1972 G. Ege und B. Huhn 39 Liebigs Ann. Chem. 763, 39-45 (1972)

Hydrolytische Ringiiffnung von 1-C yclopropen-l .Zdicarbonshure- dime th ylest ern

von Giinter Ege und Birgit Hahn

Aus dem Organisch-Chemischen Institut der Universitat, D-69 Heidelberg

Eingegdngen am 10. April 1972

Die Cyclopropenester 5 und 2 lassen sich durch Kochen in Eisessig/Wasser in die 5-Ringlac- tone 7 bzw. 9 iiberfiihren, wobei als Nebenprodukt aus 5 das substituierte Allylacetat 8 ent- steht. Beim Versuch, 5 direkt durch Pbotolyse von Diphenyldiazomethan in Gegenwart von Acetylendicarbonsauredimethylester und Tetrahydrofuran als Losungsmittel zu erhalten, entstand unter Einbau von zwei Tetrahydrofuran-Molekulen das Addukt 10.

Hydrolytic Ring-opening of Dimethyl Esters of I-Cyclopropene- I,2-dicurboxylic Acids

The cyclopropene esters 5 and 2 are converted to the 5-membered lactones 7 and 9 by boiling in CH3COzH/HzO. In the case of 5 one minor by-product is the ally1 acetate 8. In an attempt to synthesize 5 directly by photolysis of diphenyldiazomethane in the presence of dimethyl acetylenedicarboxylate in tetrahydrofurane as solvent, an adduct 10 containing 2 tetrahydro- fury1 residues is formed.

Die Photolyse des Spiro[pyrazolenin-3.9'-fluoren]-4.5-dicarbonsaure-dimethyl- esters (1) lieferte in 70proz. Ausbeute den Cyclopropenester 2 (Reaktion l), wahrend der analoge 3.3-Diphenyl-pyrazolenin-4.5-dicarbonsaure-dimethy~ester (3) in 69 proz. Ausbeute den Indenester 4 ergab (Reaktion 2)l).

1 2

3 4 5

1) G. Ege, Tetrahedron Letters [London] 1963, 1667.

40 G . Ege und B. Hahn Bd. 763

Bei der Durchfuhrung der Reaktion (2) in Gegenwart von D20 findet kein Einbau von Deuterium in die 1-Position des Indenesters 4 statt; dies steht in Ubereinstimmung mit der nach Woodward und Hoflmann 2) thermisch erlaubten intraniolekularen suprafacialen 1.5-Wasserstoffverschiebung.

C H

4 &.A6 1.5-H-Ver - :H3 schiebung *

1 COzCH3

Auf der Suche nach dem bei der Reaktion (2) zu erwartenden Cyclopropenester 5 haben wir Variationen in den Versuchsbedingungen der Photolyse von 3 angestellt. Inzwischen wurde 5, unabhangig von uns, von Schrader 3) isoliert. Wir beschranken uns deshalb zur Darstellung von 5 aus 3 auf einige erganzende Bemerkungen imversuchsteil.

Bei der Dunnschichtchromatographie (DC) von 5, insbesondere auf einer feuchten Kieselgelplatte, stellt man Zersetzung durch Bildung einer geringfugig langsamer laufenden Zone fest. Die praparative DC ergab in 84proz. Ausbeute das Lacton 7*). In groI3erem MaBstab la& sich 7 durch Kochen von 5 in Eisessig/Wasser in 73proz. Ausbeute gewinnen. Dabei entsteht als Nebenprodukt der Ester 8. Die Lactonstruktur 7 ist mit den IR-, 1H-NMR- sowie Massenspektren vereinbar und folgt aul3erdem aus dem oxidativen Abbau mit Chromtrioxid in Eisessig, der Benzophenon liefert. Vor- stellungen zum Reaktionsmechanismus enthalt das Schema 1.

Schema I

5

H5C6 ca5 CsH5

7 8

*) Anmerkung bei der Korrektur (1 8 . 9. 72) : Diese Umwandlung von 5 an Kieselgel wurde auch von Schrader gefunden. Wir danken Herrn Dr. W. Hartmann Farbenfabriken Bayer AG, Krefeld-Uerdingen, fur diesen Hinweis; vgl. L. Schrader, Tetrahedron Letters [London] 1971, 2993.

2) R. B. Woodward und R. Hoffmann, J. Amer. chem. SOC. 87, 251 1 (1965). 3) L. Schrader, Chem. Ber. 104, 941 (1971).

1972 Hydrolytische Cyclopropenring-Spaltung 41

Nach Anlagerung eines Protons an die Doppelbindung von 5 erfolgt in einer Cyclo- propyl-Allyl-lsomerisierung eine Ringspaltung zu 6, wie sie auch bei der Solvolyse von Cyclopropyltosylaten auftritt4). Erneute Wasseranlagerung an 6 und Methanolab- spaltung fuhrt zum Lacton 7; Addition von Essigsaure an 6 unter Abspaltung eines Protons liefert 8.

Die Struktur von 8 ist rnit den IR- , IH-NMR- und Massenspektren in Ubereinstimrnung. Irn IH-NMR-Spektrurn absorbieren die Acetylprotonen bei 8 = 2.1 5 und die Esterrnethylpro- tonen bei 3.4 bzw. 3.72 pprn. Das Signal des Methinprotons tritt aufgrund elektronenziehender Nachbargruppen bei relativ niedriger Feldstlrke (8 = 5.8 ppm) auf. Vergleichsweise liegt das Signal der Methylenprotonen von Acetylglyko~saureeste~ bei 8 -~ 4.91 5 ) . Das IR-Spektrurn von 8 weist Absorptionen bei 1705, 1735 und 1760 crn-1 auf, die den Estercarbonylen zuge- ordnet werden. Zurn Vergleich diente Acetylbenzilsauremethylester6), dessen Carbonyl- absorption bei 1750 crn I auftritt. Die Ozonolyse von 8 in Essigester bei -70" liefert Benzo- phenon als Spaltprodukt.

Beim Behandeln von 2 mit Eisessig/Wasser erhielten wir entsprechend das Spiro- lacton 9 in 84proz. Ausbeute.

9

Da bei der Photolyse von 3 der lndenester 4 stets das Hauptprodukt ist1.3), fuhrten wir Tieftemperaturphotolysen von 3 bei -70 und bei ca. - 150' in Tetrahydrofuran und Methyltetrahydrofuran durch, ohne jedoch eine nennenswerte Beeinflussung der Produktbildung an 4 und 5 zu erreichen.

C02CH3

10

In der Erwartung, daO sich das Diphenylcarben-Fragment unter Cyclopropenbildung a n die Dreifachbindung zu 5 addiert, photolysierten wir auch Diphenyldiazomethan in Gegenwart von Acetylendicarbonsauredimethylester in Tetrahydrofuran bei -60".

4) Ubirsicht bei C. H. De Puy, Accounts chern. Res. 1, 33 (1968). 5 ) R. M . Silverstein und G. C. Bassler, Spectrometric Identification of Organic Compounds,

1. Aufl., S. 88, J. Wiley &. Sons., New York 1963. 6) H. Bickel, Ber. dtsch. chern. Ges. 22, 1537 (1889).

42 G . Ege und B. Hahn Bd. 763

Auf diese Weise sind Diirr und Mitarbeiter7) bei der Photolyse von Tetraphenyl- diazocyclopentadien zu einem entsprechenden Cyclopropen gekommen. Es entstand bei uns jedoch in Tetrahydrofuran als Losungsmittel ein Produkt 10, an dem die Komponenten Diphenylcarben, Acetylendicarbonsauredimethylester und Tetrahydro- furan im Verhaltnis 1 : 1 : 2 anteilig sind, wie aus dem Massenspektrum und dem 1H-

Tabelle 1. Komponenten, Massenzahlen und relative Intensitaten bei der massenspektro- metrischen Fragmentierung von 10 bei 70 eV

Komponente mle Ire1 Komponente mle Ire1

Mole ku lp eak (M@) 452

M @ - C H ~ O H = I 420

22.8

7.1

11 - CH,OH 3 49

27.9

18.2

8.9

Hz Hz I1 - OHz = 111 309

HZ 0

60zCH 217

oder I11 - CH@H

9.6

9.9

9.9

I 1

80 7n 60 50 4 0 30 20 10 ppm 0 n9m

Abbildung 1. 1H-NMR-Spektrum (60 MHz) von 10 in CDC13

7) H. Diirr, L. Schrader und H. Seidl, Chem. Ber. 104, 391 (1971).

1972 Hydrolytische Cyclopropenring-Spaltung 43

NMR-Speklrum folgt. Die in1 Massenspektrum gefundenen Massenzahlen sind in der Tabelle I zusammengestellt ; das 1H-NMR-Spektrum ist in Abbildung 1 wieder- gegeben.

Auffallend ist die Verschiebung des Signals des Methinprotons Ha nach niedriger Feldstarke (8 = 4.95 ppni), die auf die benachbarten Phenylgruppen sowie die Carbon- estergruppe und den cyclischen Ather zuruckzufuhren ist. Vergleichsweise liegt das des Methinprotons iin 1.1-Diphenyf-athan bei 8 = 4.01 ppm (CC14)8). Aus den spektro- skopischen Daten ergibt sich die Konstitution 10, in der wegen des Vorhandenseins von 4 Asymnietr iezentren die Struktur bis auf die Konfiguration festgelegt ist.

Wir danken der Deutsrhen Forschrmngsgctireinschaff und dem Fonds der Chemischen Indusfrie fur die Unterstutzung der Arbeit, der Badisrhen Anilin- & Soda-Frrhrik AG fur Chernikalien und Herrn Dr. B. L~trghatnmer, Beilstein-lnstitut Frankfurt/Main, fur Hilfe in Nomenklatur- frdgen.

Beschreibung der Versuche Die 1R-Spektren wurden rnit dem Perkin-Elmer-lnfrarotspektrometer, Modell 221, die

UV-Spektren mit dem Gerat Leitz Unicam SP 800. die 'H-NMR-Spektren (TMS als innerer Standard) rnit dem Varian-A-60-Gerat und die Massenspektren mit dem Massenspektrometer S M I A (Varian MAT) aufgenommen. ~ Die saulenchromatographische Trennung erfolgte an Kieselgel (0.05-0.20 m m ; Merck). -- Zur Dunnschichtchromatographie (DC) wurde Kieselgel H F254.).360 (Merck) verwendet. - Die Schmelzpunkte wurden auf dem Monoskop VI (Bock, Frankfurt/Main) bestimmt und sind nicht korrigiert.

Photolyse von 3.3- Diplretrr.1-pyrazolc.nin-4.5-dicarbonsairre-dintethylesfer (3) in Benzol: 1 g (3 mMol) 3 9 ) wurde in 300 ml absol. Benzol 45 Min. rnit dem 70-Watt-Quecksilber-Hoch- druckbrenner TQ 81 (Quarzlanipengesellschaft Hanau) bestrahlt. Nach dem Entfernen des Losungsniittels i. Vak. wurden die von 3 Ansatzen zuruckbleibenden 6le uber eine SLule (70 :.: 3.5 cm) mit Petrolather (60-70n)/Ather ( I : I ) chromatographiert und die Eluate in 25-nil-Fraktionen aufgefangen. Aus den ersten 4 Fraktionen kristallisierten 560 mg (20 x,) 3.3- Diphen~~l-I-ryrlopropen-4.5-dicclrbonsaure-ditnethylester (5) in groBen gelb- lichen Nadeln vom Schmp. 78-79" (aus Methanol); Lit.3) Schmp. 80--81" (am Ather). Die Fraktionen 5 ~ 8 waren Gemische aus 3-Phenyl-inden-I.2-dicarbonsaure-dimethylesfer (4) und 5. Die folgenden Fraktionen bestanden aus 1.9 g (69.1 %) 4 vom Schmp. 93-94" (aus Methanol; Lit. 1.3 92-93"). Mol.-Gew. von 5 : 308 (massenspektrometr.). Die ubrigen spektroskopischen Daten von 5 stimmen mit Lit.3) iiberein.

Photolyse yon 3 in T H F I- D20: 1 g (3 mMol) 39) wurde in 300 ml absol. T H F in Gegen- wart von 10 ml DzO (Deuterierungsgrad 99.75%, Merck) bestrahlt. Die Aufarbeitung er- folgte wie bei 5 (voranstehend). Eine 100-mg-Fraktion des Indenesters 4 wurde aus Methanol umkristallisiert und stimmte im IH-NMR-Spektrum rnit dem Indenester 41) uberein (kein Deuterium-Ein bau).

8) F. A. Bovey, N M R Data Tables for Organic Compounds, Bd. 1, S. 374, Interscience

9 ) J . van Alphen, Recueil Trav. chim. Pays-Bas 62, 485 (1943). Publ., New York 1967.

44 G. Ege und B. Hahn Bd. 763

2-[a-Hydroxy-benzhydryl]-fumarsaure-l-methylester-4-lacton (7). - 50 mg (0.1 6 mMol) 5 wurden in Methylenchlorid gelost und auf eine DC-Platte (Kieselgel) aufgetragen, die zuvor 24 Stdn. in einer rnit Wasserdampf gesattigten DC-Kammer aufbewahrt worden war. Die Platte wurde 2 Stdn. bei 90" getrocknet und erneut 24 Stdn. in eine mit Wasserdampf ge- sattigte Atmosphare eingestellt. Nach erneutem Trocknen bei 90" wurde rnit Petrolather (60-70°)/Ather (I : I ) chromatographiert. Die die Substanz enthaltende Zone (RF = 0.63) wurde abgetrennt und mit CHf& eluiert. Man erhielt 40 mg (84%) 7 vom Schmp. 108 bis 109" (aus Methanol). ~- IH-NMR (CDC13): 6 = 7.4 (m; 10 aromat. H), 6.9 (s; 1 olefin. H), 3.8 ppm (s; OCH3). - UV (CH30H): ab 300 nm zu kiirzeren Wellenlangen ansteigend bis zur Endabsorption. - IR (KBr): 3120, 3040, 2950 (schw), 1765 (Lacton-CO; st), 1720 (Ester-CO; st), 1490, 1450, 1340(m), 1220 (st), 1100, 1000 (m), 770, 720, 700 cm-1 (st). - MS: m/e (Irel) =

294 (loo%, Mo), 263 (9%), 235 (973, 217 (9%).

C18H1404 (294.3) Ber. C 73.46 H 4.79 OCH3 10.54 Gef. C 73.29 H 5.01 OCH3 10.81

2-[a-Hydroxy-benzhydrylJ-fumarsaure-l-methylester-4-lacton (7) und 3-Acetoxy-2-benzhydryli- den-bernsteinsuure-dimethylester (8). - 61 mg (0.2 mMol) Cyclopropenester 5 wurden in 10 ml Eisessig in der Warme gelost und dann rnit 1 ml Wasser versetzt. Die Losung wurde im HeiB- luftbad eingedampft und der Riickstand durch praparative DC mit Petrolather (60-7O0)/Ather (1 : 1) getrennt. Aus den beiden Substanz enthaltenden Zonen mit den RF-Werten 0.63 bzw. 0.37 wurden durch Eluieren mit Methylenchlorid 43 mg (73 %) 7 bzw. 12 mg (16%) 8 isoliert. 7: Schmp. 108-109" (aus Methanol), 8: Schmp. 139-140" (aus khanol). 8: IH-NMR (cCl4): 6 = 7.0-7.5 (m; 10 aromat. H), 5.8 (s; IH), 3.72 (s; OCH3), 3.4 (s; OCH3), 2.15 ppm (s; CH3CO). - UV (CH3OH): A,,, (E) = 270 (10600), 220 nm (17750). - IR (KBr): 3060, 3030, 3000, 2950 (schw), 1760, 1735, 1705 (st), 1430 (m), 1225, 1205 (st), 1045, 770, 700cm-l (m). - MS: m/e (Ired = 368 (12%, Me), 336 (18%), 294 (29%), 276 (4373, 249 (40%), 235 (loo%), 178 (25%).

C21H2006 (368.4) Ber. C 68.47 H 5.47 OCH3 16.85 Gef. C 68.69 H 5.75 OCH3 16.56

Oxidation von 7: Zur Losung von 147 mg (0.5 mMol) Lacton 7 in 20 ml Eisessig gab man portionsweise 1 g (0.01 Mol) Cr03. Nach 4stdg. Kochen wurde das Losungsmittel i. Vak. abge- zogen und der Ruckstand rnit Methylenchlorid versetzt. Die Chromsalze entfernte man durch Ausschutteln mit Wasser und dampfte die organische Phase nach dem Trocknen iiber MgS04 ein. Aus dem Ruckstand erhielt man nach praparativer DC rnit Petrolather (60-770")/Ather (1 : 1) Benzophenon als griinliches 0 1 rnit RF = 0.75. Zum Nachweis dienten ein rnit Benzo- phenon iibereinstimmendes IR-Spektrum und das 2.4-Dinitro-phenylhydrazon vom Schmp. 238-240".

Ozonisierung von 8: 110.4 mg (0.3 mMol) 8, gelost in 50 ml Essigester, wurden bei -70" ozonisiert. Das Ende der Reaktion wurde durch diinnschichtchromatographische Kontrolle festgestellt. Nach Einengen i. Vak. wurde der Riickstand durch praparative DC mit Petrol- ather (60-70°)/b;ther (1 : 1) getrennt. Es konnte ein griinliches 0 1 , das im DC und IR-Spek- trum mit Benzophenon iibereinstimmte, isoliert werden. Schmp. des 2.4-Dinitro-phenylhydra- zons 240".

2-[9-Hydroxy-9-~uorenyl]-fumursaure-l-methylester-4-luct~n (9). - 6 1.2 mg (0.2 mMol) 21,7,10), wurden in 10 ml warmem Eisessig gelost; zur Losung wurde 1 ml Wasser gegeben.

1972 Hydrolytische Cyclopropenring-Spaltung 45

Man dampfteim HeiBluftbadein und trennte den Ruckstand durch praparative DC mit CHzC12/ Petrolather (40-60") = 6 : 1. Aus den Substanz enthaltendenzonen wurden durchEluieren mit Methylenchlorid 49 mg (84%) 9 mit RF = 0.6 isoliert; Schmp. 130-131" (aus Athanol). - 1H-NMR (CCI4): 8 = 3.5 (s; OCH3), 6.91 (s; olefin. H), 7.1 -7.8 ppm (m; 8 aromat. H). - UV (CH3OH): Amax (E) = 283 (9500), 272 (1 1700), 234 (40400), 226 nm (42800). - IR (KBr): 3100, 3060, 2960 (schw), 1770 (Lacton-CO; st), 1740 (Ester-CO; st), 1450, 1435 (m), 1215 (st), 800, 770, 750 (m), 730 cm-1 (st).

C18H1204 (292.3) Ber. C 73.97 H 4.14 OCH3 10.61 Gef. C 74.21 H 4.09 OCH3 10.63

Photolyse von Diphenyldiazomethan: I-Benzhydryl-I.2-bis-[tetrahydro-2-furylJ-bernstein- siiure-dimethylester (10). - Zu einer auf -60' gekiihlten Losung von I .42 g (10 mMol) Acetylendicarbonsauredimethylester in 350 ml Tetrahydrofuran wurden unter Ruhren und Bestrahlen mit einem 450-Watt-Hanovia-Hochdruckbrenner mit Pyrexfilter 1.94 g (10 mMol) Diphenyldiazomethan in 150 ml THF innerhalb von 10 Min. getropft. Nach 1 stdg. Bestrah- lungszeit wurde das Losungsmittel abdestilliert, der gelbe, olige Ruckstand mit Methylen- chlorid (Saule 65 x 3 cm) chromatographiert und das Eluat in 25-ml-Fraktionen aufge- fangen. In den ersten 4 Fraktionen befanden sich 220 mg Tetraphenylathanll) vom Schmp. 195-203", in den folgenden 5 Fraktionen lieB sich durch Zugabe von Petrolather/Ather (1 : 1) Benzophenonazin") vom Schmp. 145 - 152" ausfallen. Die dann folgenden Fraktionen (1500 ml) enthielten ein gelbes 0 1 (2.3 g). das in Methanol aufgenommen wurde. Nach mehrtagigem Stehenlassen im Kuhlschrank konnte 10 durch Reiben mit einem Glasstab zur Kristallisation gebracht werden. Man erhielt 230 mg (5.1 %) weiBe Blattchen vom Schmp. 128-130" (aus Methanol). - IR (KBr): 2940 (st), 2860, 2840 (m), 1720, 1210, 1060 (st), 750 (m), 700 cm-1 (st).

C27H3206 (452.6) Ber. C 71.66 H 7.13 OCH3 13.71 Gef. C 71.95 H 7.07 OCH3 13.68

10) H. Reimlinger, Chem. Ber. 100, 3097 (1967). 11) Tetraphenylathan und Benzophenonazin sind Produkte der Photolyse von Diphenyl-

diazomethan; vgl. W. Kirmse, L. Horner und H . Hoffmann, Liebigs Ann. Chem. 614, 19 (1959).

[79/721