Beiträge und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromatischer Bicyclen

H u i sg e ?t. 101.

Durch Losen in sehr wenig absolutem ALkohol und Fiillen mit vie1 absolutem Ather laBt es sich rein weiB crhaltcn und schmilzt bei 93". Wt Verbindung VII bcstcht vollkommene Identitit. Ausbeute 3 g bis

(',HinOtNSBr Ber. N 6,09 S 1331 Br 34,77 (230) Gef. ,, 6,19 ,, 13,65 ?, 33,94.

D a r s t e l l u n g d e s S - A c c t y l p e n i c i l l a m i n s 811s VI! I 0,5g von Vprbindung V I I I werden in etwa 12 ccm flussigetp Ammoniak sus-

pendiert und bei etwa -40" mit diinnen Scheibchen "atrium versetzt bis zum Be- stehenbleibcn einer tiefcn Blaufirbung der Flussigkeit. .Nach Entfar ung durch Zu-

Huckstandes in wenig Wasser und Ansiuern fallt das Ii-Acetylpenicillamin in w e i b n Kristallen aus. Kach dem Umkristallisieren BUS hei8em Wasser konnto os in oft zu Kosetten vereinigtcn, durchsichtigen, derben Prismen erhalten werden. Schmp. 183" (Zers.). M i t einem auf anderem Wege (vgl. V ) dargestellten Praparat zeigte es vdllige Identitiit.

5,.5 g.

gabe von Ammonchlorid liUt man das .4mmoniak.verdunsten. Ueim k ufnehmen des

_ _

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsweise arornatisqher Bicyclen

\'on Roll Hzsisgen

(Nit 2 Figuren im f c x t )

(Aus den1 Chcni. Laboratorium der Universitat Miinohen. AuSenstello Woilheini IObb.1)

[Eingelaufen an1 12.Sov. 19471

I. Zur Bindungsfixierung im

IT. Die AngliedeSung eines dritten Ringes a n Dcrivatc des Nsphthalins . . . . . 103

111. Struktur und Reaktions- w i s e cles Saphthalin- kerns . . . . . . . . . 108

a) Der Grundlustand . . 109 b) Die resktiven Anregungs-

zustiinde. . . . . . . . 110 1V. Anellierung und hnregungs-

strukturen in der Naph- thalinrei he . . . . . . . 11 8

Xaphthalinkern . . . . 101 it) Ringangliedorung an aro-

b) Anellierungen am Naph-

\'. Naphtoide und benzoide Ri-

VJr. Die Knaktionsweise des Chi- nolins und a-Oxy-chinolins . . . . . . . . . 125

V J I . Zur Reaktivitat aromatischer

matischo Systeme . . . 118

. thalinsystem . . . . . . 120

cyclen. . . . . . . . 121-

Polycyrlen. . . . . . . 1 3 Experimenteller Tril. . . . 1%

I. Zur Bbdungsdxierung im Naphthalinkorn Die hervorragende technische Bedcutung des Naphthalins und seiner

Abkommlinge fiihrte schon fiiih zur Beschaftigung mit dem Bindungs- zustand dieses aromatischen Bicyclus. Es gewann bald den Anschein, als ob cs drr OsziHationshypothese, dieaer abentcuerlichen Notlosung

102 Huisgen

zur Rcttung dcr Doppelbindungsstrukturen dcs BenzoIs, in dcr Naph- thalinreihc nicht bedurfc. W. Marckwald l ) zog 1890 als erstcr die

Konsequcnz eincr Binrlungsfizierung des Naphthalins im Sinne des Erlenrneyerschen Formelbildcs (I). Dicsc fcstc boppclbindungsstruktur des Haphthalins war Gegenstand vicler Experinientalarbcizen bis in dic ncueste Zcit und fand in den meisten Fallen ungctcilte Restatigung. Yon den vcrschicdcnartigen, zur Priifung der Bindungsstruktur hcrangezogcnen Rcaktioiicn seien kurz aufgeziihlt :

Kupplung \ion #?-Naphtylamin und p-Naphtol mit Iliazoniumsal-

Halogenicrung von p-Saphtol 211 Kctobromiden und Ketochlo-

Vcrlauf dcr Skraupsynthcse vom p-Kaphtylamin am3); Versuchc zur Darstellung von o-Chinonen uber bcnachbarte #?-

Umlagcrung von ~-Xaphtol-allyliithern mit und ohm a-Blockic-

Oberfiihrung von /?-Naphtylamin mit Benzaldehyd in Phenyl-

Reaktivitat durch Nitrogtupprn aufgclockcrtcn Halogens6); SchwLchung der Basizitat von Arninen durch N i t r o g r ~ p p e n ~ ) ; Reduzierbarkeit von Halogen unter dem EinfluB von Amino-

Stabilitat von Ch~la t r ingen~) ; Verhtherung des /I-Naphtols mit Alkohol und Schwefelsaurc bci

Alkylsubstitution in 1 odcr 31°).

In all dicscn Fallen handclt cs sich um clementare Reaktionen, bei denen der EinfluB dcs L)oppclbindungssystcms vollig durchsichtig ist. LiBt man dime Vorsich t auBer acht und versucht etwa, aus dem allev

h/ \A f)i ‘‘1

Zen1) ;

ridenz) ;

Stellungen’) ;

rang4) ;

dihy dra-acridin-dcrivat j) ;

und Oxy-Gruppcn8);

l ) W. Mnrekwald, B. 28, 1015 (1890); A. 274, 331 (1893). 2, Th. Zincke und Kegel, B. 21, 3348, 3640 (188d); K. Frirs und K. Schim-

s, 2. Skroup und Cobenzl, Mh. 4, 438 (1883). 4, L. Claisen, B. 45, 3157 (1912); 1,. F. h’ieser und W. C. Lo th rop , Am. 6 i ,

b, K. Fries, A:454, 121. (1927). 8 ) J. Salkind, U.64 , 289 (1931); S . M e Leish und N.Camphell, Soc.1987.

’) €1. H. Hodgson und H. S. Turner. SOC. 1941, 635. *) H. Franzon und G. S t a u b l e , J. prakt. Cheru. 101, 58 (1921); R. I3. Sandin

7 W. Baker und G. N. Carruthers, Soc. 1937, 479. lo) Hunry, 13.10, 2041 (1877); R. Weqsclieider, Mh. 46, 140 (1896); Davis ,

melschmidt, A.484, 248 (1930).

1459 (1936).

1103.

und T. 11. Evans , Am. 61, 2916 (1939).

SOC. 77, 33 (1900).

Beitrage und Deulungstlersuche fur Reaktionsweise aromat. Bic yclen 103

anderc als abgeklarten Problcrnkornplcx der aromatischen hlehrfach- substitution insgesarnt Schlussc auf den Bindungszustand zu ziehen"), so sind irrcfuhrende Rcsultatc unvcrrneidlich. Aus der Erstsubstitution i n a- oder B-Stellung ein Kriteriuni fur oder gegcn syrnrnetrische@Rin- dungsverteilung herleiten zu wollen5), erscheint ebenfalls verfehlt.

Dcr expcrimentclle Nachweis der Bindungsfixicrung grundct sich Ietztlich auf das Fehlen der nornialcn Orthobczichung zwischen bcnach- barten fl-Stellungcn. Als die wesentlichste Annahrne, rnit der man sich abzufindcn bcrnuhte, kann die vie1 diskuticrte'*) Carboxglierung des /?-Naphtol-Natriurn gclten, dic oberhalb 200" zu 2,3-0xy-naphtoeeaure fuhrt. Die Annahme eincr Hochternprratururnlagerung i n die rhmliche Nachbarstellung schcidct aus, da ,!?-Xaphtol-Kaliitm bei 250" 2-Naph- toI-6-carbonsii~re~~) licfcrt.

Dic Reaktivitiit des Yaphthalinkerns verlicrt ihrc Eindeutigkeit, w e m man RlngschluPreakfionen i n dcn Kreis dcr Bctrachtungen zieht; Reaktioncn also, die sich vor den intcrrnolekularep Rcaktioncn durch bcsondcrs hohe Heaktionsgeschwindigkeit und Triebkraft auszeichnen.

II, Die Angliederung cines dritten Ringef; a n Derivate des Naphthalins

Ein irn Licht unserer licutigen Kcnntnis recht unglucklicher Zufall war cs, daB historisch gcradc dcr Verlauf dcr Skraup-Synthese bai /?-Aminen des Chinolins iind Kaphthalins drn wichtigstcn Anhalts- punkt fur die These') gaben, dall diese Bicyclcn nicht zum spontanen Wechsel in dcr Lage der Doppelbindungen bcfahigt seien.

/I-Naphtylamin liefcrt bcim ChinolinringschluB nach S k r a u p aus- schlieDLich das angulare Benzochinolin (11). 1st die fi ir den angularen

R

lA& 1

:1) I{ 1 c11, b) It - CI

I/ "' \ - '

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\\/ \ , / / ,,"\/ I l l I I I I

RingechluO verantwortliche a-Position durqh Siihstiturntcn blockiert, so kann die Bildung des angularen l'ricyclus durch ~u6sf i fwn(enah- sto/.?ung crzwungcn werdcn. E. Lc l l rnann und 0. Schmidt] ' ) er-

I * ) W. N. U f i m z c w . B.GS, 2188 (1936); J. O b c r m i l l e r , J . prakt.Chcrn. 126

I*) R. Lesser. E. K r a h n r p u h l und C. Gad , U.68, 2109 (19%): J . O b c r - mi l l er , J. prakt. C'hcrn. 126, 272 (1936); W. S c h l c n k, Lehrbuch. l id. 11, 732, 78X. (lW39).

12) G r a s s . D y e s t u f f s Corp. N. Y., A.P. 159.3816: C. 19%. 11. 1696. I . ) B. Po, 3154 (1887).

- . -

272 (19.38).

104 Huisgen

hielten aus I-Brom- und l-Nitro-2-naphtylamil1 das gleiche angulare Geriist. Bei nicht verdrhgbarem Substituenten sol1 nach Marckwald gar keine Reaktion stattfinden. Die Priifusg im Falle des I-Methyl- naphtylamins-(2) ergab jedoch i q 30 % iibersteigender Ausbeute den linearm Tricyclus, das 5-Nethyl-6,7-benzochinolin (IIIa) ; der angulare Tricyclus konnte nicht spurenweise nachgewiesen werden. Ein Analogie- fall findet sich in einem I. G.-Patent15), das die Uberfiihrung von 1- Chlor-naphtylamin-(2) in ein Gemisch des angularen und des chlorierten linearen Benzochinolins (IIIb) beschreibtl6). Der Stammkorper, das 6,7-Benzo-chinolin, wurde durch Dehydrierung des Bz-Tetrahydroderi- vats dargestelltl'), das als Hauptprodukt beim Skraup-RingschluU atis ,9-Amina-tetralin entsteht.

Vom Schema des , , klassischen" angularen Ringschlusses verniag auch abzuweichen die Cyclisierung von Acetessigsaurearyliden zu 4- Illethyl-carbostyrilen nach der Methode von L. K n o r P ) . Die Bevor- zugung der angularen Anellierung ist hier geringer als beim Skraup- RingschluB. TVbhrend Acetoacet-,9-naphtalid mit konz. Salzsaure quantitativ das angulare System (IT) liefert, wird bei Methyblockierung der 1-Stellung (V) unter gleichen Bedingungen lediglich der Acylrest hydrolytisch abgespalten. Kalte konz. Schwefelsaure schliegt dagegen mit 7Oproz. Ausbeute den Qing zu 2-0xy-4,8-dimethyl-6,7-benzo-chino-

CH, R

lin (Vla). Schon das I-Brom-2-acetoacetamino-naphthalin liefert unter diesen Bedingungen das lineare System (VIb) ahne Substitugntenver- clrangung, womit ein Unterschied zu'm Skraup-RinqschluB heraus- gearbeitet ist.

Zum prinzipiell gleichen Ergebnis fiihrt die Obertragung der y-Oxy- chinaldin-Synthese nach M. Conrad und L. Limpachlg) auf die p-Maphtylamin-Reihe. Die Cyclisierung des ,9-Naphtylamino=cmton-

15) DRP. 613 628; von K. Fries, A. 516, 285 (1935) als Korrekkachtrq zitiert.

16) Das hier vorliegende Ringgeriist des 1-Az-anthracens wurde inzwisehen bearbeitet von Gerhardt'und Hamilton, Am. 66, 479 (1944); G. R. Clemo und G. W. Driver, Sac. 1945, 829; A. Etienne, Ann. chim. (12) 1, 1356 (1947).

17) J. v. Braun uqd H. Gruber, B.66, 1740 (1922). la) B. 17, 543 (1884); A. 236, 70 (1886); A. 246, 358 (1888). I*) I3.20, 944 (1887); 21, 532, 1649 (1888); 24,2990 (1891); L. Limpach, B.64,

_____

969 (1931).

&itrage und Deu&ngsversuche zur Reuktionszoeise aromnt. Bicycleu 105

esters (VIIa) in Paraffin61 bci 240" liefert qua,ntitativ den angularen Tricyclus (VIII), bei Methjrl-Blockicrung (VIlb) das lineare System LX;

die Rcaktionserschwerung gibt sich iu einer urn 40" hoheren Reakbions- tempcratur somie in eincm Abfall der Ausbcutc auf 70 % kund.

Dic B,B-Reaktivit&t des Naphthalins tritt jedoch nicht bei d e n Ringangliederungen zutage. Pie Angliederung eines Pyrrolsystcms iibcr die a,/?-Positionen des Naphthalins gelingt recht leicht mit Hilfe der F i sche r schen Indolsynthese, vom -Naphtylhydrazin ausgehend. Die

Die Hydrazone mit Brcnztraubensiiure; a-Keto-valerianslure und Aceton lieferten beim Cyclisierungsversuch nur Zcrsetzungsprodukte. Da a,!- disubstitwierten Indolcn eine besonders hohe Bildungstendenz zukommt, wurden die Versuche auf das Cyclohexumn-hydram ausgedehnt. Das isolierte Tetrahydro-carbazolderivat erwies sich uberraschenderweisc als das Ergebnis eines unter Methyl-AbsprenguM verlaufenen anguhren Ringschlusses. J>io Korstitution (XI) wurdc sichergestellt durch ldentifikation mit dem Produkt -dcr F i schc r - Synthese des Cyclo- hexanon-/?-naphtyl-hydrazons. Lehrreich ist der Unterschied der Reak- tionsgcschwindigkeiten bcim Eingschlufi mit und, ohne Methylblockie- rung: Die mit Cgclohexanon versetzte kalte methanolische Losung von /3-Naphtglhydrazin beginnt auf Zusatz von 2n-Salzsiiure hin nach wenigen Sekunden Kristalle von XI aaszuscheiden: deren Menge nach ein- stiindigem Stehen 98 entspricht. Die Bildung des gleichen Kijrpers

Obertragung auf das hlockierte I! ydrazin (X) schlug zuniichet fehl.

untez MethylabstoSung erfolgt erst beim mehrstiindigen Erhitzen dea reinen Methyl-naphtyl-hydrazin-chlorhydrats mit Cyclohexanon- Eisessig auf 200" mit ciner Ausbcute von maximal 7%.

106 M u i s g e n

Der Yechanismus der Fischerschen Indolsynthese kann nach Ro- binsonZ0) als aufgeklart gelten im Sinrrc einer der Bcnzidinurnlagerung vtrwancltcn Hydrazo-Umlagerung. 13ei den bidang bekanntcn Typen der Hvdrazo-l:inlagerungZ1) besclirankt sioh die SubstituentenltbstoDung auf Halogen, Carboxyl, Alkoxy-, Acyloxy- und Sulfonsaure-Kcst. JIethylblockierung fiihrt zum Wcchscl dcs Reaktionstyps. Das Hydrnzo- mesitylcn widcrstcht allcn Unila~erungsversuchenzZ). Die Abspaltung von aromatiscl gebundenem Methyl ist, wcnn man von hluminium- chlorid-liatalyse und pyrogenen Bcdingungen absieht, einc rccht un- gewvijhnliche Keaktion. In diesern Lichtc crschcint die Fischer-Syrithesc als cine hcsondcrs begiinstigte Form der Jlydraeo-Umlagerung, da kcin andcrcr Typus zur Methylabstoflung Iwfahigt ist.

Die hicharen untl angularen Tricyclcn unterscheiden sic11 in so cha- raktcristischer Wcise, daB man iibcr die Art der Anellierung cines Drei- ringsystcms nie im Zweifcl sein kann. Die linearen Typen zeigen cine urn mehrcre Zehnerpotenzen st&rkerc E'luorcszenz im UV-Licht. Soweit basischc Gruppcn vorhandcn, sind die Salze der linearen Tricyclcri gelb gt:farbt im ticgcnsatz zu den farblosen Liisungen der angularcn Sy- stenie in Sauren. In den rneisten Fallen sind die linearen Tricyclen sclbst schon blallgclb. Xicht jede RingschluDreaktion ermiiglicht die ex- perirncntelle Entscheidung dcr Alternative : Angulare Anellierung unter Substitucntenabsto6ung oder lineare Angliederung. Die notwendige Verscharfung der Reaktionsbedingungen bei Blockicrung l l D t in viclen Fallen Ncben- und Zersetzungsreaktionen zum Zug kommen. So konnte die Cyclisierung des 1-Methyl-2-dcsylamino-naphthalins (X 11) im Sinnc

der L)i~~hcn~l-indol-S~nthcse2: ') sowie der Cumuroii-Hingsc.~lluO rnit dcr aus l-Methyl-naphtol-(2)-natrium und Chloracctclssigester beroitcten Substanz XI I1 nicht erfolgreich durchgefiihrt wcrdrn.

I)ic hier-angegebcncn, mit verschiedcncr Lcichtigkeit iiber die 2,:)- Stellungcn des Naphthalins erfolgenden Kingschlusse einerseits, Hefundc wie die Jlethylabsprengung bei dcr Bildung dcs Brmindol-Systems

* O ) (i. 11. Hobinson und R. Robinson , SOC. 113, 659 (1918); 106, 8'27 (1971).

22) G. S c h u l t c , B.17, 477 (1884). 8 3 ) F. It. Japp und T. S. Murray, Soe. 6;. 889 (1891); C. 1899, I I , % l ; c'. 1910,

-

Siche bei P. J a c o b s o n , A.428, 76 (19'22).

11, "21.

Beitrlige und Deulungscersuche zur Reaktionweise aromat. Bicyclcn 107

andererseits, lassen den Wcrt von Ringsdhlullreaktionen fur die Be- urteilung aromatischer Bindungsstrukturen zunachst zweifelhaft er- scheinen. Ansatze zu, einer systcmatischcn Verfolgung der Anellierungs- richtung liegen bisher lediglich in den Arbeitcn von K. Fries24a) iiber ,,benzoide" und ,,haphtoide" Uicycien vor. ,,Benzoid" im Sinne von E'ri e s sitid Bicyclen mit oszillicrcnden Doppclbindungen, ,,naphtoid" ist das angeblich starrc Bindungssystem des Saphtlialins. In der Schreib- weise mit Kckul6-Strukturen enthalten die linearen Tricyclen irn Gegen- satz zu den angularen stcts einen Ring mit einem Rlindergehalt von ciner I)oppelbindung, cincn. IXhydrdring. Rci blockierter a-Stcllung sind nach Frics24c) nur solche Kingsysteme iiber die 2,3-Stellungen des Naphthalins-zu 'schlagen, die bei dcr Anellierung an Benzol zu ben- zoideD Bicyclen fuhren. Die Rliiglichkcit der linearen i\ncllierung cines Thiazolnngsz4h) an das Naphthalin z. B., findet so eine Erklsrung in der ,,benzoiden" Natur des Benzothiazols, letztlich in der Existenz von Thiszol-dihy drid. Ringschliisse .u ber hic /?,/I- Stellu ng , ,haph toider" Bi- cyclen sollcn nach F r i e s dann versagm, wenn die Dihydroforni des zu anellierenden Ringsystems nicht stabil ist, ihr rnithin keinc Bildungs- tendcnz zukommt.. Im Hinblick auf die lcichte Uildung dcs linearen Kaphto-triazols aus 2,3-Naphtylcndiarnin - Dihydro-triazol existiert nicht, Benzotriazol ist streng ,,naphtoid" - mull F r i e s zugeben, dall ,,Behinderungen dieser Art nicht 'iinmer in ohne yeiteres crkennbarer Wcise eintrcten". Die Unzulanglichkeit dicser Ueutung tritt bei den ncuen Anellierungen .besonden klar zutage. Die S k r a u p - Synthesc iiber die 2,3-SteUung des IYaphthaliiis,gclingt, obwohl Pyridin-dihydrid unbekanntz), Chinolin ein ausgesprochcn naphtoides System ist: Gegen die lineare Angliedcrung des Pyrrolringcs straubt sich dagegen derNaph- thalinkern trotz der benzoiden Sa.tur des Indols und der Stabilitat des Pgrrolins.

Zum Verstandnis der Tatsachenkomplcxes rnuO man von dern sta- tischcn $lodell ciner cingefrorenen KekulC-Struktur abriicken und sich ciner dynamischen Betrachtungsweise dcs Bindungszustandes auf quantenrnechanischcr Grpndlage befleilligen. Wie Sm folgenden gezeigt wird, ist auf der Grundlage neuer Vorstellungen uber die Reaktions- weise der Bicyclen nicht nur Verstandnis fur die scheinbar so diver- gierenden Rcsultatc der Anellierungen zu gewinnen, sondern dariibcr hinaus erweisen sich die RingschluOreaktionen a13 wertvollcs Hilfsmittel bci dcr Feinstruktur-Anulyse der Hicyclcn, bei der Erfassung fein ab- gcstuftcr Reaktivititsunterschiedc. - . . - .- . -.

2 ' a ) A. 389, 305 (1912); 404, 50 (1914); b) A. 454, 121 (1925); c) mit R. Walter und K. Schi l l ing , A. 516, 248 (1035); d) A.627, 38 (1937).

* r ) S u r nihydropyridin-polycarbonsaureii sind beschrieben. Die Erfahrungen der Bcnzolreihe zeigen, daU lIiufung von Uarbosylguppen stabilisierend auf die Uihydruform wirkt.

108 Huisgen

111. Struktur und Reaktionsweise des Naphthdinkerns Als letztcr Versuch, Zustand und Reaktivitiit- des aromatischen

Kerns mit ciner einzigen Formel wiederzugeben, kann der von J. T h i e l e Aber auch nach der Partialvalenzhypothese mu0 schon der 1,2- oder 1,CAddition an das Benzol eine Sprengung des flies- ssnden Doppelbindungssystems vorausgehen. Die T h i e l e sche Benzol- formel mit der Gleichheit aller CC-Bindungen ist gewisscrmaoen das empirische Symbol, das von der modernen Quantenmechanik . seinen physikalischen Inhalt erhielt und auch heute noch die beste Formulierung des aromatischen Grundzustandes darstellt. Weniger befriedigend ist die Formulierung des Naphthalii?: T h i e l c gibt die Formel XIV, ob-

wohl die unsymmetrischc Struktur XV einen besscren Ausgleich dcr Restvalenzen vcrbiirgen wiirde, mithin energicarmer und stabiler seirr sollte.

Nicht minder unzulanglich waren die Bemiihuagen, einen Schlussctl zum VerstLndnis der kondensierten aromatischen Systeme zu finden in dcm Gehalt Cler Doppelbindungsstrukturen .an ,,echten" Benzol- kernen2*). Rein qualitativ 1aBt sich zwar die gofiere Keaktivitat und der hohere Energieinhalt des Anthracens (XVI) gegenuber dem Fhcnan- thren (XVII) mit dem Gehalt an eincm ,,uncchtenLL Kern in %usammen- hang bringen. Bei der exakteii Priifung versagt jttdoch diesc Anschau-

ung. Auch ein Oszillierer~ der Uoppelbindungen im niittlcren Kern des Anthracens vermag weder die 9,lO-Reaktivitat noch die gegeniiber den1 Phenanthrcn urn nur 7 kcal hohere. Bi ld~ngsentha lp ie~~) zu erkliiren, abgesehen davon, daB sich das Oszillationsprinzip durch physikochem. Befunde nicht stiitzen liell.

Bei dcr Gewinnung eines treffenden Formelausdrucks weicht der Weg des Chemikers, dessert Formelbilder Spiegel und Deutung der pic-

28) A.m, 87 (1899); 311, 248 (1900); 819, 134 (1m). *') Exakte Messungen tier Verbrennungswirmen bei K. Fries, R. Walter und

K. Schi l l ing , A.610, 248 (1936),

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionszeise aromat. Bicyclen 109

aktivitat soin sollcn. von dem dcs Physikers zwangslaufig ab. Wahrend die chcmische- Heaktivitiit das Bindungspiel der Molekel im An- regungszustand, bzw. dcn Anregungszusthden, wiedergibt, crfassen physikoclicmische Mcssungcn. soweit sie eine Mittclung iiber dic Wertc allcr Molckiile darstellen, stets den niengcnmal3ig weit vorherrschenden Grundzustand. Die theoretische Deutung von Grund- und Anrcgungs- zustand gelingt weitgehcnd mit Hilfc der Mcsomerievorstellung auf wellcnmechanisclicr GrundlagP).

a) Dcr G r u n d z u s t a n d Der Grundzustand ist gekennzeichnct durch die, Uberlagcrung der Wellcntunk-

tionen dcr sog. kenonisctien Strukturen. Als solchc pflcgt man dic bekamten Doppel- bindungsstrulituren nach KokulO u n d h w a r zu wahlen. Dicse durch die Termini ,,Resonanz". oder ,,5lesomerie" bezeichnote Uberlagcrung, fur die dio Wechselwirkung der Elcktronen zweiter Art rnafiwbend ist, fiihrt zu cincrn echten Zwtischenzustapd mitgleichmiihiger Verteilung, dor klcktroncndichte iibcr die 6 Bindungen des Renzols. Einen expcrirnentellen Beweis fur dic zwischcn Einfacli- und Doppcl bindung liegende Katur der arornatischen Hipdung liefert die elcktronoii-intcrfcrometrisehe Molekiil- vcrmessungXu). Die Uberlagerung der' Strukturen ist niit eineni Energieabfall ver- bundcn. Unter der ,Resonanz- oder Mesornerieeriwgic wird dcr hergiebetrag ver- standcn, urn den das mcsornerc Sysbcm iiriner ist als (tin System gleicher Zahl isolierter Doppelbindungcn. 1 hren Zalilcnwcrt errnittelt nian aus der Hydrierungswiirme, die urn -den Wcrt clrr Hcsonarizenergic vrrniindert ersclieht gcgeniiber der Warme- tonung der Iipdrierung dcs isolierten 1)oppelbindungssvstems.

Die quantcnmechanische Xiihcrungsrechnung des Benzolmolekiils sicht kcine gleichc. Betciligung der KckulC- und Dcwar-Strukturen an der Oberlagerung vor. 80 %- dcr Rcsonanzenergic sollen auf Kostcn dcr beiden KekulEstrukturen gehen. Der Berechnung des Naphthalin- molekiils legcn 1,. P a u l i n g . u n d G . W. Wheland30) einc 68proz. Be- teiligung dt:r drci Kckuldstrukturcn (XVIII-XX) zugrunde. Wie

XVIII XIX xx

schon eirl Blick auf dime drei wichtigstcn Strukturcn zeigt, werden im Oberlagerungszustand dic a,/?-Bindungen cine hiillere Elcktronen- dichte, d. h. eine .ctwas geringcre Bindungsltinge aufwcisen a13 dic /?,/?-Bindungen. Dic Ergebnisse dcr vcrschiedcnen Rechenverfahren

m, Vori den beidcn Xiiherungsverfahren, dor von L. P a u l i n g und seincr Schule benutzten ,,Elektronenpaarmethode" und doni ~lolckularsclialcnverf~~iren E. Hiickels cntfernt sich das ersterc in scinern Fornialisirius wenigcr stark von den gc- wohnten struliturchcrnischcn Vorstellungen; dieses sei daher als Basis gewahlt.

au) L. P a u l i n g nnd L. 0. R r o c k w a p , J. rhciri. Physics 2, 86i (193); V. Scho- m a h r und L. l 'auling, Am. 61, 1'iN (1!)3!)).

Annalen dcr Chcmie. 559. B M ~ 8

~. . ...

110 H ui a g e n

nach I,. Pauling30), J. Sherman" ' ) und N'. G. P e ~ ~ n e y ~ ~ ) wichen ctwas voneinander ab, sehen f i r die a$- und P,/?-Bindung dcs Naph- thalins Cnterschiede von 0,02-0,04 ~i voraus.

Die Kontgen-Strukturanalyse dcs Naphthalins von . I . 31. R o b e r t - s o nS3) ergab bei durc.hschnittlichcr Bindungslangc von 1,41 A geringe Verschiedenheitcn dcr Bindungen in dcr angcdeuteten ltichtung. Di!! Mcssringen sind jedoch nach l t o b e c t s o n s eigcncm Urteil noch nicht gcniigend exakt, um zu ciner Bcstatigung odcr Ablehirung der bcrech- ncten Nodelie zu fuhren. I l k hishcr von den rncisten chcmischen Ue- arbeitern gcforderte ejngelroreue KckulE-Struktur in der symmet.rischen Anordnung nach E r l c n nieycr kann jedoch fiir den Grundzustand nicht in Betracht koninicn : sic wiirde T.Tntrrschied(: dcr Bindungslangen von 0.20 A fordern.

Fur die.hohi, Symrnrtric. dibs Grundzustandrs sprrchrn nurh div Krgrhnissc der Langwrllcn-Spctktroskopie. Xach K . W. F. t iohlrauschs4) zcigen die linienarnwii 1:ltrarot- und 1iarnanspekt.rrn dvs Naphthdlins keinr ubrrrinstimrnondiv Frequenzrti, tlrr srhirfste iibrrhaupt mogliche iKacllwois fu r rin Svrntnc.trirzrntrllI11 in i hlolrkiil.

b) D i e r c a k t i v c n A n r e g u n g s z u s t a n d c Liigleieh schwieriger als die Erfassung- dcs stationaren Zustandcs

crweist sicli im Rahmen der physikalischen Theorie die Ileutung dtbs reaktiven Vcrhaltens. ])en wcnigen quantcntheoretischcn Ansiitzcw kann schon deshalb kein vollcr Erfolg beschieden sein, weil die \'or- stellungen zurn Mechanisrnus drr aromatischen Substitution nicht ein- heitlich und klar sind.

Gegeniiber der Auffassung einer unmittclbaren Substitution sol1 hier einem zweialufigen Mechanismus dcr Vorzug gegeben werden, da die Reaktivitat der hicr diskuticrtcn kondensierten S y s t e m cinen solchen fordcrt. Es sci dahingestcllt, ob es sich bci dem Primarvorgang um eine nii t Hauptvalenzen zu beschreibende Addition im Sinne des ' Thie lc - \ \ ' icland-~~echanismus35) oder urn eine unpaare Adagerung .handelt, wie sie von P f e i f f e r und Wizinger36) uber die Ionenstufe, von C.h. Price3') ubcr das kurzlebige Radikal formuliert wird. Von den beiden tiinzelvorgiingcn, Addition und hbspaltung ist bei kondcnsicrtcn Sy- stcnicn der zweitc gcgenuber dem Bcnzol vrrlangsamt infolge dcr gcrin-

J. chem. Phys. 1, 3(?2 (1938). 31) J. chetn. Phys. 2, 488 (1934). 3*) Proc. Roy. SOC. A 168, 306 (1935). 35) Proc. Roy, SOC. A 149, ( 7 4 (1933): Sor. 1938, 1 3 1 ; \. a. 1.. 1). Urockwi'y,

,Inti. Rep. 1887, 301. 34) H. till, 893 (1936); s. a. G. Honino, D. 71 A, 129 (1!)38). 35) J. T h i e l o , A.806, 87 (1899); H. W i e l a n d und E. S a k e l l a r i o s , B. 53,

.102 (19.20); H. W i e l a n d und F. Kahn, B.54, 1720 (1921); 11. K i e l a n d und L. H r t t a g , B. 66, "246 (1982).

3 9 A. 461, 1.32 (1928); P. Pfri f fvr und P. Srh'neider, J. prakt. ('hem. 1 9 , 1.9 (19.31).

37) .2m. G8. 1834, 2101 (IMti).

Beitriige und Deutungsvermche zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 11 1

geren Tcntlcnz zur Ausbildung des arornatischen Systems. Rei Anthracen und Phenanthren sind hdditionsprodukte isolierbar, die entwcdcr als Prirnkstufe3j) oder als Ergebnis einer Konkurrcn~reakt ion~~) gedeutet werdert kijqnen.

Schon beirn Naphthali'n konntcn in einigen Fallen sehr labile Ad- duk te gef aD t werden : Ei n Kaph t hali n-dic hlori d s ) , das Salpe terslure- A d d ~ k t ~ ~ ) uiid gas f rodukt der Addition voii unterchloriger -S&ureqo).

Die Substitutionsteaktionen arornatischer Polycyclen fordern also dic Ausbildung einer Reaktionsforrnel mit okjinischer Additiomjuhig- keit. Auch die zum Nachweis, van Rindungsfixierungen so hilufig be- nutzte Aktivierung von Halogen, Methyl usf. durch 0- oder p-s t i idge Substitucnten zweiter Ordnung sowie die hci RingschluD-Reaktionen hedeutsamc Aktivierung von Kernwasscrstoff durch o,p-Substituenten erstcr Ordnung durfte sich iiber einc olcfinische Anregungsstufe voll- ziehen. L)as ,,Leitvcrrnogcn" des aromatischen Kerns gegenuber Sub- stitucnteneinfliisscn, fur das A. Angcli41) ein uinfangeiches Material zusamrnenstellte, ist Icdiglkh ein Spezialfall der .,Leitung" durch un- gesutigte Systerne, fur die R. C. Fusong2) das sogenannte Vinylogie- prinzip entwickelte. Es erscheint sornit berechtigt, den Gesarntkoni- plex der arornatischen Rcaktivitat, zurnindest fur kondensierte Systerne, auf die Keaktionsflhigkeit prirnar gebildeter olefinischcr Anregungs- stufen zuriickzufiihren.

Der Obergang des Grundzustandes in den reaktionsbereiten Zustand bedarf dcr Zufuhr dcr Anregungsencrgic. ])as Wesen des Anregungs- vorgangcs sieht die physikalische Theorie in einer Entkoppelung der am Grundzustand beteiligten Strukturen=), in einer Verschiebung zugunsten ciner Grcnzforrnel der Mesomcrie, wobei die Entkoppelung der Energiezufuhr adaquat ist. Als fur die Rcaktivitat verantwbrthehe Anregungszustande gclten nicht nur die ' Grenzforrucln, sondern alle Strukturen, bci dencn die Beteiligunp einer Grenzforrnel gegenuber dem \Vert bei maximaler Resonanz crhbbt ist. Es entsprechen also einer Grenzstruktur eine groBc Zahl von angeregten Zustandcn, die sich durch ihr Energienivcau, bzw. den Ausbildungsgrad dcr Grenzforrnel unterscheiden. Bei d w norrnalen thermischen Jlolekiilanregun@ komrnt es nicht zur Adsbildung der reinen kanonischcn Strukturen, wic schon die kinetisch bestimrntcn Aktivierungswarrnen zeigcn, die meist crheblich hinter dern W e d der Resonanzenergie zuruckbleiben. Diese Rein- strukturen sind ja auch in Existenz und Energieinhdt fiktiv, wie E. Hii c ke143) betont, da eine echte triolefinieche Grenzforrn ohne Wechsel-

38) Leeds und Everhart, Am. 2, 208 (1880); 15. Fischer, B. 11, 73b 1-111 (1878).

s9) G. Oddo, Cam. 56, 174 (1926). ra) Nouhoff, A.186, 342 (1866). 41) Sammlung Ahrens 28, 1 (192G). 4s) Chom. Rev. 16, 1 (1936). 9 %. El. Ch. 48, 752 (1937).

8*

1 I2 Huisgen

wirkung dcr Elektronen zwcitcr Art nicht dcnkbar ist. Gber dic kanonischcn Strukturen hinaus sieht das wcllenniechanische Kiihcrungs- vcrfahrcn noch sogenanntc ,,angerr?gtc Strukturcn" vor, Strukturcn mit ciiiciii oder mclircren entkoppclteti Elektroncnpaarcn sow-ic polarc Struktiircn. Die angcrcgten Strukturcn dieses Typus lassen sich for- me11 von den reinen kanonischcn Strukturcn ablciten.

n e r Formalismus dcr Nahcrungsverfahren diirfte cinigc Freihrit bictcn bci der Auswahl der fur die Bcrechnung des aromatischcn Zustan- dcs notwendigen kanonischen Strukturen. Gcgcn die Vcrwendung al-lcr dieser kanonischer und dcr davon abgeleiteten ,,sngcregten" Strukturon a.ls Rcaktionsfornicln mull dcr Chemiker ein entschiedcnes Veto ein- legcn. WLhrend die Reaktiritat der Aromaten beim Obergang von Beii- zol zu den kondcnsicrtcn Systemen zunehmend einfachcr und durchsichtiger wird, wlchst die Zahl dcr kanonischen Strukturen auRerordent- lich. Rei dcr Bereehnung dcs Raphthalins nach dcm erstcn Nalierungs- verfahren bcriicksichtigcn P a u l i i i g und W h ~ l a n d ~ ~ ) nchcn den drci Kekul6-Strukturen noch 39 weitcre kanonische Strukturen mit 1. 2 oder S Parahindungen. Polare Strukturcn. und solche niit parallelen Elcktroncnspins sind dabci noch nicht cinbegriffen. Fur das Tribi- phenylmethyl sieht der wellcnmcchanischc Ansatz gar 496 kanonischc Strukturen vor!

Dcr Ruf nach cincr Begrcnzung dcr als verniinftig zu crachtcnden ~Icsoinericmiiglichkciteii wurde niehrfaoh irn Lager der P h y s i k ~ r ~ ~ ) , noch haufigcr unter' dcn Chemikern laut. Diese EinschrLnkungen miissen von -S,eiten der Experimen talchemie crfolgen.

Zur Dcutung dcr speziellcn 1,2- und 1,CReaktivitat dcs Naph- thalins und der ersrhwerten 2,3-Rcaktionsweisc sowic dcs unterschicdlichen Verhaltens der ,,bcnzoid(:n" und ,,naphtoidcn" Bicyclcn (nacli Pr ies ) bedarf es bestimmter Festsetzungcn beziiglicli der miiglichcn Reaktionsformcln. Ohnc ciner physikalischcn Bchandlung vorzugden, sci gezeigt, dall mit einer bcschrinkten Anzahl rcaktiver Strukturen die empirischen Befundc gcdeutet werden konnen. Als Grundlage b e notigt werden lediglich die drei K(ekrIl6-Strukturen XVIII-XX. Bcini Naphthalin selbst sind dic beiden unsymmctrischcn Strukturcn nntiir- lich identisch, werdcn bci Substitution jcdoch verschicdcn.

Die Analogie der aromatischcn mit der olefinischen Anrcgung reclit- fcrtigt folgende formelle Zerlcgung des Anregungsvorganges in drci Stufen:

1. Fiirdcrung ciner kanonischen Struktur in der prozcntualen Bc- tciligung am Grundzustaird durch Energiezufullr ;

4*) Vgl. L. E. S u t t o n , Sac. 1940, 648; ,,The great danger of the idea of rcso- nmcct is that, because i t is so adaptablc, it can be made'to explain almost any pc- culiarity of any piirticular 'compound i f licence -to postulate suitable eomponcnt structures be granted."

Beitrage und Dedungsvermche zur. Reaktionsweise aromot. Uicycle,L I 1.3

2. Unsymmetrische Vertcilung dcr aufgcpommencn Encrgic. w b c i ein Tcil des Systems die optinialc Rcsonanz wicdercrlangt, wahrcnd sich im anderen Teil untcr Fortschreiten tlcs Entkoppclungsprozesses die arornatische Katiir wciter vcrringtrt untcr AnnBherung an olcfinischen Charnk tcr ;

2. Anregung dcs o h n i s e h c n Systems zur Kcaktionsformcl. Rci kondrnsicrtcn Systemeii vollzieht sich dic zum Keaktionser-

folg fuhrcndc Anregung natiirlich nur an einem Kern, wlhrcnd dic anderen Ringc irn Resonanzzustand verharren. Schon die encrgetischcn Verhaltnissc bcweiscn das, andernfalls die Heaktivitat der Polycyclcn mit steigender Kernzahl abnehmcn niuBtc. Nach der Verschjebung dcs mesomcrcn Grundzustandcs in Kichtung auf cinc dcr Grenzformcln hin mu0 also auf Stufc 2 einc Art cnergctischcr 1)isproportionierung crfolgcn. Die Stufen 1 und 9 scien aromutische Anregung genannt. Die okfinische .4nrypny der Stufc 3, bci der cvtl. der polarisiwende Ein- flu0 des Kcaktionspartncrs zur Gcltung kommt, fiihrt Z U den bekannten polarcn und unpolarcn ,\nrc~ingsstruktiircn des ljoppelbindungs- systcnis.

Ini Fallc.des Naphtlialins crhalt man als Ergebnis der aromatischcn Anregnng zwci Typcn recht verschiedencn Energieinhalts. Fur die energetisch bevorzugle Anregung crgibt sich folgendes RiId45) :

I '\/'

I !

A /'\A Stufc 1 Stufc 2 I I ,

% \ ,/\# S X I

\ , ' \ , , I

, \

. I

,/' \ v \/'\ ,' , ' A

' / \ /

x X

I)ic Stufc 2 zcigt, daU sowolil die svmmetrische als auch die unsymmc- trische kanonische Strnktur zur Ausbildung des gleichcn relativ encrgic- arinen, dahcr wichtigstcn Anregungszustandcs (SX 1) fuhrt. Von dieser gemciiisamrn Form der aromatischcn Anregung fulirt dann die Stufe 3

4b) >lit den1 strukturloscn Kern ist der Grondzustantl. in t1t.r Doppelbindungs- schreibwisct die .\nnulierung an den olefinischen Charak ter wiedcrgegeben. Die als Kreuzchen gczcic~linctrn Einzclelrktronen synibolisicwn den olefinischen Anregnngs- zustand.

114 I€ u i i g e n

untcr Vortsetzung der encrgetischen Disproportiouierihg oder durvlt weitcrc Encrgieaufnahrne zu den fur 1,2- und 1,4-Kcaktivitlt verantwortlichen Strukturen. Der Einfachheit halber sind nur dje unpolaren Strukturcn eingczeichnet. Die Obcreinstirnmung der dritten Reaktions- forniel rnit der Naphthalinstruktur nach T h i ~ e l e (XIV) sol1 nirht un- rrwa hn t blei bcn.

Her zwcite Typ der Naphthalin-Anrcgung hedarf bei graduell glcichcrn Ausbildungsgrad der angercgten Struktur ciner wesentlich hohcrcn Energiezufuhr. Bei ihr vollgeht sich die unsynirnctrische Encrgieverteilung auf Stufc 2 in weniger ausgcpr8;gtern MaB, derart, da8 lediglich cin Cyclohexadicn-System den optirnalen Kcsonanz- zustand bewahrt :

- Ilic olefinischc Anregung Gttr Stufe 3 fiihrt wicder von der l)oppt4- bindungs-Struktur zur Rcaktionsforrncl. Hier licfern die beiden Kc- kulb-Strukturen bei der aroniatischen Anregung cnergetisch gleich- wertige, aher strnkturell verschiedenc Annaherungen an die triolefini- sche (;rcnzformcl. Wahrend die angercgtc E r l e n m e y e r - Struktur wiedcr nur zu I , % und 1,4-ReaktivitBt f u h r t , ist dicser llnregungstyp der unsyninietrischcn Struktur der einzigc (XXTI), dcr einc 2,S-Keak- tivitlt, cinr cchtc o-Ueziehung zwischcn den benachbartcn @-Stellungen rrmoglich t.

T h r Energieuntcrschicd zwisclien den Grenzstrukturcn dcr ..aro- niatischcn Anregung" in den beidcn Anregungsschemata, von denrn das m t c das buhdienoide, das zlveite das b e n ~ o i d e ~ ~ ) genannt seicn, IBillt sich unschwrr ermitteln, wenn inan die Rcsonanzencrgic clcs Saphtlialins kcnnt.

Irn \'iqlkich rnit dem Urnzol .zeigt' das Naphthalin cine ,geYteiyertt! tieaktivitat sowie das Bestrehen, bci Additionsreaktionen, bosonders Mar beirn stufenweiuen YcrlAuf der Hydrierung, das stabilere Bcnzol- system auszubilden. 1)icse experimentellen Bcfundc verleiteten friihcr zu dcm irrtiimlichen SchlulJ, dcm Kaphthalin niiissc cine unsyrninctri- sclic Struktur zugrunde licgcn, wic die hispiele der halbzctntriaclirn 9 ,, Bcrizoid" hetont dic itn triolefinischcn System licgendfi Analogie zur Ijenzol-

wrtgung.

. .. . -

Beitrage und Ileutungsversuche ZUT Reaktionszceise nromat. Bicyclen 115

Forrnel (XXIII) nach W r e d c n und Clausd77) und der von Will- stiitter4*) zeitweisc diskuticrten ha,lbolcfinischen S r u k t u r (XXIV)

zeigen. Jjic Ueutung diirfte in ciner gcringeren husprjgung des arornatischen Charakters irn Pu'aphthalin, in einer geringcren Tiefe der auf dcn Einzelkern bemgenen Muldc der 3lcsomerieenergie liegen.

Die quantenrnechanischen Saherungsverfahren ergeben fur die Reso.nanzenergie dcs Xaphthalins nicht den doppelten Benzolwert. sondern zeigen &ten rnehr odcr weniger groBen Abfal14e). Die zur Er- rnittlung der Kesonanzenergie geeignete Hydrierungswarrnc ist fur das Naphthalin noch nicht direkt gemcssen worden. Nan ist daher auf die Uifferenzen der in1 Vergleich schr hohen Verbrennungswarmcn angewiesen, fur die nur selten Messungen der crforderlichen Genauigkeit vorliegen50). L. P a u l i n g und J. Sherman5') cntnehrnen &us Ver- brennungswarmen einen Wcrt fur die Xaphthalin-Resonanzemrgie, der nach der Division durch die Ringzakj 2 von dern des Benzols kaum abweicht. Kine in1 Anhang durchgefuhrte Ncubcrechnung auf Grund einer ncuen Tabelle der Verbrennun~scnthalpien (W. A. El0 t h ) ergibt auf zwei unabhangigen Wegen, aus dcr partiellen Hydrierung zum Tetra- lin soihie aus der Totalhydrierung Zuni Dekalin, Werte von 63,5 und 62,Y kcal, also rund 63 kcal. Mit 31,5 kcal pro Kern liegt cine betrlcht- liche Vcrrninderung gegeniiber der von K i ~ t i a k o w s k y 5 ~ ) zu 36 kcal sehr gcnau errnittclten Resonanzenergie des Benzols vor.

Die butadienoide Anrcgungsstruktur (XXI) wcist noch die Benzol-, richtiger die o-Xylol-Resonanz aid, die nach den Kist iakowskyschen Daten 35 kcal bctragt. Zur Bildung ihrer fiktivcn Grenzform bedarf es daher eines Energieaufwandcs von 63 - 35 = 28 kcal. Bei der benzoiden Anregung zu XXTT bleibt von der Resonanzenergie des Naph- thalins nur noch dic dcs Cyclohexadien-Systems crhalten, die nur 1,8 kca152) betragt. Die Grenzformel (XXII) liegt also um 61 kcal uber dem Energieniveau des Grundzustandes. Oh man mit der ver-

47) B. 9, 670 (1876). :n) K Willsti itter 1911. S i e h B. 45, 1471 (1912).

Verhaltnis der Kesonanzenergien Benzol: Naphthalin l:l$ nach L. Pauling und G. ,W'hcland, siehc Frrflnote 30; 1:1,8 nach .I. Sherman, siehc FuEnote 31; 1:1,8 nach R. I[iickel, Z. Physik 76, 6'28 (1932); 1:.1,75 nach . J . E. JAennard-Joncs iind Turkevich, Prof. Roy. SOC.

'2 168, 297 (1937). Ygl. W. A. R o t h , Z. El. Chcm. 45, 341 (19.79).

sl) J. chem. l'h. 1, 606, 679, 682 (1933). B * ) G . B. Kist iakowsky, J. H. Ruhoff, H. A. Sniitli rind W. E. Vaughan,

Am. 68, 136, 146 (1936): 89, 831 (1937).

116 II u is 9 e 11.

bleibcnden Resonanz dcs Dicn-Systms oder sofort init einer in der Grcnzstruktur 63 kcal crforderndcn Totalanrepng der Naphthalin- niolckcl rechnet, ist fiir die weitcren Ausfiihrungen bcdcutungslos. Der

I

Fig. 1

anf dcr Fig. 1 deutlich zum Ausdruck kommcnde groBc Energieunter- schird der beidrn Anregungstypen 1gBt dic au/j’erordentliche Bevorzu- quny dcr 1,2- und 1,4-Reaktivitat vcrstandlich crscheinen. Der Ver- glcich mit dcr Benzolafnregung zeigt, daB die Anrcgung dcs Naphthalins nach dcni butadienoiden Schema leichter erfolgt als die dcs Bcnzols, die Grcnzstruktur dcr bcnzoidcn Naphthalinanregung dagcgen auf eineni bhcrgienivcau lie@, das unter norrnalen Ternperaturbedingungen nie cwcicht wcrtlcn kann. Dcr Obergang dcs Grundzustandes ifi zivci bindungstautomere, mit Doppelbindungsstrukturen wiederzugebendc Formcn vcrschiedencn ISnergieriveaus wiirdc vcillig im Rahmen dcr klassischrn Strukturlchre licgen, abgeschcn vielleicht von den Schw-ierig- kciteri dar Formulierung dcs Grundzustandcs. Erst dcr durch die aus- gczogcnc Kurve im Diagrarnm symbolisiertc successive Obergang5:’) in dicsc Grcnzstrukturcn, in dcr Sprachc dcr Wc1)enmcchanik dic zu- nclinicndc Ihtkoppelung der an der Rcsonanz bcteiligten Wellenfuh- tioncn, stcllt erst den \‘erstoB gcgcn dic klassischen Prinzipien dar. I)icscr VcrstoO ermbglicht allerdings erst die Deutung der 2,3-Rcak- tivitat des Xaphthatins.

IXc bevorzugte 1,2- und 1,4-H,rnktionsweisc des Naphthalins pflcgtr frulicr zur Annalime dcr fisicrtcn symmctrischrn Struktur nacli l ’ r lcnmeycr zit vcrlciten. 1)ic stiirkste Stiitze crfuhr diesc Ansiclit

Einv vvtl. Qiiaiitelung i s t niclit beruclisicthtigt.

Beitrage uncE Deutungawrsuche zur Reaktionsrceise aromat. Bicyclen 117

durcli die viclerortcrtc Arbcit von L. F. F i c s e r und W. C. LothropS4), die scheinbar jcde unsymmetrische Bormel ausschaltct. 2,6-Dioxy-1,5- diathyl-naphthalin (XXV) kuppelt nicht mit Diazov'erbindungen. Dcr

C21& rJ1,

/\ / \ \ / O*CI12.C€I = CH2 I\\. / \ \ ,OIJ

1 : ' I '*\\, p 110/ \\.A/ CIl? CII.CII, .O' ,

C,H, XXV CJ, XXVI

Diallylathcr XXVI zeigt keine Tcndenz zur C1 aiscn-Umlagerung. Uicser SchIuO auf cine dcr Reaktionsformcl zugrundc licgende symme- trische Struktur erweist sich jctzt als FehlschluU. Selbst die F ieser - schen Bcfunde sagen iiber die Symmetric der Naphthalinstruktur nichts aus, da sich die Anrepng zur Reaktionsformcl nie in beiden Kernen gleichzeitig, sondern stets zeitlich nacheinandcr vollzicht. Sowohl von dcr symmetrischcn wie auch der unsyrnrnetrischcn kanonischen Struktur fiihrt die energetisch hvbrzugtc butadicnoidc Anregung zu ausschlie0- licher 1,2- und 1,4-Hcaktivitat, wic obcn gczeigt. Xicht einmal eine Revorzugung der Er lenmeyer-St ruktur im Grundzustand ist aus der Reaktivittit, d. h. aus den Anrcgungszustandcn, irgcndwic cntnchmcn.

Eine solchc Bevorzugung ist auch aus zwci Griindcn schr unwahr- schcinlich. Einrnal kornmt allen fiktivcn, pentaolefinischen Grenz- strukturen der gleiche Energieinhalt zu, zum andcrn sprechcn die fast gleichen Bindungslangen scharf gcgcn gin Obcrwiegen der symme- trischen Struktur.

Das ganzliche Fehlcn von 2,3-Bezichung bei Keaktionen, die einc relativ starke Ausbildung cines leitcnden Doppelbindungssystems er- fordcrn - hierher gehoren Kupplung mit Diazoyerbindungcn, Auf- lockcrung von Halogen und Methyl durch Nitrogruppe, Oxydation ZU o-Chinonen usf. - zcigt, daB die Aktivierungscnergie norrnaler LGsungsreaktionen cine benzoide Anregung in dcr notwendigen Inten- sitat nicht zu bestreiten vermag. Jlcdiglich bei Reaktionen, die ,,uber- raschcnd ieicht" vor sich gehen, also nur cines rccht geringen Ausbil- (Iungsgrad6s der Anregungsstruktur bediirfcn, wird bei Blockierung dcr 1,P-Reaktion die 2,3-Reaktivitat bcobachtbar. Solchc besonders lcicht vcrlaufenden Reaktionen licgcn vor allern in RingschluSreak- bioncn vor.

Eine gcniigend starkc Ausbildung dcr bcnzoiden Anrcgungsstruktur wird man wohl nur crwarten diirfen bci extremer Energiczufuhr oder hci Verminderung .dcr Naphthalinrcsonanz durch gccignete Substitu- tion. ncr crstc Fall Eindct sich h i Pyro-Ricaktioncn verwirklioht, _ _ . . -.

La) Am.57, 1459 (1935).

118 Huisyen

wo cine Bcvorzugung der 1,2- odcr 2,S-Anrcgung nicht niehr/zu t)col)- achtcn ist. A!s Beispiel fur die zwcite Moglichkcit kann dic Carbosy- lierung des /?-Naphtol-natriurns arigefiihrt werden. Die Einfiihrung d r r Oxy-Gruppe ist rnit eincrn Abfall an Benzolresonanz verbunden, wi(b schon dir 1)iskussion ciner tautorncrcn Kctonformel zcigt. Obcrhalt) 200" dissoziiert das Salz der primar gcbildeten 2-Osy-l-n?phtoesLure i n die Kornponentcn, xorauf Fixierung des carbosvls in 3 erfolgt. Wcnn das Naphtol-carbonat tatsachlich Zwischenstufe ist, wiirdc der Sub- stitution i n 3 auch noc,h die Fiirdcriing der RingschluBrraktion zugiitc k o m m c ti.

Es diirftcb vnii rinigcni lntcrcssc sein, rlrn Brdarf vcrschiedcner Heakt,iorirn ilii Ausbildungsgratl der angercgtcn Struktur \vgleichend zu mossen, d. h. das fiir dic Heaktion erforderliche MiiidestmaB an I)oppelbindon,oscharakt,er zwischen den r(b- qierenden Gruppen zu erinitteln. Die aus der Kinctik erhaltene Aktivierungsenergic, l lEt lteinrji SchluB in der gewiinschten Richtung zu, da sich diese Energic auf die heiden Stufcn der aromatischcn nnd olefinischen Anregung v e r t d t und die Anrcgung des Itrsktionspartners niit iri diese Grijbe eingcht. Einc hbschiitxung der An- regungsenergie ist jcdoch niijg1ic.h mit der priiparati\.cn Mvthodik. I)er VibrFlvirh c1c.r 1,2- und 2J-Rexktivitat bri fein abgrstuftm .Hcaktionen, vor allern i\n~llieruiigc~n. wird SO zurn Schliissel fur die Energetik des Anrcgungvnrganges.

IV. Anellieriing und Anregungllstrriktiiren in der Kaphthalinreihe

KingschluSrcaktioncn vrrdanken die bcsonderc 1,eichtigkei t. rnit dcr sic crfolgen. im wcsentlichrn zwri 1Ja.ktoren :

1. dcr allgenleiiicii R.ingbildungstendcnz. t l k writgehrnd auf dip Rea,ktionscrleic.htcriing raurtilich bcnachbartrr Gruppen zuriickzufii hrcw ist ;

2. dcr I<esmafizcnergir. dcs cntstchendvn ttingrs. falls, d i w r a i w matisch ist.

Bcide Vaktoren becinflussen das Gleichgewicht der intrarnok- kularcn Zuni Ring fiihrcndcn Heaktion in durchsichtiger Weise. 1)ic Gleichgcwichtskonstante, deren GriiBc t in. MaB f u r die Stabilitat dcs Ringcs ist, ergibt sich xic ublich als .Verhaltnis von Kingbiltlungs- und Ringepaltungsgeschwindigkeit. I)ic. raunilichc Xachbarschnft dcr Grup- pen witkt sich in einer kraftigcn Erliiihuiig der Bildungsgeschwindig- kcit aus, wofiir die Lacton- und Lactarnbildungstendciiz cin Bcispirl ist. Die Kingbildungstcndenz ist mit dcr riiunilichen Xahe der reagicrctil den Grilppen nicht erschopfend charaktcrisiert. Ilic raurnliche Nach- barschaft diirfte sich nur in ciner VcrgrijBerung dcr Za.hl der erfolg- reichen Stolle, inithin nur im Wort der Aktionskonstanten der Ar- rheniusgleichung auswirken. Zusatzlich durfte auch noch eine erhebliche Herabsetzung der Aktivierungscnergie vorliegen. Zwar gclang cs nicht, vcrgleichbare Ilatcn uber die Ternpernturabhangigkeit dcr Kea.k- tionsgeschwindigkeit von intcr- iuid intrarnolckularen Reaktionen zu

a) R i ngaii g 1 i e d c r u n g a 11 a r o ni a t i s c h c S y s t I? m e

Beitrageand Deutungsversuche zur Heaktionszceise aromat. Ric yclen 119

finden. die von W. Hiickel") ziticrten Fiillc zcigen jcdoch ubcrraschend hohe Andcrungen der Akti'vierungswarme bbi 1,actonringschliissen i r t Abhiingigkeit von der Konstitution.

Dcr zweitt? Faktor. den man, zwar nicht ganz korrckt, als Aroma- tisierimgstendenz bczeichnen kann, sollte die Hingbifdangsgeschwindig- keit kaurn beeinflussen, da fur diese nur der bei der Aktivierung zu u h r - windcnde Energieberg. nicht das tiefe Energieniveau der Reaktions- produktc mallgcbend ist. Die Aromatisicrung wirkt sich in einer Schwa- ehung bzw. volligen Ausschaltung der Hing~ffnungsreaktion, mithin also in einer Stabilisierung des Ringes aus.

Anellierungen an ein aromatischcs System un terscheiden sich haufig von einfachcn Ringbildungen durch die charakteristisehr Art der Mit- wirkung dcs vorhandmen arornatischen Kerns. Die am RingschluB beteiligten Gruppen crlangen die erfordcrliche Reaktionsbereitschaft meist erst unter dem aktivierenden, durch Doppelbindungssystem uber- tragenen Einfhll von Kernsubstitucnten. Ein sehr haufiger Spezial- fall licgt dann vor, wenn der auflopkernde o-Substituent gleichzeibig die zweite am RingschluB bcteiligte Gruppe ist.

Bci Anellierungen, die von einer Seitenkette ihrcn Ausgang nehmcn und unter Einbeziehung eincs o-standigen Kern- Wasserstoffatoms erfolgen; ist die Ortho-Aktivicrung wohl stttts uncrlaBliche Bedingung. Eine Amino-Gruppc odcr ein Phcnolhydroxyl verleihen dern o-standigen Kcrnwasserstoff die Fghiglieit zur Addition an die Carb6nylgruppe, an Kohlenstoff-Stickstoff-Mehrfachbindungen, an Enolsysteme 11. dgl., wie auch zahllose intermolekulare hcaktioncn zeigen. Fur diese Aktivierung ist, wie oben ausgefiihrt (S. ill), der Lcitungscffekt durch das bei der Molekiilanregung gebildete noppelbindungssysteni verantwortlich. Der Ring kann also in allen solchrn Fallen nur . , i ibeP cine Iloppelbin- (lung geschlagen werden.

Bei dicser Ortho-Aktivierurrg durftc es sich i n den nieisten Fallen nicht urn einc wirkliche Wasserstoffaktivierung handeln, sondern urn einc elektromere Vcrschiebung, uni die Brreitsvhaft dcr o-Stelluirg zur anionoiden Rcaktivitat unter AbstoUung dcs Wasuerstoffs als Proton. Da sich ein polarer Anfegurrgszustand stets von einer der Iloppelbin- dungsstrukturen ableitet, ist Voraussctzung fur die elektromerc Ver- schiebung das bei der Molekiilanrrgung gebildete Uoppelbindungs- systqn. Die Elektronensc.hreibweisr bietet somit krinen neuen C,c- sic%tspunkt ; ini folgcnden w i d ihr daher die kiirzere Bindestrich- Formuliwung vorgezogen.

Das 3laB dec erforderlichen o-AktiVierung wechsclt von. Reaktion zu Reaktion sehr stark; J e geringer der Bedarf einer Kcaktion,an 0- Aktivicrung, einer urn so weniger vollstandigcn Anregling, d. h. An- naherung an den olefinischen Charakter, bedarf es. Jler Verlauf von

5 5 ) ,,Ringbiltlung irntl Hingriffniing", Theor. Crujitll. ( I . orp. (Iherii. 11. 501. . -. . - - - - - .

120 Huisgen

Ringangliederungen an Bicyclen des Naphthalintyps, bei denen g r o h Unterschicde der 1,2- und 2,3-Reaktivitat bestehen, liefert bei systc- matischcr IJntersuchung eine Moglichkeit, den Bedarf von RingschluB- reaktionen an Ortho-Aktivierung vcrgleichmd zu ermitteln. D i m s Vorgehen wiirdc eincr constructio ad hoe gleichkommen, wiirden die so gewonnenen Kesultate nicM in ausgczeichnetem Einklang stehen mit den hbschgtzungen des Ortho-Einflusses, die die Gcsamtheit der inter- molekularcn Rcaktimen voreuaehrnen gestattct.

b) An e 11 i e r u n g e n a rn 3 a p h t h a 1 in s y s t e m Fur alle Ringschlusse, die keiner o-Beziehung zwischcn den reagic-

rendcn Gruppen bediirfen, d: h. nicht iiber eine. Doppelbindung stattfinden miisscn, existiert keine Bevorzugung des angularen vor dem li- ncaren hlechanismus. Es nimrnt daher nicht Wunder, da6 sich 2,3- Naphtylendiamin gemu so glatt und quantitativ mit Ameisensa~re2~~) und salpetriger SaureS6) umsetzt wie das 1,2-Diamin, wobei die linearen und angularen Napht-imidazolc, bzw. Naphto-triazole entstehen. 1)er Triazol-KingschluS entspricht hinsichtlich seines Mechanismus dcr Bil- dung einer lliazo-amino-Verbindung, hier lediglich durch die raumliche Nahe‘der Gruppen erleichtert. Einc Ortho-Aktivierung ist hiei ebenso- wcnig rrforderlich wic beini Imidazolrings$duB, fur den.. sogar die ali- phatischc Reihe eine Analogie aufweist in1 Obergang von Athylendiamin in Iniidazolin-llerivate,

Esterkondensationen und Kctonsynthesc aus carbonsauren Salzcn bediirfen, wenn sie zwischen zwei Seitenketten zustandeliommen, le- diglicb dcr rlurnlichen Ortho-Stellung der Substituenten. Die Synthcse der Indoxylsaure durch Kalischmelze der Phenylglycin-o-carbonsaurc so\vir die Esterkondensatioir von deren Dialkylester zu IndoxylsPure- ester5’) sdllten daher’auf die 2,3-Stellung des Naphthalins genau so gut iibertragbar spin wie auf die 1,2-Positionen. Die erste der Reaktionen wurdo von H. N. I;ie?z und H. T o b l e r s ) duichgefiihrt, das linearr Saphtindosyl in 2,3,2’,3’-Naphtirrdigo iibergefiihrt.

Anellieruiigcn untcr RIitwirkung cines ICernwasserstoffatoms von eincr B-Seitenkctte aus finden wegen der Rcvorzugung des butadienoiden Anregungsschemas nur angular statt. Bei blbckicrtcr a-Position hangt tler b r l a u f dcr KingschluBreaktiori von ihrem Bedarf an Ortho-Akti- vierung a,b. Wie die Fig. 1 zeigt, sind im Bereich kleincr Anregungs- cnergien auch dib Differenzen der Emrgienivcaus beidcr Anregungs- typeri rclativ klein. Bei Blockicrung der Position 1 verrniigen daher Hinganglicderungcn, die sicli mit ciiiem ma6igen Doppelbindungsgrad zwischen. 2 und 3 begniigcn, auch iiber dicse Stellungen, also linear zu

5H) P. F r i e d l a n d e r und Z o l t r z r w s l i i , . B . 07, 765 (1894). 5 7 ) D. Vorliinder, B. 35, 1683 (1902). 5n) IIelr. .5, 557 (1922).

Beitrage und Deutungsversuche zur Heaktionvweise aromat. Bic yclen 121

erfolgen. Die stcigendc Eracliwcrung dcs Ringschlusses gibt sich meid in eincm Rbsinken der Ausbeutc ~ und der Notwcndigkeit schiirferer Heaktionsbcdingungen zu crkennen. Die.Ausbcutc ist nur cin Hinwcis, kcin in quantitativcm Sinnr! verwertbafes JIaB, da sie von der Rliig- lichkcit des Systems, Kcbenwege zu bcschrciten, abhangt.

Eine Rcaktion, die sich anschcinend mit cincr geringen Ortho-Be- zichung begniigt, liegt in dcr Benzo-thiazol-Syntheee vor,. bei dcr die Thiolgruppe des Thio-benzaidids mit dcm Kern !,zusammcn"-oxydicrt wird. Benz-thio-j3-naphtalid (XXVII) schlicfit den Thiazolring natiirlich angular. 1st die 1-Stellung mit Brom bcsetzt, unterliegt das 3- standige Kernwasserstoffatom der O q d a t i o n ; nach F r i c s und Buch- ler59) entsteht glatt der lincare Tricyelus (XXVIII).

Einer bereits merklich hiihcren Ortho-Aktivierung bcdarf cine Gruppe von RingschluBreaktionen, bei denen sich der Kernwasscrstoff an die 1)oppclbindung cincr in der Seitenkettc bcfindlichen Enolgruppierung addicrte"). Dic hierher gchiircndc Knorrsche Carbostyril-Synthese iriinmt in dcr Reihc der einfachen Acetessigsaurcarylide eincn so glatten, nicht spurenwcisc von Nebcnreaktioncn begleitetcn Verlauf18), daB die Kondcnsation von XS1.X zu XXS sich ohnc Verfarbung dcr Reaktions- losung vollzieht. Iler angularc Verlauf dcs Kingschlusses vom j3-Naph- tylamin aus I%& sich bci Spcrrung dcr 1-Stcllung durch Methyl oder Rrom glatt in dic lineare Riehtung lcnken zu (VI). Dic notwendige Ver-

schlrfung dcr Reaktionsbcdingungen zcigt, daB die linearc Ringan- gliedcrung ciner merklich hijhcrcn Anrcgungscncrgie bcdarf. I)em glci- chen Reaktionstyp sollte auch die y-Oxy-chinaldin-Synthese nach Con-

so) A. 454, 260 (1927). ao) Die Moglichkeit ciner direkten Wasserabspltung des Kern-I1 gcgen das Enol-

- . . . - - - -

OH sol1 nicht ausgeschlosscn werden.

122 II PL i s y e n

r a d und Limp ach19) sowie die hrs te l lung von 2,4-Dimethyl-chinolin und Uerivatcn aus Arylamin und Acctylaccton nach Combcsal) cnt- sprpchcn. Wahrend die linearc Angliedcrung des y-Oxy-pyridinsystcnis iibcr die 2,:l-Stellung des Na'phthalins -zu (IX) (S. 105) glatt gelingt, vcrsagt die Cyclisierung dcs hzornethins aus Arylamin und Acetyl- arcton sehon in der Bcnzolrcihe sehr hlufiga2). Aus noch undarchsich- tigcn Grundcn bencitigt die Hcaktion cine hiihere Anrcgung.

Einc crheblich starkerr Ausbiltiung dcr Anregungsstruktur vcdangen die saurcn Kondensationen von Arylamincn niit Aldehydcn und rcsp. odcr Kctoneii, die in dic Chinolinreihe fiihren. Hicrher gehorcn dic Syn- thcsen nach S k r a u p , J)oc?bner-v. Millcr, B c y c r und Hlaisc- Y a i r c. Wic die zahlreichen Untcrsuchungcn zum Iicaktionsmechanis- inus gelehrt haben, findct entweder Addition des Kernwasscrstoffs an b e Aldehydgruppe oder an die Azornethin-Bindung der sog. .,dimcrcn Schiffhasc" statt. v i e i n folgendcm Schema gezcigt :

Bei tier S k riiu pschen Synt.lirse M t sicli durch Zusatz eincs Oxydationsiuittcls die 'Dihydrochinolin-Stuft! glatt dehplrieren. Bei dcr Doebner -v . Millerschen Synthcse ist die k s t ab i l i t a t dcs a-AlkS1-dihydro-chinolins so grol, daU die' Dis- proportionierung zu ('hinolin- und Tetrahydrochinolinderivat jeder anderen Heak- tion den Hang abliuft. Oxydierende Zusch l i e sind hier, wic eigene Versuche zur Chinaldin-Synthme aus p-Sitranilin zcigtcn, ohnc jeden EinfliiS.

Wic sehon der im Vergleich zu den oben rrwahntcn Synthescn wenigcr gla.ttc Verlauf vermutcn IiiOt, bcniitigcn dicse Chinolinsynthescn cinen recht hohen Betrag an Anregungsenergie, an Doppclbindungs- charakter. Einer TO40proz. 'Ausbcute an angularem Benzochinolin aus B-Naphtylamin entsprechen 30 % am linearen Tricyclus (IIIa) bei Methyl-Blockierung der d t e l l u n g . Bram- und Eitrogruppc werden vcrdrangt, wcnn sic dem angularen. Ringschlufi im Wege stehen. Die Aktivierungsencrgie der angularen Anellierung setzt sich hier aus der

62) E. 1;. T u r n e r , SOC. 1827, 1: E. R o b c r t s iind E. E. T u r n r r , Soc. 1927,

. ... . . nl. 49, 90 (1888); C. r. 106, 42. Sehe Anm. b. d. Ken. S. 132.

18.32: H. ('. F a w c e t t iind It. Robinson , SOC. 1827, 22664.

Beilrtige und D2ut.ungsversuche zur Reaklioneweise aromat. Bicyclen 123

Energic der butadienoidcn Anregung und dcr -4rbeit dcr Substituentcn- vcrdrlngung zusitmmen. Ncse Summc blcibt bei Subvtitutian durch Broni odw R'itrogruppe noch unter dem Wert der fur den linearcn RingschluB notwendigen bcnzoiden Anrkgung.' Erst mit Chlor ah blok- kierendem Substituenten werden die fur dic beiden Anellicrungstypen aufzubringendcn Energicbetriigc vergleichbar, wie das gleichzeitige Auf- tretcn des angularen und linearcn Tricyclus zeigt. Eine Abdrangung der listandigen Methylgruppc ist nicht spurcnweisc nachweisbar; hie, fiihrt die benzoide Anrepunp friihcr zum Reaktionserfolg.

Den Vorzug, den Ringsclilullrra ktionrn hinsichtlich drs geringrren Bedarfs an hnregungsenergic vor den intermolekularrn Rraktionrn geniehen, zeigt ein Vergleich tlcr S kraiip-Reaktion niit einer intcrmolekularen Keaktioii von glfichem Mecbanls- nius. Erhitzen von Bt*nzal-anilin mit Anilin-chlorhydrat fbhrt zum Ph'enyltdihydro- acridin-), einr Reaktion, dio P-Iiaphtylamin brsonders lcicht eingeht*'b). Auf Grund x;lhlrpirhd Aiialogien auf allrn Stufrn dilrftv drr Mechanismus folgcndrr win:

Die rrate Stufe bestrht in einer Addition des Arylainins mit drm aktivierten o-stiin- digen Krrnwasserstoff an die D prlbindung des Azoniethins, dio gleiche Heaktion. die den S k r a u p - RiPgschluB exe i t e t . l-hletbvl-napht~l-ainin-(2) ergibt, der be- schriebenrn Heaktion unterworfep. keine Spur des Dihydro-acridin-derivats. Das Er- kebnis deckt sirh also mit drr vielfaltigen Erfahrunp. da6 das fbi intrrmolekulare Rr- itktionen erforderlichr Mall an benzoider Anregung unter normalen Ternpcratur- brdingungen ksum je erreicht wird.

Eine ausnehmend stark? o- Aktivierung erfordern molckulare Umlagerungen voni Typus der Hydrazo-Umlagerungen. Die Fischersctic Jndolynthese c n t h d t auf dor rrstrn Stufe eine solche Umlsgerung vom 0.0-Typus. Dirso hri Blockierunpwrsuchen maugcbendo Stufr ist bei der Fisc h r r - Synthrse gar kine HingschluLkdfion, untor- liegt daher auch nicht der Forderung durch die Ringbildungstendenz. dic hier erst tlrr zweiten Stufe zugutr kommt, der hbs altung yon Amrnoniak aus zwei Amino-

zin-(2) aus Mcibt dir Surnrne des Wertes der butadienoiden Anregung und der S p l - tungsarbeit drr .GMeth>l-Bindung hintcsr der fur eine ausreichcndr Aktivierung der Stellung 3 notigen Energie der benzoidrn Anreping ziuiick. u ie der Verlauf unter Methylabgprenpmg unter dcn erforderlichen. rerht brutalen Heaktionsbedinguogen zeigt.

gruppen. Bri der S. 105 beschriebenen In (P olsynthese vom 1-Methyl-naphQl-hydra-

@s) 0. l l aasr , 11. 36. 591 (1903).

124 H ui s 9 en

Ebenso wie der Systematik der RingschluBreaktionen vermag die altbekanntp. jetzt in neuem Licht erscheinende Bevo~zngung der 1,2- vor der 2,%Reaktivitat ink Naphthalinkern auch anderen Problemkreisen der org. Chemie wertvolle Dienste zu leisten. Die Behandlung des Orthoeffektes sei crwahnt. ])as Studium von Behindr- rungsreaktionen bei 1,2- und subs sub st. Naphthalindenvaten diirfte cine Aufteilung des ,,sterischert" Effekts in einen rein raumlichen und einen dwch 1)oppelbindungssystem geleiteten Anteil ermoglichen. Wertvolle Aufschlusse liefert die Anellierungs- mebhodc aber auch bei der verglcichenden f ibschatzag des aromatischen Charakters von bicyclischen Systemen mit Hcteroatomen.

V. Pc'aphtoide und benzoide Bicyclen In sclionen Esperiinentalarbeiten hat K. F r i e sZ4) die Heaktivitat aromatischi,r

Bicyclen mit Heteroatomen mit der des Kaphthalins verglichen und cine Klassifi- zicrung vorgenommeo in ,,naphtoide" Bicyclen, die wie das Naphthalin iiber eir starres Doppelbindungssystem verfiigen sollen, und in benzoide Typen mit ungestbrter .Os- zillation des Doppelbindungssystems. Die mannigfachen nbergange zwischen diesen Extremen deutet F r i e ~ ~ ~ b ) mit verschiedemr Lage ' cines Gleichgewichts zwischen den taytomeren Formen mit syniinetrischer und unsypmet.rischer 13indungsver- teilung. Die Gleichgewichtskonstante sol1 iiir benzoide Typen etwa 1 betragen, d a m ansteigen und fur die naphtoiden Systeme hohe Werte erreichen.

Auf dem Boden der hier entwickelten Energetik des iZnregun:s- vorganges bereitetv die Deutung dieses Phanomens keine Schwierig- keit. Stets beherrscht die Mesomerie den nicht mit Lewis-Langmuir - Strukturen wiederzugebenden Grundzustand. Fur die Realitionswcise mal3gebend ist das Verhaltnis der fur die butadienoide und benzoide Anregung erforderlichen Energiebetrage. Die Energieniveaus der butadienoiden (XXXI) und benzoiden (XXXII) Grenzstruktur unter-

,I"\*, c, \/ m XXXI v X X X I I

scheiden sich im wesentlichen um den Wert der Resonanzencrgie des anellierten Heteroringes, der einfach mit Kreis symbolisiert ist. Je geringer die Resonanzenergie dieses Ringes, um so kleiner der Energie- unterschied der beiden Anregangstypen. Es ergibt sich:

Naphtoide Bicyclen sind durch sta,rke Vorrangstellung der butndieno- iden Anregung charakterisiert.

Benzoide Bicyclen zeigen in wechselnder Au$ragung such B,B- Reaktivitat infolge energetischer Erreichbarkeit der benzoiden Anregung.

Entsprcchend dem Nullwert der Resonanzenergie in partiell hydrierten Ringen findet man die reinsten benzoiden Bicyclen in Tetralin und Cumaran. Anellierugen liefern hier stet,s Gemische von linearen und angularen Tricyclen"). Fur das Cyclo- pentadien ermittelte K i s t i a k o w sky6*) aus Ilydrierungswirmen eine Besonanz- energie von nur 3 kcal. Entsprecliend diesem kleinen Energiebetrag zeigt das Inden keinerlei Bevorzugung einer Reaktionsformel.

64) Vgl. FuBnote 17; G. Scli roeter , Xii l ler uml IIuang, B. 62, 645 (1929); C. L. H c w e t t , Soc. 1988, 1286.

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Beitrage , i d 1)eutuizgsversuche zur Reukt.ionsweise ammat. Bicylen 1%

Die zur Ermittlung der Resonanzeriergie giinstigste Methode, die eupeiimentelle Restimmung der Hydrierungsenthalpie, diirfbe bei heterocyclischen Systemen haufig auf Schwierigkeiten stoBen. Diese konnen, wie etwa beim Benzimidaaol, in einer LuBerst schweren Hydtierbarkeits5) liegen oder aber in der evtl. Unmogliohkeit, die entsprechende Hydrierungsftrarme der fiktiven poiyolefinischen Form aus Mod+ substanzen zu ermitteln. Andere Methoden ziir zahlenmaoigen Bestimmung der aromatisclien Natur van Bicyclen, etwa die van L. F. F i e s e P ) iiber die Chmon- potentiale, erwiesen sich in ihrer Anwendbarkeit ebenfalls als begrenzt.

Als allgemein verwendbare Methode fur eine solche Bestimmung i.m Sinne einer vergleichenden AbschLtzung. bleibt somit die praparativ- chemische Ermittlung des Energieunterschieds der benzoiden und butadienoiden Anregung, der Weg also, den schon F r i e s beschritten hat.

In den bislang be tracliteten bicyclischen Systemen wird der Energie- unterschied zwischen butadienoider und benzoider Anregung, der fur Benzol den Wert Rull besitzt, durch den Einbau einer Doppelbindung in ein System mit aromatischer Resonanz hervorgerufen. Wie das von K. F r i e s und H. Best iane7) untersuchte o-Divinyl-benzol zeigt, fiihrt auch schon die Mesomerie eines offenen Hexatriensystems zu einem merklichen Unterschied der Anregungsenergien im kern. Das von F r i e s po3tulierte starre Bindungssystem ist natiirlich auch hier zu ersetzen durch Bevorzugung der butadienoiden Anregung.

DaB ein Energieunterschied der beiden Anreguqstypen auch stenschen Kriiften Rein Auftreten verdanken kann; zeigt der Pall des Mills-Nixon-Effekts. Die von den Entdeckern des Kffekts angenommene Strukturfixierung des HydFindens wurde nach griindlicher experimenteller Priifung im Sinne von Uaterschieden im hnregungs- v organgee) ge deut e t .

Um die Vorteile der Anellierungsmethode vor den intermolekularen Reaktionen, die zu dem irrtiimlichen SchluB einer Bindungsfixierung im Naph thah fiihrten, herauszustellen, wurden die am Naphthalin xntwickelten Vorstellurgen an den von F r i e s nicht experimentell bearbeiteten Heterocyclen Chinolin und a-Oxy-chinolin nachgepriift.

VI. Die Reaktionsweise des Chholins und a- Oxg-chinolins Die klassigchen Arbeiten von Th. Zinckesg) zur Chlorierung der

Oxy-chinoline, die beim 6-Oxy-chinolin wie beim B-Nsphtol zum Keto- chlorid fiihrt, sowie die von S k r a u p durchgefuhrte zwpifache Chinolin- synthese am m- uad p-Phenylendiamin, die nur die angularcn Pheqan- throline liefert,iiberzeugten W. Rlarckwaldl) von der Bindungsfixie- rung des Chinolins im Sinne der von K o r n e r 1869 angegebenen Doppel-

66) 0. Fischer , B. 22, 645 (1889); k. Fries;Giiterbock und Kiihn; A. 511, 213 (1934); a. a. FuBnote 24c.

66) Am. 67, 1840 (1936). 07) B. 69, 715 (1936); A. 633, 72 (1938). a) A. Kossiakoff und H. D. Spr inga l l , Am. 63, 2223 (1941). 69) B.21, 2977 (1888); A.264, 196 (1891); 290, 321, 369 (1896). Annalen der Chemie. 55% Band 9

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126 Hua'sgen

-5 r;. S, bindungsstruktur (XXXIII). Die Kupplung von Diazonium- salzen mit Aminen der Chin~l inre ihe~~) zeigt ebenfalls die "'~lr 7v., ./, &2 ' Ungleichlieit der Orthopositionen in diesom Ringsystem.

Wahrend Substitutionen im Naphthalinkern durch die Gleichwertigkeit der beiden Kerne eine Komplizierung er- fahren, liegen die Verhdtnisse beim Chinolin. wesentlich

rinfacher. Iler EinfluB des Pyridin-Stickstoffes in ni-dirigierender Wir- kung und Herabsetzung der Reaktivitat entspricht 'l) bckanntlich gem pines Kern-Kohlenstoffs mit Substituenten zweiter Ordnung. Mit AUS- nahme der . Bromierung, die im Bz-Anteil einer noch unklaren Hem- mu-ng unterliegt und erst untcr energischen Bedingungen in Position :$ stattfindet, erfolgen alle Substitutionen im Benzolteil der Chinolin- molekel.

Das Chinolin erweist sich als nuphtoides.System im Sinne von Fr ies . W e das Naphthalin so reagiert a w h das Chinolin bei intcrrnolekularen Rea.ktionen allein in der butadienoided Anregungsform. Erst bei Ring- schluBreaktioncn, tritt auch die Reaktivitat nach dem bcnzoiden Schema in. Brscheinung, womit auch hier die Annahme einer fixierten Bindungs- struktur als PehlschluB enviesen ist. d l s intermolekulare Reaktion wird die Reaktivierung der Nethylgruppe durch 0- oder p-standige Nitro- gruppe herangezogen, eine bislang noch nicht zum Nachweis von Bin- dungsstrukturen verwendete Methodc.

Zur Sfnt'hese methyl-substituierter 6dXtrochinoline ' ist man auf die S kreup- Syathese angewiesen mit methylierten p-Nitranilin-l)erivaten als Ausgangsmaterial. Wihrend m-Toluidio nur 7-Methylchinolin ohne Beimenbng des 5-MethyEIsomeren nrgibt, wird dieser Auswahleffekt - d u d Eifihrung einer Nitrogruppe verwischt. Das 2-Nitro-5-amino-toluol liefert ein Gemisch von 6-Nitro-5-methyl- und bevorzugt 6-Ni t~ro-7-methyl-ehinolin:

~h

\/ 8 1

S S X I I I

])as 6-Nitro-5-methyl-ehinolin (XXXIV) ist selir alkali-empfindlich. Iler Bildung des p,p'-Dinitro-dihenzyls aus p-Nitrotoluo17?) entspreehend entsteht hier glatt das Dinitro-dichinolyl-athan der Formel XXXV. Die Bildungstendenz dieses Korpers in alkalischer Losung ist so groB, daB selbst ein kraftig reduzierendes Medium wie alkalische Arsenitlosung die dehydrierende dibenzyl-artige Verknupfung nicht zu unterbinden

' O ) R. R. Renshsw, H. L. Friedmann und F. J. Gajewski, Am. 61, 3322 (1939).

'l) II. Decker, J. prakt. Chem. 84, 238 (1911). "9 0. Fischer und E. Hepp, B. 28, 2231 (1893).

-. 7-

Beitriige und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 127

vermag. Vom Stmmkorper in der Benzolreihe, dem o-Nitro-toluol sind in alkalischem Medium nur Reaktionen unter buerstoffverschiebung bekannt. Mit Kaliumathylat in Ather lLBt sich jedoch auch das o,o'- Dinitro-dibenzyl Bgssen. Die Neigung 2u dieser dehydrierenden Dime- risation findet sich bei XXXIV so gesteigert, daB sich die Oxalester- kondensation nach A. R e i ~ s e r t ' ~ ) nicht vom o-Yitrotoluol auf XXXIV iibertragen lie8. Selbst unter den mildesten Kondensationsbedingungen wird nur Bildung von X S S V beobachtet.

Die Dimensation ilot sich in saurem und neutralem Medium auch mit Oxy- dationsmitteln nicht erzielen. Die notwendige Wirkung-des Alkalis diirfte in einer Yalzbildung der aci-Xitro-Form (SXXVI), die a-chinoid gebaut ist, liegen. Das ent- stehende Anion wird alsdann van der Xitrogruppe, die in alkalischem Medium e i n besonders krlftiger Elrktronenacceptor ist, in der mesomeren Grenzformel (XXXVII) oxydirrt znm sich sofort dimerisirrenden ltadikal. Nur bei Verbindung von Nitro- und Metkylpuppe durch ein I)oppelbindungssystem besteht die Mijglichkeit BUT Eildung des chinoiden hnipns. Der Grundreaktion in der aliphat. Reihe begegnet man in der Oxydation van Xitro-athan zu 2,3-Dinitro-b1itan~~). Die alkalische Di- merisetion kann mithin als Test gelten fur verbindendea ungesiitligtes System in den Anregnngszustanden aromatischer Nitro-mrthyllVerbindungen. Der Erwartung. da5 6-Nitro-5,8-dimethyl-chinolin, 5-Nitro-8-methyl-chhinolin und das 6-Nitro-2,5- derivat in gleicher Weise reagieren, entsprechen die experimentellen Ergebaisa. Nur beim 5-Nitro-6-methyl-chinolin erwies sich die unter Sauerstoffverschiebung verlaufende intramolekulare Redosreaktion als so heenstigt, da5 auch unter milden Bedingungen nur die 5-Amino-chinoli~i-6-earbonsaure~~) gefaSt werden koiwte.

xxxvr xxxvrr XXXVIII

VoUig abweichend ist dagegen das Verhalten des 6-Nitro-7-methyl- chinolins (XXXVIII), das erst unter sehr verscharften Reaktionsbe- dingungen verandert wird. Beim Kochen mit 30proz. Natriummethylat- Losung erfolgt ohne Beteiligung der Methylgruppe Jteduktion der Nitro- gruppe, die hier den gleiehen Verlauf nimmt wie beim 6-Nitro-chinolin selbst.

Bei dieser Reduktion des 6-Nitro-chinolins werden uber die Bildung des Azoxykorpers hinaus zwei Wasserstoffatome entfernt, wie schon C. K~Uppe1~~) 'kons ta t ic r te usd eine neue Analyse bestatigt. Die groSe Stabilitat der N-N-Bindung in diesem mit 8Oproz. Ausbeute entstehenden Azoxykorper ist nur vereinbar mit einer Formulierung (XXXIXa)

'a) B.30, 1030 (1897). 7 4 ) A. Angeli usd Alessandri, Rend. Line. 19, 784 (1910). 75) M. T. Bogert und H. L. Fischer, Am. a, 1670 (1912). "7 A. 310, 75 [1900).

9*

128 H d s g e n

als N-Oxyd des mit zwei Chinolinkernen kondensierten o-Diazins, zu welch letztereni das N-OxydYeicht reduzierbar ist. Ekmerkenswert ist das abweichende Vcrhalten des 2-Nitro-naphthalins7 das beim Kochen mit methylalkoholischer Kalilauge neben einigen Prozent des analogen Ihaphto-6-diazin-RT-oxyds 70 % /?-Raphtochinon-2-oxim liefert ”).

Die Bildung des entsprechenden o-Diazin-derivats (XXXIXb) bei der Alkalibehsndlung von XXXVIII und analoger Korper ails 6-Nitro- 8-methyl- und 6-Nitr0-7~8-dimethyl-chinolin zeigt, daS die Bildung des mi-Nitro-Salzes (XL) nicht moglich ist. Das AusmaIj der erzielbaren bcnzoiden Anregung reicht zur Bildung. der erforderlichen 6,7%hinoiden Struktur bei weitem nicht Bus. Es ist nicht weiter erstaunlich, dall auch die Oxalester-Kondensation beim 6-Nitro-7-methyl-chinolin versagt, da, diesc ja cbcnfalls der vorausgehenden Salzbildu’ng der aci-Nitro-Forni bcdarf.

Einige Versuche seien angeschlossen, die die hohe Iteaktivitat d& Position 6 dartun. 6-Nitroehinolin liefert mit .Kaliumcyanid in Alkohol das 5-Cyan-6-Lthoxy- chinolin, wobei das 5-Cyan-6-nitro-chinolin Vorstufe sein diirfte. Die Benzolreihe weist cine Parallele auf im Verhalten dcs m-Dinitrobenzols, das unter gleichen Be- dingmigen 2-Athoxy-ti-nitro-benzonitril g ibP) . Uer anellierte Kern entspricht also hier in auflockernder Wirkung der zweiten Nitrogruppe. Uas 6-Nitro-chinolin wird von Hydroxylamin in alkalischer Losung niit beispielloser Leichtigkeit in der Stellung 5 aminiert. Bei der Diazotierung des entstehenden 6-Kitro-5-amino-chinolins in salzsaurer Losung erfolgt init groSer Geschwindigkeit ein Austausch der Nitragnippe gegen Chlor, das aus dem Reaktionsmedium stammt. bls Umsetzungsprodukt des Diazoniumsalzes mit ‘Jodwasserstoff wurde n~mlich,6-Jod-6-chlorchinolin isoliert. Der Austausch der Nitrogruppe gegen Alkoxyl im ersten, gegen Chlor in1 zweiteii Fall hat Parallelen im Verhalten von Korpern mit Hlufung o-standiger Substituenten zweiter Ordnung.

DaIj das butadienoide Schema nicht die einzige Reaktionsmoglich- keit des Chinolinkerns darstcllt, lassen erst Ringschlullreaktionen er- kennen. Zunachst ergab sich, dal3 die Bildung des p-Phenanthrolins (XLI) &us 6-Amino-chinolin durch Brom oder Nitrogruppe in der Stellung 5 nicht blockiert werden kann, sondern wie im analogen Fall der Naph- thalinreihc unter Substituentenabstossung stattfindet. Das 5-Methyl-

Lobry de B r u y n und J. W. v. Geuns, Rec.2, 206 (1883); 23, 26 (1904).

..

”) J. Meisenlieimer und K. Wit te , B. 38, 4164 (1903).

Ueitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 129

6-amino-chinolin liefert unter optimalen Reaktionsbedingungen der S k r a u p - Synthese bei sorgfaltiger Aufarbeitung 1 76 des linearen Tri- cyclus (XLII), der der ,,Anthrazolin"-Reihe angehort. Von diesem Ring- geriist ist bereits ein Vertreter bekannt, das von R ~ g g l i ' ~ ) auf miih- samern Weg aus einem , Benzolderivat mit 4 vorgebildeten Seitenketten dargestellte ,,Benzo-dipicolin" (XLIII). Dic unterschcidenden Kri- terien dcr Phenanthrolin- und Anthrazolinreihe sind die intensiv blauc UV-T'luoreszenz und die gelbe Salzfarbe der letzteren.

Nach €I. Wielandund L. Homerso) liefert das Chinolyl-6-hydrazon dcs Bremtraubensiiureesters bei der P i s c her schen Indolsynthese das 5,6-(N)-Pyrro-chinoIin. Bei UlocQerung der Stellung 5 und 8 mit Methyl (XLV) lie8 sich wie beim obeh beschriebenen Analogon der Naphthalin- reihe dic Fisehe r - Synthese erst durchfuhrcn bei Beriicksichtigung der speziellen Bildungstendenz a,pdisubstituierter _Indole. Hier fiihrf schon Kochen des Hydrazin-chlorhydrats mit Cyclohexanon-Eisessig unter Methylabstobung in 30proz. husbeute zum angularen Tetrahydro-

XLVI b,,, s,' YLVII ' \ / ' s /

CY CH,

carbazol-Derivat (XLVI). Der Konstitutionsbeweis wurdc durch Identi- fikation mit dem Cyclisierungspfodukt des methyl-freien Hydrazons (XLVII) gcfuhrt. Die milderen Reaktionsbedingungen und hohere Aus- beute im letzteren Falle vcrdeutlichen wieder den Widerstand, den dic C-BIethylgruppe ihrer VerdrLngung entgegensetzt.

/ Die Vermutung, daO die Absprengung der Methylgruppe nur moglich ist aus der

an sich hocllreaktiven a-Position der Ricyclen, lieD sich leicht widerlegen. In der

79) P. Rugg l i und F. B r s n d t , IIelv. 27, 274 (1944); P. I tugg l i und E. G i r o d , Helv. 27, 1464 (1944).

*O) A. 536, 89 (1938).

~-

130 H u i s g e n

Benzolreihe ist zwar die Beobschtung des entsprechenden Effekts noch nicht rndglich, da die Synthese cles vic.-m-Xylyl-hvdrazins (XLVIII) nicht gclang. I h h konntc die Methy Iverdrangung in allerdings vie1 geringerer Aushtute erziel t werden bei dtbr

CII, N H -- N l i J 11, w , , / \ Ir,/ NH ‘ - N l l - NII,

I& N . ir2 CII,

XL\’ll I IL I, ‘S

Cyclisierung ties 5-Hydrazino-(i-nietliVI-cliinolins (11,) in Cyclohesanon-Eisessit: zriiii S(N),C,-PyrrochiiidIie-Derivat {IA), dessen Konstitrition auf analoge Wcise bewiestw wiirde.

Beim Chinolin wird ansaheinend das benzoide Anregungsscbema noch schwieriger ausgelost als beim Xaphthalin. Wahrend 6-Amino- chinolin und 8-Naphtylamin. beim S kr au p - RingschluB die gleiche vor- ziiglichc Ausbeute am angularen Tricydus liefern, vollzieht sich bcsi Methylhlockierung der lineare RingschluO im Falle des Chinolins erheblich schwerer als beim Naphthalin, wie das Ausbeuteverhaltnis von 1 %: 30 %zeigt. 1)as Ergebnis wiirde sich decken mit der auch ander- weitig gut begriindbaren Annahme einer gegeniiber den1 Benzol hoheren. Resonanzenergie de,r Pyridinringes. Die erschwerte Substituierbarkeit des Pyridins und Chinolins .deutet auf einen grotken Energiewall hin, der bei der ;MolekiilanF.egung zu iiberwinden ist. Die vielfach betonte Analdgie des Pyridins mit einem negativ substituierten Benzol wiirde nur eine Bestltigung darstellen, da das Eitrobenzol seine geringere Re- aktivitat z. T. einer erhobten Resonanzcnergic verdanktal). Die im Ver- gleich init Benzol leichtere Hydrierbarkeit des Pyridins wid Chinolirls stellt kein Gegenargument dar, da ihr einc entsprechend leichtere Dehy- drierbarkeit der Hydrierungsprodukte gegenubersteht. huch bei der Ver- wertung von Befunden wie der Oxydation des Chinolins zur I’yridin- 2,3-dicarbonsaure ist Vorsicht geboten.

Die aus Verbrennungswlrmen errnittelte Hydrierungswlrnie des Pyridins liegt mit 39,3 kcal erheblich unter den1 Wert der Benzolhy- drierung, die init 49,s kcal exotherm ist. Unter Beriicksichtigpng ge- wisser Korrekturens2) ergibt sich niit rund 44 kcal eine rccht hohe Re- sonanzenergie dcs Pyridins.

Das a-Oxy-chinolin weicht in seiner Reaktivitat- grundlegend von der Muttersubstanz ab, mas unschwer theoretisch begriindbar ist. Voii

91) Beeinflussung der Resonanzenergie durrh Substit.uenten diskutierten 1.. Pau l ing und J. She rman , siehe FuUnote 81.

**) Weien des Auftretens von C--N-Bindungen darf der Bereehnung der Ke- sonanzenergie nicht der Cyclohezenwert zrigrunde gelegt werden. Die Hydrierungs- warrne des fiktiven tridefinischen Pyridinsygtems ergibt sich aus der Differenz der atomaren Bildungswiirmen von Pyridin und Piperidin.

.~..

Beitrage und Deutungs.versuche zur Reaktionsweise aromat . Bic yclen 13 1

den beiden tautomeren Formen des Carbostyrils (LI) herrscht die Lactamform vor, wie der Vergleich der Absorptionsspektren des Carbo- styrils mit seinem 0- und K-Jtethyl-lther zeigta3). Die thermische Um- lagerung von 2-Aryloxy- und 2-Alkoxypyridinen in N-hyl- bzw. IT- Alkyl-pyridone zeigt die energetisehe Bevorzugung der Substituenten- haftung am Stickstoff. Die Ahnlichkeit deg Chinolinsystems mit seinem a-Oxyderivat in der UV-Absorptions4) sowie die Saure- und Alkali- liislichkeit des Carbostyrils zeigen, daB der heterocyclische Ring seinen aromatischen Charakter bewahrt hat. Die diesen Anforderungen ge- niigende Betaih-Formel (LII) diirfte dem' Grundzustand des Carbostyrils am rigchsten kommen.

LI LII

Die Saufeamidgruppierung stellt wie der aromatische Kern ein mesomeriefahiges. System dar. Die Resonauzenergie dieses Systems wird zu 21 kcaljl) angegeben. Die Berechtigung, einc Zwitterion- struktur als energiereichere mesomere Grenzformel des Saureamid- systems zu diskutieren, ergibt sich aus chemischens5) und physikali- whena6) Befunden. Wahrend im Typus Acetanilid sich die beiden Re- sonanzsysteme nebeneinander auszubilden vermogen, arbeiten im a- Pyridon und Carbostyril die aromatische und die Saureamid-Nesomerie einandcr entgegen, was einem Verlust an Resonanzenergie greichkommt. Durch die Einbeziehung der Saureamidgruppierung in das aromatische System wird die Betainstruktur zur energiearmcren, daher bevorzugten Grenzstruktur, wie sich schon aus dem amphoteren Charakter des a- Oxy-pgridin-Systems ergibt. Die Resonanzenergie des Pyridinkerns sollte ihrerseits bei der Konkurrenz niit dem mesomeren Amidsystem erhebliche EinbuBe erleiden.

Diese Voraussage findet in den Reaktionen des Carbostyrils volle Bestatigung. Das a-Oxy-chinolin ist leicht katalytisch hy+-ierbara7) zum nicht mehr amphoteren Dihydroderiyat. l m 2-Oxy-4methyl- chinolin ist aucb die fiir. Lepidin und y-Picolin charakteristische Iteak- tionsbereitschaft der Rkthylgruppe zur Kondensation mit Aldehyden,

R.A.M'orton und E.Rogers, Soc.12?, 2698 (1926); H . L e y und H. Specker, U .72 , 197 (1939).

Nach eigenen Beobachtungen in der Pyrrochinolinreihe. F. Arndt, B. 63, 2966 (.1930); in eiesem Zusammenhang auch die ISarnstoff-

arbeiten; auletzt R. Wizinger, J. prakt. Chem. 154, 33 (1939). 86) K. v. Auwers, R.63, 2117 (1930); R. W. G. Wyckoff und R.B. Corey,

Z. Krist. 89, 462 (1934); F. Sent i und D. Harker, Am. 62, 200 (1940). '37) E. $ p a t h und F. Galinovsky, B. 69, 2059 (1996).

Oxalester oder Phtalanhydrid nicht inehr vorhanden. L)er Eintritt der Sitrogruppe findet nicht mehr in der Bz.-a-Stellung, sondern in der Position 6 statt88); Carbostyril wird also wie ein substituiertes Acet- anilid in der p-Stellung nitriert. Die typische a-Reaktivitat naphtqider Bicyclen ist verloren gegangen, wie die Unlahigkeit des 6-Nitro-N-methyl-chinolons zur Aminierung init Hydroxylamin zeigt.

i~nellierungsversuche ergeben, daTJ das butadienoide Anregungs- schema zwar bevorzugt ist, die urn den Betrag der Resonanzenergie des Oxy-pyridin-Systems hohere benzoide Anregung jedoch auch nocli leicht aufgebracht wird. Das 6-Amino-2-oxyd-methyl-chinolin liefert bei der S k r a u p - Synthese den angularen Tricyclus (1,111). Das nus Alcetoacet-p-xylidid' dargestellte 4,5,8-Trirnethylcarbostyril gibt eirr Nitroderivat (LIV), das nach den Erfahrungen der Literatur die Nitro-

gruppe sicherlich in 6 triigt. I)as bei der Reduktion erlialteiie Xniiir gliedert bei der S k r a u p - Synthese glatt und mit unverminderter Aus- twute den Pyridinring linear an zum Anthrazolinderivat (LV).

Das 2-Osy-4-methyl-chinolyl-G-hydrazon des Methylathylketons ergibt beini Kochen in Eisessig das Pyrrochinolinderivat (LVI). Leider gelang die Ubertrapng tler Fischer- Syiithese auf das Yethyl-blockierte I1 drazin (LVII) nicht. Bei allen ('yclisierungsversuchen wird dei stickstoffhaltige Jubstituent VOJI der Stellung (i abgestohn unter Riickbildung des 4,6,8-Trimethyl-carbdstyrils.

Die Eigenschaften. der a-Pyridoiigruppierung, in polycyclische System einge- biiut, gestatten die Erfassung der unterschiedlichen Resoninzenergien h e a r e r und xngularer Systeme. Beim a-Pyridon, Carbost yril sowie bei den angularen Benzo- bzw. Pyrido-carbostyrilen (IV und LIII) iiberwiegt in Bezug auf den oben erwahnten Antagonismus der Saureamid-Mesonierie und der des aroniatischen Systems die letztere. Das zeigt die Loslichkeit dieser Substa.nzen i q Siiurc und Alkali.. Beim linearen Benzo-(Vf) und Pyrido-carbostyril (LV) ist dagegen die aromatische Resonane so weit abgeschwacht, daB die normalen Eigenschaften der ~ ~ ~ r b o ~ a m i ( l ~ r i i p p i e r u i i ~

~

P. Friotl lander, , -4. 229, 243.

Beitrage und De~~t~~ngsversuch zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 133

wieder strirker hervortreten in Form von fast volliger Unlosliehkeit selbst in konaen- trirrten wissrigen Siiuren und Laugen. Die Loslichkeit der linearen Typen in al- koholischen Siuren und Laugen zeigt deutlich, dab es sich hier wr um eine grabelle Verschiebung des qesomeren Grundzustandes handelt. Die Anniiherung an die nor- male Carbonemidstruktur schrankt also die.Fkhigkeit des SJ stems, als Kationsaure nach dem Schema LVIII odrr als Anionbase naeh LIX zu reagieren, weitgehend ein.

IC LVIJl

H €1 L I S

VII. Zur Reaktivitat aromatischer Polycyelen Die physikalische Theorie sieht eine Wiederholung des beim ober-

gang vom Benzol zum Kaphthalin stattfindenden Abfalls des aromatischen Charakters bei weiterer Anellierung an das Pyridinsystem an- scheinend nicht voraus. Dem berechneten Verhaltnis der Resonanr rnergien von Benzol: Naphthalin mit l:l$ steht ein solches von 1:2,8 fur Benzol: Anthracen und gar 1:2,85 fur Benzol: Phenanthren gegen. iiber. P a u l i n g und Sherman51) ermittelten aus thermochemischen Daten nicht nur fur das Naphthalin, sondern auch fur Anthracen, Phenanthren, Chrysen einen von den1 des Benzols kaam abweichenden Wert der Resonanzenergie pro Kern. Das Experiment zeigt jedoch, da8 die sprunghafte Steigerung der Reaktivitat beim Obergang von Benzol zum Naphthalin sich bei jeder Anellierung eines weiteren Ker- nes, zumindest bei jeder Linearanellierung wiederholt. Es erscheint ge- rechtfertigt, die zunehmende Reaktivitat, d. h. die abnehmende Anrc- gungsenergie auf Kosten einer standigen Verminderung der Resonanz- energie zu setzen.

Niedrige Anregungsenergie bedeutet geringe Differenz zwischen der Resonanzenergie des Grundzustandes und der dem System im An- regungszustand verblcibenden Resonanz. Bei den linearen Polycyclen, den Acenen, wird die energiearmste Anregungsstufe schon unter Normal- bedingungen so leicht qreicht, daB vom Pentaren ab die Reaktivitiit eine geradezu radikalartige ist. E. Clare9) spricht hier von einer Diyl- Form. Beim Pentacen diirfte die Resonanzenergie den Wert zweier Naphthdinkerne befeits unterschritten haben. Oberhalb 300" findet namlich 1)isproportionierung in Kohlenstoff und Dihydro-pentacen stattgO).

Ort und BusniaS der Reaktivitat sowie der Energieinhalt polycyclischer Systenic finden in der alten Doppelbindungsschreibweise keine ausreicheade Deutung. In einem Acen beliebig hoher Kernzahl sind namlich maximal nur S',,echte'' Kerne mit KekulB- Struktur, evtl. zusiitzlich noch ein Dewar-Kern, moglich. Das Fehlen jcglicher prinzipieller hderungen der Bindungsstruktur in der Acenreihe ergibt sich

89) Siehe E. C1 iir, Aroniatische Kohlenwasserstoffe, Berliri 1941 89) E. Clar und F. J o h n , B.63, 2969 (1030).

134 Huisgen

ilicht nur aus dom gloichmiilligen Ansteigen der Resktionsfahigkeit, sondern auch aus phvsikaliichen Befunden wie z. H. aus den in, ihren graduellen Ihterschiedcn gesetzrnallig erfaEbaren Absorptionsspektren. den mit zunehmender Kerntahl ab- falldnden Chinonpotent.ialen usf. Erst recht versagt die alte Strukturlehre! gilt es, die reakti\.cn Zentren des Molehiils zu ormitteln. Diese mullten doch folgenchtig in den ,,unechten", den olefinischer Kernon, in den Seitenteilen des Molekiils zu suchcn stin im \\-iderspruch zu den experimentellen Ergebnissen.

Die neue Betrachtungsweise f uhrt die bevorzugte Reaktivitat bestimmter Kerne in polycyclischen Kohlenwasserstoffen auf den gerin- germ Energiebedarf ihrer Anrcgung zuruck. Von den versehiedenen Moglichkeiten der unsymmetrischen Energieverteilung,der energetischeii Disproportionierung (Anregungsstufe 2, S. 113) fuhrt diejc An1 'g e zum Reaktionserfolg, bei der der angeregte Kern die starkste Annaherung an den olefinischen Charakter erfahrt. Das ist aber gleichzeitig der An- regungszustand, bei dem die dem System verbleibende eesonanz- energie ein Maximum besitzt. Uas Anthracen z. €3. zeigt 9,lQ-Reakti- vitat, weil die Anregung des Mittelkerns der gcringsten Energiezufulir bedarf. Die Resonanzenergie zweier Benzolkerne, die dem Anthracen bei dieser rneso-Anregung mrbleibt, ist namlich urn 9 kcal groder als die cines Naphthalinkerns bei Anregung des Seitcnringes des Anthracens. Entsprechendes gilt fur die Bevorzugung der 9,lO-Reaktivitlt des Phen- anthrens, dem bei dieser Anregung die Resonanzenergie des Diphenyls verbleibt. Beim Anthracen entfallt naturlich die formelle Unterteilung des Anregungsaktes in einen aromatischen und einen olefinischen. Bei der Erfassung der reaktiven Zentren hoherer polycyclischer Sys tem niit linearen und angularen Anellierungen bedaif es noch der zusatz- lichen Regel, daB die p-lteaktivitat einen gewissen Vorzug geniefit gegefiiiber der Reaktion nach den1 o-Schema.

Eine fur kondensiarte Aromaten hochst charakteristische Erscheinung ist das Abnehmen des Substituent.en-Einflusses auf Mesomeriesystem und Anregungsvorgang mit der Erhohung der Kernzahl; Einc Richt- wirkung des ersten Substituenten auf den Eintritt des zweiten existiert beim Naphthalin noch, verblaat aber schon stark bei den tricyclischen Syste,men. Fur Perylen und PyrenP1) existiert fur die Mehrfachsub- stitution eine konstante Reihcnfolge der Positiorien, wobei zwischen Substituenten erster und zweiter Ordnung kein Unterschied mehr besteht. Dcr Effekt ist folgendermaBen deutbar: Das Benzol liefert seiner sechszlhligen Symmetric entsprechend 6 energetisch und konstitutiv gleichc Anregungszustande mit jeweils polaren und unpolaren Struk- turen. Ein vorhandener Substituent pragt der Ladungsvcrteilung im Kern eine gewisse Unsymmetric m f , fuhrt zu unterschicdlichen Energiewerten der drci jetzt konstitutiv versehiedenen, fur die Zweit- substitution verantwortlichen Anregungsstruktu.ren. Dieser Substi- tuenten-EinfluB auf die Anregungsenergien t r i t t bci polycyclischen

91) 11. Vollmann, 11. Becker . M. Core11 und 11. Strerk , X.631, 1 (1!)37).

Reitrage und Deutungsvermche ZUT Reaktionsweise aromut . Bic yclen 135

Systemen zuriick gegeniiber den erheblichen Energiedifferenzen, die den moglichen Anregungsstrukturen durch die Konstitution des kondensierten Systems selbst aufgepragt werden. Mi't zunehmendey energetischer Verschiedenheit der Anregungsschemata tritt der EinfluB des Substituenten schlie13lich vollig in den Hintergrund, mit anderen Worten, der Substituent verliert jede dirigierende Wirkung;

Beim Chinolin a l s einzigem Bicyclus sind Anklange an aiese Aus- schaltung der Substituentenwirkung erkennbar. Die Substitution des Chinolins in den Stellungen 5 und- 8 i s t so bevorzugt, daB haufig eine Richtwirkung in 6 oder 7 stehender Substituenten verschwindet. So wird z. B. 6-Chlor-chinolin je nach den Bedingungen in den Stellungeri 5 oder 8 nitrierte2) und sulfoniertg3). 6- und 7-Nitrochinolin werden ohne Bevorzugung der Stellung 8 resp. 5 zu Gemischen weiternitriert, wobei der Eintritt der Kitrogruppc stets nebeneiirandcr in 5 oder 8 erfo€gtg4).

Experimenteller Teil S k r a u p - Rings c h 1 u13 a m 1 - 31 e t h y 1 - n a p h t y 1 -a mi n - 2 ) :

8 - Met h y 1 - 6,7 - b en z o chino 1 i n (11 I a) 2 g reines l-Methyl-2-acetamino-naphthalin, aus Benzol in farblosen Nadeln

vom Schmp. 193' erhalten, werden mit 2 g Arsenslure, 7 g Glycerin, 7 g konz.Schwe- fdsaure und 6 g Eigdsig 5 Stunden am RiickfluDkiihler zuni gelinden Sieden erhitzt. Die noch heiB mit 15 ccm Wasser'versetzte dunklKL6sung seheidet beim Stehen iibdr Nacht dunkle Flocken ab, van denen abgesaugt wird. Bei der Aufarbeitung mit Ammoniak-Chloroform wird von eineni harzigen, in Chloroform unloslichen h t e i l abgetrennt,. Die mit %er gewaschene Chloroformlosung hinterlalt beini Eindamp- fen auf dem Wasserbad einen schwarzen Kickstand, der 2 Stunden rnit 8g Essig- shreanhydrid unter Riickfluq gekocht wird. 'Kach dem Erkalten wird mit wassrigem Ammoniak iibersiittigt, in Chloroform aufgenommen, dem Chloroformextrakt mit 2n-Salzsaure der Basenanteil entzogen. Die nichtbasische Fraktion liefert 0,34 g l-Methyl-2-acetamino-naphthalin zuriick. Die salzsaure Losung der Basenfraktion wird mit Ammoniak-Chloroform durchgeschiittelt, die Chloroformlosung nach Ent- farbung an einer kurzen Aluminiumoxydsiule eingedampft. Der gelbe olige R d k ; stand kristallisiert nach einigem Stehen durch: 830 mg vom Schmp. 45-50". Beim Auskochen rnit leichtsiedendem Petrolather bleiben geringe Mengen. harziger Ver- unreinigungen zuriick. Xach zweimaliger Wiederholung des Prozesses wird i. V. destilliert. Bei 20Oo/12 mm wird die Base als hellgelbes, sofort' krist. erstarrendes 01 iibergetrieben., Schmp. 63-5.lb. Wegen der . ungemein leic,hten Loslichkeit in 0%. Solventien wird a d Umkristallisation verzichtet, das dest. Produkt zur Analyse gebracht :

C,,H,,N (189,l) Ber. C 86,74 II 5,8G N 7,40 Gef. ,, 87,OG ,, 5,79 ,, 7,OO.

Reinigung ist auch nidglich durch Gberfiihren des Rohproduktes in das Piikrtzt, das aus vie1 Methanol in orangeroten triklinen Primen vom Zersetzungspunkt 212" kristallisiert. Die Aufarbeitung der Pikratmutterlangen zeigt, d a l angulares Benzo- chinolin auch nicht in Spuren im Ileaktionsprodukt vorhanden ist. Das bci.254' ___

8?) A. Claus, s. prakt. Chem. 4b, 47 (1892). sa) A. Claus und Schedler, J. prakt. Chem. 49, 355 (1891). 94) A. Kaufmann und IIussy, B. 41. 1735 (1908).

136 I1 .ui;s g e n

schmelzende, kaaariengelbe Pikrat des 5,B.Benzo-chinolins ist namlich in Met,lia- no1 schr schwer loslich.

Die%lze des lin. Benzochinolins sind im Gegensatz zu denen des angularen Tri- cyclus gefarbt : 1)as ChZwhydrul wird aus Methanol in goldgelben, seidigen Nadeln erhalten; das sattgelbe Perchlorut ist in kalteni Wasser schwer loslich; das Nitmt ist. orangerot.. Die Acetonlosung der Base fluoresziert ini UV-Licht intensiv hell- hlau, die salzsaure Losung blaDgelb. Das angulnre Benzo-chinolin. zeigt in org. Snl- ventien eine eben wahrnehmbare blaue Fluoreszenz, in 2n-Salzsiiure dagegen cin stiirlirres nlaii.

I., i 11 e a r e A n e l l i er u n g b c i d e r K r[ o r r s c h e n Car b o s t y r i l s y n t h e s r 2 - 0 x y :4,8 - dim e t h y 1 - 6 , 7 - b en z o ch i no 1 i n (VI a)

2 - A c e t o a c a t a m i n o - l - m e t h y Z - ~ p ~ ~ l ~ ~ ( V ) wird dargestellt nach der Methotlt! vnn L. Limpachg5) durch Erhitzen der gase mit fiinffachem QberschuB Acetessig- rster auf 160'. Falblose Xadeln vom Schmp. 135'.

Cyclisierung niit konz. Su@iure: BeimKochen rnit konz. Salzsaure scheiden sich aus der klaren Losung..Oltropfen ab, von denen naeh 10 min Reaktions- diiuer abgegossen wird. Der Olanteil, 15-20 ?& des eingesetzten Gewichts, erstarrt zii iiber 300" schmelzeaden Kristallen, die saure- und alkaliunloslich sind, nicht wviter untersucht werdea. Die abgegossene Losung erstarrt zu einem Hrei farbloser Kristalle, die sich als Chlorhydrat des Met,hvl-naphtyl-amins erweisen. IdentifikatioJi i d s freie Base und als ilcetylderivat,.

Cyclisierung rnit kalter konz. Schwefelsaure: 0,26 g des Saureamids liisen sich beini Schiitteln in 2,5 ccni konz. Schwefelsaure mit gelber Farbe. Each einstundigem Stehen wird rnit Eiswasser versetzt, niit qmmoniak abgestumpft und in Chloroform aufgenommen. Der gewaschene und getrocknete Auszug wird eingeengt und mit Methanol versetzt. Nach Aufarbeitung der Mutterlauge 160 mg hellgelbe Nadeln vom Schmp. 253". Ausbeute 70 :? d. Th. Ein mehrfach aus Methanol iinikristallisiertes, bei 100" i. V. getrocknetes Priiparat wird analgsiert :

C,J,,ON (W3,ll) 13er. C 80,68 €I 5,87 Gef. ,, 81,Ol ., 6,14.

I k r amphotere Chgrnkter des Carbostyrils ist im vorliegenden linearen Tricyclus stark eingeschrankt. Unloslich in starken wassrigen Iaugen wid Sauren. Xur konz. Schwefelsaure und Eisessig-Schwefelsaure iiehmen den Stoff mit kraftig gelber Farbe a d . Auch die alkoholische Losung zeigt auf Zusatz einiger Tropfen knnz. wtssriger Salzsaiurt, die gelbe Salzfarbe.

Fast unzersetzt subliniierbar bei Atmosphiirendruck. Die UV-Fluoreszenz ist in Methanollijsung intensiv blnugriin, in konz. Schwefel-

siiure gclbgriin in gleicher Starke. Das angulare System, das 4-Methyl-5,6-benzo- carhostyril, fluoresziert in konz. Schwefelsiure kriftig violett, i n Methanol fast ga.r nirht.

2 - 0 x y - 4 - ni e t h y 1 - 8 - b r o in - 6 ,7 - b e n z o - c h i 11 o l i n (VI b) 1-Broni-2-aeetoacetamino-naphthaljn wird aus Brom-amino-naphthalin und

Acetessigester wie obeq dargestellt. Seidig glanzende, farblose Rlattchen vom Schmp. 1 1 7 O .

RiiigsrliluB niit kalter konz. Schwefelsaure fiihrt wie oben zum linearen broni- halt.igeii Tricyclus. Aus 350 mg werden 225 mg hellgelbe verfilzte Xadeln erhaltcn,

y5) J3. 64, 970 (1931). . . ~

Beitrige und Deutungsversuch, zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 137

die nach Umkristallisieren ails vie1 Nethano1 bci 232-234O schmelzen. Trocknen bei 100" i. V.

C,,II,,NOBr (288,Ol) Ber. C 58.34 H 3,50 N 4,86 Gef. ,, 58,76 ), 3,51 ,, 6,17.

C.0 n r a d - L i m p a c h - S y n t h e s e mi t 1 - M c t h y 1 - n a p h t y 1 -am i n - ( 2 ) : 2,8-Di m e t h y 1- 4- o x y- 6,7 - b e n z o - c hi no l in (TX)

Ydhyl-naphtylamilzo-crotonesler ( V I l b ) ; 2 g l-Methyl-naphtyl-amn-(2) und 1.6 g Acetessigester werden auf den1 Wasserbad kurz erwlrmt, bis Triibung unter Wasser- abscheidung beginnt. Nach Plstundigem Stehen bei Raiunternperatur wird die er- starrte Masse aus wenig Methanol umkrist,allisiert. 2,6 g farblose Nadeln vom Schmp.

l,5 g des subst. Crotonesters werden portionsweise eingctragen in 2 0 g Paraffin01 von 270"'. Die sofort einsetzende Al- koholentbindung wird durch 10 Minuten Erhitzen auf 280" zu Ende gefuhrt. Nach wenigen Mintiten beginnt die Rristallisation gelber Bliittchen aus der braunen Losung. Beim Abkuhlen scheiden sich dunkle schmicrige Verunreinigungen aus,. die beim Digorieren des scharf ab- gesaugten Rohprodukts mit warmem Benzol in Jliisung gehen.. Die

elbbraunen Kristalle werden zwcimal aus Nitrobenzol, dann aus vie1 R thanol umbistallisiert. Ausbeute 850 mg = 68 ?L d. Th. Schmp. 340" u. Z. Hellgelbc Xaddn.

CISl~ , ,ON (2'23,ll) Ber. C ,8O,ti8 13 5,87 N 7,90 Cef. ,. 81,02 ,, 6,02 ,, 7,58.

86-87".

Cyclisierung.

Der lineare Tricyclus ist liislich in Zn-Satronlauge. In heiDer wassriger 2n-Salz- si iue niit ieelber Farbe etwas Ioslich, kristallisiert in der Kalte wieder farblos aus. Konz. Schwefelsaure sowie alkoholische Salzsaure nehmen die Substanz mit gelber Farbe a d . Die Cltraviolett-Fluoreszenz der methanoqschen Losung ist kraftig blau. d i e der sslzsauren Liisu'ng mi@ grun, in konz. Schwefelsaure kraftig gelbgriin, in 2n-Natronlauge stark Maugriin.

5 , 6 - B e n z o -1 , 2 , 3 , 4 - t e t ra h y d r o - c a r b a z 01 (XI) 1. Aus fi-NaphtyZhydrarin und Cyclohexanon ist der Korper sehr leicht zugiing-

lich, wurde von W. Borsc he"') durch Cyclisierung des Hydrazons in siedender wassriger Schwefelsaure dargestellt. Es findet sich kein Hinweis auf dir beispiellose Leichtig- keit des Carbazol-Ringschlusses; auch ist die Schrnelzpunktangabe von 1520 unzn- treffend.

0,3 g reines p-LXaphtyl-hy.drazin-chlorhydrat werden in 4 ccm Methanol sus- pendimt. Auf Zusatz von 0,2 ccm Cyclohexanon geht das Chlorhydrat sofort in Lo- sung. Die mit 2.6 ecm Wmser versetate klare Losung ist nach 24 Stunden bei h u m - ternperatur zii einem Kristallbrei erstarrt. Nach Absaugen und Trocknen 326 mg farblose Nadeln vom Schmp. 134-136'. Aus der Slutterlauge auf vorsichtigen Wasser- zusatz weitere 6 mg unreineren Materials. Ausbsute 97 % d. Th. Umkristallisieren m s wenig Methanol erhtiht den Schrnp. auf 137". Sehr leicht lbslich in den meisten Solventien, geht i. Hochv. bei 160-180" als farbloses 61 uber, dss sofort kristallin erstarrt.

C,,Hl,N (221,13) Ber. C 86,83 H 6,84 N 6 3 4 Gef. ,, 8630 ,, 6,68 ,, 6,63.

06) A . 369, 64 (1908).

138 H u i s g e s

IlaO tatsiichlich das Tetrahydro-earbmol-Derivat vorliegt., zeigt die Stahilitit gagen hinz. Salzsaure bei 150" sowie die dunkle Farbe des Pikrats. Das Pikrut kristallisiert aus Benzol in schokoladenbraunen Kadeln vom Schmp. 1920.

1)cr IndolringschluD wird durch UherschuB an %we stark beschleunigt:. 1 g /l-Saphtyl-hydr&in werden in 15 ccm Metlpnol kalt geldst und rnit 0,76 ccm (lycloT hexanon versetzt. Nach einer halben Minute werden 10 ccm 2n-Salzsaure (waBrig) zugegeben, worauf nrch wsnigen Sekunden die Xristallisation des Cyelisierunps- produktes einsetat. Each zwci Stunden haben sich 1,37 g ausgeschieden = 97 yh d. Th

2. Aus 1-Methyl-naphtyl-hydra;ain-(Z) d u r c h Methy lve rd r i ingung . I-Mrl~~?lE-na~~lyZ-hydrazin-(Z). Vm die Moglichkeit einer Verunyinigung durch 8-Naphtyl-hydrazin auszuschalten, war. Reinheit besonders vichtig. l-Methyl-2- acetamino-naphthalin wird aus Methanol, in dem Acet-P-naphtalid schr lricht 16s- lich ist, bis zur Schmelzpunktkonstanz bei 193' umkristallisiert, dann init alkoho- lischer Salzslure verseift. 3,5 g feinkristallinw Chlorhydrat des 1-Methyl-naphtylamins-(2) werden in 25 ccm 7n-Salzsaurc suspondiert und rnit 1,34 g Natriuninitrit in 8 cc,m Wasser bei 0' diazotiert, wobci das Chlorhydrat schnell in Lasung geht. Nach halbatiindigem Stehen wird geringer hcrschiil3. salpetrigrr Saure mit IIarnstoff zerstoi-t und in Losung von 12 g Zinnchloriir in 8 ccni Salzsaure und 110 ccm Wasser eingegossen. Sofort kristallisiert das farblose, zinnfreie Chlorhydrat aus, das in heil3eni Wasser gelost zur Heinigung wieder rnit Salzsaure auagcfallt wird. Speckig glanzendr Rlattchen, die sich gegen 195" zersetzen. Ausbeute nahezu quantitativ.

-Die heille wil3rige LBsung triibt sich auf Acetonzusatz sofort; beim Anreibcn kristallisiert das Hydrazon in farblosen, hci 99" sch.melzenden Rlattchen. hus der waBrigen Losung des Chlorhydrats beginnt schon auf Natriumacetat-Zusatz hin dic Kristallisation der freien IIydrazinbase, die aus Methanol zp farblosen Nadeln voni Schmp. 110" umgelost werden kann. Die Base reduziert kraftig Fehlinxsche Losung. zeigt den charakteristischcn Arylhydraiingeruch und farbt sich beim Stehen an der Luft rotbrauil.

Cyclisierung. 0,85 g 1 -Nethyl-naphtyl-hydrazin-(2)-chlorhydrat werden niit 2 ccm Eisessig und 1 ccm Cyelohexanon unter Zusatz von 20 nig wasserfreieni Nickelchloriir im EinsehluBrohr innerhalh 2 Stunden auf 180" erhitzt. Inncrhalb weiterer 2 Stunden wird die Temperatur auf 200" gesteigert und noch 3 Stunden gehalten. Reim Erkalten scheidet &r dunkelbraunc Rohrinhalt . Kristalle vorn Ammoniumchlorid aus. Das Cyelohexanon wird rnit Wasserdanipf abgeblasen, das ausgeschiedene braune Harz in Chloroform aufgenommen, die Chloroformlosung init 2n-Salzs%ure, mit Natronlauge, mit starker Bisulfitlosung, schlieB- lich mit Wasser gewaschen, iiber Nntriumsulfat getrocknet. Nach Vor- reiriigung an Aluminiumoxyd wird das Losungsmittel abdestilliert, der Riickstand aus einer kleinen Retorte i. Hochv. destilliert. Nach einem kurzen Vorlauf von Cydohexanon geht zwischen 160 und 260" ein orangerotes 01 iiber, das laekartig erstarrt, 418 mg. Each Aufnehmen in 3 ccm Benzol wird rnit benzolischer PikrinsLure versetzt, worauf 130 mg sehwarzbraunes Yiluat vorn Sohmp. 188-190" auskristalli- sieren, entsprechend 7,5 % d. Th., auf Methyl-naphtyl-hydrazin bezogen. Das Pikrat wirdmit Xatronlauge-Chloroform aufgearbeitet, das Benzo- tetrahydrocarbazol i. Hochv. destilliert. 60 mg kristallin erstarrendes 01; das aus wenig Methanol umkri,etallisiert wird zu farblosen Nadeln vom Schmp. 137". Keine Schmelzpunkterniedrigung rnit dem atis

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsaveise aromat: Bicyclen 138

Xaphtyl-hydrazin erhaltenen Produkt. Zur Analyse wird bei 200' i. V. getrocknet:

cl,II15w (2?1,13) Ber. C 86,S3 11 6,84 N 6,34 Gcf. ,, 86,21 ,, 6 6 8 ,, 6,53.

In siedendem Cyclohexnnon-Eisessig findet noch keine Yethylverdrangmg statt.

Die Skraupsche C h i n o l i n - S y n t h e s e m i t 61Ni t ro-3-amino- t o l u o l

135 g 6-Nitro-3-amino-toluol werden mit 135 g hrsensgure, 27Ug wasserfreiem Glycerin und 250 g konz. Schwefelstiure zu einem homogenen Brei verriihrt und am Steigohr rnit fachelnder Flamme yorsichtig zum Reaktionseintritt erhitzt. Naeh Ab- klingen der unter starkem Schhmen vor sich gehenden Reaktion wird'noch 6 Stdnden zum gelinden Sieden erhitzt. Kach dem Versetien mi$ dem drcifachen yolumen Wasser laBt man iiber Nacht stehrn, filtriert von dunlilen Schmieren ab und macht ammoniakalisch. Das nrrch kurzcm Riihren durchkristalKsierende Nitro-methyl- chinolin wird,zur Reiniguag in 2a-salzsaurer Losung 2 Stunden mit Tierkohle gekocht. Der rnit Ammqniak abgeSchiedeneiVitrokorper wird zur hbtrennung nicht umgesetzten Amins rnit Essigsiiureanhydrid aufgekocht, der UberschuS i . V. abgedampft, der RiicksQnd mit warmer, 2n-Salzsiiure durchgearbeit'et. Nach Fil trieren uncI,Versetzen mit Ammoniak wird in Chloroform aufgenommev, die. getrocknete Losung an Alu- miniumoiyd gereinigt und eingeeng!. Aus Methanol'l08 g Kristalle vom Schmp. 120-150", entsprechend 65 % d. Th. Es liegt ein schwer trennbares Gemisch von ca. 65 % 6.Nitro-7-methyl- und 35 % 6-i(iitro-5-methyl-chinolirl v.or.

108 g Nrtrobasengemisch w d ails 1,3 1 Methanol umkristzllisiert. Die 40 g urn- fassende Spitzerfraktiorl wird aus 1,5 1 siedendem Acetop umgclost, dii erste Fraktion wieder aus 300 c c m Aceton umkfistallisiert: 11,4 g fast reiries 6-Nitro-6-methyl- chinolin. Da, fraktionierte Kristalhation der Mutberlauge ergcbnislos war, wird das 6-Nitro-5-methyl-chinolin rnit Alkali in das sehr schwerliisliche dimere Produkt iibergefiihrt (siehe weiter unten). Das beim Eindampfen der Mutt.erlauge erhaltene Ge- misch w k d in 350 ccm Methanol rnit 180 ccm 20proz methylalkoholischer Kalilauge unter standigem Sehiitteln 40 min zum gelinden Siedek erhitzt,. NwhZufiigen weiterer 700 ccm siedendem .Methanol wird heiS von 21 g .Alkaliumwandlu~gsprodukt abgesaugt, mit heiEem Methanol nachgewaschn. Das Fi16rBt liefert beim Erkalten und weiterem .Einengeq 54 g reines 6-Nitro-7-methyl-chinolin.

6-Nibro-5-methyZ-chinolin (XXXIV) kristallisiert aus Methano! oder Aceton in farblosen Nadeln vom Schmp. 165'. Farbloses Chlorhydrat. Zur Andyse gelangt ein bei 100" i. V. getrocknetes Praparpt.

C,,H,O,N, (188,08) Ber. C 63,80 H 4,26 N 14,90 Gef. ,, 64,46 ,, 4,44 ,, 14,66.

Die Konstitution wird bewiesen durch Oberfiihrung in Chinolin-6- carbonsaure :

6-Amilao-5-methyZ-chiaolila wird durch Reduktion des Kitrohrpers mit Zinn- chloriir in halbkona. Salzsiime gewonnen. Aus Benzol farblose derbe Prismen, die bei 163-164O schmelzen. Gelbes Monochlorhydrat. hcetylderivat Schmp. 168".

C,,H,,N, (188,OS) Bcr. C 75,90 H 6,38 Gef. ,, 76,OO ,, 6,71.

ii-MethyZ-chimZin. .1,3 g G~Amjno-6-methyl-chiolin werden in 10 ccm Ekessig geliist und mit 0,7 g N a t r i u k t r i t in 12 ccm konz. Schwefelsiiure diazotiert. Die Diazoniumlosung. wird unter starker Kiihlung eingegossen in die athholische Sus- pension von Kupferoxydul. N a a Beeadigung der N,-Entwioglnng wird rbfiltriert, mit Wasser versetzt, das org. Losungsmittel verkocht und rnit Ammoniakblorw for@ aufgcarbeitct. Bei 260-265" Yetallbadtemperatur geht bei normalem Druck

140 H u i sgen

das Methyl-chinolin als hellgelbes 01 iiber, das durch Aufnehmen in Petrolather VOJI einem nicht naher untersuchten krist. Anteil befreit wird. Das Pikrat Schmilzt narh Umkristltllisieren ails Alkohol bei 213-315'. Nach Skraup und Brunnerg7) Schmp.

Chinolin-5-curbonsu211.e. 0,43 g Methylchinolin werden mit O,G5 g ChromsLurtl und 4 ocm 35prOZ. Schwefelsaure 10 Stunden im EinscKluBrohr auf 150" erhitzt. Auf- arbeitring in Anlelinung an Z. J a cubo wslrig8). Kach Umkristallisieren aus Eisessig schmilzt die Chinolinccrbonsaure bei 330". Literaturangabe 338-340". Die Chjnohi- 5-carbonsiure ist die einzige, oberhalb 300" schinelzende Nonocarbonsaure des Chino- lins.

6-Nitr0-7-melhyZshinolin ( X X X V Z Z I ) kristallisiert aus Alkohol in langen farli- losen Xadeln voni Schmp. 140". Farbloses Chlorhydrat.

210--213".

C,,,H,02X, (188,08) Rer. C 63,80 I1 425 Gef. ,, 63,05 ,, 4,09.

K o ri s t i t u t i o ns be we i s d u r c h b e r f u h r u n g i n C h ino l i n- 7 - c a r b o as I II r c g Xtrokorper werden mit Losung von 12 g Zinn-

chloriir in 27 ccm halbkonz. Salzsaure ubergossen, wobei der Xit,rokorper unter Selbst- erwarmung in Losung geht. Beim anschlieBenden halbstiindigen Erwarmen auf dem Wasserbad begijmt die Ausscheidpng des schwer liislichen Chlorostannats, das nach clem Erkaltenabgesau@, in heiDem Wasser geliist und mit 11,s vom Zinn hefreit wird. Ammoniak scheidet die Base farblos und rein ab. Aus Renzol farblose zarte Tafeln, die bei 139" schmelzen.

7-Methyl-chi&n wird bei der 1)esaniinierung wk ob.en erhalten. 0,5 g Methyl- chinolin aus l , G g Aminbase: Pikrat ails Alkohol in gelben Kadeln vom Schmp. 235". In Schmp. und Mischschmp. identisch mit dem Pikrat eines aus m-Toluidin herge- stellten Vergleiehspraparats von 7-Methyl-chinolin.

ChinoZin-7-mrb0nsaure dureh Oxjdation des 7-Methyl-chinolins nach S k ra 11 1) und HrunnerS6) und Reinigung iiber das Kupfersalz. Schnip. 245", nach der Li- teratur 247".

6-Amino-7-methyZ-chinolin.

I ) i e R e a k t i o n v on Xi t r o - n~ e t h y 1 - chin oli n e n m it ni e t h yl- a lkohol i scher Kal i lauge

I,?-ni-(6-nitro-chinolyl-5-~-u~~~~ ( X X X V ) . 1,0 g reines 6-IYitro-5- methyl-chinolin wird mit 12 ccni 10proz. .methylalkoholischer Kali- huge auf dem Wasserbad zum Sieden erhitzt. lnnerhalb weniger Se- kunden geht die Nitrobase in Losung und die Fliissigkeit 'erstarrt zu einem Brei feiner verfilzter Nadeln. Unter Umsehutteln vorsichtig 3 Minuten kochen. Nach dem Erkalten wird abgesaugt, niit Nethanol gewaschen und getrocknet. 0,79 g bei 278" schmelzendes Rohprodukt. Umkristallisieren a m siedendem Eisessig fiihrt zu praehtvollen, farblosen Kadeln, die bei 300" unter Zers. schmelzen. Zur Rnajyse gelangt ein mehrfacli aus Pyridin umkristallisiertes, bei 100" i. V. getrocknetes I'rapamt.

C2,,H14X404 (374,16) Ber. C 64,16 I1 3,77 K 14,981 Gef. ,, 64,24 ,, 3,73 ,, 14,69.

Im Iiochvakuum bei 220-240° aublimierbar. Das reduzierke Produkt des Redox- vorgangs kann aus der alkoholisch-alkalischen Mutterlauge nicht kristallisiert erhalten werden.

Bi) Mh. 7, 141 (1886). B. 43, 3026 (1910).

Beitr6'ge und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 141

3 i e Bildung des beschriebencn ICorpers wird auch noch in viel verdwterer me- thariolischer Lauge, selbst in 2n-Natronlauge und alkalischer Arsenitlosung beobachtet.

Die IEeduktion mit Zinnchloriir in Salzsaure fuhrt zum Diamin, das aus Benzol zu blaB griingelben Kadelchen umgelost wird.

Cs0Hl8N4 (314,17) Ber. (3 76,39 I1 5,77 Gef. ,, 76,77 ,, 5,79.

1,Z-Di- (6-nitro-8-methyl-chinoZy~5~-athan. 0,6 g 6-Nitro-6,8-dimethyl-ch~olin werden in analoger Weise mit rnethylalkoholischer Kalilauge behandelt. Aussc'heidung voluminosep Massen feiner Nadelchen. Umkristallisieren aus Pyridia oder Eisessig fuhrt ZII nahezu farblosen Nadeln vom Schmp. 257".

1,2-Di-(5-nitro-chimlyl-8)-athan. Schon E. Nolt ing und E. Trautmann*B) konstatierten die Alkaliempfindlichkeit des S-Nitro-8-methyl-chinolins. Das amorphe Endprodukt setzen sie in Parallele zum polymeren Azoxystilben aus p-Nitrotoluol nach K l i n g e P ) . Es gelingt, die erste Stufc der Reaktion zu fassen: 1 g 6-Xitro-8- methyl-chinolin werden mit 20 ccm l0proz. methanolischer Kalilauge bei 40" geschiit- telt. Aus der zuerst roten, dann gelbbraunen Losung kristallisiert cine Substanz, die aus wenig Eisessig oder viel Benzol umgelost wird zu farblosen Nadeln vom Schmp. 221". Ausbeute 0,585 g.

C ~ O H ~ ~ N ~ O , (374,161 Ber. c 64,16 H 3,77 Gef. ,, 64,66 ,, 3,67.

Bei weiterer Alkalibehandlung intensivo Violettfarbung. o,o'-Dinitro-dibenzyl ethiclt A. Reissertlol) in Spuren bei der Einwirkung von

Natriumiithylat und wenig Oxalester auf o-Kitro-toluol. In einer Menge von 26-30 % d. Th. entsteht die Substanz unter folgenden Bedingungen: o-Yitrotoluol, in der vierfachen Menge abs.'&her gelost, wird zur sorgfaltig kekiihlten Suspension der iiquimolaren Menge alkoholfreien Kaliumathylats in abs. hther hinzugegeben. Nach Stehen iiber Nacht wild mit Wasser durchgcschiittelt, die Atherphase getrocknet, an Aluminiumoxyd gereinigt und eingeengt. Ads Methanol farblose Nadeln vom Schmp. 122".

Cl,Hl,N,O, (272,ll) Ber. C 61,74 H 4,44 Gef. ,, 62,14 ,, 4,40.

Reakt ion von 6-Nitro-chinol in u n d Der iva t cn ini t Natr ium- me t hyla t

Reaktion von 6-Nitro-chimlin rum ,,Azoxy-dichiny1"wurde von C. Knuepp ePe) beschrieben. Es handelt sich um das o-Diazin-derivat, das in Analogie zum Phena- zon als Chinazon-N-ozyd ( X X X I X a ) bezeichnet werden kann und bei sorgfaltigem Arbeiten in 80 % Ausbeute erhalten werden kann. -Die dritte und vierte Kristallisation eind hiiufig mit dunklen Schmieren verunreinigt, die mit heiDem Tuluol heraus- gelbst werden konnen,. Umkristallisierbar aus vie1 Eisessig zu prachtvollen,pattgelben Nadelri, die sich oberhalb 820" verfarben, bei 330" sich zersetzen. Rotes, aus heiBem Wasser umkristallisierbares CMorhydrut.

Den Angaben Kpueppels folgend wird das N-Oxyd durch Destillation iiber Eisenpulver in den sauersto€f-freien Grundkorper, das Chinawn iibygefiihrt, das gegen 400" unzersetzt sublimiert. Reinigung durch HeiBextraktion mit Benzol aus der Hiilse. BlilDgelbe Blattchen vom Schmp. 369".

C181110N4 (282,ll) Ber. C 76,56 H 3,67 Gef. ,, 76,43 ,, 3,59.

B. 23, 3673 (1890). 100) B. 16, 941 (1883); Bender und Schultz, B. 11, 3234 (1886). lol) 13.30, 1036 (1897). Annalen der Chemie. 559. Band 10

142 Huisgen

Farblos liislich in verd. Salzsaure. Mit Zinkstaub in kalter verd. salzsaurer Losring Reduktion zum blaugriinen semichinon-artigen Korger, -der mit Permanganat wie:!er aufoxydiert wird zurn Chinazon. Mit Zinkstaub in der Warme komplizierteres Farbe n- spiel, mit der Einbeziehung der Pyr'dinkerne in die Reduktion deutbar.

Ileaktion des 6-Nitro-7-meWsyl-~inolink zu X X X I X b . 1 g Nitrobcsstv werden mit Methylatlosung aus 1 g Natriuin in 10 ccm Methanol zurn Sieden erhitzt. Nach drei- stundigern Kochen saugt man das dunkle amorphe Reaktionsprodukt ab, wascht mit kaltein Eisessig aus. Aus heiSem Eisessig gelbe Nadeln, die bei 365" u. Zers. schmelzen. Ausbeute 30 % d. Th. Destillat'on iiber -Eisenpulver fiihrt wie oben, zum

wird zu bla0gelben SpieBen, die ohne Zers. bei '380" schmelzen. sauerstoff-freien Korper, .dem Dimethyl-chi i: azon, das aus viel Xylol umkristallisiert

- C2,111,N4 (310,14) Bcr. C 77,38 H 4,55

Gef. ,, 77,44 ,, 4,69. Die Reaktion des 6-Nitro-7,8-dimethyl-~hinolina wird wie oben vorgenonimen.

Das Tetramethyl-chinazon-N-oxyd wird aus Nitrobenzol umkristallisiert zu gelb- grunen Nadeln, die sich oberhalb 330" zersetzen. uber Eisenpulver destiniert, sclimel- zen die blaSgelben Nadeln des Tetramethyl-chinazons be3 364'.

I teakt ion des 6-Nitro-chinol ins niit Kal iumcyanid in Alkohol j - C ~ ~ ~ - u t h o x y - c h i n o l i n . 1 g 6-Nitrochinolin wird rnit 0,5 g Kaliumcyanid in

15 ccm 96proz. Athanol und 3 ccm Wasser unter Zusatz von 0,5 ccrn 2n-Kalilauge 4 Stunden auf dem Wasserbad unter RuckfluB gekocht. Aus der kalten, braunen Losung kristallisieren auf Wasserzusatz 0,5 g Nadeln, die mehrfacb aus Metha- nol umgelost werden zu farblosen, glanzenden SpieSen vom Schmp. 130O. Resistent gegen salpetrige S&ure, kochende konz. Salzsaure, kalte konz. Schwefelsiiure. Die Chinolinbase ist bei gew. Druck unter geringer Zers. destillierbar. Sulfat und ChloT- hrdrat sind farblos und schwer loslich in Wasser.

C,,H,,N,O (198,lO) Ber. .C 72,69 I€ 5,09 N 14,14 Gef. ,, 72,72 ,, 4,87 ,, 13,99.

5-Cyccn-6-methozy-chinolin. Eptsprechende Umsetzung mit KCN in Methanol, wobei aus 2 g 6-Nitro-chinolin 1,6 g verfilzte blaBgelbe Nadeln erhalten werden. Beim Urnlosen aus Methanol bleiben kornige Kristalle zuriick, die sich gegen 260" zersetzen und nicht weiter untersucht werden. Aus Methanol Nadeln vom Schmp. 179O.

C,,H,N,O (184,08\ Ber. C 71,71 H 4,38 N 15,22 Gef. ., 72,lO ,, 4,25 ,, 14,63.

5-Amino-6-nitro-chinol in 5 g 6-Sitro-chinolin werden unter Zusatz yon 6 g. Hydroxylamin-chlorhydrat

in 90 ccrn 96proz. Alkohol heiB gelost, unter Schutteln erkalten gelassen, urn das schwer losliche Witrochinolin recht feinkristallin zur Abscheidung zu bringen. Bei Raumternperatur werden -auf einmal 30 ccm 20proz. methylalkoholische Kalilauge 'zugegeben. Kaliumchlorid scheidet sich aus, das 6-Hitro-chinolin geht nach kurzem Schiitteln rnit gelber Farbe in Losung, wobei die Tempcratur in wenigen Minuten urn 20" steigt. Alsbald beginet die Ausscheidung des Amino-nitro-chinolins, die Losung in einen Kristallbrei verwandelnd. Mit 250 ccm lauwarmeni Wasser durch- schutteln, absaugen, trocknen: 5,2 g = 94% d. Th. Aus viel hithanol in seidigen, sattgelben Nadeln voin $chmp. 272'. Das gelbe Chlorhydrat ist schwer liklich in \Vasfier.

5,6-Diamino-chinoZin. 1 g 6-Nitro-5-amino-chinolin mitt4 g Zinnchloriir in 14 ccni 6n-Salzsiiure versetren. Das sich zuniichst ausscheidende rotbraune Chlorostannit lost sich beim mehrstiindigen Erwiirmen auf dem Wasserbad. Das beim Abkuhlen erhahene Chlorostannat des Diamins wird in 120 ccm friach ausgekochtem Wasser gelost und mit 11,s entzinnt. Beim Eindampfeni. V. wird das Chlorhydrat des Diamins in blafkgelbcn Kristallkrusten erhalten. Die freie Base ist BuSerst autoxydabel.

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromat. RicycleTL 143

Ch,inoxatin-Bildung ait Benzil. 0,l g Diamino-chinolin-chlorhydrat und 0,12 g Benzil werden in 6 ccm Alkohol u n f a Zusatt von etwas Natriumacetat aufgekocht. Zarte farblose Tafeln, die nach Umkristallisieren aus Benzol bei 206" schmelzen. Ausbeute 88 mg.

CsH15Na (333,15) Ber. C 82,85 II 4,64 Gef. ,, 83,18 ,, 4,76.

Xt Acetanhydrid ein farbloses Diacetylderivat vom Schmp. 262", das beim Schmelz- punkt Essigsaure abspaltet unter Bildung des j ,6 - (Melhyl - imidazolo) -~irnl ;~ , das einfacher wie folgt erhalten wird: 0,6 g ti-~itro-6-amine-chinolip werden in 6 ccm siedesdem Eisessig gelost ued mit 2,l g Zinnchloriir in 4 ccm konz. Salzsiure versetzt. Die braumoten. K&alle. des Zinndoppelsalzes werden bei mehrstundigem Erhitzeq auf 100" rein gelb. 4 Sie werden in heiflein Whser rnit H,S .vom Zi;rm befreit, das Piltrat,eingeengt, mit Ammopiak versetzt, nach Aufkochen mit Tierkohle,zur Trockne gebracht. Awdem Krist&llrueksta.nd wird die Imidazol-Base mit Aceton ausgezogen. Schmp. 200". Aus wenig Wasser kristallisiert ein bei 70" schmelzertdes Hydrat.

5,6-Imidarob'chinoZin wird analog durch Reduktion von 6-Nitr0-5~amino-chinelin in Gegepwart von Ameisensaure erhalten als bei 78' schmelzendes Hy.&at. Um- losep aus Benzol fiihrt ZUT wasserfrrien Form vom Schmp. 214", die sich beim Stehen an der Luft hydratisiert.

5-Jodd-6-chlor-chirnlin. 10,Z g &Amino-6-nitro-chinolin werden mit 76 ccm war- incr Sdzsaure hbergossen, bei 0" rnit Losung von 4,2 g Natriumnitrit in 10 ccm Wwser diazotiert, wobei daa Chlorhydrat im Lade von 2-3 Stunden in Losung geht. Nach Versetzen mit 50 ccm Wasser wird mit Harmtoff vom Uberschufl salpetriger Siiure befreit. Beim portionsweisen Zusatz von. 10 g Kaliumjodid in 10 ccm Wasser setzt kraftige Stickstoffentwicklung ein, die durch Zusatz von Cu-Bronze vervdbtihdigt wird, Das abgeschiedeqe ziihe, dunkle Hwz wird mit SalzsiiuFe durchgekn&&, im Scheidetrichter mit Ammoniak und 180 ccm Chloroform durchgeschiittelt. Der rnit Siillitlosung und mit Wasser gewaschene und getrocknete Extrakt wird an Alnminim- oxyd gereinigt und eingedampft. Aus,Mothanol4,9 g rote Nadeln, die nach hiiufigem Umlosen aus Nethanol, dam, aus .Benzol farblos werden und bei 136" schmelzen. Ailsbeute 28 :& d. Th. Beim Erwarmen rnit konz. Schwefelsiiure wird Jod abgespalten.

C,H,NJCl (289,43) Ber. C 37,31 €I 1.74 Gef. ,, 37,72 ,, 1,96.

Die Entjodung mit Kupferbronze in siedendem Nitrobenzol liefert das 6,B-Dichlor- 6.6-dichinolyl in glasklaren Polyedere vom Schmp. 205". at Jodwasserstoffsaure in Eisessig .wird drts- Jod reduktiv h t fe rn t , farblose Nadeln vom Schmp. 40-41" erhalten, identisch in Schmp. urd Mischschmp. niit 6-Chlor-chinolin.

Skraup-RingschluB m i t 5-Nitro-6-amino-chinolin 0,Bg Nitrobase1021 werden rnit 0,4 g Arsensaure und je 4 g Glycerin, konz. Schwe-

felshre m d Eisessig wie iiblich ZUI Reaktion gebrecht. Die Aufarbeitung hefert 116 ma; reines p-Phenhthrolin, entsprechend 28 % d. Th. Reinigung durch Hoch- vakuumdestillation. Aus B e n d farblose Polyeder vom Schmp. 174".

Die R e e k t i o n rnit 5-Brom-6-amino-chinol in liefert in ardoger Weise unter Substituentenverdriingung p-Phenanthrolin in aeiner Ausbeute von 66% d. Th.

Skraup-RingschluD rnit 5-Methyl-6-amino-chinolin 10-Methyl-1 ,b-an t hrazolin (XLII)

In einer Serie von Vorversuchen wurden Ansatz und Aufarbeitung

10') A. Kaufmann und 0. Zeller, B. 50, 1626 (1917).

variierh Folgende Bedingungen sind optimal :

10*

144 H u i s g e n

1 g reines 6-Rcetamino-5-methyl-chinolin werden mit 0,9 g Arsen- saure, 6 g wasserfreiem Glycerin, 6 g konz. Schwefelsaure und 5 g Eis- essig 10-12 Stunden zum- gelinden Sieden erhitzt. Die mit Wasser versetzte dunklt: Losung wird ini Scheidetrichter mit Chloroform untrr- schichtet und unter energischem Schiitteln animoniakalisch gernacht. Unbeschadet einer Harzausscheidung werden der rotbraunen Chloro- formlosung mit 2n-Salzsaure die basiscken Rnteile entzogen, der saure Extrakt wieder rnit Ammoniak-Chloroform aufgearbeitet. Die an Alu- miniumoxyd gereinigte getrocknete Chloroformlosung hinterlaBt einen Abdampfriickstand, der in 3 cdm Pyridin gelast und zur Entfernung von etwas nicht umgesetztem 6-Amino-5-methyl-chinolin niit 200 m g p-Toluol-sulfochlorid kurz aufgekocht wird. Nach Veketzen mit Wasser und Natronlauge wird niit Chloroform durchgeschiittelt, die Chloro- formlosung eingedampft, im Vakuumexsikkator iiber Schwefelshurc vom Pyridin befreit. Es wird erneut in Chloroforni geldst, zur Reinigung noch einmal in Salzsiure eingeschiittelt, nach Ammoniakzusatz wieder in Chloroform gebracht. Von den lctzten farbenden Verunreinigungen wird durch Passieren einer kleinen Rluminiumoxydsaule befreit. Ilcr Eindampfriickstand wird aus einern Mihodestillationskolbchen in1 Wasserstrahlvakuum ubcrgetrieben. Bei 180" Badtemperatur sublimiert eine kleine Menge Ihistalle, die nicht weiter beachtet werden. Die Hauptfraktion geht bei 200-220" als gelbbraunes, bald kristallin crstarrendes 01 iiber. Durch Tempwatursteigerung auf 235" wird noch eine klejne Menge roten 01s iibergetrieben. .Rile drei Fraktionen wiegen zusammen 24mg. Die etwa y4 ausmachende Mittclfraktion, die das stark fluoreszierende Reaktionsprodukt cnthalt, wird in heiBem Wassrr gelost, mit Tierkohle aufgekocht. Beim Erkaltcn 12 mg farblose Nadrln. Der Schmp. von 62" ist der des Hydrats, das bei 100" entwassert werden kann. Wie bei den Phenanthrolinen ist auch hier die kristallwasser- haltige Form die luftbestandige. Die noch einmal aus 6 ccm Wasser umkristallisierten verfilzten, seidigeri Nadelchen werden lufttrocken ver- brannt.

3,221 mg Subst., 7,457 m g CO,, 1,SfX ing I&@; 3,050 in6 Subst., 0,323 ccm Sr bei 21°/718 mm.

C,,Ii,,N,.3 H,O Ber. C 62,87 II 6,60 N .11,29 Gef. ,, G3,29 ,, 6,46 ,, 11,U.

Das Anthrazolin-Derivat lost sich gelb i n Sauren. Wahrend p- Phenanthrolin im UV-Licht eine kaum wahrnehmbare Fluoreszenx zeigt, weist der Vertreter des linearen Geriistes cine intensive blaulila UV-Pluoreszenz auf.

8 - ;Methy l - lO , l l - t e t r ame thy len -5 ,6 (N) -pyr roch ino~ in (XLVJ) 1. A us G - I1 y dr a z i n o - 8 - rn e t h J 1 - c 11 i n o li n u n d C y cl o h e x a n o n

Der IndolringschluU erfolgt aullerordentlich leicht mit verschiedenen, auch srlion milden Kondensationsrnitteln.

Beitrage und Deutungsversucfie zur Reaktionsweise aromut. Bic yclen 145

Hit Eiseasig. 0,5 g 6-Hydrazin0-8~methyI-chinolin~~~) (freie Base) werden mit 3 ccm Eisessig unf 1,5 ccm Cyclohexanon 6 Stundcn gckocht, dann i. V. eingeengt, der Riickstand bei 40° mit Ammoniak-Chloroform digeriert. Der Chloroformlosung wird mit 2n-Schwefelsiiure der basische Anteil entzogen,' der saure Auszug nach Ver- setzen mit Ammoniak erneut mit Chloroform ausgedchiittelt. Nach Passieren einer Aluminiumoxydsaule .wird das Losungsmittel abdcstilliert, der Riickstand mit Al- kohol angerieben: 0,51 g Kristalle, die aach Umlosen aus Alkohol bei 225-226" schmelzen. Ausbeute ' 70 % d. Th. Die Verwenduag des Hydrazin-chlorhydrats steigert die Ausbeute.

C,,H,,N, (236,l) Bcr. N 11,86 Gef. ,, 11,68.

Mit NickdchZorid. Das Cyclohexanonhydiazon wird aus Methanol in blaSgelben Kristallen vom Schmp. 189" crhalten. 330 mg IIydrazon werden mit 15 mg wasserfreiem Nickelchloriir im Reagensglas im Metallbad erhitzt. Rei 20O0 Reaktion unter Ammoniakentwicklung. Nach kurzeni- Erhitzen bis 240" laDt man erkalten, nimmt in trockenem Chloroform auf, entfiirbt an Tonerde, engt ein und versetzt rnit Al- kohol. 230 mg vom Schmp. 225", entspreehcnd 75 % d. Th.

Hit Zn-Schwefels6we. 265 mg IIydrazan werden rnit 4 ccm 2n-Schwefelsaure kurz aufgekocht und eine halbe Stunde -auf siedendem Wasserbsd bclassen. Auf- arbcitung mit Alkali-Chloroform liefcrt 85 mg Pyrrochinelinbase = 34 vh d. Th.

2. Ans 6-IIydrazino-5,8-dimethyl-chinolin und Cyclohexanon u n t e r Methylabsprengung

p-Nitro-prylidin. 20 g p-Xylidin werden in 140 ccm Schwefelsaure gelost und unter 0" tropfenweise unter Turbiniercn mit 11,5 ccm Salpetersaure d = 1,4 in 30 ccrn Schwefelsaure versetzt. Reim Verdiinnen mit dem gleichen Volumen 'Eiswasser kristallisiert das farblose Sulfat dcr Nitrobase aus, das rnit 70proz. Schwefelsaure gewaschen und .mit viel heidem Wasser zcrlegt wid. 13,6 g schmelzpunktreines p- Nitro-psxylidin. Bus der saurcpMutterlauge mit Ammoniak weitere 5,5 g Rohmaterial, die aus Methanol umkristarlisiert werden.

6-Nitro-5,8-dimethyIrchinolirl. 56 g Nitrobase, 47 g Arsensiiure, 98 g entwassertes Glycerin und 90 g konz. Schwefelsaure werdcn der S kraup-Reaktion unterworfen, die hier durch mindestens achtstiindiges Kochen zu Ende gefiibrt wird. Aufarbeitung wie S. 139. Ausbeute 50% d. Th. Aus Alkohol farblose Nadeln vom Schmp. 118".

C,,H,,S,O, (202,09) Bcr. C 66,32 H 4,99 Gef. C 65,80 H 4,93.

6-Ami?to-5,8-dimelhyZ-chi~oZi~. Die Reduktion des Kitrokorpers rnit Zinnchloriir erfolgt viel langsamer als die des 6-Nitro-chinolins, wo sie unter Selbsterwiirmung vonstatten geht. 22 g Kitrobase werden feingcpulvert und in die siedende Losung von 86 g Zinuchloriir-dihydrat in 170 ccm halbkonz. Sslzsaure unter Schiitteln eingetragen. Nach drcistundigem Kochen wird die klare Losung noch hciS in uber- schiissige 30proz. Ratronlauge eingegossen, nach dem Erkalten abgesaugt, noch ein- ma1 in verdiinnter Salzsauro gelost und mit starkem Alkali ausgefallt. Reinigung durch Destillation im Sabelkolben, wobei dss Amin bci 194"/12 mm iibergcht. Aus Athano1 farblose prismatiscbe Stabchcn vom Schmp. 176". Gelbes Chlorhydrat.

C,,H,,N, (172,Z) Ber. C 76,GO H 7,03 Gef. ,, 76,73 ,, 6,69.

6-Hydrazino-5,8dimethyl-chinoZin. G g reines Aminlo4) wcrdcn in 75 ccm 711- Salzsaure gelost und mit 2,4 g Natriumnitrit in 25 ccm Wasser bei 0" diazotiert.

108) Darstcllung wird demniichst in anderem Zusammenhang veroffentlicht. lo4) Abwesenheit von 6-Amino-8-methyl-chinolin ist wichtig. Das letztgenapnte

Amin'ist in Methanol und Athano1 ca. lOmal leichtcr loslich und schmilzt bci 125". Eine Vernnreinigung des bis zur Schmelzpunktkonstanz umkristallisierten 6-Amino- 5,8-dimethyl-chinolins dmch den 6-Amino-8-methyl-korper ist also nicht mbglich.

146 Huisgen

Das beim EingieDen in die Losung ron 20 g Zinnchloriir in 250 ccni n/lO-$alzsaurt- zunLchst ausfaNende Stanno-Doppelsah geht schnell in Lisung. Kach wenigen Mi- nuten beginnt die Ausschcidung des Hydrazin-chlorostannats in derben gelben Kri- stallen. Nach zweistiindigem Stehen wird abgesaugt, in 200 ccm heiRem Wasser gelost und mit H,S von Stanni-Ionen befreit. Beim Einengen i. V. xuf kleines Yolumen kristallisiert das in Salzsaure schwerlosliche Chlorhydrat in gelben Nadeln. husbeute 85 "/o d. Th. Die freie Hydrazinbase wird aus MethanobWasser in farhlosen Tafeln vom Sclimp. 185O erhalten, die sich beim Stehen an der Luft rerfarben.

CllH13N3 (187,l) Her. ?; 22,4(i Gef. ,, 21,52.

Indnlringechlup n d Cyclohemnm. 1 g fringepulvertes Chlorhydrat des Hydrazin- korpers wird mit 4 ccm Cyclohexanon und 2 ccm Eisessig am RiickfluDkiihler zum Sieden erhitzt. Das zunachst auskristallisierende, heftiges StoSen verursachendt? Cyclohexanon-hydrazon-chlorhydrat geht innerhalb mehrstiindigem gelinden Sieden in Losung. Nach 14stiindigem Kochen haben sich aus der braumchwarzen Losung Kristalle abgeschieden, die nach Erkalten abgesaugt und mit wenig Eisessig gewaschen nerden. Das rote K~stal l isat wird mit. Alkali-Chloroform zerlegt, die Chloroform- liisung an A1,0, entfiirbt und eingeengt. Aus Methanol 151 mg farblose I Y a d e 1 h vom Schmp. 225'. Aufarbeitung der Eisessig-Cyclohexanon-lrlutterlaugr liefert weitere 81 mg der g€eiches Substanz. In Sluren gclbe Losung.

C18H16N2 (236,2) Ber. C 81,29 €1 6,83 N 11,8ti Gef. ,, 81,46 ,, 6,8(i ,, 11:i!i

4.5

t log c

I 4.0

3.5

3.0

2.5

2.0 250 300 3.20 G no 450 500

- Wellenlrjnge in np - 8-Methyl-lO,1l-tetramethyle~~-5,G (N)-pyrrochinolin :

7,8-Dimethyl-lO,ll-tetramethylen-5,6 (X)-pyrrochinolin: ____ Base Chiorhydra t

._.- ,-.-. .-.-.. -.-. Chlorh ydra t __._____.-__-_____- Base

Reitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromat. Bicyclen 147

Die Ideniitiit mit 8-Methyl-lO,ll-tetramethylen-5,G(N)-pyrrochinolin ergibt sich aus ubereinstimmung in Schmp. und Mischschmp. init dem oben aus 6-Hydra- aino-8-methyl-chinelin dargestellten Praparat. Die Praparate beider Synthese- wege stimmen im UV-Absorptionsspektmmlo6) vollig iiberein und zeigen grofie xhnlichkeit rnit der Kurve des sicher angular anellierten 7,8-Dimethyl-lO,ll-tetramethylen-5,G(H)-py~~ochinolins (Fig. 2). Ausbeute an unter Methylverdrangung gebildetem Tetrahydro-carbazd-Derivat 30 % d. Th. Das freie G-Hydrazino-5,B- dimethyl-chinolinliefert mit Cyelohexanon inEisessig denI~idolkorper nicht, imGegen- sata zu den normalen angularen Pyrrochinolinsynthesen. Anwesenheit von Mineral- saure ist also fur die MethylabstoOung erforderlich.

8,10,11- T r i me t h y 1 - 6,6 ( N )- p y r r o chi n 01 in 1. Am 6-Hydrazino-8-methyE-chinolin und Methyl-athyl-keton

Das Chlorhydrat des Hydrazinkorpers wird rnit Methyl-athyl-keton und Eisessig einige Stunden gekocht,. Das ausgeschiedene Chlorhydrat der Pyrrochinolinbase wird rnit Ammoniak-Chloroform zerleet. Aus Alkohol 4O0A (1. Th. an Kristallen. die " ," bpi 188" schmelzen.

C14H14N2 (210,12) Ber. K 13,33 Gef. ., 13,33.

2. Au,o 6-H ydraz ino-5 ,8 -d ;me thy l -~~~l~n und Methyl-athyl-keion tinter YefhyZ- verclrangung

1)as Chlorhydrat des Hydrazins wird wie oben umgeaetzt bei 14stiingiger Koch- dauer. Aufarbeitung wie iiblich. Aus wenig Athano1 nach Iangerem Steben Kristalle, die nach mehrfachem Umlosen aus wenig Alkohol bei 187" schmelzen und mit eineni nach 1. dargestellten Praparat keine Erniedrigung geben. Ausbcute gering.

1 0 , I 1 -Te t r ame t h y len-5( N ) ,6 -p y rr ochinolin ( L ) 1. Aus 5-Hyhazino-chinolin und Cyclohexanun

Beim Kochen von 5-Hydrazino-chinolin-chlorhydrat rnit Cyclohexanon-pd Eis- a s i g scheiden sieh schon nach wenigen ,Minuten rotorange gefiirbte Kristalle Bus. Nach einer Stunde wird das Chlorhydrat abgesaugt, mit Ammoniak-Chloroform zerlegt. Aus 0,5 g Hydrazin-chlorhydrat werden 442 g Pyrrochinolinbase vom Schmp. 280" erhalten. Mehrfaches Umkristallisieren aus Aceton steigert Schmp. nuf 289".

Cl,H,,K, (222,13) Ber. C 81,03 H 6,35 Gef. ,, 81,57 ,, 6,5O.

2. Aus 5-Hydrazino-6-methyl-chinolin und Cyelohexanm 5-Hydrazino-6-methyl-chinolin wird aus reinstem 6-Amin0-6-methyl-chinolin~~)

nach dem V. Meyerschen Verfahren wie iiblich dargestellt. Die freie Hydrazinbase bildet farblose Nadeln vom Schmp. 168" unter Rotung. BlaBgelbes, Chlorhydrat.

Cycli4ie*ung. 0,8 g IIydrazin-chlorhydrat werden mit je 3 ccm Eisessig und Cyclo- hexanon 6 Stunden unter RiickfluB gekocht. Nach ubersattigen init Ammoniak wird in Chloroform eingeschuttelt, rnit 2n-Salzsaure der Basenanteil ausgezogen. I)er salzsaure Extrakt wird erneut mit Ammoniak-Chloroform aufgearbeitet, die Chloroformlosung nach Passieren einer Aluminiummydslule eingeengt, der Riick- stand im Wasserstrahlvakuum destilliert. Die Fraktion 270-290" stellt ein braunrotes 01 dar, aus dem sich Kristalle ausscheiden. Das anhaftende rote61 wird mit wefig Metha-

109 Die Messungen verdanke ich Fr1:Dr. F. Pruckner , TH. Muschen. 106) E. Noe l t ing und E. Trautmann, B. 23, 1657, 3655 (1890).

148 'Hui sgen

no1 abgewaschcn, die Kristalle umkristallisiert aus Methanol zu fast farblosen Nadeln, die bei 284" unter Braunung schmelzen. Schmp. und Mischschmp. identisch rnit dem auf dem ersten Weg dargestellten Praparat, Ausbeute am Produkt der Methylver- drlngung 12-20 mg, entsprechend i-2.q/;, d. Th.

S k r a u p - S y n t 11 e s e mi t 2 - 0 x y - 4 - m e t h y 1 - 6 -a in in o - chino li n 2 - 0 x y- 4 - m e t h y 1 - p - p h e n a n t h r o 1 i n (LIII)

2-0xy-CmelhyZ-6-amino-chinolis.'- 15 g 6-Nitro-2-oxy-lepiQn werden in 100 ccni warmer halbkonz. Salzsaure suspendiert und mit 58 g Zinnchloriir-dihydrat in 80 ccin halbkonz. Salzsaure versetzt. Die beim lhwarmen auf 80" einsetzende Reaktion, hei dcr der Xitrokorper schnell in Losung geht, muB durch Einstellcn in kaltes Wasser gemaBigt werden. Die noch 10 Minuten gekochte Losung scheidet beim Erkalten ein schwerlosliches Chlorostapnat aus, das in heifiem Wasser rnit Schwefelwasserstoff vom Zinn befreit wird. Beim Neutralisieren mit Ainmoniiak kristallisiert die blaB- gelbe,Aminoverbindung aus: 9.6 g vom Schmp. oberhalb 300". Ausbeute 74Xd.Th.

Ringschlub. 1 g Base wird mit 0,7 g Arsensaure und je 7 g Glycerin, Schwefel- siiure und Eisessig 7 Stunden gekocht. Die rnit Wasser verdiinnte Liisullg setpt nach mehrstiindigem Stehen Schmieren ab, von dcnen abgegossen wird. Auf Ammohiak- xusatz kristallisieren nach kurzer Zeit grune Nndeln, deren Menge nach Reinigung durch zweimaliges Kochen der salzsauren Liisung rnit Tierkohle und Ausfallen mit Ainmoniak 330 mg betragen. Schmp. 312" u. Zers. Der negative Diazotierungs- verguch zeigt., da5 Ausgallgsmaterial nicht mehr vorhanden ist. Aus Alkohol in farblosen Prismen.

C,,H,,K,O (210,l) Ber. C 7435 H 4,80 Gef. ,, 74,16 ,, 5,02.

Uer nngulare Bau des Tricyclus crgibt. sich aus der geringen blauvioletten UV-Flu- oreszenz s o d e nus der Liislichkeit in 2Ji-Natrodauge, .ja schon in konz. wiiBrigem Ammoniak und in siedender Sodalosung. Auch die Farblosigkeit der Salze mit SBuren ist fur das angulare System charakteristisch.

S kr au p - S y n t h e s e mi t 2 - 0 x y -6 - am in o - 4,5,8 - t r i m e t h y 1- cli i- nol in

2 -Ox y - 4,9,10- t r i m e t h y 1- 1 , 5 - a n t lir az o 1 in (LV) Acetoacet-p-xylidid. Man Iafit p-Xylidin in die auf 160" erhitzte vierfach molare

Menge Acetessigcster einflieaen und halt die Temperatur, bis das Absieden des entstehenden Alkohols beendet ist. Beim Erkalten Kristdlbrei. Schmp. 96" aach Um- lijsen aus Methanol-Wasser.

2-02y-4 ,5 ,8- t r i rne thyZ-c~~~oZ~~. Das p-Xylidid wird im sechsfachen Gewicht konz. Schwefelsaure geliist und 30 min auf siedendem Wasserbad erwarmt. Beim EitlgieBen der erkalteten, kauin verfarbten Losung in das 20fache Volumen Eiswasser scheidet sieh das Carbostyrilderivat farblos und mikrokristallin ab. Ausbeutc no:/, d. Th. Umkristallisierbnr aus viel Alkohol. Schmp. 238".

C,,II,,NO (187,i) Uer. C 76,97 €1 7,OO Gef. ,, 77,21 ,, 7,16.

2-0xy-6-nitro-4,5,8-trirneth y l -ch inoh ( L I V ) . 10 g Trimethyl-carbostyril werderi in 30 ccm ko,nz. Schwefelslure gelost und bei 0" mit 4,l ccm Salpetersaure d = 1,4 (10% UberschuU) in 10 wm Schwefelsiure unter mechanischer Ruhrung nitriert. Nach 3-4 Stunden Stehen bei Zimmertcmperatur gieDt man auf Eis. Der blafigelbe Sitrokiirper kann nus Eisessig oder ails viel Alkohol umkristallisiert werden. Schmp. 275". Ausbeute 6006 d. Th.

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aroniat. Bic yclen 149

C,,Hl,N,O, (232,l) Ber. N 12,07 Gef. ,, 11,84.

2-0xy-6-camino-4,5,8-trimetl~yl-c?~iIin. 10 g feingepulverter Nitrokorper werden mit 10 ccm warmer konz. Salzsaure angeteigt und mit 40 g Zinnchloriir in 60 ccm hslbkonz. Salzsaure versetzt. Bei leichtem Erwarmen setzt Reaktion ein. Unter standigem Schiitteln wird der Nitrokorper in Losung gebracht. Die noch 5 Minuten zum Sieden erhitzte hellrote Losung lallt man abkiihlen und versetzt mit 90 cem Was- ser. Beim Anreiben scheidet sich ein orangerotes, prachtvoll kristallisiertes Z h - Doppelsalz aus, das nach mehrstiindigem Stehen im Eisschrank abgesaugt wird. In heiller waI3riger Losung wird mit H,S vom Zinn befreit. Auf Ainmoniakzusatz kristallisiert das Amin in glitzernden bla6gelben Rllttchen aus. Ausbeute 6.1 g. Nach UmlBsen aus khan01 Schmp. 302".

C,,H,,N,O (20'2,l) Ber. C 71,25 H G,98 Gef. ,, 71,16 ,, 6,72.

Farbloses, in Wasser schwer losliches Chlorhydrat.

Der Skraup-Ringsehlup wird wie ob,en vorgenommen. Nach dem Abfiltrieren der aus der mit Wasser verdiinnten Losung ausgeschiedenen saureunloslichen Floeken wird mit Tierkohle sufgekoeht, mit Ammoniak neutralisiert. Das sich ausscheidende braune Harz wird in 2n-Salzsaure erneut rnit Tierkohle gekocht. Beim vorsichtigen Neutralisieren tritt eine hellbraune, lackartige Fallung auf, die beim Anreiben rnit Methanol durehl&tallisiert: Unter Aufarbeitung der Mutterlauge 406 mg. Nach Umkristallisieren aus Eisessig oder wenig Acetanhydrid blaEgelbe Nadeln, die bei 290" unter Dunkelfiirbung schmelzen. Analysiert wird ein bei 100" i. V. getrocknetes Praparat.

C,,II,,N,O (238,,13) Ber. C 75,59 H 6,93 N 11,77 Gef. ,, 75,91 ,, 6,Ol ,, 11,49.

nor sich schon aus der Bruttofmmel ergebende lineare Bau wird durch folgende Kriterien gestiitzt: In Sauren mit gelber Farbe losliche, blallgelbe EigenfaFbe, Un- loslichkeit in Alkalien, kraftig hellblaue UV-Fluoreszenz der methanolischen Lasung.

2 - 0 x y - 4,10,11 - t r i m e t h y 1 - 5,6 ( N ) - p y r r o c h i n o 1 in (LVI) 2-0xy-4-methyl-6-hydmzin~-chinolin. 8 g 6-Amino-2-oxy-4-methyl-ehinolin wer-

den in 80 Gem konz. Salzsaure und 35 ccm Wasser geliist und bei 0" mit 3,2 g Natrium- nitrit in 30 ccm Wasser diazotiert. Beim EingieSen in Losung von 24 g Zinnchloriir in 120 ccni n-Salzsaure kristallisiert zunachst das Diazonium-chlorostannit auS. Im Lade einiger Stunden gelit es in Losung, wihrend sich das Chlorostamat des Hydrazins auszuscheiden beginnt. Dss Doppelsalz wird in siedender waBriger Losung mit €&S zerlegt. Aus der heill filtrierten Losung kristallisiert bei Erkalten das Hydra- zin-chlorhydrat in farblosen seidigen Nadeln aus. Unter Aufarbeitung der Mutter- lauge Ausbeute 90% d. Th. Die freie IIydrazinbase kommt aus Wasser in'farblbsen Nadeln, die sich bei 240" zersetzen. Fehlingsche Losung wird schon in der Kalte reduaiert.

Indo~ringachh/?. 0,3 g Hydrazin-chlorhydrat werden niit 4 ccm Eisessig und 1 ccni Methyl-athyl-kkton unter RuckfluS gekocht. Kach wenigen Minuten heginnt aus der dunkelgriinm Losung die krist. Ausseheidung des Chlorhydrats des obengenannten Pyrrochinolin-Kgrpers. Nach halbstundigem Kochen laat nian erkalten, saugt ab, wascht rnit Eisessig aus, zerlegt das gelbe Chlorhydrat durch Digerieren mit warmem Wasser: 270 mg blaB griingelber Kristalle, die nus vie1 Alkohol unter Zusatz von Tier- kohle umgelost werden konnen zu farblosen Nadeln, die wenig oberhalb 300" u. Zers. schmelzen. Ausbeute 90% d. Th.

150 Huisgen

CI4H,JV2O2 (6'26,l) Bet. C 74,30 H 6,23 Gef. ,. 74,51 ,, -6J3

LTnloslich in 2n-Natronlauge. 2 - O x y - 4 - m e t h y l - l 0 , 1 1 - t e t r a m e t l i y l e n - 5 , 6 ( N ) - p y r r o c h i n o l i n wird

auf viiltig analoge Weise dargestellt mit Cyclohexanon als Kctonkomponent.e. BUY 1 g Hydrazin-clilorhydrat. werden 0,72 g erhalben. Schmp. oberhalb 300". In 2n- Sslzsaure wegen geringer Rasizitak wenig liislich. Aus der metlrmolischen Losung kristitllisiert auf Znsatz von etwas konz. Salzslnre das goldgelbe Chlorhydrat.

I' tl r s ti c h e z ii r I n d o 1 s y n t h e s e mi t 2 - 0 x y - 4,5,8 - t r i ihe t h y l 4 - h y d r az inc- ch ino l in ( L V Z Z )

2-0xy-4,5,8-f1imethyl-6-hydraiin.o-chinoli~n. 0,6 g Aminokorper s. S. 149) werdeji in 8 c,cm 2n-Salzsaure gelost und mit 190 nig Natriumnitritin 2 ccm Wasser diazotiert. dann in Losung von 1,3 g Zinnchloriir in 10 ccm n/%Salzsaure und 30 ccm Athanol eingegossen. . Nach wenigen Minuten Absc,heidung hellgelber Kristalle (0,82 g) des Ch1orosthnnat.s. Reduktionsvermogen gegeii Fehlingsche Losung. Das freie Hydrazin ist liislic'h in Rssigslure und Natronlauge.

Hydmzon des Methyl-iithyZ-ketona. Das Chlorostannat wird in wenig heibeni Wasser gelost, von ungeloster Zinnsanre abfiltriert, rnit Methyl-athyl-keton versetzt. Aus der n i t Natriumacetat gepufferten Losung .kristallisiert beim Anreiben das Hy- dr.azon in blabgelben Xadeln vom Schmp. 112".

Cyclisierungsvwsuch. 0,16 g Hydrazon werden in 2 g Zinkchlorid bei 200" ein- Fetragen. Temperatur wird innerhalti 30 Minuten ,auf 260"- gesteigert und weitere 30 Minuten gehalten. Die Aufarbeitung mit Ammoniak-Chloroform liefert +Is ein- xiges kristallines Produkt farblose Nadrln (aus Alkohol) vom Schmp. 236", die sich in Mischschmp. und Loslichkeit als 4;5,8-Trimethyl-carbostyril ( S. 148) erweiscn.

Ringschlzt@versuchn durch Erhitzen des Hydrazin-chlorostannats mit Methyl- athyl-keton und Eisessig oder mit Cyclohcxanon-Eisessig auf 230" war nicht mehr Erfolg beschieden. Das Reaktionsprodukt enthielt zwar geringe Mengen Amnionium- chlorid, das einzig faBbare Reaktionsprodukt war such hier Trimethyl-carbostyril.

2 ,3 - Il i p he n y I - 4,5 - b e n z o - i n tl o 1 Die Substanz wurde von J a p p und Murrayz3) aus Benzoin ujid #?-Kaphtylamin

in der Zinkchloridschmelze dargestellt. Beim Kochen vonB-Naphtylamin mit Benzoiii und p-Kaphtylamin-chlorhydrat isolierten die Autoren nur a-Dinaphtgl-amin.

Unter milderen Bedingungen fiihrt letzteres Verfahren zu ausgezeichneten Bus- beuten an Indolkiirper: 1 g /?-Ka-phtylamip, 0,5 g j?-Naphtylamin-chlorhydrat und 2,2 g Benzoin weSden gemischt und in ein auf 140" erhitztes @bad gebracht. Kraftige Wassersbspaltung, die nsch 5 Minuten abklingt. Nach 10 Minuten bei 165" la& mati erkalten, reibt rnit Chloroform unter Zusatz von waUrigeni Ammoniak durch. Nach Entfarbung an einer kleinen A&O,-Siiule wird eingeengt. Aus Methanol kristallisicrt das Diphenyl-benzo-indol in derben glasklaren Prismen von blaDgriinem Oberflachen- glanz. Schmp. l6G--167". Ausbeute 3,O g. Schw&h violett,e LW-Fluorcszenz.

1-31 e t h y 1- 2 - d e s y 1 a m i n o - n a p h t a1 in (XII) UnterwirIt man l-Methyl-naphtyl-amin-(2) der gleichen Heaktion, so wird h a -

diglich ein Wasserstoffatom der Aminogruppe durch den Rest des Desoxy-benzoins ansgetauscht .

0,41 g Methyl-naphtyj-amin, 0 2 g von dessen Chlorhydrat und 0,9 g Benaoiri werden vermischt und im Olbad erhitzt. Bei 140'geht unter Aufschaumen die Wasser- abspaltung vor sich. Bei wciterem zweisTiindigem Erhitzen bis 180" keine sichtbare

Beitrage und Deutungsversuche zur Reaktionszveise aromat. BG yclen 15 1

Veranderung. Aufarbeitung wie oben fuhrt zu 1,l g blaBgelber Kristalle, die nach mehrfachem Umlosen a u s Chloroform-Methanol bei 152-153O schmelzen.

Cd5H,,0N (351,18) Ber. C 85,43 H G,03 Gef. ,, 85,48 ,, 5,98.

Einen Beweis fur die Konstitution liefert auch die Hydrolyse mit methanolischer Salzsaure, die Benzoin und Methyl-naphtyl-amin zuruckliefert.

Cyclisierungmersuchen der Desylamino-Verhindung mit Zinkchlorid, Schwefeb saure, Phosphorsaure, Thionylchlorid, Stannichlorid, Nickelchlorid war kein Erfolg beschieden.

Anhang Die R e s o n a n z e n e r g i e des N a p h t h a l i n s

Paul ing und S herman61) ermittelten aus Verbrennungswarmen eine Naph- thalinresonanz von 74,7 kcal. Die Resonanzenergie ist diq Differenz der Soll-Hvdrie- rungswarme, dem im Falle des Naphthalins fiinffachen Wert der HydrielungsGame dgr isolierten CC-Doppelbindung, und der direkt gemessenen, bzw. aus den Ver- brennungswdrmen bestimmten Hydrierungswarme des Systems. Entscheidend ist der Wert, der als Hydrierungswarme des Athylensystems zugrunde gelegt wird. Nach Prazisionsmessungen von K i s t i a kowskyS2) ist dieser Wert abhilngig von Zahl und Art der Substituenten im System (R,) &C = C % (RJ. Bei der Ermittlung der Benzolresonaw bedient sieh Kist iakowsky der zu 28,69 kcal gemessenen Hydrie- rungswarme des Cyclohexens.

Fur die Hydrierungswarme des Oktalins diskutiert W, H u ~ k e l ~ ~ ~ ) auf Grund von Messungen der Verbrennungswarmen dip Werte 24,l und 25,2 kcal. Da die Bestim- mung der Verbrennwgswarme grofie Anforderungen an die Reinheit stellt, diirfte dieser Wert fiir das schwer vollig rein darstelbare, autoxydable Oktalin keine 2u' verlassige Basis sein. Die Abhangigkeit der Hydrierungswarme von den flankierenden Substituenten IaBt fur das Oktalin, von dem allerdings mehrere 'Strukturisomere existieren, keine wesentlichen Abweichungen vom Wert des Cyclohexens erwarten.

Einer neuen Tabelle von W. A. RothlOB) Bind folgepde Werte von korr. Bildungs- enthalpien entnommen:

Naphthalin -18,2 kcal Tetralin 9,7 kcal Dekalin 68,3 kcal.

Fiir die Hydriekung des Benzolsystems beim Obergang vom Tetralin zum Dekalin ergibt sich eine Warmetonung von 48,G kcal. Die Ifbereinstimmung mit der von Ki- s t iakowsky $u 49,8 kcal gemessenen Hydrierungswarme des Benzols ist ausgezeich- net. Letztere Hydrierungswarme setzt sich aus folgenden Stufen zusammen:

Benzol Cyclohexadien 5,6 kcal Cyelohexadien Cyclohexen 26,8 kcal C yclohexen Cyclohexen 28,6 kcal.

Bei einer entsprechenden Aufteilung der Hydrierungswarme des Tetralins ergibt sich fur die des OkMins 28,O kcal als wahrscheinlichster Wert. Auf dieser Basis wird die Resonanzenergie des Naphthalins ermittelt : 1. Aua der Totalhydrierung zurn Dekalin:

Soll-Hydrieruagswarme 6x 28 kcal - ,(Bildungsenthalpie Dekalin - Bildungs- enthalpie Naphthalin) = 140,O - 7G,5 = 63,6 kcal.

lo') Theor. Grundl. d. org. Chem., 4. Aufl. I, 500. lo8) J. D'Ans und E. Lax, Taschenbuch fur Physiker und Chemiker, Springer,

Berlin 1948, 709.

152 H u i s g e n

2. Atis jmrtielkr Hydrierung zum Tetralin: Entlialpieanderung 27.9 kcal; SoIl-Hydrieningswarme 56,Wcal. Verlust an Re- sonanaencrgie bei part. Hydrierung somit 28,l kcal. Iin Tetralin noch vorhandene Resonanz: 36 kcal. Resonanzenergie tles Naphthalins: 36,O 28,l 63,l kcal.

Die recht gut. iibereinstimmendrn Werte crgeben pro Kern eink Resonanz von rund 31,s kcal, pin Wert, der zwischen dem von 25 kcal liegt, der sich mit Hilfe der Verbrennungswirme des Oktalins (nach I Iucke l ) berechnet, und dem Wert 37,4 kcal nach P a u l i n e , dessen Arbeit mir nicht im Original zuganglich ist.

F i r die richtigo GroDenordnung dieser AromatiziMsverringerung des Naph- thalins sprirht schon die Warmetnnung der ersten 1Iydrierungsstufe. WLhrmd die hypothetische Bildung des Cyclohexadiens aus Benzol mit 5 kcal endotherrn verlauft, ist die Hydriwung drs Kaphthalins zur Aa-L)ihytirostufe in der gleichen GroUen- ortlniing esotherm.

Nachtrag bei &r Korreklur (Zu AS. 122): I h Ubertmgung der Chinolinspthese narh Comb es auf das fi-Xaphtylamin

wurde inzwisrhen. experimentell bearbeitet von W. S. J o h n s o n , E. Woroch und P. J. Mathews , Am. ti9,666 (1947); G. R. Clemo und N. Legg, SOC. 1917,645. Die arcaschlk$?liche Bildung &a linearen Tricyc~us wurde von den nmerikan. Autoren mit einer desaktivierenden Wirkung der Seitenkette im Ammethin, von der vornehmlich dio durch Doppelbindqg verbiindene Stellung 1 betroffen is't, gedeutet. Die S. 122 aus friiheren Reobachtungen gefolgerte hohere Anregungsenergie sowie die Notwendigkeit scharfcr Kondcnsationsmittel (wasscrfreie FluDsaure oder 9Oproz. Schwefelsiure bei 100') stehen ini Einklang mit dicser Deutung.

(Abgeschlossen ani 94. Februar 1948)

Vcrantwortlich fiir die Redattion: Prof. Dr. H. Wieland, Starnberg, Obb.: fiir den Anreigen- tcil: Anton Burger, Berlin-Tcmpelhof, AttilastraOc 16. - Verlag Cbcmie. GmbH., (Lizenr US. W. 1113 Eduard Kreazhage) WeinheimlBergstr. und Bcr . Printed in Germany. -

Druck: Druckcrei G. Rraun GmbH.. Karlsruhe. k f l a g c 3500.

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Beiträge und Deutungsversuche zur Reaktionsweise aromatischer Bicyclen