Konjugierte Verbindungen, II. Ringspaltung von Pyryliumsalzen mit metallorganischen Verbindungen

1962 G. KOBRICH und D. WUNDER 131

Konjugierte Verbindungen, 11*

RINGSPALTUNG VON PYRYLIUMSALZEN MIT, METALLORGANISCHEN VERBINDUNGEN 1)

von GERT KOBRICH und DIETRICH WUNDER

Herrn Professor Dr. Georg Wiitig zum 65. Geburtstag in Verehrung und Dankbarkeit zugeeignei

Aus dem Institut fir Organische Chemie der Universitat Heidelberg

Eingegangen am 20. Dezember 1961

Aus 2.4.6-Trimethyl-pyrylium-perchlorat und Aryl- sowie Styryl-metallverbindungen lassen sich, teilweise in guten Ausbeuten, ungesattigte Ketone gewinnen, die als postulierte Zwischenprodukte der von Pyryliumverbindungen aus- gehenden Aromatisierungsreaktionen auch theoretisches Interesse beanspru- chen. Die Spektren der Ketone legen eine betrachtliche sterische Hinderung im Molekiil nahe. Der Chemismus der Ketonbildung 1LOt sich als Zweistufen- reaktion iiber Pyrane formulieren. Die Substituentenwirkung auf die Ring-

offnung wird diskutiert.

In der Chemie der Pyryliumsalze heben sich zwei Epochen der Entwicklung deutlich voneinander ab.

Ihre Entdeckung 2 2 ) stand im Zusammenhang mit der sich entwickelnden ,,Oxonium- Theorie" und fiihrte zur Synthese zahlreicher Vertreter dieser Substanzklasse, deren Grund- korper indessen erst recht spat bekannt wurde4).

Nach heutiger Anschauung resultiert die Stabilitat der Pyryliumverbindungen (I) aus dem delokalisierten 6x-Elektronensystem, welches sie in eine Reihe mit anderen quasiaromatischen Verbindungen stellt. Das Studium der Reaktionen dieser Verbindungen kenn- zeichnet die zweite, neuere Phase der Untersuchungen.

Trotz des aromatischen Bindungszustandes ist der Heterocyclus wegen seiner positiven Ladung einer typisch ,,aromatischen" - d. h. elektrophilen - Substi- tution im allgemeinen nicht zuganglich. Um so ausgepragter ist seine nucleophile Reaktionsbereitschaft, die sich in glatten Reaktionen mit Alkalien, Aminen, metallorganischen Verbindungen u. a. manifestiert5). Diese Umsetzungen lassen sich hinsichtlich des ersten Reaktionsschrittes dern additiven Mechanismus nucleophiler Substitu-

@ 0 xe I

*) I. Mitteilung: G. KOBIUCH, Liebigs Ann. Chem. 648, 114 (1961). 1) Vorlaufige Mitteilung: G. KOBRICH, Angew. Chem. 72, 348 (1960). 2) vgl. hierzu J. N. COLLIE und T. TICKLE, J. chem. SOC. [London] 75,710 (1899); A. WER-

NER, Ber. dtsch. chern. Ges. 34, 3300 (1901); H. DECKER und TH. VON FELLENBERG. Liebigs Ann. Chem. 356,281 (1907).

3) A. BAEYER, Ber. dtsch chem. Ges. 43, 2337 (1910). 4) F. KLAGES und H. T ~ G E R , Chem. Ber. 86, 1327 (1953). 5 ) Ubersicht bei K. DIMROTH, Angew. Chem. 72, 331 (1960).

99

I32 G. K~BRICH und D: WUNDER Bd. 654

tionen an positivierten BenzolabkOmmlingen6) an die Seite stellen. Wahrend aber bei diesen das nach Gleichung (1) entstehende Zwischenprodukt I1 durch die dem Kern aufgezwungene negative Ladung so energiereich ist, daI3 es nur in seltenen Fallen isoliert werden kann’), kommt es bei entsprechenden Umset- zungen der Pyryliumverbindungen (wie Ri Rl\/.R2 RZ auch bei Pyridiniumsalzen) zu einem

Ladungsausgleich den Verlust an Aromatisierungsenergie [Gleichung (2)], der 0 ZII@ s 6 (1)

iiberkompensiert. Im Energieprofil liegt daher das Pyranderivat 111 unter der

z. B. bei Benzopyrylium- und Xanthy- I __j +Re 0 bzw. 0 (2) Ausgangsverbindung I und ist folglich

liumsalzen meist das Endprodukt der Reaktions). Einkernige Pyryliumsalze vermogen dagegen durch Spaltung des Pyranringes in offenkettige Verbindungen oder durch erneute Cyclisierung in andere aromatische oder quasiaromatische Substanzklassen iiberzu- gehen3.s. 9.10). Die Ringspaltung mit Alkalien oder Aminen laI3t sich leicht verstehen, da das Primarprodukt 111 im einen Falle den Typ eines Halbacetals (R = OH), im anderen den eines Aldehydammoniaks (R = NH2) verkorpert. Nicht so einfach ist die Ringoffnung mit Carbanionen zu deuten, welche bei den eleganten Aromatisierungsreaktionen von DIM- R O T H ~ , 11) mit aktivierten Methylenverbindungen und H A F N E R ~ ~ ) mit Cyclopentadienyl- natrium offenbar eintritt, da dem vermuteten Primarprodukt I11 die Struktur eines cyclischen Enolathers zukommt.

Urn Einblick in den Chemismus dieser Ringspaltungen zu erhalten, haben wir das Verhalten von 2.4.6-Trimethyl-pyrylium-perchlorat (IV) gegenuber Awl-GRIGNARD- Verbindungen unter schonenden Bedingungen untersucht, wobei eine Isolierung von nicht-cyclischen Produkten zu erhoffen war.

R\...

0”R 0 -XQ 111 I :‘

RE AKTIONEN

; Beim Eintragen von IV in eine aquimolekulare Menge atherischer Phenylmagnesium- bromid- oder Phenyllithium-Losung findet bereits bei - 30” rasche Umsetzung statt.

6 ) ubersichten bei J. SAUER und R. HUISGEN, Angew. Chem. 72,294 (1960); J. F. BUNNETT, Quart. Rev. (chem. SOC., London) 12, 1 (1958); J. F. BUNNETT und R. E. ZAHLER, Chem. Reviews 49, 273 (1951).

7) J. MEISENHEIMER, Liebigs Ann. Chem. 323, 205 (1902). 8) F. K R ~ H N K E und K. D I C K O R ~ , Chem. Ber. 92,46 (1959); R. WIZINCER und A. LUTHIGER,

Helv. chim. Acta 36, 526 (i953); R. L. SHRINER, in The Roger Adams Symposium, J. Wiley & Sons, Inc., New York 1955, S. 103 IT.; A. LOWENBEIN und B. ROSENBAUM, Liebigs Ann. Chem. 448, 223 (1026); A. LOWENBEIN, E. PONGRACZ und E. A. SPIESS, Ber. dtsch. chem. Ges. 57. 1517 (1924).

9 ) A. T. BALABAN und C. D. NENITZESCU, Chem. Ber. 93, 599 (1960). lo) R. GOMPPER und 0. CHRISTMANN, Chem. Ber. 94, 1795 (1961). 1’) K. DIMROTH, G. BRAUNINGER und G. NEUBAUER, Chem. Ber. 90, 1634 (1957); K. DIM-

12) K. HAFNER und H. KAISER, Liebigs Ann. Chem. 618, 140 (1958). ROTH, G. NEUBAUER, H. MOLLENKAMP und G. OOSTERLOO, ebenda 90, 1668 (1957).

1962 Ringspaltung von Pyryliumsalzen 133

Die Aufarbeitung liefert nach der Destillation ein gelbes 61 in 56-74% Ausbeute, welches ein Dinitrophenylhydrazon und - in maBiger Ausbeute - ein Semicarbazon bildet. Im IR-Spektrum erscheint eine Bande bei 1685 cm-1, die der vc,o-Schwingung eines ungesattigten Ketons, aber auch der Doppelbindung von Enolathern (v,--,--~) zugeordnet werden kann. Hiernach ist ein Gemisch von V und VI [Gleichung (311

r CH3 -1

IV V VI

nicht auszuschliebn *). Die katalytische Hydrierung ergibt unter Aufnahme von 2 Mol Wasserstoff ein farbloses 81, dessen chromatographische Auftrennung nur einen gerin- gen Vorlauf liefert, der neben gesattigten und ungesattigten Carbonylverbindungen nicht wesentliche Mengen eines cyclischen Athers enthalten kann.

Die einheitliche Hauptmenge zeigt eine intensive IR-Absorption bei 1718 cm-1 (unkonjugierte Carbonylgruppe), was fur diese Verbindung die Struktur VII nahelegt. Zum Beweis wurde durch Hypochlorit-Abbau die Carbonsaure VIII dargestellt, deren Amid im Gemisch mit einem von NENrTz~scul3) auf anderem Wege gewonnenen Praparat ohne Depression bei 78" schmolz.

CH3 CH3 CH3 NaOCl I I I - C ~ H S . C H . C H ~ . C H . C H ~ . C O ~ H VlIl

CH3 CH3 CH3 LiAlH4 I I I - CsHs.CH.CHz.CH.CH2.CHOH IX

0 C H 3 --I + 2% VI + /

RANBY-Ni

H3C 0 CaH5 VII

Im Nachlauf findet sich in geringer Menge ein intensiv nach gekochtem Rhabarber riechender Alkohol, der auch aus VII mittels Lithiumalanats dargestellt werden kann und daher die Struktur IX besitzt.

Setzt man dem ursprunglichen Ansatz nach beendeter Reaktion ein zweites Mol Phenyllithium zu, so wird auch dieses - und zwar deutlich langsamer - verbraucht, und man erhalt das Carbinol X. Offenbar wird das Keton VI wahrend der Reaktion und nicht etwa bei der Aufarbeitung gebildet, denn Enolather - wie das M a n V - sind unter diesen milden Bedingungen nicht zur Reaktion mit metallorganischen

* ) Es sei betont, daB die in VI und den folgenden Formeln wiedergegebene Konfiguration willkiirlich gewahlt ist.

13) C. D. NENITZESCU, 1. G. G A V ~ T und D. COCORA, Ber. dtsch. chem. Ges. 73,233 (1940). Wir danken Herrn Prof. C. D. NENITZESCU vielmals fur die Uberlassung des Vergleichs- materials.

134 G. KOBRICH und D. WUNDER Bd. 654

Verbindungen befahigtl4). X entsteht auch aus dem isolierten Keton VI; das hydrierte Produkt XI ist ebenfalls aus dem gesattigten Keton VII zuganglich. Die auf den drei

I v +2CsHsLi CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 I I I + 2H2 + C6Hs,CH.CH2:~H.CH2.C.OH I I

>A C6Hs.C:CH.C:CH.C.C6H5 xNi I

VI +CsHsLi X OH XI C6HS I

+caH~Li Wegen gewonnenen reinen Carbinole XI weisen verschiedene Brechungsindices und Unterschiede in den IR-Spektren auf. Wir nehmen an, daI3 die wegen der drei asymmetrischen Kohlenstoffatome moglichen Diastereomeren von XI bei den drei Wegen in unterschiedlichem Verhaltnis gebildet werden.

Zusammenfassung: Aus Phenylmagnesiumbromid und dem Pyryliumsalz IV wurde bei -30" in k h e r das Keton VI als einziges definiertes Reaktionsprodukt isoliert. Das gleiche Resultat erhalt man, wenn das Pyryliumsalz vorgelegt und die metallorganische Verbindung zugetropft wird.

vll

Unter den gleichen - als optimal ermittelten - Reaktionsbedingungen entstehen aus N und p-Anisyl-lithium bzw. w-Styryl-magnesiumbromid die Ketone XI1 und XIII, letztera in guter Ausbeute. Die empfindliche Verbindung XI1 ist nach verlust- reicher chromatographischer Reinigung durch fraktionierte Destillation in zwei An- teile (XIIa und XII b) mit unterschiedlichem Siedepunkt, Brechungsindex und Ab- sorptionsmaximum (s. Tabelle 1) aufzutrennen - es liegt also ein Isomerengemisch vor. Die offenkettige Struktur der Verbindungen laDt sich auf die beim Keton VI gekennzeichnete Weise sicherstellen.

CH3 CH3 I I

H3 &OCH, OCH3

Die Umsetmg von IV mit p-Dimethylamino-phenyllithium fiihrt nach chromatographischer Trennung zu zwei kristallinen Verbindungen. Die eine ist gelb (Ausbeute

XIV xv 14) vgl. C. M. HILL, R. WOODBERRY, D. E. SIMMONS, M. E. HILL und L. HAYNES, J. Amer.

chem. SCC. 80, 4602 (1958).

1962 Ringspaltung von Pyryliumsaizen 135

27 %), schmilzt bei96-97.5’ und bildet unter den ublichen Fkdingungenl5) kein Semi- carbamn, Dinitrophenylhydrazon oder Pikrat. DaB das Keton XIV vorliegt, zeigen die Hydrierung zu einer unkonjugierten Carbonylverbindung (v~-~ = 1720 cm-1) und das langwellige Absorptionsmaximum (370 mp).

Die zweite Substanz (Ausbeute 10%) ist fast farblos, schmilzt nach Reinigung iiber das Pikrat bei 57 -57.5’ und reagiert nicht mit KMn04 in Aceton. Nach Analyse und dem charakteristischen W-Spektrum (Abb. 1) handelt es sich in Ubereinstimmung mit

Abbildung 1 UV-Spektrum von XV (in Methanol)

3.0 240 280 320 m y

dem IR-Spektrum um N. N.3’.5’-Tetramethyl4amino-biphenyl (XV). Bei hoherer Umsetzungstemperatur wird die Substanz auf Kosten des Ketons X N zum Haupt- reaktionsprodukt 1). Diese Aromatisierungsreaktion erinnert an die von DIELS und ALDER^^) aufgefundene Bildung von Anilinderivaten aus N und sekundAren Aminen, als deren Phenylanaloges sie aufgefaDt werden k a ~ .

CH3

N + H - N ( - @I(

CH3 Kiirzlich wurde berichtet lo), daB unter scharferen als den hier angewendeten Be-

dingungen die Cyclisierung auch mit anderen GRIGNARD-Verbindungen stattfindet. Nach unseren Befunden verlauft sie bei der Aminoverbindung besonders glatt - offenbar durch die Mesomerie XVIa-c des den RingSchluB bewirkenden Anions. Eine

a XVIb C

1s) R. L. SHRINER, R. C. FIJSON und D. Y. CURTIN, The Systematic IdentiJicotwn of Organic

16) 0. D I E M und K. ALDER, Ber. dtsch. chem. Ges. 60, 716 (1927). Compounds, J. Wiley & Sons, Inc., New York 1956, S. 218.


intermolekulare Katalyse durch die Aminogruppe ist fur die Aromatisierung nicht verantwortlich, da man das Keton VI - und nicht etwa ein cyclisiertes Produkt - auch dann erhalt, wenn man nach der metallorganischen Reaktion (Gleichung 3) Triathylamin zusetzt.

PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN DER SYNTHETISIERTEN KETONE

Analysenreine Praparate mit den aus Tabelle 1 ersichtlichen physikalischen Eigen- schaften erkalt man durch Chromatographie an neutralem Aluminiumoxyd (XII, XIII) oder durch Spaltung der Semicarbazone mit verd. Sauren (VI, XIII). Es ist nicht auszuschlieBen, daB unter diesen Bedingungen lsomerisierungen stattfinden oder aus dem Isomereiigemisch des Reaktionsproduktes ein Isomeres bevorzugt gewonnen wird. Das aus dem Semicarbazon regenerierte Keton VI weist z. B. einen hoheren Brechungsindex auf als das aus der Reaktionsmischung durch Destillation gewonnene Produkt, dessen Wert mit dem fur die auf anderem Wege synthetisierte Verbindungl') iibereinstimmt.

CHI I

Tabelle 1. Physikalische Daten der Ketone

H3C

Schmp. bzw. A,,, imp] *) vc = o [cm-l]* * ) VC= c AV [cm-11 [cm-11 Sdp. (nB) (EM- 10-3) (E)

Keton

VI Sdp.o,ol 92-95" R = C,jH5 (1.5905)

Semicarbazon Schmp. 184-186' XI1 a Sdp.o.01 113 - 11 5" R = (p)CH@. C6H4 (1.5848)

b Sdp.o.01 118-120" (1.5932)

Semicarbazon Schmp. 198-199" XI11 Sdp.o,ol 130-132" R = C,jHs.CH:CH (1.6051)

Semicarbazon Schmp. 199-200" XIV Schmp. 97-97.5' R = ( P ) ( C H ~ ) ~ N . CsH4

*) in Methanol. **) 2-proz. L&sung in CC14

302.5 (11.7)

307.0 (25.3) 292.5 (10.9)

306.5 (10.9)

315.0 (24.4) 341.5 (17.9)

338.0 (41.7) 370.0 (1 7.9) 268.0 (12.9) 298.0t) (15.9) t) in Eisessig.

1685 (190)

-

1684 (1 90)

1681 (244)

-

1683 (250)

-

1681 (370)

1599

-

1600

1598

- 1598

- 1612

86

-

84

83

-

85

-

69

Die Ketone sind in reinem Zustand bei Luft- und LichtabschluB jahrelang unver- andert haltbar. Die UV-Spektren (Abb. 2) zeigen Maxima, deren Lage und Intensitat auf eine betrachtliche sterische Hinderung hinweist, die durch das Kalottenmodell bestatigt wird. Wahrend namlich das Absorptionsrnaximum des Ketons XVII a bei 319 mp und das von XVIIb bei 323 mp liegtI*), findet man bei XVIIc (= VI) statt

17) C. CRISAN und H. NORMANT, Bull. Soc. chim. France 1957, 1451, und zwar S. 1453. 18) C. H. EUCSTER, C. GARBERS und P. KARRER, Helv. chim. Acta 35, 1179 (1952), und

zwar S. 1186.


des erwarteten Wertes von ca. 327 mp nur 302.5 mp (vgl. Tab. 1). DaB bei der Amino- verbindung XIV mit einer - gegeniiber VI - bathochromen Verschiebung von 67.5 mp die gleichen Verhaltnisse vorliegen, zeigt die Messung in Eisessig. Hier wird

das Auxochrom infolge Salzbildung blockiert, und das Absorptionsmaximum sinkt etwa auf die bei VI gefundene Wellenlange ab. Merkwiirdigerweise ist der bathochrome Effekt der Methoxygruppe in XI1 nur gering.

40 35 30 * 103 cin-l 3 7 5

18.10

E M

16

14

1;

I(

I

1

E "2. y.. . ,

\ .... .: .... ,

\

IIz 240 I

1 3 20 ~

0 400 Ill!I.

Abbildung 2. UV-Spektren der Ketone (in Methanol) --- VI ...... XI1 - XI11 - - -- XIV

Es lie@ nahe, die Hinderung auf die sterische Beeinflussung des Phenylrestes durch das andere Kettenende zuriickzufuhren (vgl. Formel VI). Jedoch zeigt das Styrylketon

138 G. KOBRICH und D. WLJNDER Bd. 654

XIII, bei dem diese Wirkung nicht moglich ist, a u k der fur eine vinyloge Verbindung zu erwartendenls) Verschiebung von 39 mp keine zusatzliche Bathochromie. Das Semicarbazon dieses Ketons besitzt ein Maximum bei 338 mp. Legt man den fur XVIII gemessenen Wert von 350 mp zugrunde 20) und beriicksichtigt den bathochromen

himax = 350 rnp CH3 I

CsHs- CH=CH- CH=CH- C=CH- CH=N-NHCONHz XVlII

(EM = 62300)

Effekt zweier zusiitzlicher Methylgruppenzl), so ware ein Wert von 356-360 mp zu erwarten. Teilt man sterische Hinderungen nach spektroskopischen Gesichtspunkten22) in schwache mit ausschlieI3lich hypochromer, betrachtliche mit hypo- und hypsochro- mer Wirkung und solche ein, bei denen infolge volliger Unterbindung der Mesomerie zwei gefrennte Chrumuphore im Molekul auftreten, so sind die synthetisierten Ketone und deren Derivate der zweiten Gruppe zuzurechnen. Als Ursache sehen wir die in den Formeln XIX und XX zum Ausdruck kommende Hinderung zwischen CH3 bzw. R und mittelstandiger Methylgruppe an.

H3C CH3 H3C R H3C CH3

CH3CO’ CH3CO H XIX xx XXI

Der von BRAUDE 23) eingefuhrte Quotient c / fo der molaren Extinktionen von ge- hinderter (E) und einer vergleichbaren, aber ungehinderten Verbindung (EO) als MaD fur sterische Hinderungen ergibt bei einem Vergleich von XVIIa und XVIIc den Wert 0.48. Fur die ebenfalls auf Wechselwirkung zweier Methylgruppen zuriickzu- fuhrende Hinderung in der Saure XXI wurde der Wert 0.46 erhalten23).

Lage und scheinbare Intensitat der C =0-Valenzschwingung in den IR-Spektren der Ketone (Abb. 3) zeigen in Abhangigkeit von den Substituenten R (vgl. Tab. 1) Verschiebungen, die denen der K-Bande im UV-Bereich entsprechen. Das ist bei einer Parallelitat zwischen Aufrichtung der Carbonylgruppe und Polaritat der Molekel zu envarten. Die Unterschiede sind hinsichtlich der Bandenlage nur gering, zeigen jedoch,

l9) vgl. A. L. WILDS, L. W. BECK, W. J. CLOSE, C. DJERASSI, J. A. JOHNSON JR., T. L. JOHN- SON und C. H. SHUNK, J. Arner. chern. SOC. 69, 1985 (1947); J. F.THOMAS und G. BRANCH, ebenda, 75, 4793 (1953).

20) dargestellt mit Styryllithium anstatt Phenylmagnesiurnbrornid nach G. KOBRICH, Liebigs Ann. Chem. 648, 114 (1961).

zl) R. B. WOODWARD, J. Amer. chern. SOC. 64, 76 (1942), und vorangehende Arbeiten; A. E. GILLAM und E. S. STERN, An Introduction to Electronic Absorption Spectroscopy in Or- ganic Chemistry, E. Arnold Publ. Ltd., London 1958, S. 107.

E. A. BRAUDE, E. R. H. JONES, H. P. KOCH, R. W. RICHARDSON, F. SONDHEIMER und J. B. TOOGOOD, J. chern. SOC. [London] 1949, 1890, und zwar S. 1893. U) E. A. BRAUDE und E. A. EVANS, J. chern. SOC. [London] 1955, 3324.

I962 Ringspaltung von Pyryliumsalzen 139

daD trotz der sterischen Hinderung im Molekul Substituenteneffekte ihren EiniluR durch das gesamte konjugierte System hindurch zu entfalten vermogen.

1800 1600 0.0 7

I

G [cm-' 1 1800 1600 1800 1600 1800 1600 1800 1600

D A B2

Abbildung 3. IR-Spektren der Ketone im Bereich der VC=O- und vc=c-Absorptionen (in cc14) A = VI, B1 = XIIa, B2 = XIIb, C = XIII, D = XIV

DieDifferenzen derWellenzahlen (Av) zwischen v.,~- und kurzestwelliger vc = .-Ab- sorption (Tab. 1, letzte Spalte) liegen zwischen 69 und 86 cm-1; sie sind als Mindest- werte anzusehen, da insbesondere bei XIV der linke Teil der zweiten Bandenfolge (Abb. 3) auch als aromatische Ringschwingung interpretiert werden kann. Nach M E C K E ~ ~ ) ist Av bei s-cis-konfigurierten, a$-ungesattigten Ketonen mit sterischer Hinderung stets > 60 cm-1, bei ungehinderten Verbindungen mit s-trans-Konfigura- tion dagegen t60 cm-1. Inwieweit diese G r o k Aussagen hinsichtlich der Konfigura- tion von Di- bzw. Trienonen erlaubt, kann jedoch erst mit weiterem Untersuchungs- material entschieden werden.

ZUM CHEMISMUS DER RINGOFFNUNG Obschon sich eine einstufige Reaktion n i t gleichzeitiger Losung der C-0- und

Knupfung der C - Aryl-Bindung nicht ausschliekn la&, ist die beobachtete Ring- spaltung wahrscheinlich als Zweistufenreaktion nach G1. (3) zu interpretieren. DIM- ROTH und Mitarbeiter 25) konnten als Zwischenprodukte der Aromatisierungsreaktion

24) R. MECKE und K. NOACK, Chem. Ber. 93, 210 (1960). 25) K. DIMROTH und K. H. WOLF, Angew. Chem. 72,777 (1960); K. DIMROTH und G. NEU-

BAUER, Chem. Ber. 92, 2042 (1959).

140 G . KOBRICH und D. WUNDER Bd. 654

mit C -H-aciden Substanzen und Benzyl-GRIGNARD-Verbindungen Pyrane (entspr. v ) isolieren. DaR bei unseren Reaktionen mit Aryl- und Alkenyl-Metallverbindungen I),

ebenso wie bei der Umsetzung mit Cyanidionen26), eine Ringspaltung zu Ketonen erfolgt, 1aRt sich auf den Energiegewinn infolge Ausbildung eines verlangerten kon- jugierten Systems zuruckfiihren, die daher auch bei aromatischen Ringsubstituenten, wo diese Konjugation mit den Doppelbindungen des Heterocyclus schon vorhanden ist, zuriicktritt. Nach dieser Vorstellung erklart sich die Ringoffnung der aliphatisch substituierten Pyrane als von der anionisierten Methylengruppe ausgehende P-Elimi- nierung im Sinne der Gleichung (4), deren treibende Kraft in der Ubertragung der negativen Ladung vom Kohlenstoff auf den elektronegativeren Sauerstoff zu suchen ist.

Eine Ring-Ketten-Tautomerie, welche kurzlich in der Isochinolin-Reihe erstmalig sicher nachgewiesen wurde 27), liegt, falls sie bei den hier beschriebenen Produkten iiberhaupt existiert, ganz uberwiegend auf der Seite der ringoffenen Verbindungen.

ZUR PYRAN-SYNTHESE AUS CUMALINDERIVATEN

Kurzlich haben GOMPPER und CHRISTMANN 28), ausgehend von 4.6-Dimethyl- cumalin (XXII) und GRIGNARD-Verbindungen, a-Pyrane synthetisiert, denen sie die Struktur XXIV zuerteilten. Nach den vorangehenden Ausfiihrungen und in Analogie zu den bei Cumarinderivaten bekannten Fakten 29) sollte das Primaraddukt XXV leicht eine Ringspaltung zum Keton-enolat XXVI erleiden konnen. Tatsachlich laat sich die Bildung von XXIV auch bei nicht-cyclischen Zwischenprodukten verstehen, wenn man ein Gleichgewicht XXIII + XXVI annimmt, aus dem heraus XXIII nach Addition einer zweiten Molekel GRIGNARD-Verbindung zum Pyran XXIV cyclisiert. Die Lage des Gleichgewichtes kann neben anderen Faktoren dergestalt substituenten- bedingt sein, daR fur R = Aryl und R‘= Alkyl die Struktur XXIII, fur R = Alkyl und R’ = Aryl aber XXVI begunstigt ist, da dann das jeweils langstmogliche konjugierte System vorliegt.

Die von den Autoren28) im letzteren Falle angenommene Struktur XXIV der End- produkte ist mit der betrachtlichen bathochromen Verschiebung des Absorptions- maximums gegenuber den entsprechenden aZkylsubstituiertenVerbindungen (R = CH3, R‘ = Alkyl) angesichts fehlender Konjugationsmoglichkeit der neu eingetretenen Grup-

z6) A. T. BALABAN und C. D. NENITZESCU, J. chem. S o d [London] 1961, 3566. 27) I). BEKE und C. SZANTAY, Liebigs Ann. Chem. 640, 127 (1961). **) R. GOMPPER und 0. CHRISTMANN, Chem. Ber. 94, 1784 (1961). 2 9 ) L. I. SMITH und P. M. RUOFF, J. Amer. chem. SOC. 62, 145 (1940), dort weitere Literatur.


pen schwer vereinbar, jedoch rnit der Struktur XXVIII in Einklang, bei der einer der neuen Substituenten mit den heterocyclischen Doppelbindungen in Konjugation steht. Hiermit in &xeinstimmung fanden wir, daB das aus XXII und Phenylmagnesium-

R R ' R R I I

R o'"0 XMgO 0 R' XMgO OM& R O fl R - 0 ,

XXII XXIII

I 1 R'MgX '1 4 R R

XXN

R

XXV XXVI XXVII XXVIII

XXIX xxx bromid hergestelltezg) b r a n (Schmp. 83 -83.5") beim Behandeln mit Salzsaure in k h a n o l - wohl iiber die Zwischenstufe des offenkettigen Ketons XXX30) - in den gleichen Kohlenwasserstoff vorn Schmp. 131 -131.5' ubergeht, der nach GOMPPER und CHRISTMA" unter rnodifizierten Bedingungen auch unmittelbar aus XXII und Phenylmagnesiumbrornid gebildet wird und die Struktur XXIX besitzt 10). Beide Reaktionen - F'yranbildung und Aromatisierung - laufen jedoch nebeneinander und offenbar bis zur Stufe XXVII nach einem gemeinsarnen Chernisrnus ab, wie er beziig- lich der Aromatenbildung (entspr. XXIX) bereits formuliert wurdelo). Nach dem Gesagten rnuS eine Entscheidung zwischen den Pyranstrukturen XXIV und XXVIII in jedem Einzelfalle getroffen werden.

Herrn Prof. Dr. G. W I ~ G machten wir fiir die groBzugige Unterstutzung diem Arbeit herzlich danken. Der BADISCHEN ANILIN- & SODA-FABRIK danken wir fur die Uberlassung von Chemikalien.

30) vgl. K. DIMROTH und K. H. WOLF, Lit.2s).


B E S C H R E I B U N G D E R V E R S U C H E

Schmelzpunkte wurden mit dem Gerat der Fa. BUCHI bestimmt und mittels geeichter Sub- stamen korrigiert.

Allgemeine Vorschrift zur Darstellung der Ketone: Zu 45 mMol metallorganischer Verbindung in 50 ml wasserfreiem Ather werden bei -30" unter Stickstoff 10 g (45 mMol) 2.4.6-Tri- methyl-pyrylium-perchlorat (IV) in kleinen Anteilen eingetragen, so daB die Temperatur nicht ilber -25" ansteigt. Danach wird solange geriihrt (ca. 10 Min.), bis der GILMAN-Test negativ ist. Dann wird mit 45 ml gesattigter NH4Cl-Losung hydrolysiert, die Atherphase abgetrennt und der waBrige Anteil dreimal mit je 30 ml Ather ausgeschiittelt; die vereinigten Ather- ausziige werden mit NH4C1-Losung und rnit Wasser gewaschen. Nach Trocknen uber CaC12 verjagt man den Ather.

1) 4-Methyl-6-phenyl-heptadien-(3.5)-on- (2) (VI). - Aus I V mit Phenylmagnesiumbromid oder Phenyllithium. Rohausbeute 82-93 %. Sdp.o.ol95 - 100". Gelbes 61, Ausbeute 56-74%, n'," = 1.5782 (Lit.17): Sdp.o.5 104-108", n'," = 1.5758). Dinitrophenylhydrazon: Rote Nadeln (aus khanol), Schmp. 150- 151" (Zen.).

CZ,-,H~~N~O~ (380.4) Ber. C 63.15 H 5.30 N 14.73 Gef. C 63.28 H 5.31 N 15.34

Semicarbazon: Gelbliche Blattchen (4mal aus verd. hhanol), Schmp. 184- 186". ClsH19N,O (257.3) Ber. C 70.01 H 7.44 N 16.33 Gef. C 70.07 H 7.40 N 16.46

Spaltung des Semicarbazons: 1.5 g Semicarbazon (Schmp. 178') werden mit 120 ml Wasser, 3 ml Brenztraubensiiure und 5 ml Eisessig 100 Min. im siedenden Wasserbad erhitzt. Die heiBe Losung wird rnit MgS04 gesattigt und nach Erkalten ausgeathert. Die Atherphase wird zweimal mit NaHC03-Lasung und anschlieBend mit Wasser gewaschen, iiber Na2S04 getrocknet und verdampft. Die Hochvakuumdestillation ergibt 0.5 g (43 %) VI als gelbes 61 (vgl. Tab. 1).

C14H160 (200.3) Ber. C 83.96 H 8.07 Gef. C 84.24 H 8.18

2) 4-Methyl-6-phenyl-heptanon-(2) (VII). - 3.0 g dest. VI in 60 ml khanol werden mit einer Spatelspitze Raney-Nickel hydriert (2.01 Mol H2 werden rasch aufgenommen). Nach Filtration und Abdampfen erhalt man bei der Destillation i. Vak. 2.85 g (93 %) eines farblosen 61s. Dieses liefert bei der Chromatographie an Alz03 (MERCK, neutral, Aktiv.-Stufe 1) folgende Fraktionen: a) rnit niedrigsiedendem Petrolather/Ather (10 : I ) : 306 mg (10.7 Gew.-% des Gemisches) farbloses 61 von unangenehmem Geruch. Sdp.1 85-98', n$ = 1.5265. b) mit Ather: 2.22 g (78 Gew.- %) aromatisch riechendes 61, Sdp.0.s 84', n'," = 1.4984. c) mit Athanol: 146 mg (5.1 Gew.-%) farbloses 61 rnit intensivem Rhabarbergeruch, n'," = 1.5033. Die zweite Fraktion ist analysenreines VII (VC-0 = 1718 cm-1).

C14H200 (204.3) Ber. C 82.30 H 9.87 Gef. C 82.25 H 9.76

Dinitrophenylhydrazon: Schmp. 99- 100' (aus Athanol). Semicarbazon: Schmp. 96-97' (aus verd. khanol).

3) 4-Methyl-6-phenyl-heptanol-(2) (IX). - ZU 1.0 g (4.9 mMol) VII in 10 ml Tetrahydro- furan werden 0.38 g (10 mMol) Lithiumalanat in 20 ml Tetrahydrofuran mgetropft. Man kocht 1 Stde., zersetzt rnit Essigester, filtriert und verdampft. Nach Destillation i. Hochvak.

'


erhalt man 0.82 g (81 %) eines stark nach Rhabarber riechenden bls, identisch mit dem unter 2) erhaltenen Nachlauf. Sdp.o.01 79-81", n'z = 1.5018, VO-H = 336Ocm-1.

C14H220 (206.3) Ber. C 81.50 H 10.75 Gef. C 81.56 H 11.16

4) 3-Methyl-5-phenyl-capronsiiure (VIII). - 4.0 g VII werden mit einer Lasung aus 12.0 g NaOH in 200 ml Wasser und 5 ml Brom mehrere Stunden geschiittelt. Dann wird ausgeathert, rnit verd. Salzsaure angesluert und wieder ausgeathert. Der zweite Extrakt wird mit Wasser neutral gewaschen, getrocknet und der Ather abdestilliert. Die Hochvakuumdestilla- tion ergibt 1.97g (49%) VIII, Sdp.o.01 119--121', nk0 = 1.5115. Im Kiihlschrank scheiden sich Kristalle aus, die, abgepreot und mit Ather gewaschen, bei 49-50' schmelzen.

C13HlsO2 (206.3) Ber. C75.69 H 8.80 Gef. C75.43 H9.04

Amid: Schmp. 78", aus Petrolather (60-70°). Keine Schmelzpunktsdepression rnit dem von NENITZESCU 1 3 ) hergestellten Praparat.

C13H1gNO (205.3) Ber. N 6.82 Gef. N 6.73

5 ) 4-Methyl-2.6-diphenyI-heptadien-(3.5)-ol-(2) (X). - a) aus IV: 5.0 g (22.5 mMol) IV werden rnit 22.5 mMol Phenylmagnesiumbromid in 50 ml Ather umgesetzt. Nach negativem GILmN-Test werden 22.5 mMol Phenyllirhium in 20 ml Ather zugetropft. Man llDt auftauen und riihrt, bis der GILMAN-Test wieder negativ ausfallt (ca. 1-2 Stdn.). Die Aufarbeitung erbringt ein orangerotes 01. Ausbeute 6.0 g (96%, bez. auf Pyryliumsalz). Dieses wird an neutralem A1203 mit Petrolather und Benzol chromatographiert und liefert 3.38 g (54%) einer schwach gelben Fliissigkeit, die mit konz. Schwefelslure eine rotviolette Halochromie zeigt. n3,0 = 1.5881, VO-H = 3500, 3600 cm-1 (m.).

b) aus VI: 2.0 g (10 mMol) VI in 50 ml Ather werden mit 10 mMol Phenyllithium bei -30' umgesetzt, wie bei a) beschrieben. Ausbeute 2.32 g (84%), nL0 = 1.5800. Die IR-Spektren beider Produkte sind identisch.

6) 4-Merhyl-2.6-diphenyI-hepranol-(2) (XI). - a) aus X: 1.0 g X wird in 50 ml Athanol mit Raney-Nickel hydriert. Es werden 2.0 Mol-Aquivv. H2 aufgenommen. a) aus X von Versuch 5a): Ausbeute nach Destillation 0.75 g (72%), Sdp.o.01 125--130', n$ = 1.5494, VO-H = 3500 cm-1.

C20H260 (282.4) Ber. C 85.05 H 9.23

p) aus X von Versuch 5 b ) : 74%, Sdp.o.01 120-125", n'," = 1.5448, VO-H = 3500 cm-1. b) aus VII: 1.0 g (4.9 mMol) VII in 20 ml Ather werden bei 25" tropfenweise mit 5.0 mMol

Phenyllithium in 20 ml Ather versetzt und geriihrt (ca. 1 Stde.), bis der GILMAN-Test negativ ausfallt. Nach der Hydrolyse wird die Atherphase abgetrennt und die waorige Lasung 3mal ausgeathert. Die Atherextrakte werden vereinigt und neutral gewaschen. Nach Trocknen mit Na2S04 und Abziehen des Solvens erhalt man durch Destillation 1.24 g (90 %) XI, Sdp.o.01 130--133O, n'," = 1.5429, VO-H = 3500 cm-1.

C20H260 (282.4) Ber. C 85.05 H 9.23

Gef. C 84.92 H 9.03

Gef. C 85.10 H 9.26

7) p-Anisyl-lithium. - In ein SCHLENK-ROhr werden unter Stickstoff 30 g Dianisylqueck- silber3l), 120 ml Ather und 5.0 g feingeschnitzeltes Lithium eingetragen. Das zugeschmolzene GefaD wird 90 Stdn. geschiittelt. Dann laBt man absitzen und filtriert durch Glaswolle in eine

31) A. MICHAELIS und J. RAEIINERSON, Ber. dtsch. chem. Ges. 23, 2342 (1890).


Vorratsburette. Ausbeute 92% (bestimmt durch Titration einer hydrolysierten Probe rnit 0,ln HCI). Carboxylierung ergibt 71 % p-Methoxy-benzoesaure vom Schmp. 182-183" (Lit.: 184- 185').

8) 4-Methyl-6-ip-methoxy-phenyl]-heptadien-(3.5)-on- (2) (XII). - Darstellung nach der allgemeinen Vorschrift aus IV und salzfreiem p-Anisyl-lithium. Man erhalt ein dunkelrotes 61 (84 %). Dieses wird an neutralem A1203 (MERCK, Aktiv.-Stufe 1) nacheinander rnit Petrol- ather, Benzol und Ather chromatographisch gereinigt und erbringt nach Destillation ein gelbes 61 in 23-proz. Ausbeute. Bei nochmaliger Destillation iiber eine kurze VIcREux-Kolonne erhalt man aus 2.76g des Produktes zwei Anteile: a) 1.48 g, Sdp.o.01 113-115°, nL0 = 1.5848; b) 1.15 g, Sdp.o.0, l18-120n, nLo = 1.5932. Spektren: vgl. Tab. 1 (S. 136).

C15Hl802 (230.3) Ber. C 78.23 H 7.88 Gef. a) C 78.45 H 7.84 b) C 78.09 H 7.81

Semicarbazon: Schmp. 198-199" (aus verd. Athanol).

Cl6H21N302 (287.4) Ber. C 66.87 H 7.36 N 14.62 Gef. C 66.83 H 7.34 N 14.58

9) 4-Methyl-6-[p-rnethoxy-phenyl]-heptanol- ( 2 ) . - Durch Hydrierung von XII unter den bei 2) beschriebenen Bedingungen wird neben dem gesattigten Keton in erheblichem MaRe der Alkohol gebildet (Aufnahme von 2.45 Mol Hz; starke IR-Absorption bei 3420 cm-1). Das Gemisch wurde deshalb rnit Lithiumalanat nach 3) vollstandig in den Alkohol uberge- fiihrt. Aus 200 mg Gemisch resultieren 170 mg 4-Methyl-6-[p-methoxy-phenyl]-heptanol,

Cl5H2402 (236.3) Ber. C 76.22 H 10.24 Gef. C 75.85 H 9.95 Sdp.o.01 105-110°, nF = 1.5096.

10) 4.6-Dirnethyl-8-phenyI-octatrien-(3.5.7)-on-(2) (XIII). - Nach der allgemeinen Vor- schrift aus I V und w-Styryl-magnesiumbromid32). Nach der Aufarbeitung wird mit wenig Petrolather (bis 40') oder Methanol digeriert und vom ungelosten Diphenylburadien abfiltriert. Rohausbeute 85 -97 %. Reinigung durch Chromatographie, wie bei 8) beschrieben, oder durch Destillation, Sdp.o.ol 128 - 132". Ausbeute 5 3 -60 %. Sernicarbazon: Schmp. 198.5 - 199.5" (aus Xthanol).

C17H21N30 (283.4) Ber. C 72.05 H 7.47 N 14.83 Gef. C 72.16 H 7.63 N 14.78

Spaltung des Semicarbarons: 0.25 g Semicarbazon werden mit 3 ml 2n H2S04 und I ml khan01 40 Min. im &bad gekocht. Nach Abkiihlen wird rnit Petrolather (bis 40") extrahiert, die organische Phase dreimal rnit Wasser gewaschen, getrocknet und verdampft. Die Destilla- tion ergibt 0.1 g (50%) X I I I , Sdp.o.01 130--132°, n'," = 1.6051 (vgl. Tab. 1).

C16H180 (226.3) Ber. C 84.91 H 8.02 Gef. C 84.50 H 7.89

1 I ) Einwirkung vonp-Dimethylamino-phenyllithium auf IV: Nach der allgemeinen Vorschrift erhalt man aus IV und p-Dimethylamino-phenyllithium33) ein dunkelrotes 61 (93 %). Dieses wird an neutralem A1203 (MERCK, Aktiv.-Stufe 1, Saule 40 x 3.5 crn) chromatographiert. Mit Petrolather (60-70"). Petrolather/Benzol (1 : l), Benzol, Benzolikher (10 : 1) und Ather erhalt man folgende Fraktionen: 1) 1.31 g (11 %) niedrigsiedendeprodukte; 2) 1.21 g (10%) braun- liche Kristalle (XV); 3) 0.29 g (2.5 %) rotes 61; 4) 3.26 g (27 %) gelbe Kristalle (XIV); 5) 4.00 g (33.5 %) zlhes, rotes 61; insgesamt 10.07 g (84%, bez. auf eingesetztes Rohprodukt).

'2) G. F. WRIGHT, J. org. Chemistry 1, 457 (1936). 33) H. GILMAN und L. SUMMERS, J. Amer. chem. SOC. 72, 2767 (1950).


Frakrion 2 gibt mit Pikrinsaure in dthanol ein Pikrat, welches aus Athano1 in gelben Nadeln vom Schmp. 176.5 - 177.5" (Zers.) kristallisiert.

C22H22N407 (454.4) Ber. C 58.14 H 4.88 N 12.33 Gef. C 57.81 H 4.86 N 12.56

1.0 g des Pikrates, durch Schiitteln mit verd. Natronlauge zersetzt und mit dther extrahiert, liefert nach Waschen mit Wasser, Trocknen mit Calciumchlorid und Abdampfen des Lasungs- mittels bei der Destillation 0.42 g (81 %) reines 4-Amino-N.N.3'.5'-fefrumefhy/-biphenyl (XV), Sdp.o.01 156- 157", n'," = 1.6349, welches beim Anreiben zu schwach braunlichen Kristallen vorn Schmp. 57-57.5" erstarrt. Keine Entfarbung von KMn04 in Aceton. - UV-Spekrrum (Abb. 1): A,,, = 295 mp (log E = 4.37), Amin = 250 mp (log E = 3.62). 4-Amino-biphenyl besitzt folgende Daten (aus der von SAWICKI und ~ Y M ) in dthanol ver- messenen Absorptionskurve abgelesen): Amax = 279 mp (log E = 4.23); = 238 mp (log E = 3.44).

IR-Spekfrum: aromatische yC-H-Schwingungen bei 81 2 cm-1 (st., 1 .4-Disubstitution), 847 und 695 cm-1 (m., 1.3.5-Trisubstitution).

C16HgN (225.3) Ber. C 85.28 H 8.49 N 6.22 Gef. C 85.37 H 8.54 N 6.40

Die gelbe Substanz der Frakrion 4 schmilzt nach dreimaligem Umkristallisieren aus Petrol- ather (60-70°) bei 96.5 -97.5'und bildetweder ein DinitrophenylhydrazonoderSemicarbazon, noch ein Pikrat. Hydrierung: 100mg Subst. werden in 10ml Athanol hydriert, wobei 2 Mol-Aquiw. Hz verbraucht werden. Das Reaktionsprodukt (90mg) zeigt eine intensive Absorption bei 1720cm-1

Cl6H21NO (243.3) Ber. C 78.97 H 8.70 N 5.76 Gef. C 79.01 H 8.63 N 5.71

Hiernach und nach den Spektren (Tab. 1) handelt es sich urn 4-Mefhyl -6 -~pp-dimef~y/amj~~- phenyl]-hepfadien-(3.5)-on- ( 2 ) (XIV).

(vc=o).

Spektren Die IR-Spektren der Tab. 1 wurden in 2-proz. CC4-Losung vermessen. Schichtdicke der

Kiivette: 206.5 p, spektrale Spaltbreite bei 1680 cm-1: 46.5 p. Der scheinbare Extinktions- koeffizient E wurde nach der Formel35)

Liter

(c = Konz. in Mol/Liter; d = Kiivettenschichtdicke in cm) errnittelt. Ubrige IR-Spektren: als Film bzw. in KBr. Gerat: PERKIN-ELMER, Modell 21. - UV-Spektren: Alle Messungen in Methanol (MERCK) rnit einem Gerat der Fa. BECKMAN, Modell DK 2.

34) E. SAWICKI und F. E. RAY, J. org. Chemistry 19, 1903 (1954), und zwar S. 1904. 35) D. A. RAMSEY, J. Amer. chem. SOC. 74, 72 (1952).

Liebigs Ann. Chem. Bd. 654 10

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Konjugierte Verbindungen, II. Ringspaltung von Pyryliumsalzen mit metallorganischen Verbindungen