7
This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschung in Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht: Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz. Reduktone und Reduktonate, I Das Redoxpaar Dehydroascorbinsäure-Ascorbinsäure und ihre Anionen Reductones and Reductonates, I The Redox Pair Dehydroascorbic Acid-Ascorbic Acid and Anions R udolf Matusch Institut für pharmazeutische Chemie der Universität Marburg (Z. Naturforsch. 32 b, 562-568 [J977]; eingegangen am 17. Dezember 1976) Ascorbic Acid, Dehydroascorbic Acid, Dimeric Dehydroascorbic Acid, Dehydroascorbic Acid-dihydrate, Dehydroascorbic Acid-acetonide On the basis of NMR spectroscopy (XH and 13 C) it can be shown that in water, dimethyl- sulfoxide and p-dioxane only the tautomer 1 of L-ascorbic acid is found in a measurable amount. Upon formation of the mono-anion la deprotonation occurs on the hydroxyl group attached to C-3; in addition the hydroxyl group on C-2 is deprotonated in case of the di-anion lb. Both anions do not open the lactone ring. After oxidation with iodine in aqueous solution only the dimer of dehydroascorbic acid is detected. This is hydrolized with a half-life of three hours to the monomeric dehydro ascorbic acid dihydrate 7. In dimethylsulfoxide the oxidation rate is decreased, and therefore the formation of the monomeric non-hydratized dehydroascorbic acid 10 can be monitored. This undergoes ringclosure relatively fast to give the half-ketal 13, the reaction of which via 14 leads to the optical active dimeric dehydroascorbic acid 6 . The L-ascorbic acid acetonide 15 is oxidised by iodine to 16 which undergoes racemization via the enol 17 to give 18. This forms an equilibrium with compound 19. Obwohl das Redoxpaar Ascorbinsäure-Dehydro- ascorbinsäure (DHA) von großer Bedeutung für die Biochemie ist, existieren keine neueren Arbeiten, die Auskünfte über die möglichen Tautomeren der Ascorbinsäure (1) geben. Hüttenrauch1 diskutiert die Strukturen 1-4, denen man als eine weitere 5 hinzufügen könnte. HOwOH SO«. h H HO OH H v 7 V /'-n'^O R^O OH H°^P ' 0^0 -CH—CH, R = I I 2 OH OH Sonderdruckanforderungen an Dr. Rudolf Ma tusch, Institut für Pharmazeutische Chemie, Mar- bacher Weg 6 , D-3550 Marburg. I’erwendete Abkürzung: DHA — Dehydroascorbinsäure. Durch das PMR-Spektrum, das neben dem Signal für die Hydroxylgruppen nur ein A2BX-System enthält , lassen sich die Tautomeren 3, 4 und 5 sicher eliminieren, zumal bei 3 neben dem A2BX-System ein weiteres Singulett für das Proton am C-2 er scheinen müßte. Für Struktur 4 w7ürde man ein A2 BXZ-Spektrum erwarten, hingegen für 5 nur ein A2B-System. Außerdem hätte die Bildung von 5 eine Racemisierung an C-4 zur Folge, die nicht beobachtet wird. Die Entscheidung zwischen den verbleibenden Tautomeren 1 und 2 läßt sich 13CMR-spektro- skopisch treffen. Das protonenentkoppelte Spek trum 2 (1 molar D20) enthält sechs Signale, er wartungsgemäß drei im sp2- und drei abgesetzt im sp3-Bereich. Aus dem gekoppelten3 Spektrum (Abb. 1) läßt sich das Signal bei tiefstem Feld sowohl nach der chemischen Verschiebung4 (173,9 ppm) und der Kopplung mit 4-H (J = 2,1 Hz) der Lactoncarbonylgruppe zuordnen. Das zu höhe rem Feld nächste Olefinsignal C-3 (156.0 ppm) er-

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This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution4.0 International License.

Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschungin Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung derWissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht:Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz.

Reduktone und Reduktonate, I Das Redoxpaar Dehydroascorbinsäure-Ascorbinsäure und ihre Anionen

Reductones and Reductonates, I The Redox Pair Dehydroascorbic Acid-Ascorbic Acid and Anions

R u d o l f Matusch

Institut für pharmazeutische Chemie der Universität Marburg

(Z. Naturforsch. 32 b, 562-568 [J 977]; eingegangen am 17. Dezember 1976)

Ascorbic Acid, Dehydroascorbic Acid, Dimeric Dehydroascorbic Acid, Dehydroascorbic Acid-dihydrate, Dehydroascorbic Acid-acetonide

On the basis of NMR spectroscopy (XH and 1 3 C) it can be shown that in water, dimethyl- sulfoxide and p-dioxane only the tautomer 1 of L-ascorbic acid is found in a measurable amount. Upon formation of the mono-anion la deprotonation occurs on the hydroxyl group attached to C-3; in addition the hydroxyl group on C-2 is deprotonated in case of the di-anion lb . Both anions do not open the lactone ring.

After oxidation with iodine in aqueous solution only the dimer of dehydroascorbic acid is detected. This is hydrolized with a half-life of three hours to the monomeric dehydro ascorbic acid dihydrate 7. In dimethylsulfoxide the oxidation rate is decreased, and therefore the formation of the monomeric non-hydratized dehydroascorbic acid 1 0 can be monitored. This undergoes ringclosure relatively fast to give the half-ketal 13, the reaction of which via 14 leads to the optical active dimeric dehydroascorbic acid 6 . The L-ascorbic acid acetonide 15 is oxidised by iodine to 16 which undergoes racemization via the enol 17 to give 18. This forms an equilibrium with compound 19.

Obwohl das Redoxpaar Ascorbinsäure-Dehydro- ascorbinsäure (DHA) von großer Bedeutung für die Biochemie ist, existieren keine neueren Arbeiten, die Auskünfte über die möglichen Tautomeren der Ascorbinsäure (1) geben. H ü t t e n r a u c h 1 diskutiert die Strukturen 1-4, denen man als eine weitere 5 hinzufügen könnte.

H O w O H

S O « . hH

HO OH

Hv7 V /'-n'^O R^O OH

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- C H — C H , R = I I 2

OH OH

Sonderdruckanforderungen an Dr. R u d o l f M a ­t u s c h , Institut für Pharmazeutische Chemie, Mar- bacher Weg 6 , D-3550 Marburg.

I’erwendete A bkürzung:DHA — Dehydroascorbinsäure.

Durch das PMR-Spektrum, das neben dem Signal für die Hydroxylgruppen nur ein A2BX-System enthält , lassen sich die Tautomeren 3, 4 und 5 sicher eliminieren, zumal bei 3 neben dem A2BX-System ein weiteres Singulett für das Proton am C-2 er­scheinen müßte. Für Struktur 4 w7ürde man ein A2BXZ-Spektrum erwarten, hingegen für 5 nur ein A2B-System. Außerdem hätte die Bildung von 5 eine Racemisierung an C-4 zur Folge, die nicht beobachtet wird.

Die Entscheidung zwischen den verbleibenden Tautomeren 1 und 2 läßt sich 13CMR-spektro- skopisch treffen. Das protonenentkoppelte Spek­trum 2 (1 molar D20) enthält sechs Signale, er­wartungsgemäß drei im sp2- und drei abgesetzt im sp3-Bereich. Aus dem gekoppelten3 Spektrum (Abb. 1) läßt sich das Signal bei tiefstem Feld sowohl nach der chemischen Verschiebung4

(173,9 ppm) und der Kopplung mit 4-H (J = 2,1 Hz) der Lactoncarbonylgruppe zuordnen. Das zu höhe­rem Feld nächste Olefinsignal C-3 (156.0 ppm) er-

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CHEIGHT 2 4 8 . 1 3 4 2 8 3 . 8 1 2 5 1 2 . 6 4 6 4 9 4 . 4 3 4 5 0 3 . 5 5 2 5 3 1 . 5 3 3 5 0 4 . 2 5 6 5 3 6 . 7 8 3 1 5 9 . 8 7 3 4 9 8 . 8 4 6 5 2 6 . 7 3 7 2 3 9 . 4 4 5 1 5 7 . 4 2 9 4 8 3 . 4 7 1 5 1 2 . 3 8 4 2 2 9 . 9 1 3 3 2 2 . 2 1 8 6 2 1 . 9 9 8 3 6 7 . 2 3 6 1 7 1 . 6 3 2 1 7 1 . 6 8 9 1 3 9 . 7 8 5 1 7 5 . 162 9 5 . 3 8 2 4 3 0 9 . 2 3 4 5 0 2 . 0 0 5 3 3 5 . 8 7 2 3 3 1 . 4 7 5 2 9 5 . 5 7 8 3 3 4 . 8 3 6 1 3 6 . 6 4 3 1 3 1 . 8 9 0 1 2 6 . 1 5 9 I 1 7 . 8 1 7

FREQ(HZ ) 4 3 7 8 . 5 2 4 3 7 6 . 4 1 3 9 3 0 . 5 83 9 2 9 . 1 53 9 2 4 . 7 83 9 2 3 . 3 52 9 8 7 . 7 9 2 9 8 5 . 9 4 2 0 1 8 . 5 7 2 0 1 6 . 0 3 2 3 1 4 . 1 8 2 3 1 1 . 6 81 8 6 5 . 6 1 1 8 6 2 . 8 3 1 8 6 0 . 9 71 8 5 8 . 4 5 1 8 3 1 . 9 3 1 8 2 9 . 0 2 1 8 2 6 . 3 9 1 7 3 2 . 2 91 7 3 0 . 8 8 1 7 2 7 . 0 8 1 7 2 5 . 6 6 1 6 9 6 . 2 61686.151 6 8 3 . 8 91 6 8 0 .6 11 5 8 7 . 4 51 5 8 2 . 6 11 5 8 1 . 6 2 1 4 4 3 . 7 51 4 4 2 . 3 6 1 4 3 8 . 3 1 1 4 3 7 . 16

>LPS . K . 8 . 7 . 7 6 VITC01 D20 1PLSP2 = 6 . 3 3 0 0 0 D5 = 1 . 0 0 0 0 0 ACQ = 3 0 0 0 S IZE = 16 3 8 4 AT = 2 . 7 2 7 9 3 ADC3PD * 1ADC = 0

1 5 0 1 . 5 0 2 9 0 6 . 0 4 2 5 . 1 6 7 0 . 3 0 0 0 0 3 2 5 3 . 8 7 3

- 4 0 4 . 9 2 9

PPM 1 7 3 . 9 7 8 1 7 3 . 8 9 5 1 5 6 . 1 8 3 1 5 6 . 1 2 3 1 5 5 . 9 4 9 1 5 5 . 8 9 2 1 1 8 . 7 1 8 1 1 8 . 6 4 5 8 0 . 2 0 7 3 8 0 . 1 0 6 2 8 0 . 0 3 2 7 7 9 . 9 3 3 4 7 4 . 1 2 9 4 7 4 . 0 1 8 9 7 3 . 9 4 5 2 7 3 . 8 4 4 8 7 2 . 7 9 1 1 7 2 . 6 7 5 4 7 2 . 5 7 1 1 6 8 . 8 3 2 1 6 8 . 7 7 6 1 6 8 . 6 2 4 8 6 8 . 5 6 8 4 6 7 . 4 001 6 6 . 9 9 8 4 6 6 . 9 0 8 9 6 6 . 7 7 8 3 6 3 . 3 7 6 7 6 2 . 8 8 4 4 6 2 . 3 4 5 3 5 7 . 3 6 6 8 5 7 . 3 1 15 5 7 . 1 5 1 3 5 7 . 1 3 5 2

I I I I I 1 I 1 I I I I I 1 I.I l l I I 1 1 * » i I 11

I i i I i . I i

I i 1 ' ' l "T-r170

i I i i i i 1 | - r160 150

I | I I I I | I T -

140 130 120i i I i ' I i I i~

110 100 90 80"H-1-

70i~rr60

i' i | i i ■ i 50

Abb. 1. L-Ascorbinsäure (1) (1 molar, D 2 O, Dioxan) 16 K Datenpunkte auf 3000 Hz.

R. M

atusch • R

eduktone und

Reduktonate

563

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564 R. Matusch • R eduktone und Reduktonate

pH]lUH13-12-

11 -

10-

9“8 -

7 -6-

5-

3-j2- |1 -

scheint als Dublett von Dubletts. Die größere Auf­spaltung (J = 5,8Hz) wird durch die geminale Kopp­lung mit 4-H verursacht, die kleinere ( J = 1,4 Hz) durch vicinale Kopplung mit 5-H. Diese Zuordnung wird durch die selektive Entkopplung von 4-H bestätigt, wobei nur die kleinere Kopplung in C-3 erhalten bleibt. Sowohl C-l als auch C-2 (118,7 ppm; J = 1,9 Hz) werden unter diesen Bedingungen zu Singuletts. Die große Verschiebungsdifferenz der beiden Olefinkohlenstoffe C-2 und C-3 (zJ = 37,3 ppm) ist für a,/?-ungesättigte Carbonylverbindungen5

typisch. (Diese Differenz beträgt im Triosereduk- tion6 nur 7,8 ppm, obwohl die gleiche sterische An­ordnung herrscht.) Die sp3-Kohlenstoffe C-4, C-5 und C-6 erscheinen bei 77,0; 69,8 und 63,0 ppm. Diese Zuordnung wird durch das gekoppelte und selektiv an 4-H entkoppelte Spektrum abgestützt. Durch dieses Ergebnis wird abgesichert, daß C-3 (Dublett von Dubletts) und nicht der Lactonkohlen- stoff C-l dem Kohlenstoff C-4 benachbart ist. Damit bleibt für die Ascorbinsäure in wäßriger Lösung nur Struktur 1 als einzig meßbare tautomere Form übrig und nicht das Tautomere 2, wie in 1. c. x-10 vermutet wird. Auch die bereits durch das PMR-Experiment eliminierten Möglichkeiten 3, 4 und 5 werden erneut ausgeschlossen. Ein schnelles Gleichgewicht zwi­schen 1 und 2 wäre noch weniger wahrscheinlich als bei der Enolform des Acetessigesters5, da eine Stabilisierungsmöglichkeit über eine intramoleku­lare Wasserstoff brücke entfällt. Für den festen Aggregatzustand wurde Form 1 bereits durch Röntgenstrukturanalyse7 nachgewiesen.

Mit steigendem pH-Wert (bis 8 ) werden alle Kohlenstoffe außer C-2, das zu kleineren Frequenzen wandert, unterschiedlich stark zu tiefem Feld ver-

Tab. I. Abhängigkeit der chem. Verschiebung (d) vom pH-Wert bei der L-Ascorbinsäure.

HO. ^QH

HO | H CH,

\ i i

180 170 160 150 140 130 120 110 100 90

pH Ci c 3 c 2 c4 c 5 c 6

0,75 174,17 156,51 118,54 77,16 69,96 63,191,65 174,19 156,58 118,82 77,15 69,96 63,172,05 174.20 156,66 118,81 77,17 69,97 63,182,29 174,23 156,81 118,76 77,18 69,98 63,182,56 174,29 157,10 118,70 77,22 69,98 63,193,01 174,51 158,14 118,47 77,34 70,02 63,233,32 174,82 159,59 118,12 77,51 70,06 63,263,67 175,34 162,02 117,57 77,78 70,15 63,343,97 175,90 164,78 116,91 78,09 70,23 63,414,19 176,33 166,91 116,41 78,33 70,30 63,474,41 176,77 169,04 115,90 78,56 70,37 63,524,60 177,11 170.71 115,52 78,75 70,43 63,564,88 177,53 172,77 115,02 78,97 70,50 63,625,13 177,78 174,05 114,71 79,11 70,54 63,666,12 178,18 176,04 114,24 79,33 70,62 63,718,46 178.24 176,30 114,18 79,37 70,63 63,739,41 178,24 176,29 114,19 79,35 70,62 63,72

10.29 178,40 176,02 114,58 79,34 70,65 63,7410,76 178,70 175,43 115,35 79,29 70,70 63,7811,02 179.01 174,86 116,12 79,25 70,76 63,8211,33 179,50 173,91 117,41 79,18 70,85 63,9011,59 179,95 173,02 118,60 79,12 70,94 63,9611,94 180,53 171,89 120,13 79,03 71,05 64,0412,44 181,09 170,79 121,61 78,96 71,16 64,1212,81 181,31 176,36 122,19 78,92 71,21 64,1413,11 181,49 170,07 122,62 78,93 71,27 64,1813,52 181,60 169,97 122,87 78,99 71,37 64,2413,84 181,64 170,11 122,95 79,11 71,52 64,3214,00 181,68 170,26 122,98 79,23 71,64 64,41

schoben (Abb. 2 und Tab. I). Die größte Änderung beobachtet man erwartungsgemäß an C-3, an dessen Hydroxylgruppe das Proton des vinylogen Carbon- säuresystems abgelöst wird, während sie an den sp3- Ivohlenstoffen C-4 und insbesondere C-5 und C-6

sehr klein ist. Dabei resultiert das mesomere Anion la .

" U "H-J JL R 0 U

+H* +Hl-H*’

1

Oie

70 60 ppm

Abb. 2. Abhängigkeit der chem. Verschiebung (<5) vom pH-Wert bei der L-Ascorbinsäure.

Da bei gesättigten Carbonsäuren durch Anion- bildung eine Tieffeldverschiebung des Carbonyl- kohlenstoffs verursacht wird8, ist deren Auftreten bei C-l und C-3 zu erwarten. Die Hochfeldverschie- bung für C-2 ist wegen der Alternanz der Ladung bei olefinischen Systemen bekannt. Einen sicheren Beweis für die Erhaltung des Lactonringes liefert das gekoppelte Spektrum des Anions 1 a, denn man beobachtet hier wiederum die Kopplung des 4-H

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R. Matusch • Reduktone und R eduktonate 565

über den Ringsauerstoff zur Carbonylgruppe {J — 2,1 Hz). Die geminale Kopplung an C-3 ver­ringert sich auf 4,3 Hz und die vicinale auf 1,1 Hz.

Damit ist gezeigt, daß das Monoanion l a in Lösung ebenso wie im kristallinen Zustand 9a-b-° die Lactonstruktur beibehält.

Durch erneute Protonenabgabe wird das Dianion 1 b erzeugt. Sie erfolgt an der Hydroxylgruppe von C-2 und hat eine Tieffeldverschiebung dieses Signals zur Folge. Da C-3 hierbei hochfeld wandert, C-l hingegen eine nochmalige Tieffeldverschiebung er­fährt, sollte der oberen der mesomeren Grenzform von lb ein größeres Gewicht zukommen, wenn nicht Änderungen der Bindungsordnung den Effekt der Ladung überkompensieren.

Auch im Dianion lb bleibt der Lactonring er­halten, da der Carbonylkohlenstoff im gekoppelten Spektrum ein Dublett (J = 2,3 Hz) zeigt. Die gemi­nale Kopplung an C-3 beträgt 4,7 Hz und die vicinale 1,2 Hz.

Die aus Abb. 2 graphisch bestimmten und nicht korrigierten pks-Werte betragen: pksi = 4,15 ±0,05 und pks2 — 11,6 ±0,1. Sie liegen damit gut im Be­reich der auf anderem Wege bestimmten Literatur­angaben10.

Bei der Oxidation von Ascorbinsäure in wasser­freien Lösungsmitteln bildet sich die linksdrehende12

dimere DHA11-13 6 , deren Struktur röntgenogra­phisch14 bestimmt w'urde.

Die symmetrische Struktur kommt im 13CMR- Spektrum durch das Auftreten von nur sechs Signalen zum Ausdruck. Während die Carbonjd- gruppe mit 173,9 ppm (,7=1,4 Hz) eine ähnliche Lage im Vergleich zur Ascorbinsäure besitzt, er­fahren die beiden ehemals olefinischen Kohlenstoffe C-2 und C-3 eine starke Hochfeldverschiebung und erscheinen bei 91,8 bzwr. 106,1 ppm. Diese Lage ist typisch für Kohlenstoffe mit zwei Sauerstoffnach­barn15. Die Zuordnung ergibt sich aus dem gekop­pelten Spektrum, denn C-2 (91,8 ppm) bleibt ein Singulett, während C-3 (106,1 ppm) durch Kopp­lung mit 4-H und den beiden C-6 -Protonen zu einem Quartett (J = 3,1 Hz) aufspaltet. (Die drei Kopp­lungskonstanten sind zufällig gleich.) Auch die Kohlenstoffe C-6 (77,1 ppm) und C-5 (88,0 ppm)

werden stark verschoben, da sie jetzt einen Fura- noidring bilden. Eine nur geringe Änderung findet man für C-4, das jetzt bei 73,3 ppm zur Resonanz kommt.

Nach einigen Stunden ist die Hydrolyse des Dimeren 6 so w eit fortgeschritten, daß man bequem das Spektrum der monomeren dihydratisierten DH A (7) vermessen kann.

QHOH

HO— t v ‘0 '^ 0 ./ H’

HO— CH2

7

Hier ist der Carbonylkohlenstoff C-l mit 172,1 ppm bei höherem Feld zu finden als bei der Ascorbinsäure und der dimeren Dehydroascorbinsäure. Die beiden Kohlenstoffe C-2 (95,1 ppm) und C-3 (96,9 ppm) haben jetzt sehr ähnliche Resonanz lagen, woraus man unschwer entnehmen kann, daß beide je zwei Hydroxylgruppen tragen. Letzterer ist durch die geminale Kopplung mit 4-H zu einem Dublett (J = 7,0 Hz) aufgespalten. Die Kohlenstoffe C-4 (74,7 ppm) und insbesondere C-5 (68,5 ppm) und C-6 (63,1 ppm) haben ähnliche Verschiebungen wie in der Ascorbinsäure selbst, womit ausgeschlossen ist, daß die durch Hydrolyse von 6 in Wasser ent­standene monomere dihydratisierte DHA 7 außer dem Lactonring einen weiteren Ring ausbildet, wie in I.e. 11 und 16 diskutiert wird.

Auch die von H ü t t e n r a u c h 1 formulierten Mög­lichkeiten 8-12 erscheinen durch diese Messung widerlegt. Die Strukturen 8 und 9 hätten wiederum eine Racemisierung an C-4 zur Folge. Da die Re­duktion wieder zu L-Ascorbinsäure führt, können sie auch auf chemischem Wege ausgeschlossen werden.

H O w D

R ^ - 0 ^ 0

HO, |0H

R^q̂ O

8 9 . 10

hM^h ff,£.5

15-51

11 12Mit der Hoffnung, bei der Oxidation von Ascorbin­

säure durch Jod direkt im und außerhalb des Magnetfeldes auf CIDNP-Effekte zu stoßen, wnrde eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Dabei mußte festgestellt werden, daß selbst in Wasser als

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Lösungsmittel nicht die monomere hydratisierte DH A 7, sondern zunächst nur das Dimere 6 ent­steht. Mit einer Halbwertszeit von drei Stunden bildet sich im Reaktionsansatz aus dem Dimeren 6

das Monomere 7. Gleichzeitig kann man eine Kon­zentrationserhöhung an 1 feststellen, da 7 wieder reduzierbar ist.

Sowohl in Wasser als auch Dimethylsulfoxid ent­steht die dimere DHA optisch rein12 und in hohen Ausbeuten (>90% ); daher muß mindestens eine gemeinsame Vorstufe für deren Bildung in beiden Lösungsmitteln auftreten. Die di hydratisierte DH A7 kann diese Bedingung in Wasser nicht erfüllen. Würde sich das Dimere 6 aus 7 bilden, so müßten in 6 für die Kohlenstoffe C-2 und C-3 R- und S- Konfiguration möglich sein, was zu einem Produkt­gemisch für die dimere DHA führen würde. Eine Beteiligung von 8 bei der Bildung von 6 muß eben­falls ausgeschlossen werden, da dieses R- und S- Konfiguration für C-4 in 6 zur Folge hätte. Da man weiterhin nach der Hydrolyse des Dimeren 6 und anschließender Reduktion mit H2S wieder zu L- Ascorbinsäure (1) gelangt, ist diese Möglichkeit zu­sätzlich eliminiert. Mit den gleichen Überlegungen lassen sich so auch 9, 11 und 12 als mögliche Vor­stufen ausschließen.

Zum Aufbau des Dimeren 6 sind zwei Kohlen­stoffe (C-2 und C-3) sterisch eindeutig zu verknüp­fen. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn in der nichthydratisierten DHA 10 die intramolekulare Reaktion der Seitenkette mit C-3 schneller erfolgt als die Hydratisierung, das gebildete Halbketal 13 stabiler ist, als das Hydrat 12, oder beides zutrifft. In 13 ist wegen der sonst auftretenden Spannungen nur die cis-Verknüpfung des y-Lacton- mit dem Furanoidring möglich, womit die geforderte ste­rische Anordnung an C-3 erreicht ist.

Im nächsten Schritt erfolgt die Dimerisierung von zwei Molekülen 13 sterisch einheitlich zur einzig möglichen dimeren Vorstufe 14, um schließlich durch Wiederholung dieser Reaktion in 6 überzu­gehen. In ihr kann der zentrale p-Dioxanring auf­grund des Reaktionsablaufes nur die ungewöhnliche Bootform einnehmen. Dieses Ergebnis wird von der Röntgenstrukturanalyse14 bestätigt.

Führt man die Oxidation mit Jod nicht in Wasser, sondern in DMSO aus, so verläuft sie gerade so langsam, daß es in einer kinetischen 13C-Meßreihe eben möglich ist, die Bildung und Abnahme von 10. 13 und 14 zu verfolgen.

Für die Dehydroascorbinsäure 10 ergeben sich nachstehende Verschiebungen:

C-l = 176,9 ppm; C-2 = 202,0 ppm;C-3 = 187,2 ppm; C-4 = 82,9 ppm;C-5 = 66,5 ppm und C-6 = 63,6 ppm.In der Halbketalform 13 sind die chemischen

Verschiebungen der Furanoidringkohlenstoffe C-4 (73,2 ppm); C-5 (85,9 ppm) und C-6 (75,7 ppm) denen des Dimeren 6 sehr ähnlich, während C-3 mit98,3 ppm bei höherem Feld zur Resonanz kommt. Die Kohlenstoffe C-1 (172,5 ppm) und C-2 (186,5 ppm) zeigen zu erwartende Verschiebungen17.

Um in 10 den intramolekularen Ringschluß zu 13 und die folgende Dimerisierung zu unterbinden, wurden die Hydroxylgruppen der Seitenkette durch Ketalisierung mit Aceton blockiert.

DasL-Ascorbinsäureacetonid 1518 hat in d6-DMSO folgende Resonanzlagen:

C-l (170,3 ppm, J = 2,0 Hz),C-2 (118,2 ppm, J = 2,0 Hz),C-3 (152,4 ppm, J — 5,9 Hz),C-4 (73,5 ppm),C-5 (74,3 ppm),C-6 (64,9 ppm),C-7 (109,1 ppm),C-8 (25,9 ppm),C-9 (25,5 ppm).Hierbei werden C-l und C-3 (jeweils A 1 ppm)

sowie C-4 (A 2 ppm) im Vergleich zur Ascorbinsäure schwach hochfeldverschoben. Erwartungsgemäß bei tieferem Feld erscheinen C-6 (A 3 ppm) und C-5

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(A 6 ppm). Die räumlich dem y-Lactonring nähere Aeetonidmethylgruppe hat wegen des y-Effekts19

die höhere Resonanzlage. Das gekoppelte Spektrum zeigt, daß C-4 und C-5 ihre Reihenfolge getauscht haben.

Durch Oxidation mit Jod in d6-DMS0 entsteht zunächst 16. Während C-l (168,0ppm, J = 2,4Hz) zu höherem Feld (A 1,7 ppm) wandert, werden C-2 (202,8 ppm) und C-3 (188,3 ppm) sehr stark zu tiefem Feld verschoben, da sie zu CarbonyIkohlen- stoffen geworden sind. Die Zuordnung des feld­tiefsten Signals für C-2 wird durch das gekoppelte Spektrum unterstützt, denn die vicinale Kopplung mit 4-H beträgt J = 4,0 Hz (gegenüber 2,0 Hz in 15), während die geminale an C-3 mit J = 5,2 Hz in der gleichen Größenordnung wie in der Ausgangssub­stanz 15 (<7 = 5,9 Hz) liegt. Auch C-4 (83,5 ppm), das jetzt einer Carbonylgruppe benachbart ist, er­fährt eine Tieffeldverschiebung um A 10 ppm. Hin­gegen sind die Änderungen der chemischen Ver­schiebungen von C-5 (74,3 ppm), C-6 (64,8 ppm), C-7 (109,6 ppm), C-8 (26,3 ppm) und C-9 (25,4 ppm) unwesentlich.

Erstaunlicherweise liegt das Redoxgleichgewicht 15^±16 nicht auf seiten der oxidierten Form, son­dern mit etwa 5:4 beim Ausgangsprodukt. Das ist aber weniger verwunderlich, wenn man bedenkt, daß mit der Blockierung der Hydroxylgruppen der Seitenkette dem oxidierten Molekül die Möglichkeit genommen wurde, durch Ringschluß und Dimeri­sierung aus diesem Gleichgewicht auszuscheiden.

Statt dessen hat 16 jetzt die Möglichkeit, über das Enol 17 auch zu 18 zu racemisieren, welches durch Reduktion in das L-Araboascorbinsäureacetonid (19) übergeht, so daß nach einiger Zeit die vier Species 15,16,18 und 19 beobachtet werden können.

1 R. H ü t t e n r a u c h , Dtsch. Apoth.-Ztg. 105, 1621 [1965].

2 H . J. B i l l m a n , S . A. S o j k a und P. R. T a y l o r , J. Chem Soc. Perkin II, 1972, 2034.

3 ,,gated-decoupling“-Methode.

Bei der Oxidation der Ascorbinsäure mit Jod in alkalischer wäßriger Lösung (pH 14) entstehen die Threonsäure und Oxalsäure wie bereits in der Literatur20 beschrieben.

Experimenteller TeilSämtliche 13CMR-Messungen wurden mit einem

VARIAN XL-100 A Spektrometer verbunden mit einem TT-100 Rechnersystem (Nicolet Instrument GmbH) von 20 K 20 bit (16 K Memory) mit Magnet­platte ausgeführt. Zur Steigerung der Signal/ Rauschempfindlichkeit wTurde die quadratische Phasendetektion benutzt, der Entkoppler mit einem symmetrischen Rechtecksignal (v — 70-90 Hz; 2,8 V p/p ) 21 moduliert und die Feldmodulations- karte entfernt. Alle Messungen wurden bei Raum­temperatur durchgeführt und die chemischen Ver­schiebungen auf p-Dioxan (67,41 ppm) bezogen. Die Messung der pH-Abhängigkeit erfolgte an einer 1-mol.-Lösung (bidestilliertes Wasser). Diese wurde mit konz. Salzsäure auf pH = 0,75 gebracht (pH- Meter E 500 der Fa. Metrohm mit EA 121 Glas­elektrode). Die Steilheit der Elektrode wurde mit einer Dreipunkteichung22 bestimmt. Die höheren pH-Werte wurden durch Zutropfen von konz. Natronlauge erreicht und die geringe Volumenzu­nahme vernachlässigt. Der pH-Wert jeder Lösung wurde nach jeder Messung kontrolliert und keine Abweichung festgestellt.

Zur internen Feld/Frequenzstabilisierung diente ein zentrisch sitzendes 5-mm-Rohr mit D20 und p-Dioxan.

Für die Kalibrierung der Messungen in dö-DMSO wurde die höchste Linie des Lösungsmittelsignals verwendet (39,4671 ppm). Die Spektrometerfre­quenz betrug 25,1625 MHz.

L-Ascorbinsäure (1) und die dimere DHA (6 ) haben in dö-DMSO (1 mol) bzw. ds-p-Dioxan (0,08 mol) die nachfolgenden chemischen Verschie­bungen :

Ver­bindung

C-l C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 [in ppm]

1 DMSO 170,92 118,21 153,21 74,91 68,67 62,27 Dioxan 171,12 120,47 151,56 77,04 71,57 64,38

6 DMSO 173,03 91,60 105,77 73,48 88,00 75,62

Die dimere DHA 6 wurde nach I.e. 10 und das L-Ascorbinsäureacetonid (15) nach I.e. 17 herge­stellt. L-Ascorbinsäure (1) wurde von der Fa. E. Merck, Darmstadt, bezogen.

4 G. C. L e v y und G. L . N e l s o n , Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance for Organic Chemists, S. 119, Wiley, New York 1972.

5 R. M a t u s c h , Angew. Chem. 87, 283 [1975].6 Publikation in Vorbereitung.

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568 R . M atusch • R eduktone und R eduktonate

7 J. H v o s l e f , Acta Crystallogr. B 24, 23 [1968].8 R . H a g e n u n d J. D. R o b e r t s , J. Amer. Chem. Soc.

91, 4504 [1969].9 a J. H v o s l e v , Acta Crystallogr. B 25, 2214 [1969];

b J. H v o s l e v und K . E. K j e l l e v o l d , ibid. 80, 2711 [1974];c R. A. H l a r n und T. E. B u g g , ibid. 30, 2705[1974].

10 H. v. E u l e r und B. E i s t e r t , Chemie und Biochemie der Reduktone und Reduktonate, S. 204ff., F. Enke Verlag, Stuttgart 1957.

11 H. A l b e r s , E. M ü l l e r u n d H. D i e t z , Z. Physiol. Chem. 334, 243 [1963].

1 2 W. M ü l l e r - M u l o t , ibid. 351, 52 [1970]; 56 [1970],1 3 H. D i e t z , Liebigs A n n . Chem. 738, 206 [1970].1 4 J. H v o s l e v , Acta Crystallogr. B 28, 916 [1972].1 5 E. B r e i t m a i e r und W. V o e l t e r , 1 3 C-NMR-

Spectroscopy, S. 223, Verlag Chemie, Weinheim 1974.

1 6 B. T e i c h m a n n und D. Z i e b a r t h , J. Prakt. Chemie 33, 124 [1966].

1 7 Die Zuordnungen für 10 und 13 sind nicht durch gekoppelte Spektren abgesichert, da die auftreten­den Konzentrationen nur für die Aufnahme der ent­koppelten Spektren ausreichen. Für 14 können zwölf Signale beobachtet werden. Die Zuordnung soll zu einem späteren Zeitpunkt gegeben werden, wenn die Arbeit an der Isolierung der Zwischenstufen bzw. ihrer Abfangprodukte beendet ist.

1 8 F. M i c h e e l , Chem. Ber. 69 B, 879 [1936].19 D . K. D a l l i n g und D . M. G r a n t , J. Amer. Chem.

Soc. 89, 6612 [1967]; 94, 5318 [1972],2 0 L. c. 10, 198.2 1 J. B. G r u t z n e r und R. E. S a n t i n t , J. Magn. Res.

19, 173 [1975].2 2 S. E b e l und W. P a r z e f a l l , Experimentelle Ein­

führung in die Potentiometrie, S. 29, Verlag Chemie, Weinheim 1975.