim Diazo-acetat und 70 % uber- schreitet. Moglicherweise hangt die geringere Stereoselektivitat beim Diazo-acetat- Zerfall mit der um 25" hoheren Reaktionstemperatur zusammen ; die Isomerisierung

24 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

der Nitroso-acetyl-Verbindung ist namlich langsamer als die der Nitroso-benzoyl-Ver- bindung 2). Einer noch etwas hoheren lsomerisierungstemperatur bedarf das Nitroso- 1,a-phenyl-athyl-formamid ; das Produkt des Diazo-formiat-Zerfalls in Benzol zeigt mit 67 % 1-Form einen weiteren Riickgang der optischen Reinheit.

Sowohl die Acetyl- als auch die Benzoyl-Reihe lassen ein Absinken in der Konfi- gurationserhaltung des gebildeten Esters I11 um rund 10 % erkennen, wenn man vom unpolaren zum pohren Losungsmittel iibergeht (Tabellen 1 u. 2).

Schon in den vorausgehenden Arbeiten 3, ') wurde auf die Reaktionsverzweigung beim Zerfall in hydroxylhaltigen Losungsmitteln hingewiesen ; neben die Esterbildung tritt die Alkylierung des Losungsmittels. Die Tabelle 3 verrat einen auffallenden Unter- schied im raumlichen Ablauf der beiden Konkurrenzreaktionen. Obwohl es sich bei den wasserhaltigen Losungsmitteln der Versuche 16-19 oder beim Methanol (Ver- suche 20 u. 21) um polare Solventien handelt, zeigt der gebildete Carbonester mit bis zu 80 % I-Form eine besonders hohe Konfigurationserhaltung, die sogar noch die in Benzol (Versuche 7-10) beobachtete ubersteigt. Die Produkte der Alkylierung des Losungsmittels, also das u-Phenyl-athanol bzw. der a-Phenyl-iithyl-methylather, er- wiesen sich dagegen als fast vollig racernisiert. Die Tabelle 3 verzeichnet nahe an 50 % liegende Gehalte an 1-Carbinol. Beim a-Phenyl-athyl-methylather ist die Drehung der optiwh reinen Verbindung nicht bekannt; die gefundenen Werte (Versuche 20 u. 21) sprechen fur geringe Konfigurationsumkehr.

Tabelle 3 Zerfall des Nitroso-],a-phenyl-Ithyl-benzamids in hydroxylhaltigen Lasungsmitteln bei 35"

a-Phenylathylbenzoat a-Phenylathanol Ausb. %I-Form aus Ausb. Benzoe- in % Drehwert des in % % 1-Form

% d.Th' d. Th. Esters Carbinols d.Th. Nr. Losungsmittel saure

16 Tetrahydrofuran-Wasser 62 16

17 Tetrahydrofuran-Wasser 68 27

18 Aceton-Wasser (2 %) 59 23 19 Dimethylformamid- 49 28

80~20 V O ~ . - %

50: 5 0 V0l.- %

Wasser 34: 66 Vo1.- %

20 Methanol 21 Methanol

70 m 63 27

79,7 80,4 31 53,s

77,7 75,8 37 53,9

73,9 71,4 19 51,O 77,o 78,8 33 45.1

a-Phenyl-athyl- methylather

80,7 80,4 "& + 1494" 78,4 79,O 18 + 9,O"

Die fruher beschriebenen AcyGAustauschversuche beim Zerfall der Alkyldiazoester in Gegenwart ,,fremder" Carbonsauren 3) lieBen hier die stereochemische Verfolgung wunschenswert erscheinen. Die Versuche 26-29 (Tab. 4) weisen auch fur die a-Phe-

9) R.HUISGEN und Ch-RUCHARDT, Liebigs Ann. Chem. 601, 1 (1956).

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 25

nyl-athyl-Reihe einen solchen Acyl-Austausch nach, wenngleich er nicht so vollstandig ist wie beirn Zerfall des MethyLdiazoesters3). Wahrend der Prozentgehalt 1-Form des ,,molekuleigenen" Esters durch die Gegenwart der ,,fremden" Carbonsaure keine Be- eintrachtigung erfiihrt, eher sogar steigende Tendenz zeigt, weist der als Ergebnis des Acyl-Austauschs auftretende a-Phenyl-athylester (eingerahmte Werte der Tab. 4) nur mehr ein recht schwuches Oberwiegen des Konfigurationserhaltung auf.

Wenn nun die die ,,fremde" Saure einbeziehende Reaktion niedrigdrehenden Ester liefert, dann sollte auch die Gegenwart eines uberschusses der ,,eigenen" Carbon- saure des Diazoesters zur Verminderung der optischen Reinheit des isolierten Carbon- saureesters fiihren. Der Vergleich der Versuche 22 und 23 (Tab. 4) mit dern Resultat der Versuche 2 und 7 zeigt, dal3 diese Voraussage richtig ist.

Da die oben erwahnte, mit der Esterbildung konkurrierende Elirninierung stets Carbonsaure (neben Styrol) liefert, glaubten wir urspriinglich, das Zuruckbleiben des 1, a-Phenyl-athylesters hinter der 100-proz. optischen Reinheit auf diese Storreaktion mit freier Carbonsaure zuriickfiihren zu durfen. Die in den Versuchen 22 und 23 auf- tretende Minderung in % I-Konfiguration des Esters ist aber vie1 zu klein, urn diese Annahme zu rechtfertigen. Auch die Konzentration des Nitroso-acylamins in der Zerfallslosung, somit die Konzentration der bei der Eliminierung freigesetzten Car- bonsaure, hatte dann bereits die optische Reinheit des Esters 111 beeinflussen mussen. Die Versuche 7-10 (Tab. 2) mit einer Variation der Konzentration des Nitroso-acyl-

Tabelle 4 Zerfall der Nitroso-1,a-phenyl-athyl-acylamide in inerten Lbsungsmitteln

unter Zusatz von Carbonsauren

Acylrest des a-Phenyl-ilthylacetat a-Phenyl-athylbenzoat Nr. Nitrosoacy,- Einwaage u. Zusatz in mMol; Lbsungsmittel Ausb.in %]-Form aus Ausb. in %I-Form aus

amins "/, d. Th. Ester Carbinol "/. d. Th. Ester Carbinol

- - 22 Acetyl 41 mMol in 200ccm 39 65,9 67,7 - Cyclohexan + 77mMoI Essigsilure

23 Benzoyl 49mMol in 200 ccmBenzol - - - + 82 mMol Benzoesaure

+ 26mMol Tetraathyl- ammoniumacetat

hydrofuran + 36mMol Ammoniumbenzoat

47 70,6 70,6

- - 24 Acetyl 56mMol in 220ccm Benzol 31 67,5 -

39 71,3 71,i 25 Benzoyl 25mMoI in 200ccm Tetra- - _ -

26 Acetyl 43mMol in 200ccm Benzol 27 69,3 13 p z q + 21 mMol Benzoesaure 27 Acetvl 7OmMol in 400ccm Benzol 6.4 69.0 30 mm

, ' I , , I + 15OmMol Benzoesaure 28 Benzoyl 76mMolin400ccmBenzol 2 32 74.5 74.6

I, + 80mMol Essigsaure

+ 570mMol Essigsilure 29 Benzoyl 71 mMol in 250ccm Benzol 21 I 56,7 I 28 76,2

26 R. HIJISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

amins um den Faktor 23 lassen keinen solchen EinfluB erkennen. Nicht unwichtig ist, daB der Zerfallslosung zugesetztes carbonsaures Salz (Versuche 24 u. 25) nicht in die Reaktion eingreift ; damit scheidet die Moglichkeit einer Nebenreaktion nach SN2 aus.

Auch der Art des Aryl-Substituenten kommt offensichtlich keine ausschlaggebende Bedeutung fur den sterischen Ablauf zu. Ausgehend vom Nitroso-benzoyl-c+(p-meth- oxy-pheny1)-athylamin (IV) sollte das besonders energiearme p-Methoxy-benzyl- Kation als Zwischenstufe aufmtreten vermogen. Die Esterbildung beim Zerfall des rechts- und linksdrehenden Diazoesters in Benzol vollzieht sich jeweils rnit 71,4 bzw. 72,3 % Konfigurationserhaltung. Dieses Resultat stimmt also rnit dem raumlichen Ablauf in der a-Phenyl-athyl-Reihe (Tab. 2) iiberein.

CH3 I /NO

IV H~co-<:>-cH-N 'CO- CsH5

Einige Erganzungen betreffen die Reaktion des 1, a-Phenyl-athylamins rnit salpetri- ger Saure. Bei fiihlbarem Mange1 an exakten Daten konstatiert die Literatur lediglich, daB die Reaktion aktiver Amine mit salpetriger Saure, also der Zerfall des Alkyl- diazonium-Ions in waDrigem Medium, von Inversion neben Racemisierung begleitet istlo), Die Reaktion in Wasser (mit 20 Vo1.- % Dimethylformamid) gibt ein a-Phenyl-athanol, das mit 46,7 % 1-Form nur eine recht bescheidene Konfigurationsumkehr aufweist. Die Reaktion in Eisessig liefert als Hauptprodukt ein a-Phenyl-athylacetat rnit 54 % I-Ge- halt, also geringfugigem Uberwiegen der KonGgurationserhaltg entsprechend 11). Daneben tritt eine bescheidene Menge aBhenyi-athanol auf, das rnit 78,5 % 1-Form eine auffallend hohe Retention zeigt. Man darf wohl annehmen, daB die Diazotierung des Amins mit salpetriger Saure auch in Eisessig primiir zum Alkyl-diazo-hydroxyd fuhrt ; dieses kann nach einem cyclischen Mechanismus oder iiber das Ionenpaar (Alkyl-diazonium-hydoxyd) den Stickstoff in intramolekularer Reaktion eliminieren. Mit hoher Konfgurationserhaltung beim intramolekularen Ablauf und weitgehender Racemisierung bei der Wechselwirkung mit dern Solvens Eisessig tritt uns hier das gleiche Reaktionsbild entgegen wie oben beim Diazoester-Zerfall (Tab. 3). Dieser Zerfall des Diazohydroxyds in Essigsaure bietet ein interessantes Gegenstiick zu den Versuchen 16-19 (Tab. 3) rnit gleichsam vertauschten Komponenten.

Eine wunschenswerte Erganzung finden unsere Versuche in dem von E. H. WHITE 12)

jiingst untersuchten Zerfall der Nitroso-benzoyl-Verbindung des aktiven sek.-Butyl- amins in inerten Losungsmitteln. Die Solvens-Abhangigkeit der Retention ist nicht die

10) P. BREWSTER, F. HIRON, E. D. HUGHES, C. K. INCOLD und P. A. D. S. RAO, Nature [London] 166, 179 (1950). Siehe auch C.K.INGOLD, Structure and Mechanism in Organic Chemistry, G. BELL and SONS, London 1953, S. 395.

11) Schon E.Orr, Liebigs Ann. Chem. 488, 186 (1931), beobachtete beim Ubergang von Wasser zu Essigsaure als Solvens eine sukzessive Drehwertsanderung von Netto-Konfigura- tionsumkehr zu schwacher Konfigurationserhaltung.

12) E.H. WHITE, J. Amer. chem. SOC. 77, 6014 (1955).

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 27

gleiche wie in unserer Reihe. Als zusatzliche Komplikation wird eine geringe Konjigu- rationsumkehr in Pentan beschrieben, wahrend in Hexan, Heptan und Toluol die Er- haltung uberwiegt. Auch der raumliche Ablauf des Acyl-Austauschs la& Unterschiede zwischen der sek.Buty1- und der a-Phenyl-athyl-Reihe moglich erscheinen. Unsere Interpretationen weichen in wesentlichen Punkten ab.

DISKUSSION Die bislang bestuntersuchte S,i-Reaktion liegt im Zerfall der aus Alkoholen und

Thionylchlorid zuganglichen Alkyl-chlorsulfte in Alkyl-chloride und Schwefel- dioxyd vor. C.E.BOOZER und E. S. LEWIS 7) haben sich in einer schonen Arbeit mit der Losungsmittelabhiingigkeit des sterischen AbIaufs dieser Reaktion befaBt. Eine reine Konfigurationserhaltung in Dioxan und eine praktisch vollstiindige WALDEN-umkehr in Toluol grenzen zahlreiche Zwischenmoglichkeiten in anderen Losungsmitteln ein. Die genannten Autoren 7) sehen in der Ionisation der Schwefel-Halogen-Bindung den einleitenden Schritt ; diesem schlieBt sich in Dioxan eine zweimalige WALDEN-Umkehr unter Einbeziehung des basischen Solvens an, insgesamt einer Konfigurationserhal- tung entsprechend. Das unpolare Toluol vermag dagegen das Carbonium-Ion nicht ausreichend zu solvatisieren ; hier verlal3t das Schwefeldioxyd den Kohlenstoff erst im Zuge einer vom Chlor-Anion ausgelosten SN 2-Substitution. Wahrend in Ciesen Grenz- fallen die Chlorsulfit-Spaltung der ersten Reaktionsordnung folgt, zeigen andere Losungsmittel Abweichungen. Komplikationen durch Autokatalyse, intermolekulare Reaktionen und Solvolyse lassen hier das Bild weniger klar erscheinen.

Zwei Phanomene erlauben die Voraussage von Unterschieden des Diazoester-Zer- falls gegeniiber dem der Chlorsulfite : a) In der Loslosung des Stickstoffs aus dem Alkyl-diazonium-Ton liegt ein Ionisa-

b) die geringere Stationarkonzentration des Diazoesters schliefit Reaktionen hoherer

Die weitgehende Racemisierung des a-Phenyl-athanols und seines Methylathers, die bei den Versuchen 1 6 2 1 als Solvolyseprodukte auftreten, steht im Einklang mit einem Mechanismus iiber das symmetrische Carbonium-Ion ; auch die Alkyl-Isomeri- sierung bei der Solvolyse 9) forderte diese Konsequenz.

tionsprozen von wesentlich hoherer Triebkraft 9) ;

Ordnung aus.

28 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

Fkdeutsamer und problematischer ist der sterische Ablauf der Carbonester-Bildung. Das in der vorausgehenden Arbeit als Zwischenstufe angenommene orientierte Alkyl- diazonium-Ionenpaar V sollte bei ungestortem Ablauf des Zerfalls den konfigurations- gleichen Ester 111 liefern. Das Absinken der Konfigurationserhaltung im Ester mit steigender Polaritat des Losungsmittels (Tabellen 1 u. 2) kann rnit zunehmender Be- wegungsfreiheit des orientierten Ionenpaars gedeutet werden; in steigendem Ma13 ge- lingt den Carboxylat-Ionen der ,,Ruckseiten-AngrifT" im Zuge des Alkyldiazonium- Zerfalls. Vielleicht darf man im polaren Solvens auch rnit einer teilweisen Dissoziation des Ionenpaars und einer Rekombination der solvatisierten Ionen rechnen 13).

Die erste Moglichkeit macht einen Umkehr-, die zweite einen Racemisierungs- Chemismus fur die sinkende optische Reinheit des Reaktionsprodukts verant- wortlich.

Das zentrale Problem liegt aber in der auch im unpolaren Solvens beobachteten Unvollstlindigkeit der Konfigurationserhaltung bei der Esterbildung. Weiterem experi- mentellem Material bleibt es vorbehalten, zwischen den im folgenden aufgefuhrten Interpretationen zu unterscheiden :

1) Bei der Carbonester-Bildung konkurriert rnit dem einstufigen Weg vom Ionen- paar aus, streng stereoselektiv im Sinne der Retention, ein zweiter uber das System Diuzoufkan + Curbonsaure als symmetrische Zwischenstufe. Das Auftreten des Diazo- alkans beim Diazoester-Zerfall konnte bislang weder widerlegt noch bewiesen wer- den 3 3 14). Eine Schwierigkeit bietet die Deutung des sterischen Ablaufs der Acyl-Aus- tauschreaktion (Versuche 26-29). So gut der Acylaustausch selbst und auch die weit- gehende Racemisierung des ,,Austausch"-Esters rnit der Diazoalkan-Zwischenstufe vereinbar ist, so bleibt doch unverstanden, warum sich die Konfigurationserhaltung des nicht acylausgetauschten Esters (vor allem bei den Versuchen 21 u. 29) nicht sprungartig lo0 % niihert.

2) Neben einer einfachen Heterolyse zum orientierten Ionenpaar V lauft eine doppelte, zii drei Spaltstiicken fiihrende einher : Carbonium-Ion, Stickstoff und Car- boxylat-Anion. Fur die Rekombination der lonen innerhalb des Losungsmittelkafigs ist natiirlich weitgehende Racemisierung zu erwarten. Zweifellos ist der Zerfall in drei Bruchstucke energetisch ungiinstiger, da die entgegengesetzt geladenen lonen nicht in einer engen raumlichen Nachbarschaft bleiben, die eine wirksame gegenseitige ,,Solvatation" garantiert. Immerhin finden sowohl der LosungsmitteleinfluR als auch der raumliche Ablauf in Methanol und wasserhaltigen Solventien eine ungezwungene Erklarung.

'3) In der Terminologie von S. WINSTEIN entspricht das dem Ubergang des ,,Intimate ion

14) K.HEVNS und W.V.BEBENBURG, Ber. dtsch. chem. Ges. 86, 278 (1953); Liebigs Ann. pair" uber das "Solvent-separated ion pair" in die dissoziierten Ionen.

Chern. 595, 69 (1955).

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 29

3) Eine Solvatation des orientierten Ionenpaars V rnit den Molekeln des noch nicht isomerisierten Nitroso-acylamins konnte auch im unpolaren Losungsmittel zu einer teilweisen Dissoziation der Ionen und damit zu einem Verlust an Stereoselektivitat fuhren. Es erscheint aber zweifelhaft, ob das Nitroso-acylamin die fur eine wirksame Solvatation notwendigen Qualitaten mitbringt; das Dipolmoment der trans,frans- Form wurde zu 0,9 D gefunden 15). Die zu erwartende Zunahme der optischen Rein- heit des Esters rnit sinkender Konzentration des Nitroso-acylamins wurde nicht be- obachtet (Versuche 7-1 0).

4) Die Orientierung im Alkyldiazonium-Ionenpaar V bzw. bei dessen Zerfall ist nicht genugend streng, urn eine 100-proz. Konfigurationserhaltung zu gewahrleisten. Nach den Erfahrungen uber Ionenpaar-Reaktionen kann man sich zwar nur schwer vorstellen, daR es in dem einmal gebildeten Ionen-Assoziat dem Carbonsaure-Anion gelingen sollte, zwischen zwei Substituenten am zentralen C-Atom des Diazonium- oder Carbonium-Ions ,,hindurchzugreifen" und die Esterbildung von der ,,Rucksite" her zu vollziehen 16). Eine Storung der Orientierung 1aBt sich moglicherweise aber im Zuge der Stickstoffabgabe seitens des Alkyldiazonium-Ions erwarten. In der Ablosung der Stickstoffmolekel aus dem Diazonium-Ion liegt der einzige bekannte exotherme Ionisationsprozefi. Die Energieprofile der Abbildung 1 der vorausgehenden Mitteilungg) beziehen sich nur auf die potentielle Energie. Es kann wohl kaum einem Zweifel unter- liegen, daD exotherme Ionisationen adiabatisch verlaufen; die Energie der ,,heiDen" Spaltstucke wird im wesentlichen erst nach abgeschlossener Dissoziation von den Lo- sungsmittelmolekeln aufgenommen werden. In einer Art ,,RuckstoB-Energie" lieBe sich eine Storung in der Orientierung des Carbonium-Ionenpaam voraussehen, die eine teilweise Racemisierung bei der Esterbildung zu erklaren vermochte.

Die DEUTSCHE FORSCHUNGSGEMEINSCHAPT und der FONDS der CHEMISCHEN INDUSTRIE for- derten diese Arbeit dankenswerterweise mit Sachbeihilfen. An den Versuchen in der a+- Methoxy-pheny1)-BthyI-Reihe beteiligte sich Frl. Antoinette VELASQUEZ, Denver, USA (Ful- bright fellow) mit Geschick und Eifer. Zahlreichen Fachkollegen sei fur aufschlufireiche Diskussionen gedankt, vor allern den Herren J. D. ROBERTS in Pasadena und D. J. CRAM in Los Angeles. Fur die Ausfuhrung der Mikroanalysen danken wir Herrn H. GEYER und Frl. D. GRAF.

BESCHREIBUNG DER VERSUCHE Darstellung der optisch aktiven Standard- Verbindungen *)

I, a-Phcnyl-athyl-amin. Zur Spaltung des reinen racem. Amins 17) bewahrte sich der Umsatz rnit d-Weinsaure in Athano1 18). Es erwies sich als zweckmaDig, das Tartrat mehrfach umzu-

15) R.HUISGEN und J. REINERTSHOPER, Liebigs Ann. Chem. 575, 197 (1952). 16) E. H. WHITE 12) macht einen solchen Reaktionsweg ftir den unter Kodgurationsum-

17) Org. Syntheses, Coll. Vol. 11, 503. 18) A. CAMPBELL, A. H. J. HOUSTON und J. KENYON, J. chem. SOC. [London] 1947,93.

kehr ablaufenden Teil des sek.-Butyl-diazoester-Zerfalls verantwortlich.

*) Alle Drehwerte dieser Arbeit wurden rnit dem ZEISS-WINKEL-KreiSpOlarimeter 0,Ol unter Verwendung einer Natriumdamptlampe vorgenommen.

30 R. HUISGEN und CH. R~~CHARDT Bd. 601

kristallisieren, um hochste optische Reinheit zu erzielen. Nach zweimaligem Umlbsen aus Wasser wurde fur das Amin tartrat als Mittelwert von 10 Einzelmessungen gefunden:

[a]: = + 13,22" (Wasser; c = 5,&6,2)

Literaturwerte: [ a ] ~ (Wasser) = + 13,0-13,2" (c = 8)19); + 13,3" (c= 4)20) Weiteres Umlosen Bnderte den Drehyert desTartrats nicht. Die Kristallisation aus Methanolzl) bot keinen Vorteil.

Das aus alkalischem Medium durch Wasserdampfdestillation isolierte Amin wies nach der Fraktionierung bei 74'/15 Torr einen Homogendrehwert von -38,39" bei 25°C auf (Mittel- wert von drei Messungen; 1 dm). Lit. -38,88" bei 15OC22); -36,56" bei 17"Cla); -38,30" bei 22"Czl). Fur alle Versuche wurde das gleiche Amin dieser als 100-proz. zugrunde gelegten optischen Reinheit eingesetzt.

N-BenroyE1,a-phenyl-athyl-amiti. Das Amin wird nach SCHOTTEN-BAUMANN rnit 97-proz. Ausbeute benzoyliert und aus Alkohol-Wasser umkristallisiert; Schmp. 121-122O (Lit. 119,5" 23)). Die spezif. Drehung ist wegen der Amid-Assoziation stark konzentrationsabhangig. Sie betragt in Benzol [ a ] g = -44,s" (c = 2,392) ; [a]: = -41,2" (c = 2,800); Lit.23): [,Izo = -52,5" (c = 0,795); --43,7" (c = 2,384); -40,l" (c = 3,OO). Wegen der hbheren U s - lichkeit des Amids in Chloroform wurden die Kontrolldrehungen stets in diesem Ldsungs- mittel gemessen:

[a]: = -17,8" f 0,3O (c = 6,9&7,20; mehr als 30 Messungen an reinen Praparaten).

N-Acetyl-/,a-phenyl-athyl-amin. Nach der Acetylierung rnit 1,2 Aquiv. Acetanhydrid in Benzol wurde das LBsungsmittel, zuletzt i. Vak., entfernt und der Riickstand aus Petrolither umkristallisiert. Ausbeute 96 % d.Th., Schmp. 102,5-103,5".

[a]: (Benzol) = --154,4" (c = 2,7-3,O); [a]: (96-proz. hhanol) = - 152,O" (c = 2,l-2,2)

Wir fanden fur verschiedene, unabhangig bereitete Praparate den gleichen Drehwert, sodaD WirunsdieDiskrepanz rnit demLiteraturwert24) [a]; = -168,l' (khanol ; c : 2,117) nicht zu erklaren vermbgen. Wir betrachten unser Praparat als optisch rein.

D

N-Formyl-1,a-phenyl-athyl-amin. Reines 1-Amin wurde mit 2 Aquiv. 100-proz. Ameisensaure 3 Stdn. auf 130" erhitzt. Das bei 1 10"/0,001 Torr ubergehende Amid erstarrte zu feinen Nadeln vom Schmp. 46-47". Ausb. 94 % d.Th.

[a]: (96-proz. Athanol) = -178,O" (c = 4,252)

19) A.W. INGERSOLL, Org. Syntheses, Coll. Vol. 11, 506. 20) A. CAMPBELL et al. 18) gaben den Drehwert irrtumlicherweise rnit negativem Vorzeichen

21) W.THEILACKER und H.-G.WINKLER, Ber. dtsch. chem. Ges. 87, 690 (1954). 22) W.LEITHE, Mh. Chem. 51, 381, 385 (1929), far d-Amin rnit positivem Vorzeichen ge-

23) W.J.POPE und J.READ, J. chern. SOC. [London] 103, 444,451 (1913). a) A. CAMPBELL und J. KENYON, J. chem. SOC. [London] 1946,25.

an.

messen.

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 31

I,a-Phenyl-Bthanol. Der Antipodentrennung diente die Kristallisation des Brucinsalzes des Phthalsaure-halbesters aus Aceton 25). Die spezif. Drehung der reinsten Fraktion des aktiven Halbesters betrug [a] = + 36,8" und + 36,2" (96-proz. Athanol, c = 2,254) in guter uberein- stimmung rnit dem hachsten Literaturwert 25) [a]g = + 36,5" (Xthanol, c = 2,375). Auch das nach der alkalischen Verseifung erhaltene Carbinol stimmt in der Homogendrehung rnit den Werten der Literatur uberein: -43,4"*6); -433" 25) und -43,6"27). Die Kontrolle der optischen Reinheit der unten beschriebenen Reaktionsprodukte erfolgte nber den Drehwert der methanolischen Lbsung des a-Phenyl-athanols :

[a]: (Methanol) = -45,5" (c = 4,91); n g = 1,5244

Linksdrehendes Carbinol und linksdrehendes Arnin gehSren der gleichen Konfigurationsreihe an 28).

1,a-PhenyI-uthyl-acetat. 1 g I,=-Phenyl-athanol (95,4-proz. optische Reinheit) wurde in 8ccm Pyridin mit 4ccm Essigsaureanhydrid 2 Stdn. bei 50" behandelt und wie ublich aufgear- beitet. Nach Befreiung von evtl. noch anwesendem, nicht umgesetztem Carbinol an einer Alu- miniumoxyd-Saule wurde der Ester dreimal unter 10 Torr bei 89-92" (Badtemp.) destilliert ; n g = 1,4941.

C10H1202 (164,2) Ber. C 73,12 H 7,37 Gef. C 72,82 H 7,88

Als Mittelwert von 4 Messungen ergab sich [=]g (Benzol) = -124,5" (c = 2,144 und 3,294). Wenn man annimmt, daB keine EinbuDe an optischer Reinheit eingetreten ist, ergibt sich die spezif. Drehung fur 100-proz. reinen 1-Ester zu -130,5". Der Literaturwert 29) rnit -118" (Benzol bei 25") liegt nicht unwesentlich darunter.

1,a-Phenyl-athyl-benzoat: 0,15 g ],a-Phenyl-athanol rnit 4,6 % Racematgehalt wurden in 12ccm Pyridin mit 3 g Benzoylchlorid 2 Stdn. auf 40" erwarmt. Nach ublicher Aufarbeitung und adsorptiver Entfernung nicht umgesetzten Carbinols wurde der Ester dreimal aus dem Mikro- kolbchen bei 100-1 10" (Badtemp.)/0,001 Torr destilliert. 45 = 1,5567.

Drei Messungen der spezif. Drehung in 96-proz. khanol ergaben + 32,8; 32,7 und 32,8". Die Extrapolation auf optisch reinen Benzoesaure-ester ergibt [a ] (96-proz. khanol) = + 34,4" (c = 4,936 und 4,854). Einer starken Linksdrehung des Essigsaure-esters entspricht somit eine schwachere Rechtsdrehung des 1-Benzoats.

I,a-Phenyl-uthyl-methylather. Der Drehwert des reinen Athers ist nicht bekannt, da die Veratherung des Carbinols von teilweiser Racemisierung begleitet ist. Jedoch drehen Carbinol und k h e r in gleicher Richtung26).

d- rind I,a- [p-Methoxy-phenyll-athylamin. Zur Spaltung des racem. Amins, durch WALLACH- LEUCKART-ReduktiOn des p-Methoxy-acetophenons erhalten, ist das Hydrogen-tartrat ge-

C15H1402 (226.3) Ber. C 79,62 H 6,24 Gef. C 79,03 H 6,15

25) A. J. H. HOUSSA und J. KENYON, J. chem. SOC. [London] 1930, 2260; E. DOWNER und

26) E.D.HuGHEs, C.K.INGOLD und A.D.Scom, J. chem. SOC. [London] 1937, 1201. 27) E.L.ELIEL, J. Amer. chem. SOC. 71, 3970 (1949). 28) P. A. LEVENE, A. ROTHEN und M. KUNA, J. biol. Chemistry 120, 777 (1937). 29) P.A.LEVENE und R.E.MARKER, J. biol. Chemistry 97,379 (1932); s. auchH.R.SN~~mt

J.KENYON, J. chem. SOC. [London] 1939, 1156.

und J.H.BREWSTER, J. Amer. chem. SOC. 71, 291 (1949).

32 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

eignet 30). Nach viermaligem Umkristallisieren aus Athano1 schmolz das schwerl6sliche Tar- trat des (+)-Amins bei 177-178" und zeigte

[ a ] g (Wasser) = +17,4" (c = 5,OO); Lit.30) +16,6". Weiteres Umlirsen Slnderte den Drehwert nicht mehr.

Das rnit Alkali und Benzol freigesetzte Amin wurde mit der berechneten Menge Ben- zoylchlorid in Pyridin bei 0" umgesetzt. Das N-Benroyl-Derivat des (+)-Amins schmolz nach zweimaligem Umlosen aus Methanol bei 139" (129'30); [ a ] g (Chloroform) = +31,7"

C16H1702N (255,3) Ber. C 75,25 H 6,71 N 5,48 Gef. C 75,65 H 6,72 N 539 Auch Benzamid-Prlparate, die aus Amintartrat geringeren Drehwerts bereitet wurden, liefer- ten nach Umlbsen die gleiche spezif. Drehung, die als die des optisch reinen Materials ange- nommen wurde.

Bei der Behandlung des ( + ) - A m i n s mit iiberschiissigem Benzoylchlorid in Pyridin wurde leicht das N,N-Dibenzoyl-Derivut erhalten. Schmp. 106-107", [a] (Chloroform)

Cz3H2103N (359,4) Ber. C 76,84 H 5,89 N 3,90 Gef. C 76,23 H 6,05 N 3,89 Aus der Mutterlauge des (+)-Amin-tartrats la8t sich leicht das (-)-Amin erhalten. Dazu

wurde das in Alkohol leicht losliche Tartrat dreimal aus Methanol-Essigester 1 : 2 umkristalli- siert. Schmp. 166", [ u ] g (Wasser) = +8,6" (c = 5,OO).

Das freigesetzte (-)-Amin zeigte nach Vakuum-Destillation [ a ] 2 (Benzol) = - 29,7" (c = 7,89 und 8,61) gegenuber -19,13" 30).

Das N-Benzoyl-(-),a-[p-methoxy-phenyll-Uthylumin schmolz bei 139-140" (1 38" 30)) und wies folgende Drehung auf [ a ] g (Chloroform) = -31.4" (c = 5,06); [ a ] g (khanol) = -19,9" (c = 1,13); -18,5"30),

das N,N-Dibenzoyl-Derivut des(-)-Amins Schmp. 107-108", [ a ] g (Chloroform) = -70,3". Die Ubereinstimmung der absol. Drehwerte von d- und I-N-Benzoyl-Verbindungen la& kaum einen Zweifel an der optischen Reinheit der isolierten Antipoden. (+),a-[p-Methoxy-phenyl]-uthyhlkohol. J. KENYON 31) gelang die Spaltung des Carbinols

uber das Cinchonidinsalz des Phthalsaure-halbesters. Fur das reine Carbinol fanden die Autoren u g = 27,18" (0,5dm, homog.), ohne daB die konfigurative Beziehung zum Amin gesichert ware. Das Ergebnis der Diazoester-Zersetzung (S. 38) kann als Argument dafiir dienen, da8 hier wie in der unsubstituierten a-Phenyl-athyl-Reihe rechtsdrehendes Amin und rechtsdrehender Alkohol der gleichen Konfigurationsreihe angehoren. Wie in der Phenyl-SLthyl-Reihe ist auch hier die Veresterung des Carbinols mit Benzoesaure von einer Umkehr der Drehrichtung begleitet.

(C = 5,32).

: + 67,3".

Thermische Zersetzung des Nitroso-1, a-phenyl-athyl-acetamidr in verschiedenen Liisungsmitteln

Die Nitroso-Verbindung wurde aus N-Acetyl-1,m-phenyl-athylamin mit Nitrosylchlorid in Eisessig-Acetanhydrid auf die friiher beschriebene Weise 2) bereitet. Beim Aufgies-

30) M. BETTI und G. Del RIO, Gazz. chim. Ital. 42, 283 (1912). 31) M. P. BALFE, A. EVANS, J. KENYON und K. N. NANDI, J. chem. SOC. [London] 1946,803.

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 33

sen auf feingestoBenes Eis schied sich ein griines 0 1 ab, das in Ather aufgenommen, rnit Eis- wasser und Natriumhydrogencarbonat-Losung gewaschen und durch kurzes Schiitteln rnit Calciumchlorid bei 0" vorgetrocknet wurde. Nach Enffernen des Athers bei 0" i.Vak. wurde restliches Wasser und Acetanhydrid wahrend zweier Stunden i. Hochvak. abgesaugt. Man er- hielt so ein gelbes 0 1 ohne Kristallisationsneigung zu ca. 90 % des eingesetzten Saureamid- Gewichts. Zur Gehaltsbestimmung wurden 70-100 mg des 01s in eiskaltem Methanol rnit Kaliumcarbonat der katalytischen Acylabspaltung unterworfen 32) und der entwickelte Stick- stoff im Azotometer aufgefangen.

Die jeweils frisch bereitete Nitrosoverbindung wurde in 200ccm des reinen L6sungsmittels aufgenommen und durch mehrstiindiges Erwarmen auf 60-80" zum Zerfall gebracht. Das Vol. des freigesetzten Stickstoffs bot eine Kontrolle fur den Gehalt an aktivem NitrosokUrper. Nach Abdestillieren des Losungsmittels wurde das a-Phenyl-athyl-acetat im Mikro-Claisen- kolben iiberdestilliert und die Fraktion von 90-100"/14 Torr der Ausbeutebestimmung zu- grunde gelegt. Nach zweimaliger Fraktionierung wurde der bei 93-94"/14 Torr iibergehende Hauptanteil fur die Messung des Drehwerts verwendet. AnschlieBend haben wir den Ester in a-Phenyl-lthanol iibergefiihrt, zu welchem Zweck sich die reduktive Spaltung rnit Lithium- aluminiumhydrid in Ather gut bewahrte. Der Drehwert des dreimal fraktionierten, bei 90" (Badtemp.)/lO Torr iibergehenden Carbinols bot eine unabhhgige Kontrolle f& die Zu- sammensetzung des Antipodengemischs.

a-Phenyl-lthylacetat ist von a-Phenyl-athanol nicht sauber durch Destillation zu trennen. Bei den Versuchen 3 und 4 der Tabelle 1 besteht der Verdacht, daB kleine Carbinol-Verun- reinigungen eingeschleppt wurden. In den Versuchen 1 und 2 wurde das Nitroso-acylamin ohne Hochvakuumtrocknung unmittelbar aus der waBr. Suspension in Benzol bzw. Cyclo- hexan eingeschiittelt. Dagegen wurden die Reaktionen in Nitromethan und Acetonitril unter streng wasserfreien Bedingungen durchgefw.

Die analytischen Schwierigkeiten sind in der Nitroso-acetyl-Reihe groaer als in der N- Nitroso-benzoyl-Reihe. DaR das Nitroso-1,a-phenyl-athyl-benzamid als krist. Reinstoff zu- ganglich ist, bietet schon einen Vorteil. Die Resultate der im folgenden beschriebenen Zer- fallsreaktionen erachten wir daher als praziser.

Thermischer Zerfall des Nitroso-1,u-phenyl-athyl-benzamids Nitrosierung. 20g wasserfreies Kaliumacetat wurden rnit 58ccm Eisessig und 20ccm Acet-

anhydrid kurz aufgekocht und unter mechanischem Riihren erkalten gelassen. Nach Eintra- gen von 13,s g feingepulvertem, optisch reinem l,a-Phenyl-tithyl-benzamid und einer Spatel- spitze Phosphorpentoxyd wurden bei 0" innerhalb 20 Min. 65ccm einer 20-proz. Lasung von Nitrosylchlorid (33 Aquival.) in Acetanhydrid unter Riihren eingetropft. Nach 4 Stdn. bei 0" wurde vorsichtig mit Eis und Wasser versetzt, wobei sich das Nitrosamid kristallisiert ab- schied. Nach Waschen rnit Natriumhydrogencarbonat-Losung und rnit Eiswasser wurde im vorgekiihlten Exsiccator 15 Stdn. Uber Phosphorpentoxyd im Kuhlschrank getrocknet: 13,2- 14g hellgelbgrline Nadeln vom Schmp. 45O (Zers.). Die Lageffdhigkeit ist sehr begrenzt. Die Versuche wurden stets mit frischen Prtiparaten durchgemrt. Der Gehaltsbestimmung diente die Messung des beim thermischen Zerfall im Losungsmittel entbundenen Stickstoffs.

32) R.HUISGEN, Liebigs Ann. Chem. 573, 163 (1951). Liebigs Ann. Chem. Bd. 601 3

34 R. HUISGBN und CH. RUCHARDT Bd. 601

Die Zerfalllsreuktion wurde jeweils durch 3-stdg. Erwiirmen der Losung des Nitrosokorpers bei 35" im Thermostaten ausgefiihrt. Die GroDen der Anshtze sind der Tabelle 5 zu entnehmen. Die Losungsmittel waren sorgfaltig gereinigt und getrocknet. Wegen der begrenzten Loslich- keit in den wasserhaltigen Solventien wurde in den Versuchen 17 und 19 (Tab. 3) die Nitroso- verbindung in einem Teil des organischen Losungsmittels bei 0" gelost und innerhalb 20 Min. in das bei 35" geriihrte Solvens-Wasser-Gemish eingetropft ; das gebildete a-Phenyl-athyl- benzoat schied sich teilweise schon wahrend der Reaktion aus.

Tabelle 5 Zerfall des Nitroso-l,a-phenyl-8thyl-benzamids bei 35" in verschiedenen Losungsmitteln

Nitroso- Akt. Benzoe- _... . Weitere sgure =srer Nr. acylamin Gehalt ccm Losungsmittel mMol Produkte

g % mMol mMol

7 8 9

10 11 12 13 14 15

16

17

18 19

20 21

13,3 14,8 I l ,6

15,5 11,4 15,5 9,g

15,5

15,l

15,5

I5,O 14,9

9,o

15,O 20,o

81 76 95 95 80 95 92 98 95

99

96

95 94

95 93

180 2000 3500 3000 200 200 200 200 200

100

1 60

200 130

200 400

Benzol Benzol Benzol Benzol Tetrahydrofuran Tetrahydrofuran Nitromethan Nitromethan Acetonitril

Tetrahydro fur an + 20 Wasser Tetrahydrofuran + 100 Wasser Aceton + 4 Wasser Dimethyl formamid + 270 Wasser

Methanol Methanol

20,5 21 18 23 21,3 17,7 17,2 15,l 24,6 19 21,3 17,7 28.6 26

15,5 18,O 24

36,l 9

4 0 9 0 15,5

32,8 13 27,l 15,5

39,4 11,o 45.7 20

Carbinol 17,2

22

10,6 18,5

a-Phenathyl- methylather

13,2

Bei den Versuchen 7-10 wurde die Benzoesaure aus der Reaktionslosung mit Natrium- hydrogencarbonat-Losung erschopfend ausgezogen, mit starker Schwefelsaure freigesetzt und nach Stehenlassen bei 0" abgesaugt, gewaschen und getrocknet. Bei Nr. 11-16 und 18 wurde zunachst das Losungsmittel zurn groaten Teil abdestilliert. Nach Aufnehmen des Riickstandes in 40ccm Benzol wurde wie oben die Benzoesaure entzogen. Bei Nr. 17 und 19 wurden nach Zugabe von Wasser die Reaktionsprodukte unmittelbar in Benzol aufgenommen.

Nach Vertreiben des Losungsmittels wurde das a-Phenyl-urhylbenzuat in einem kleinen, hochangesetzten Claisen-Kolben i. Hochvak. abdestilliert (Versuche 7-1 5 ) , wobei im Kolbem etwas verunreinigtes I,a-Phenyl-athyl-benzamid verblieb. Bei den Versuchen 16-19 wurde zunachst das gebildete a-Phenyl-uthanol im Wasserstrahlvakuum iibergetrieben, sodann der Benzoesaureester i. Hochvak. destilliert. Da das Carbinol weitgehend racemisiert ist, war die vollstandige Entfernung des stark drehenden Esters wichtig. Zu diesem Zweck wurde aus ben- zolischer Losung an einer Aluminiumoxydsaule chromatographiert, wobei das Carbinol sehr fest haftet und nach Waschen rnit Benzol erst rnit Methanol eluiert wird.

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 35

1,5567 1,5572 1,5577 1,5564 1,5558 1.5566

Aus den methanol. Zerfallslosungen (Nr. 20 u. 21) wurde zunachst das Losungsmittel ab- destilliert und alsdann an einer Kolonne mit Rucklaufregelung feinfraktioniert. Die zuruck- bleibenden Reaktionsprodukte wurden in Ather aufgenommen und wie oben von Benzoe- saure befreit. Die nach dem Vertreiben des Athers bei 50-80"/12 Torr ubergehende Fraktion enthielt neben den1 a-Phenyl-athyl-methylather noch das bei der Eliminierung entstandene Styrol. Die Fraktion wurde in Ather mit Bromwasser geschiittelt, uberschussiges Brom mit Natriumsulfit reduziert. Der Phenyl-athyl-methylather wurde dann vom Styrol-dibromid ab- destilliert und nach Passieren einer Aluminiumoxydsaule in Petrolatherlosung zweimal aus dem Mikrokolbchen bei 66-67" (Badtemp.)/ 10 Torr ubergetrieben.

Die Ausbeuteangaben der Tabellen 2, 3 und 5 beziehen sich auf den Rohester nach der ersten Destillation. Nach weiterem dreimaligem Fraktionieren wurde der bei 100-102"/0,001 Torr ubergehende Esteranteil analysiert und der Drehwertsbestimmung unterworfen, wobei meist mehrere unabhangige Bestimmungen im 1- und 2-dm-Rohr durchgefuhrt wurden. Tabelle 6 enthalt die Analysenwerte und spezif. Drehungen.

Da stets I, a-Phenyl-athyl-benzamid vom hochsten Drehwert eingesetzt wurde, laat sich aus den spezif. Drehungen der Prozentgehalt 1-Form der Reaktionsprodukte unmittelbar er- halten nach % ]-Form = (100 [aIg,f./2 [a l i -~orm) 4- 50

Um einen Vergleichswert der konfigurativen Zusammensetzung zu erhalten, wurden die a- Phenyl-athyl-benzoat-Praparate aus den Versuchen 7-21 in siedender 5-proz. alkohol. Kali- lauge zum Carbinol verseift. Die aus den Tabellen 2 und 3 ersichtliche Ubereinstimmung im Prozentgehalt 1-Form zeigt, daB die Alkalibehandlung nicht von Racemisierung begleitet ist33). Nach dreimaliger Fraktionierung im Mikrokolbchen wurde die spezif. Drehung des Phenyl- methyl-carbinols in Methanol gemessen (Tabelle 6).

Tabelle 6. Analysen und Drehwerte der Reaktionsprodukte

in 96-proz. Athano1 +15,32; 15,58; 14,94; 15,16 +15,43; 15,24; 15,09; 15,30 + 15,60 + 14,90 +15,48; 15,07; 15,48; 15,lO +15.30

Nr. % C % H n g La1D "C c (g/lOOccm) I

1,5530 1,5565

Ber. 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

+ 8,94; 8,94; 9,13; 9,04 +20,53; 20,42; 20,70; 20,50 +19,08; 19.15; 18.95

79,62 79,77 78,85

79,21

80,05 80,05 79,46 79,47 79,OO 80,05

79,34

1,5564

6,24 6,29 6,29

6,20

6,19 6,54 6,60 6,15 6,17 6,06

5.96

+16,23; 16,51; 16,21; 16,80 + 18,65 +21,07; 20,88; 21,27 + 19,57;

1,5564

1;5566 I +12;72; 12,81; 12,82; 12,62 1,5560 + 10,47

+16,23; 16,51; 16,21; 16,80 + 18,65 +21,07; 20,88; 21,27 + 19,57;

26 25 20 25 26 25 24 25 26 22 23 27 25 17 22

5,776; 4,818 5,310; 4,706 8,438 8.188 4;972; 5,440 5,522 53064; 5,232 5,356 5,022; 5,702 4,834; 5,096 4,965; 5,278 2,378; 5,086 8,492 5,030; 5,032 9,290

33) M. P. BALFE, E. A. W. DOWNER, A.A.EvANs, J. KENYON, R. POPLETT, C.E. SEARLE und A. L.TARNOKY, J. chem. SOC. [London] 1946, 797; W.V.E. DOERING und T.C.ASCHNER, J. Amer. chem. SOC. 71, 838 (1949).

3.

36 R. HUISGEN und CH. RUCHARDT Bd. 601

8,25 8,42 1,5246 8,07 1,5,244

1,5247

Ber. 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

16 17 18 19

Ber. 20 21

in Methanol -19,23; I9,34; 18,66 20 --18,68; 18,30; 18,09 25 -20.15 24

78,65 77,90 78,34

78,81 78,34

78,50 78,97 78,83 78,18 78,42 78,65

77,84

76,87 78,28 78,84

79,37 79,02 78,40

8,13 1;5257 8,Ol 1,5248

1,5237 8,Ol 1,5260 8,11 1,5260 8,21 1,5241 7,96 1,5240 8,26 8,19 1,5241

8,02

3) a-Phenyl-athanol

7,73 7,96 8,08

2) a-Phenyl-athanol (aus der Verseifung des Benzoesaure-esters)

- 18i73 18 --19,20; 19,30; 19,lO 25 -19,90 21 -15,lO; 15,28; 14,92 25 - 15,97 23 -13,08; 12,97; 13,03 24 -27,55; 27,95; 27,55 19 -23,20; 23,40; 23,82 22 -19,22; 19,56; 19,56 24 -26,26 25 -27,55; 27,63 18 -26,4; 21

(Nebenprodukt der Zerfallsreaktion)

- 3,38; 2,99 26 - 3,44; 3,93; 3,60 23 - 1,04; 1.04; 0,83 25 + 4,47 21

in Methanol

8;61 8,70

I +14,50; 14,60; 14,lO 22 + 898 20

4,964; 3,325 5,090 1,250 7,850 4,770; 4,872 7,026 4,492; 5,364 6,955 5,065; 5,162 4,864 5,060; 4,700 4,810; 4,982 6,234 4,888 6,082

5,022 5,088; 5,285 4,822; 4,840 4,696

4,325; 5,072 5,380

Wir vermogen nicht zu sagen, warum das stark racemisierte Solvolysen-Produkt (Carbinol bew. Methylather) bei den Versuchen 16- 18 noch schwache Konfigurationserhaltung, bei 19-2 1 dagegen geringe Konfigurationsumkehr zeigte. Zuweilen erschwerten die kleinen Aus- beuten die Reinigung, soda0 eine grBDere Anfiilligkeit gegen Versuchsfehler zu vermuten ist . Schon eine geringfilgige Verseifung des stark rechtsdrehenden Phenyl-athyl-benzoats im Zuge der Aufarbeitung konnte ein oberwiegen der Konfigurationserhaltung im Solvolyse-Carbinol vortauschen.

Der Zerfall der Nitroso-benzoyl-Verbindung ist von merklich hoherer Konfigurationser- haltung begleitet als der des Acetyl-Derivats. Um den S.23 erwahnten Zusammenhang mit der Zersetzungstemperatur zu prtifen, haben wir zwei Zerfallsversuche des Nitroso-1,a-phenyl- Ithyl-benzamids nebeneinander durchgefiihrt; der eine wurde durch 8-stdg. Erwarmen auf 30", der andere durch Eintropfen in siedendes Benzol ausgefuhrt. Aus den Drehwerten des a-

Phenyl-&thy]-benzoats und des daraus bereiteten Carbinols ergaben sich im ersten Versuch 72,O und 73,4 % I-Form, im zweiten 71,5 und 72,4. Der TemperatureinfluD scheint sornit am Rande der Fehlergrenze zu liegen.

Versuche zum Acyl-Austausch beim Zerfall der Nitroso-l,a-phenyl-athyl-acylamide ini inerten Solvens

Die Angaben der Tabelle 4 werden durch die in Tabelle 7 angefilhrten Analysen und Dreh- werte der Reaktionsprodukte erganzt. Die Austauschversuche mit der konstitutionsgleichen

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI1 37

79,lO 6,09 1,5573 1,5551

78,62 6,28 1,5552 79,69 6,12 1,5566 80,55 6,21 79,83 6,14 1,5566

Carbonsaure und ihrem Anion (Nr. 22-25) wurden wie oben aufgearbeitet. Die Versuche mit ,,Fremdsauren" (Nr. 2 6 2 9 ) werden unten an zwei Beispielen erlautert. Um der Schwie- rigkeit einer qmntitativen Trennung von a-Phenyl-athyl-acetat und -benzoat durch Destilla- tion zu entgehen, haben wir uns zweier Methoden bedient, welche die Zusammensetzung des Estergemischs ohne Trennung zu erfassen gestatten: 1) Die Brechungsindices der beiden reinen Ester unterscheiden sich um 6 Einheiten der zweiten Dezimale; mittels kiinstlicher Mischun- gen wurde eine Eichkurve aufgestellt. 2) Das bei der Verseifung freigesetzte Carbonsaure- Gemisch wurde destilliert (KuHN-RorH-Methode); durch Aquivalenttitration ergab sich seine Zusammensetzung.

Tabelle 7. Charakterisierung der Produkte der Acyl-Austauschversuche

+14,10; 14,20; 14,16 25 5,010; 5,064 + 14,65 ; 23 10,03 + 1,08; 1,58 20 3,785 + 3,80 24 4,490 + 16,80 22 2,084 +18,18; 18,18; 17,69 25 4,870; 5,056

"C c (g/100ccm)

26 72,27 7,28 1,4968 27 1,4988 29 72,95 7,50 1,4946

Ber. 23 25 26 27 28 29

-50,05; 50,45; 50,24 25 3,282; 2,270 -49,50 21 2,142 -17,68; 18,OO; 17,23 25 3,110; 4,060

Ber.

23 78,49 8,11 1,5240 25 78,18 7,80 27 1,5223 28 78,70 8,07 1,5255

-18,50; 18,70; 19,lO 25 5,086 - 19,20 19 7,095 - 6,60 21 10,07 -22,40 18 4,870

38 R. HUISGEN und CH. R~CHARDT Bd. 601

Fster&quivalent von 213,5 entspricht ; das weist auf 19,5 Mol-O/o Phenyl-athylacetat. Unter Annahme eines Mittelwertes enthielt die Esterfraktion somit 4,5mMol Acetat und 21,l mMo1 Benzoat. Das Estergemisch wurde darauf durch fraktionierte Destillation getrennt. Nach drei- maliger Destillation erwiesen sich die besten Fraktionen der beiden Ester in Brechungsindex und Analyse als rein (Tab. 7).

Versuch 29. 71 mMol reines, krist. Nitroso-l,a-phenyl-8thyl-benzamid wurden in 250ccm Benzol unter Zusatz von 34,Og Eisessig (Schmp. 16,5") bei 35" zersetzt, wobei 1500ccm Stick- stoff freigesetzt wurden. Ausziehen rnit Natriumhydrogencarbonat-Losung gab 5,Og Benzoe- saure. Nach der Enffernung des Lbsungsmittels und des Styrols wurden die Ester unmittelbar durch Destillation getrennt, wobei bei 90-100"/10 Torr 2,5 g Phenyl-athyl-acetat und bei 119-121"/0,02 Torr 4,5 g des Benzoats iibergingen. Nach wiederholter Fraktionierung wur- den die Ester wie ublich charakterisiert (Tab. 7).

Beim Versuch 28 war der Acyl-Austausch rnit der zugesetzten Essigsaure nur sehr gering. Aus Brechungsindex-Kurve sowie aus Ester-Aquivalent ergab sich fur das Estergemisch ein Gehalt von 6 bzw. 4,5 Mol- % u-Phenyl-athylacetat. Da diese Menge fur die Reinigung nicht ausreichte, haben wir aus Brechungsindex und Drehwert einer angereicherten, aber noch Benzoat enthaltenden Fraktion die spezif. Drehung des Acetats zu -18 bis -22" berechnet.

Zerfall des Nitroso-1,u-phenyl-athyl-formamids in Benzol 12,O g N-Formyl-l,a-phenyl-8thylamin wurden mit Nitrosylchlorid nitrosiert. Der olige

Nitrosokbrper wurde in 200ccm Benzol aufgenommen, rnit Eiswasser und Natriumhydrogen- carbonat-Lbsung gewaschen und rnit Calciumchlorid getrocknet. Die Zersetzung bei 70-80" lieferte 53 mMol Stickstoff. Die llbliche Aufarbeitung gab 4,Og a-Phenyf-arhy/-formiat, was 51 % d.Th., bezogen auf aktiven Nitrosokorper, entspricht; im Destillationsriickstand ver- blieben 3,s g a-Phenyl-athyl-formamid. Der bei 85-87"/10 Torr iibergehende Anteil des Formiats drehte [ a ] g (96-proz. Kthanol) = -49,68" (c = 4,71). Das daraus rnit Lithium- aluminiumhydrid erhaltene a-Phenyf-uthanol zeigte [ a ] (Methanol) = - 15,4", enthielt somit 67,O % I-Form.

Thermische Zersetzung des Nitroso-d,a-[p-methoxy-phenyll-athyl-benzamids in Benzol 7,Og des SSLureamids wurden wie bei der 1,a-Phenyl-Verbindung beschrieben nitrosiert. Der

olige Nitrosokorper wurde in ather. Losung rnit Wasser und Natriumhydrogencarbonat- Losung neutral gewaschen und nach Abziehen des Athers 2 Stdn. i. Hochvak. bei 0" vom Acet- anhydrid befreit. Nach Aufnehmen in 2OOccm trockenem Benzol wurde bei 40-50" bis zum AbschluS der Stickstoffentwicklung zersetzt. Nach Ausziehen rnit NaHCO3-Lbsung und Ent- fernung des Losungsmittels gingen bei 8 ~ 1 0 0 " / 1 0 Torr 1,65 g eines olefinischen Anteils uber, in welchemp-Methoxy-styrol vermutet wird. Bei 14&-165°/0,001 Torr ging das a-[p-Methoxy- phenyl]-dthyl-benzoat uber (2,5 g = 9,s mMol), das nach Passieren einer kleinen Aluminium- oxydsaule redestilliert wurde; [ a ] ; = - 11,9".

C16H1603 (256,3) Ber. C 74,98 H 6,29 Gef. C 74,07 H 6,19

Da die alkalische Verseifung von weitgehender Olefinbildung begleitet war, wurde die Ester- bindung rnit Lithium-alanat in &her reduktiv gespalten. Nach einem Vorlauf von Benzyl-

1956 Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester XI11 39

alkohol ging der u- [p-Methoxy-phenyll-athylalkohol bei 76-78" (Badtemp.)/0,002 Torr iiber; er wurde noch zweimal fraktioniert.

CgH1202 (152,2) Ber. C 71,02 H 7,95 Gef. C 70,94 H 7,96 Die Homogendrehung a = +23,26" (I-dm-Rohr) spricht fur die Mischung von 71,4"/, d- und 28,6% I-Alkohol.

Ein gleichartiger Zerfallsversuch wurde in der I-Reihe durchgefuhrt. Aus 16g des Benz- amids wurden 4,3g Ester isoliert. Nach der reduktiven Spaltung wies das Carbinol a g =

-24,I8" (homogen ; 1 dm) auf, enthielt somit 72,3 % des konfigurationsgleichen Carbinols.

Reaktionen des 1, c+Phenyl-rithylamins mit salpetriger Saure 1) In Wasser-Dimethyljormamid. 5,Og Amin rnit der Homogendrehung a g = -37,64",

also 98-proz. optischer Reinheit, wurden in 220ccm 5-prOZ. Perchlorsaure gelost und nach Zusatz von 60ccm Dimethylformamid auf 0" gekUhlt. Nach Zugeben einer Losung von 5,6g Natriumnitrit wurde 15 Stdn. bei 0" stehengelassen. Nach Neutralisation mit verd. Natron- lauge und Zusatz von Kochsalz wurde rnit Wasserdampf destilliert, das Destillat ausgeZthert, rnit verd. Schwefelsaure, dann rnit Wasser gewaschen und getrocknet. Nach Vertreiben des Athers gingen bei der Destillation 2,3 g a-Phenyl-dthanol Uber, die noch zweimal fraktioniert wurden; [ a ] g (Methanol) = +2,50" (c = 7.99).

Die Drehung weist auf 6,6-proz. Konfigurationsumkehr neben Racemisierung hin. In einem Kontrollversuch wurde aktives Carbinol den gleichen Bedingungen der Reaktion und Auf- arbeitung unterworfen; die Anderung dcr spezif. Drehung lag innerhalb der MeDfehler. Wenn man dagegen die Perchlorsaure vor der Wasserdampfdestillation nicht neutralisiert, dann sinkt der Drehwert des Carbinols auf 20 % des Ausgangswerts, wie eine zweite Kontrolle zeigte.

2) In Eisessig. log Amin (100-proz. 1-Form) wurden in lOOccm Eisessig gelost und anteil- weise rnit 20g festem Natriumnitrit versetzt, wobei die Temperatur spontan auf 50" stieg. Nach 24-stdg. Stehenlassen bei Raumtemperatur wurde die Hautpmenge des Eisessigs abdestilliert, der Ruckstand rnit Wasser und k h e r aufgearbeitet. Nach Waschen der Atherlosung rnit eis- kalter verd. Schwefelsaure, Natronlauge und Wasser wurde das Gemisch von a-Phenyl- athanol und seinem Essigsaure-ester i. Vak. destilliert. Nach Aufnehmen in trockenem Ben- zol wurde die Trennung an einer Aluminiumoxydslule erzielt. Das die Saule passierende a-Phenyl-uthyl-ucetut (4,7g) wurde dreimal i.Vak. destilliert. n g = 1,4972; [a] '," (Benzol) =

C10H1202 (164,2) Ber. C 73,12 H 7,37 Gef. C 73,44 H 7,35 Der Ester wurde wie ublich mit Lithium-alanat reduziert und auf reines Cnrbinol aufgearbeitet. n g = 1,5254; [a]: (Methanol) = -4,ll" (c = 6,35).

CaH100 (122,2) Ber. C 78,65 H 8,25 Gef. C 77,72 H 8,27 Aus den Drehungen ergibt sich fiir das a-Phenyl-&thy]-acetat ein Gehalt von 53,5 bzw. 543 % I-Form.

Das als Nebenprodukt bei der Zerfallsreaktion aufgetretene a-Phenyl-iithanof wurde rnit Methanol aus der Aluminiumoxydsaule eluiert und wie Ublich gereinigt: 0,2g rnit =

1,5242 und [=I2 (Methanol) = -26,l" (c = 3,14). Der bescheidene Anteil an Carbinol weist also rnit 78,5 % I-Form eine hohe Konfigurationserhaltung auf.

C ~ H ~ I J O (122,2) Ber. C 78,65 H 8,25 Gef. C 78,49 H 8,11

-9,15" (C = 8,09).