JUSTUS LIEBIGS ANNALEN DER CHEMIE

573. Band

(Mitteilungen aus dem Ch=mischen Institut dcr Universitit Tubingen)

Nitroso-acyl-amine und Diazo-ester I1 Acylwanderung und AcyIablosung bei Nitroso-acyl-aniliden

Yon Rolf 11uisgen

(Mit 2 Figuren im Text)

(Eingelaufen am 18. Juni 1931)

Lost man Nitroso-acyl-anilide (I) im organischen Solvens, dann tritt spontane Isomerisierung zum Benzol-diazo-ester (11) auf, der alsdann unter Wechselwirkung mit dem Losungsmittel Zerfalls- reaktionen anheimfallt ; aromatische Losungsmittel (Ar-H) werden dabei im Zuge einer Radikalreaktion phenyliert.

C,H,-Ar + Xy2 + kb,PR- COOH

,NO k,

I I1

CeHS-N, --+ C,H, N=N-0 CO-R' CO-R I<c \\

Azofarbstoff + R-COOH

I n der ersten Mitteilpng') konnte gezeigt werden, daI3 entgegen frdheren Anschauungen nicht ein Zerfall in freie Radikale, sondern die Acylwanderung vom Amid-Stickstoff an den Sauerstoff der Nitrosogruppe die geschwindigkeitsbestimmende Stufe ist, der sich dann der Zerfall des Diazoesters als schnelle Reaktion anschlieat (k, << kb). Die vom Losungsmittel weitgehend unabhangige RG2) der Acylwanderung lieI3 sich durch Abfangen des Diazoesters mit p-Naphthol in der unmel3bar raschen Azokupplung colorimetrisch verfoIgen. Im System Nitrosoacetanilid-Pyridin wurde seinerzeit fur die Stickstoff-Entwicklung der Zerfallslosung sowie fur die in Anwesenheit von @-Naphthol ganz das Peld beherrschende Kupp- lungsreaktion (k, >> kb) genau die gleiche Geschwindigkeit ,einer Reaktion erster Ordnung ermittelt, was eine gemein$ame, vorge- lagerte, unimolekulare Reaktion als langsamste Stufe sieherstellt.

1 ) R. Huisgen und G . Horeld, A. 562, 137 (1949). 2) R G = lteaktionsgeschwindigkeit.

Annnlen der Chemie, 573. Band 12

164 H u i s g e n

Jiingst schloI3 sich auch D. L. F. De Tar3) dieser Auffassung des Reaktionsschemas an, ohne dies allerdings mit neuem experimen- tellen Material zu belegen.

Da der Zerfall des Benzol-diazo-acetats mehr als 1 00-ma1 schneller ist als seine Bildung aus Nitroso-acet-anilid, war an eine Isolierung dieser Diazoester, die zu den reaktionsfreudigsten Stoffen der orga- nischen Chemie zahlen, natiirlich gar nicht zu denken. Angesichh der Unmoglichkeit, die Zwischenstufe des obigen Reaktionsschemas

08 r

Minutzn - Fig. 1

Bildungvon Benzoldiazonjumpikrat ausNitroso- acetanilid und Pikrinsadre in Benzol. (Auf dzr Ordinate P = Pikratgewicht)

zufassen, wurde in der ersten Mitteilung neben der Acylwanderung als RG-bestimmender Stufe eine zweite,wenn auchvon vornherein wenig wahr- scheinliche Moglichkeit diskutiert : Stereoisomeri- sierung eines trans- zu einem cis-Diazoester mit vorgelagertem, raschem Tautomerie-Gleichgewicht zwischen Nitroso-acyl- anilid und trans-Diazo- ester. Vorwegnehmend sei nsmlich bemerkt, daI3 die innermolekulare Acylwan- derung zum Diazoester der trans-Reihe4) in bezug auf die N=N-Doppel- bindung fiihrt. Die im folgenden beschriebenen Reaktionen aestatten nun

die Entscheidung, lassen keinen Zweifel mehr daran,-dal3 die mit der RG-Messung erfaI3te Stufe wirklich die Acylwanderung ist.

Gibt man zu einer benzolischen Losung von Pikrinsaure Nitroso- acet-anilid, so triibt sich die zunachst klare Losung nach etwa einer halben Minute ; kurz darauf beginnt die Abscheidung gelber Nadeln von Benzol-diazonium-pikrat ; nach mehrstundigem Stehen bei Raumtemperatur ist die Losung zum Kristallbrei erstarrt. Die Un- loslichkeit des salzartigen Diazonium-pikrats in Benzol sowie seine Stabilitat, die eine gefahrlose Handhabung gestattet, ermoglichen eine gravimetrische Verfolgung der Bildungsgeschwindigkeit des

3 ) Am. SOC. 73, 1446 (19.51). 4 ) Den Symbolen cis und trans entsprechon syn und miti nach A. Hai i tzsch;

hior sei den normden Symbolen zur Kennzeichnung geometrischer Isomerer der Vorzug gegeben.

Nitroso-acyl-arnine und Diazoester 11 165

Pikrats aus Nitroso-acet-anilid und Pikrinsaure. Wie die Fig. 1 zeigt, fugen sich die MeBpunkte streng dem Gesetz der ersten Reaktionsordnung. Die Halbwertszeit der Pikratbildung entspricht nahezu der der Azokupplung des Nitroso-acet-anilids mit p-Naphthol unter sonst gleichen Bedingungen. Wenn danach auch hier die An- nahme der Acylwanderung als RG-bestimmender Stufe nahelag, galt es doch, die in Tab. 1 angegebenen kleinen Abweichungen der RG-Konstanten der Azokupplung und Pikratbildung, die scharf reproduzierbar sind und auBerhalb der MeBfehler liegen, zu klaren.

Tab., 1 .Azokupplung und Pikratbi ldung a u s Nitroso-acyl -ani l id i n Benzol

k . min--’ der

bildung I lung I Temp. 1 Pikrat- Azokupp- Ni troso-acyl-

anilid Diazonium-pikrat

Grav. gef. I Aus k ber.

Nitroso-acet- anilid

Nitroso-chlor- acet-nnilid

1 (+) + Pikryl-nitrit C,H,-N- N Pikrat- f R-CDOH

1H c,H,-N/

‘GO-R

20° 0,00729 0,00696 95,1 95,5% 25O 0,0137 0,0130 9 5 2 % 94,9 yo 30° 0,0256 0,0237 93,00,& 9 2 3 %

20° 0,0322 0,0272 8 4 J % 843%

Da Pikrinsaure im UberschuB verwendet wurde, laBt sich k, als Konstante einer pseudo-monomolekularen Reaktion auffassen. Fur ein solches Simultansystem zweier Reaktionen erster Ordnung gilt aber :

[Benzol-diazonium-pikrat] = k [I- -(ka f ke)t] ka + kc

12*

Nitroso-acyl-arnine und Diazoester 11 165

Pikrats aus Nitroso-acet-anilid und Pikrinsaure. Wie die Fig. 1 zeigt, fugen sich die MeBpunkte streng dem Gesetz der ersten Reaktionsordnung. Die Halbwertszeit der Pikratbildung entspricht nahezu der der Azokupplung des Nitroso-acet-anilids mit p-Naphthol unter sonst gleichen Bedingungen. Wenn danach auch hier die An- nahme der Acylwanderung als RG-bestimmender Stufe nahelag, galt es doch, die in Tab. 1 angegebenen kleinen Abweichungen. der RG-Konstanten der Azokupplung und Pikratbildung, die scharf reproduzierbar sind und auBerhalb der MeBfehler liegen, zu klaren.

Wahrend die Azokupplung mit p-Naphthol quantitativ verlauft und eine exakte Gehaltsbestimmuiig von Nitroso-acyl-anilid Prapa- raten ermoglicht, bleibt die Ausbeute an Benzol-diazonium-pikrat aus Nitroso-acet-anilid hinter der berechneten urn 4--7%, die aus Nitroso-chloracet-anilid gar um 16 % zuruck. Dieser Fehlbetrag geht auf Kosten einer durch die Pikrinsaure ausgelosten Entnitro- sierung des Nitroso-acyl-anilids. Auch bei Verwendung reinster Praparate €and sich stets eine kleine Menge Acyl-anilid in der von uberschiissiger Pikrinsaure befreiten Mutterlauge des Benzol-dia- zonium-pikrats. Entnitrosierung und Acylwanderung konkurrieren miteinander, wie es das folgende Schema zeigt :

C,H,-N /NO k + Pikrinsilure --a-+ C,H,-N =N-0-CO-R

‘GO-R + Pikrinsauro I ke 1 schr rasch

1 (+) + Pikryl-nitrit C,H,-N- N Pikrat- f R-CDOH

1H c,H,-N/

‘GO-R

Da Pikrinsaure im UberschuB verwendet wurde, laBt sich k, als Konstante einer pseudo-monomolekularen Reaktion auffassen. Fur ein solches Simultansystem zweier Reaktionen erster Ordnung gilt aber :

[Benzol-diazonium-pikrat] = k [I- -(ka f ke)t] ka + kc

12*

166 H u i s g e n

Durch den gleichzeitigen Ablauf einer Konkurrenzreaktion wird also eine Beschleunigung der Acylwanderung vorgetauscht. Legt man den aus der Azokupplung ermittelten k,-Wert zugrunde, dann stimmf das aus der Endausbeute an Diazonium-pikrat (Pikratgewicht nach 24 Stunden) ermittelte Verhaltnis k, :k, recht genau iiberein mit dem aus der Differenz der k-Werte der Azokupp- lung und Pikratbildung berechneten Wert.

Folgendes Beispirl miige das erliiutctrn: Bcim ~‘crsucli mit Nitroso-chloracet- anilid vcrtcilt sich dsr Nitrosokorper gemiin dcr Ausbeutcangabc der Tab. 1 im Verhaltnis 84,l: 15,9 auf dict bctiden Reaktionsweg2. l ) i Z Differrrlz der RG-Kon- stantcn (0,0050) legt f u r dss Ausman der Simultanrcaktioncn das Vcrhaltnis 272:50 = 84,s: 15,5 nahc.

Zum richtigen Wert fur die RG der Acylwanderung (k,) gelangt man also durch Verfolgung der Azokupplung unmittelbar, wahrend der fiir die Pikratbildung gemessene Wert noch der Korrektur nach der Simultanreaktion bedarf. Die ausgezeichnete Ubereinstimmung der letztlich auf beiden Wegen erhaltenen k,-Werte beweist nicht nur die Ubereinstimmung in der RG-bestimmenden Stufe, sondern sichert auch noch einmal den unimolekularen Charakter der Reak- t,ion, da sich die molaren Konzentrationen des Nitroso-acyl-anilids in den beiden Fallen wie 1:300 verhalten.

Eine solche Entnitrosierung von Nitroso-acyl-aminen bietet als Reaktion nichts Neues, 1aBt sich auch mit anderen Sauren erzielen. Einlciten von Chlorwasserstoff in die Losung von Nitroso-acet- anilid im organischen Solvens liefert Acetanilid und Benzol-diazo- nium-chlorid nebeneinander. Ob das Pikryl-nitrit als solches in der Liisung vorliegt oder ob es der Hydrolyse durch Wasserspuren anheimfallt, sei dahingestellt.

Alle bekannten kovalenten Diazo-verbindungen, gleichgiiltig welcher Konfiguration, liefern mit Pikrinsaure Benzol-diazonium- pikrat, wovon selbst die der trans-Reihe angehorenden reaktions- tragen Diazo-amino-verbindungen keine Ausnahme machen5). Es kann daher als sicher gelten, dal3 auch in unserem Fall mit der Pikratbildung aus Nitroso-acet-anilid die Gesclicvindigkeit der erst- inaligen Bildung der Diazogruppierung, also die RG der Acyl- wanderung, erfaBt wird. Die S. 164 diskutierte zusatzliche Moglich- keitifallt damit weg.

Die allesamt sehr raschen Reaktionen des Benzol-diazo-esters konnen sehr wohl wieder nach.ihrer RG geordnet werden : Die Azo- kupplung in Anwesenheit phenoljscher Komponenten lauft der Yhenylierung aromatischer Losungsmittel oder auch der Oxydation des Alkohols so erfolgreich den Rang ab, daB die RG-Konstante der Kupplung mindestens um den Faktor lo4 grol3er sein muB. Die Uberfiihrung in Benzol-diazonium-pikrat ist ihrerseits wieder noch

5, A. Bseyer und C. Jaeger, B. 8, 893 (1875).

Nitroso-acyl-amine und Djazoester 11 167

schneller als die Azokupplung. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Pikrinsaure und p-Naphthol in einer alkoholischen Losung von Nitroso-acet-anilid wird kein Benzol-azo-p-naphthol gebildet.

Einen schonen weiteren Beweis fur die Acylwanderung als RG- bestimmende Stufe bietet ihre Umgehung, die Acyl-ablosung rnit Basen. In einer Losung von Nitroso-acet-anilid und p-Naphthol in Methanol bei O o erfolgt die Azokupplung im Tempo der Acyl- wanderung, erfordert zum halben Umsatz rund 25 Stunden. Setzt man jetzt eine molare Menge Piperidin hinzu, dann tritt momentan tiefe Rotfarbung auf; nach wenigen Sekunden beginnt die Kristal- lisation, ein Erstarren der Losung zum Kristallbrei des Azofarb- stoffs verursachend. Das Piperidin vermag als Base den Acylrest des Nitroso-acet-anilids abzulosen, ermoglicht also einen raschen Ubergang in das Benzol-diazotat-ion resp. das Diazohydroxyd, das augenblicklich mit p-Naphthol kuppelt. Das nach dem Schema

,XO HZH, C,H,-N=N-OH C,H,--N

'CO-CH, CK,-CO-NC,H,, HZH, C,H,--N = N-OH + p-Naphthol - Bsnzolazo-P-naphtol

als Produkt der jetzt intermolekularen Acylwanderung zu erwartende N-Acetyl-piperidin laBt sich aus der Mutterlauge des Farbstoffs isolieren. DaB Piperidin nicht durch seine blo13e Anwesenheit katalytisch wirkt, sondern in molarer Menge verbraucht wird, zeigt eine Versuchsreihe, bei der rnit unterschussigen Mengen Piperidin bei O o lediglich der Base aquimolare Mengen an Azofarbstoff &US- kristallisieren. Bei dieser Gelegenheit, ergab sich auch, daB die Acyl-Ablosung durch Piperidin keineswegs unmeBbar rasch ist, sondern unter den im Versuchsteil angegebenen Konz.-Verhalt- nissen zum 95-proc. Umsatz bei 00 immerhin 30-40 Minuten er- fordert. Die Beschleunigung gegenuber der Bildung des kupplungs- fahigen Benzol-diazo-acetats bei der spontanen intramolekularen Acylwanderung ist allerdings erheblich, da letztere zum gleichen Mengenumsatz bei O o uber 5 Tage bendtigt.

Im sehr verdunnten System lie13 sich die Acylablosung rnit Piperidin photometrisch im Geschwindigkeitsablauf verfolgen. Je- weils 3,4 mg Nitroso-acet-anilid (0,02 mMol) in 40 ccm Methanol werden in Anwesenheit von P-Naphthol rnit 0,50, 1,50 resp. 5,OmMol Piperidin versetzt. Fig. 2 zeigt, daB sich die Reaktionen wegen des Baseniiberschusses a19 pseudomonomolekular behandeln lassen. Die graphisch ermittelten RG-Konstanten sind nach Tab. 2 einfach proportional der Piperidin-Konzentration. Die Konstanz der durch die Basenkonzentration dividierten Werte liefert den kinetischen Beweis fur den bimolekularen Charakter der Acylablosung.

168 H u i s g e n

LaBt man p-Naphthol als Kupplungskomponente weg, so schlieBt s ich der Acylablosung beim Eintropfen des Piperidins in die Losung des Nitroso-acet-anilids der Zerfall des Benzol-diazo-hydroxyds unter Stickstoff-Abgabe sofort an. TrBgt man umgekehrt Nitroso-acet-anilid in eine Losung von 2 Aquivalenten Piperidin in Alkohol oder Benzol

ein, erfolgt glatt die Ver- einigung des Diazo-hydro- xyds mit der Base zum Benzol -diazo- piperidid 6 ) .

Die Reaktion mit Basen mMo1 Base pseudo- bimolc- bietet iibrigens die Moglich-

mono- kular keit eines hfibschen Demon- strationsversuches: Trockenes,

0,5 Piperidin 0,332 kristallisiertes Nitroso-acet- 0,922 anilid explodiert beiBeriihrung

5,o 3,45 27,6 mit einem Tropfen Piperidin 0,12 KOH 1,98 412 a n einem Glasstab unter

AusstoBung ciner erstickend wirkendcn Rauchwolke.

Vie1 rascher noch als mit Piperidin erfolgt die Acyl- ablosung rnit Natrium- alkoholat in Alkohol, wo- bei in Anwesenheit von f3- Naphthol der Kupplungs- pmeB in wenigensekunden abgeschlossen ist. Hier ist die Wirkung der Base eine katalytische; rnit einem Bruchteilder aquimolaren Menge laBt sich das ge- samte gelosteNitroso-acet - anilid in die kupplungs- fahige Form iiberfiihren. Folgendes Reaktions- schema, das durch die Be- stimmung des gebildeten

Fig. 2 Essigesters gesichert ist,

bei 20O Effekt gerecht :

Tab. 2 RG d e r A c y l a b l o s u n g

m i t R a s c n i n M e t h a n o l be i 20O

k . min-I

30 MMol P$eri&h, HI= 740 sec

0 2 4 .6 Minuten -

Nitroso-acet-anilid und Piperidin in Methanol wird diesem katalfiischen

(-) C,H,--N(NO)-CO-CH, + OCpHs

C,H,-N=N-OH -- 4 Z-rfallsprodukte

,) Ein Beispiel fur einen analogen Reaktionsahlauf mit Phenylhydrszin wurde schon von R. W i l l s t a t t o r und A. S t o l l , B.42, 4877 (1909) konstatiert; mit p-Toluidin: H.v. P e c h m a n n und L. F r o b e n i u s , R. 27, 651 (1894).

--t C8&-N =N-O(-) + CH,-CO-OC,H, c,H,--N =N-o'-) + c,H,-OH ~2 c,E,-N=N-OH + c,H,-o(-)

Nitroso-acyl-arnine und Diazoester I 1 169

Das auf der ersten Stufe die Acylablosung durchfuhrende Alko- holat-ion wird also auf der zweiten zuriickgebildet und vermag in die nachste Reaktionsfolge einzugehen.

Etwas komplizierter ist das Schema der Acylablosung mit alko- holischer Kalilauge. Die Geschwindigkeit der Reaktion mit Nitroso- acet-anilid ist groBer als bei Verwendung von Piperidin, wie Tab. 2 zeigt. Auch hier schieBt die Reaktion weit ubereinen molaren Umsatz einer unterschussigen Basenmenge hinaus, kommt aber schon vor dem Verbrauch des ganzen Nitroso-acet-anilids zum Stillstand. I n der alkoholischen Kalilauge liegt das Gleichgewicht weitgehend

OH- + CzH,-OH F j H-OH + C&-0-

auf der linken Seite. Da aber das Athylat-ion eine vie1 starkere Base ist als das Hydroxylion, kommt ihm auch eine groBere nucleo- phile Aktivitat gegenuber dem Acylrest des Nitroso-acet-anilids zu. I n Konkurrenz zu der durch C,H,-O(-) katalysierten Acylablosung tritt aber jetzt die basen-verbrauchende Reaktion rnit OH(-):

C,H,-N(NO)-CO-CH, + HO(-) -+ C,H,-N=N-O'-'+ CH,-COOH ' f

C,H,-N =N-OH + CH,-COO" e--'i

Durch den sofortigen Zerfall, resp. die Farbstoffkupplung bei Anwesenheit von Naphthol wird das Protoneniibertragungs-Gleich- gewicht laufend gestort, die starke Base OH(-) letztlich durch den Ubergang in die schwache Base CH,-COO(-) entwertet. Durch quantitative Bestimmungen von Essigester und Azofarbstoff wurde die Konkurrenz der katalytischen mit der molaren Basenumsatz erfordernden Acylablosung experimentell gesichert. I n einer 0,04-n alkoholischen Kalilauge sind die beiden Reaktionstypen im Ver- haltnis 5 : 1 am Gesamtumsatz beteiligt.

Selbst Kaliumcarbonat oder Kaliumcyanid') in alkoholischer Sus- pension vermogen als nucleophile Katalysatoren den ubergang des Acylrestes des Nitroso-acet-anilids auf das Losungsmittel auszu- losen. Nach kurzem Schutteln bei 0 0 erhalt man in Anwesenheit von p-Naphthol eine quantitative Ausbeute am Azofarbstoff. I n diesen Fajlen treten die Spuren von Alkoholat-ion in Reaktion, die an der Oberflache der Kristalle durch Wechselwirkung des Anions mit dem Losungsmittel entstehen :

C0,'- -)(CK-) + CzH5-OH ez HC03'-) (HCN) + C,H,-O'-'

Die Isolierung des Essigesters aus der Reaktionslosung beweist auch hier wieder die Vermittler-Rolle des Alkoholat-Ions.

7) Die Versuche mit Natriumalkoholat, Kahm-carbonat, -acetat und -cyanid wurden von Herrn Dipl. chem. H. Nakaten durchgefuhrt.

170 H u i s g e n

Eine Abschatzung der Acceptor-Aktivitat der Carbonylgruppe im Nitroso-acet-anilid ermoglichen folgende erganzenden Versuche : Wasser als Base lost weder in Methanol noch in Aceton eine Be- schleunigung der Azokupplung von Nitroso-acet-anilid mit p-Naph- tho1 aus. Auch die in Pyridin gemessene Kupplungsgeschwindigkeit ist die der intramolekularen Acylwanderung. Trimethylamin lost in Methanol einen magigen Beschleunigungseffekt in der colori- metrisch verfolgten Farbstoffkupplung aus, nicht aber in Benzol ; die Wirksamkeit der tertiaren Base fuhrt also wohl wieder uber das im Saure-Basen-Gleichgewicht befindliche Alkoholat-ion. Anilin ver- mag auch in Benzol den Acetylrest des Nitroso-acet-anilids zu ubernehmen,. allerdings in recht langsamer Reaktion verglichen mit den starkeren aliphatischen Aminbasen. Selbst Kaliumacetat in Athanol fiihrt noch zu einer intermolekularen Acylablosung, die jedoch auch bei Verwendung eines 15-fachen uberschusses an Acetat-ion die Geschwindigkeit der intramolekularen Isomerisierung in der Konkurrenz nur wenig uberschreitet. Die Isolierung des Essigsaure-athylesters sowie das Fehlen jeglicher Beschleunigung der Farbstoff-Kupplung im System Pyridin-Eisessig zeigen, da13 auch hier wieder das Acetat-ion nicht unmittelbar, sondern iiber das in winziger Konzentration im Gleichgewicht befindliche Athylat-ion in Reakt.ion tritt.

Die Nitroso-acyl-anilide gehoren zu den energiereichen Acyl- Verbindungen, die als Acylierungsmittel dienen konnen. Die Carbo- nylverbindungen lassen sich bekanntlich in eine Reihe fallender elektrophiler Aktivitats) einordnen, an deren Anfang die Aldehyd- gruppe steht, wahrend das Carboxylat-ion -COO- als am starksten mesomerie-stabilisierter Typ das Endglied stellt. Die Nitroso-acyl- anilide durften einen Platz zwischen den Saurechloriden und den Estern einnehmen :

0 0 0 0 I/ II /I I/

-C-CI > -C-0-CO-R > -C-X(NO)--C6H, > -C-OR

Der elektrophile Charakter ist geringer als bei Saurechloriden und -anhydriden, die mit Pyridin oder Alkoholen schon in Reaktion treten, aber erheblich gro13er als der der Ester oder Amide. Am besten stimmt die Reaktionsfahigkeit mit .der der Saure-azide uberein, die auch Amine, nicht aber Alkohole zu acylieren vermogen.

Tragt man Nitroso-acet-anilid in uberschiissige alkoholisch- wafirige Natronlauge ein, d a m wird nach der Acylablosung die S. 169 beschriebene Alkoholyse dur'ch den UberschuB an Hydroxyl- ionen, damit dann auch die Zersetzung uber das Benzol-diazo- hydroxyd unterdruckt. Die Losung enthalt das normale Diazotat,

*) Siehe z. B. C. K. I n g o l d , Chem. Rev. 15, 225 (1934).

Nitroso-acyl-mine und Diazoester 11 171

wie schon E. Bambergerg) mit Hilfe der Kupplungsfahigkeit gegenuber P-Naphthol zeigen konnte. Es ist dabei, wie wir fanden, nicht notwendig, mit 50-proc. Kalilauge zu arbeiten; schon in 2n- Natronlauge wird das Diazotat-ion ausreichend stabilisiert. Wenn wir die spater noch zu diskutierende Konfigurations-Zuordnung von A. H a n t zs c h l o ) als bindend betrachten, erhebt sich die Frage, wie der ubergang in das cis-Diazotat4) bei der Acylablosung ver- einbar ist mit der Bildung des trans-Diazoesters bei der intramols- kularen Acyltvanderung. Die letztere muB im Rahmen einer streng unimolekularen Reaktion gedeutet werden mit einem Abrollen uber eine Vierring- Stufell), wobei zwangslaufig die Losung des Acylrestes vom Stickstoff zu einem trans-konfigurierten Diazoester fuhrt :

Es erscheint nun plausibel, daB bei der intermolekularen Acyl- ablosung eine andere Konstellation des Nitroso-acet-anilids der herantretenden Base einen besseren Zugang zum Acylrest vermittelt. Wenn in der nachstehenden Konstellation im Primaraddukt der Base die Acylbindung vom Stickstoff gelost wird, dann fuhrt die mit der Ausbildung der Stickstoff-Stickstoff-Doppelbindung ver- bundene Fest,legung der Konfiguration zum cis-Diazotat :

Es ist also ein und dasselbe Moment, die raumliche Anordnung d e s Carbonyl-additions-komplexes, das bei der intramolekularen Acyl- wanderung zur trans-Diazo-, beim intermolekularen Typ dage gen zur cis-Diazo-Konfiguration fuhrt..

Dieses Zusammenspiel der intra- und intermolekularen Ac yl- wanderung und ihres raumlichen Ablaufs wirft neues Licht auf e ine Reihe yon Experimenten12), die in der klassischen Auseinand er- setzung zwischen A. H a n t z s c h und E. B a m b e r g e r um die Diazo- Isomerie eine Rolle spieltell. Darnach Iiefert die Benzoylierung

9 B. 27. 914 (1894). 16) B. 27, 651'(1894). 11) Der Mechanismus der Acylwanderung wird in einer nachfolgenden MitteiIung

naher behandelt.

B. 30, 621 (1897); 32, 1717 (1899). I*) E. Bamberger, 13.30, 211 (1897); J. pr. Ch. 55, 496 (1897); A. Hantzsch,

172 H u i s g e n

des iso-Diazotats in waBrig-alkalischem Medium nur in mal3iger Ausbeute Nitroso-benz-anilid - diese Acylierung von Diazotaten fiihrte erstmalig in die Klasse der Nitroso-acyl-anilide - der Rest des Diazotats in der Losung war aber nicht unverandert, sondern fand sich in der normalen Form, also der cis-Konfiguration, vor. Dieser Konfigurationswechsel findet in einer voriibergehenden Acylierung mit nachfolgender Acylablosung durch die Hydroxyl- ionen des Losungsmittels eine einfache Deutung :

+ C,H,--COO(-’ -k H,O

Des weiteren wird jetzt klar, warum die klassische Diazotat- acylierung nach H. v. P e c h m a n n und L. Frobenius13) zwar glatt die Synthese des Nitroso-benz-p-toluids aus p-Toluol-diazotat mit Benzoylchlorid in wal3rigem Alkali, weniger glatt die Synthese des analogen Nitroso-benz-anilids gestattet, Nitroso-acetat-anilid bei der Acetylierung aber nur in Spurenausbeute liefert. Diese Folge, die eigene Versuche bestatigen, scheint zunachst merkwiirdig, weil die spontane Acylwanderung beim Nitroso-benz-anilid etwa 20-ma1 schneller als bei der Acetyl-verbindung ablauft, die Benzoyl- verbindung also den instabileren Typ darstellt. Die Ursache liegt in den unterschiedlichen Loslichkeiten der Nitroso-acyl-verbin- dungen. Das Nitroso-benz-p-toluidid ist praktisch wasserunloslich, unterliegt daher nur sehr langsam der Acylablosung im wltBrig- alkalischen Medium, wahrend das noch betrachtlich wasserlosliche Nitroso-acet-anilid wohl rascher wieder zum n-Diazotat verseift wird als es selbst gebildet wird.

I m Zusammenhang mit Messungen der Geschwindigkeit der intra- molekularen Acylwanderung von Nitroso-acyl-aniliden interessierte auch die Abhangigkeit der RG der Acylablosung mit Basen von der Natur des Acylrestes. Schon die praparativen Versuche deuteten auf einen erheblichen EinfluB des Acylrestes hin. Wahrend im System Nitroso-acet-anilid + Piperidin + @-Naphthol in Methanol bei 0 0 der Azofarbstoff nach etwa 5-10 Sekunden auszukristalli- sieren beginnt, erfolgt die Parbstoff-Kristallisation bei Verwendung von Nitroso-form-anilid schon wahrend des EingieBens der metha- nolischen Piperidinlosung. Die kinetische Messung ergab bei Varia- tion des Acylrestes Unterschiede in der Ablosungsgeschwindigkeit in der GroBe von mehr als 3 Zehnerpotenzen.

~

lS) B. 27, 651 (1894).

Nitroso-acyl-arnine und Diazoesfer I1 173

Jeweils 0,02 mMol Nitroeo-acyl-anilid wurden nebst einem UberschuD @-Naphthol in 40ccm Methanol gelost, die auf Zugabe von 0,50mMol Pipr idin einsetzende Acylablosung uber die Farbstoff-Kupplung bei 20° photometrisch verfolgt. Tab. 3 bietct die Egebnisse.

Tab. 3 A c y l a b l o s u n g m i t P i p e r i d i n i n M e t h a n o l be i 20,0°

Halb- wer t s zeit

in see.

Nitroso-form- anilid )) -acet- ))

)) -propion- ))

)) -n-butyr- ))

)) -isobutyrk ))

)) -chloracet- ))

1 J 126 165 20 1 189

ca. 0,s 0,0272

Ak

37,7 0,325 0,230 0,186 0,092

52

76 400 650 460 372 184

104000

Da neben der Acylablosung stets noch die spontane Acylwande- rung einherlauft, entspricht der aus 4er Azokupplung ermittelte k-Wert (erste k-Spalte der Tab. 3) der Summr beider Reaktions- typen. Die spater in anderem Zusammenhang noch zu diskutieren- den RG-Konstanten der intramol. Acylwanderung, kzon, finden sich in der zweiten k-Spalte. Die dritte k-Spalte der Tabelle enthalt als Differenz der beiden vorhergehenden die wirklichen Konstanten der Acylablosung, die wegen des Baseniiberschusses pseudo-mono- molekulare RG-Konstanten sind und sich in der vierten k-Spalte als Konstanten der bimolekularen Acylablosung umgerechnet finden. Es ist sofort zu sehen, da13 keinerlei einfache Beziehung zwischen der innermolekularen Wsnderungstendenz und der Ab- losbarkeit eines Acylrestes mit Basen besteht. Wenn man vom Fall des Chloressigsaure-Derivats absieht, wurde sich sogar ein gegen - sinniger Gang der Konstanten ergeben.

Die RG der Acylablosung sollte ebenso von dem ungesattigten Charakter der Carbonylgruppe diktiert werden wie die der alkali- when Esterirerseifung, der Hydrolyse von Saure-chloriden, der Reaktion von Estern niit Aminen sowie zahlreicher anderer Reak- tionen, bei denen die Carbonylgruppe ihre Additionsfahigkeit ent- faltet. Bei all diesen Reaktionen ist a priori eine gleichartige Ab- hangigkeit der RG von der Natur des Acylrestes zu erwarten. I n Tab. 4 werden die RG-Konstanten der Reaktion von Nitroso-acyl- aminen mit Piperidin verglichen mit denen der alkalischen Ester- verseifung14) und der Ammonolyse der Ester’s). Um den Vergleich

1 0 Nach einer Tab. yon H. Olsson, Z. ph. Ch. 133, 242 (1928); der Were fur den Chloressigester wurde erganzt nach A. S k r a h a l und M. R u e k e r t , Mh. 50, 369 (1928).

ls)M. Gordon, J. G. Miller und A. R. Day. Am. Soe. 70, 1946 (1948).

174 H u i s g e n

zu erleichtern, wurden alle k-Werte des Essigsaure-Abkommlings willkurlich mit 100 gleichgesetzt.

Tab. 4

Ameiscnsaure Essigsaurc Propionsaurc n-Buttersaure i 80-Buttersaure Chlorcssigshrc

I 1

11 BOO x 100

71 57 28

16 000

Acylablosung aus Nitroso- Acglrest der

1 acylaminen

G-Konstanten der Alkal. Ver- Reaktion von seifung von R-COOCH,

R-COOC,H, mit Ammoniak

21 300 - - 100

89 53 49

76 000

30 800 I - 100

56 -

- 17 -

Die vollig gleichsinnige Beeinflussung der RG durch die Natur des Acylrestes laBt an der Ubereinstimmung des Reaktionsmechanis- mus keinen Zweifel. In allen Fallen ist wohl die Bildung des Adduk- tes aus Carbonylverbindung und Basenmolekel geschwindigkeits- bestimmend. Da die Acylablosung aus Nitroso-acyl-aminen iiber die Azokupplung der Diazostufe indirekt gemessen wurde, liegt hier ein zusatzlicher untriiglicher Beweis fur die Richtigkeit der Deutung der geschwindigkeitsbestimmenden Stufe.

Maagebend fur die RG-Folge der Tab. 4 ist bekanntlich der unter- schiedliche ungesattigte Charakter, der Elektronenmangel an der Carbonylgruppe. Der groBe Sprung zwischen dem Formyl- und dem Acetylrest geht auf eine Stabilisierung des letzteren durch einen Hyperkonjugations-effekt zuriick und entspricht einem gleich- sinnigen Sprung im Additionsvermogen zwischen Formaldehyd und Acetaldehyd. Die Abnahme der RG beim Ubergang von Acetyl- zu Propionyl-, n-Butyryl- und iso-Butyryl- pflegt mit der elektronen- abstoaenden Wirkung des Alkylrestes gedeutet zu werden, die bei Kettenverzweigung natiirlich besonders wirksam sein m u P ) . W. Huckel17) betont auch die Bedeutung des sterischen Faktors in dieser Acylfolge. Der auBerordentliche Anstieg der RG-Kon- stanten beim Rest der Chloressigsaure riihrt von dem starken induktiven Effekt der Chlor-Kohlenstoff-Bindung her, der den Elektronen-mange1 am Carbonylkohlenstoff, damit dessen Addi- tionsbereitschaft gegeniiber nucIeophilen Agentien steigert. Auch hier bietet der EinfluB der Chlorsubstitution auf die Reaktivitat des Acetaldehyds die Analogie.

Die fur die kinetischen Msssungen orforderlichen Apparato vordanko ich der Notgemeinschaft dor deutschen Wisscnschaft. Fraulein L. Krausc sei fur fleinigc Hilfe boi den Messungen gedankt.

16) D. P . E v a n s , J. J. Gordon und H. €3. W a t s o n , SOC. 1938, 1440. Siehe auch H. J. L u c a s und A. Y. J a m e s o n , Am. SOC. 46.2475 (1924).

17) Theor. Grundlagen der org. Chemie IT , 433; 3. Aufl. Leipzig 1941.

Nitroso-acyl-amine und Diazoester I1

Beschreibung der Versuche ’ Kinetische Verfolgung der Pikratbildung

3 4

. 5 6 7 8 9

10

175

I5 20 30 40 50 60

180 24 Std.

Die Eigenscliaften des Bcnzol-diazonium-pikrats wurden schon friiher’) be- schriebcn. Zur gravimotrischen Verfolgung seiner Bildungsgescliwindigkeit auk den Nitroso-acyl-aniliden wurden jeweils 0,9 g reiner Pikrinsaure in 18 ccm trockenem Benzol gcliist und in 25 ccm-Erlenmeyerkolben im Thermostaton auf die auf 0,010 genau oingestellte Fixtemperatur gebracht. Um cin Temperatur- gefklle zwischen Lijsung und Bad zu vermeiden, miissen die Kiilbchen moglichst tief in die Thermostatenflussigkeit eingesenkt werden. Zur Stichzeit des Vermchs- beginns wird das Kiilbchen herausgenommcn, 0,600 g trockcnes Nitroso-acyl- anilid rasch gclost, der Kolbchenrand mit 0,5 ccm Benzol nachgcspiilt, dann sofort l ieder in den Thermostaten cingebracht. Nach 1-2 Minuten beginnt spontan die Kristallabscheidung. 3 Minuten vor der Stichzeit des Menpunktes wird durch vorsichtigcs Schiitteln des Kijlbchens im Thermostaten jegliche Ubersiittigung golost, zur Stichzoit dcr Kolbeninhalt auf ein gewogenes, mit Bcnzol angcfeuchtetes Filter gegosscn. Die Filtricrzeit von 30 Sekunden braucht nicht beriicksichtigt werden, da sie ungsfiihr kompensicrt wird durch die zu Ver- suchsbeginn beim Losen des Nitroso-acyl-anilids eintretende Abkuhlung. Der rein gelbo Niederschlag des Pikrats wird mehrfach mit trockenem Bcnzol aus- gewaschen, das Filtrat in einem RleDzylinder gesammelt. Nach mehrstundigem Trocknen an der Luft wird Pikrat plus Filter gewogcn. Die gTfundenen Gowichtc bediirfen ooch e i n x Korrektur nac!i der Lijslichkcit dcs Diazonium-pikrats in Benzol, die bei 25O 0,3 mg/ccm botragt. Fur 23 ccm Filtrat wird Vollsattigqng. fur die restlichen 20-30 ccm dcr Waschfliissigkeit Halbsattigung angenommen. Zur Berucksichtigung klciner l’ikratmengcn, die schwer von der Kolbenwand zu ontfcrnen sind, wird allsn Gewichten 3 mg aufgorechnet. Die Korrekturen sind gering, botragen ctwa 8 mg als Aufschlag pro 3Iessung. Die Filtrate werdcn vcrworfm ; jedcs Kolbchcn licfcrt also nur cincn hleinpunkt.

Zur Erliiuterung sei oin Zahlenbeispicl beschriebm, dio Nessun: mit Nitroso- acet-anilid in Benzol bei 3O0 (Tab. 5 ) .

Tab. 5

2 : 125,8 237,3 3:37,7 419,4 562,s 672,l 735,s 819,s

1015,2 1 0 q 9

134 245 346 427 570 680 743 828

1023 lORl

917 806 705 624 48 1 370 308 2’3

28

1,15 1,30

1,69 2,18 2,84 3,41 4,71

1,49

3 7 3

Als G,= I’ikratgewicht nich vollst. Rk.ablauf wird das nach 24 Stunden erhaltene Gewicht eingextzt. Auftragung des Quotientm der letztcn Spalte auf cinfach-logar. Papier liefert eine Gerade, die auf eine Halbwertszeit von 27,0 Min. schlip0cn 1iil3t. Zu Roginn des Versuches wird dcr aktive Gzhalt des Nitroso-acet- anilid-priiparatrs bxtimmt,. Dazu lant mixi jo 600 mg dcs I’raparates und P-Naph- tho1 in 5 cc.m kaltem Methanol 24 Stunden stchcn, saugt den Azofarbstoff ab. Es werden 842 mg erhalten, Was auf 92,9 yo alctiL.cn Gehalt schlicnen Iaint. Aus 600 mg diosos PrLipsrats sind also theoretisch 1130 rng Benzol-diazonium-pikrat zu er- warten. Gefunden 1051 mg = 93,0% d. Th., wio es Tab. 1 angibt.

176 H u i s g e n

N i t r o s o - 2, c e t - a n i 1 id u n d Y i p e r i d i n

des Acetyl-piperidins 1. f.'arlstoffausleute in Gegenwart son J3-Snpicthol und Isolierung

7,68g eines 95-proc. Praparats von Nitroso-acet-anilid werden zusammen rnit 7,30g P-Naphthol beiOo in 70 ecmMethanol gelost. Auf einmal wird die molare Menge Pipsridin, das sind 4,50 ccm, gelost in 20 ccm Methanol, zugesetzt. Aus der sofort tiefroten Losung beginnt nsch 6 Sek. die Kri3tallisation des Farbstoffs. Nach 30 Min. Stehen bei O o wird &r Farbstoff scharf abgesaugt, mit Methanol gew'aschen und an dsr Luftgetrocknet: 10,70g BenzoI-azo-P-naphtholvom Schmp. 129-131 o = 93% d. Th., ber. auf aktives Nitroso-acet-anilid. Die Acylablosung ist eino exotherme Reaktion, die scharfes Kuhlen erforderlich macht. Bei einem Versuch in geringerer Losungsmittelmenge ohne Kuhlung wurde ein Teil des Materials aus dem Kolbsn herausgeschleudert.

Die methanofische Mutterlauge des Farbstoffs wird auf dem Wasserbad so Weit wie moglich eingedampft, der Ruckstand in 15 ccm Ben201 aufgenommen. Die Losung wird mit 2n-Natronlauge, Wasser, 2n-SalzsLure und lieder Wasser ausgeschiitt,dt, di:, WaBrigen Extraktc zieht man noch jeweils 2-ma1 mit frischem Bsnzol aus, um ins Wasssr gegangono Anteile des Acetyl-piperidins zu gewinnen. Die gasammslten Bazollosungen werden iiber Calciumchlorid getrocknet, vom Losungsmittel befreit, dsr Ruckstand destilliert. Nach kurzem Vorlauf gehen bei 220-2230/720 mm 2,40 g N-Acetyl-piperidin uber = 44% d. 'I%. Seine Konsti- tution wird a u h r durch Geruchs. und Siedopunktsvergleich mit einem aus Acetanhydrid und Piperidin bereiteten Praparat durch die Acetylbestimmung gesichert.

C,H,,ON (127,18) Acotyl- B s . 33,s Gef. 32,3 Eine hohere Ausbeute ist bsi digger Art der Aufarbeitung w'e&n des Vertei-

luysgleichge~ichts zwischen benzolischer und w5Briger Phase nicht zu orwarten.

2. Reakt ion rnit UnterschuP Piper id in in Gegenwart von a-Naphthol Jeweils 1,00 g Nitroso-acet-anilid (95-proc.) werden zusammen mit 0,92 g

P-Naphthol b3i O o in 15 ccm Methanol geloat, rnit dcr beidenEinzelversuchen an- gogebenen Piperidin-menge versetzt. Der gobildete Farbstoff wird zu den Stir%- zoiten rasch abgjsaugt und mit Methanol nachgew'aschen, das in vorgekiihlter Saugflasche aufgofangene Filtrat waiter bei O o stehengelasscn, bei der nachsten Stichzeit wieder abgesaugt usf. Wcgon dsr standigen Zunahme des Losungs- volumsns durch die Waschflussigkeit entspricht die Farbstoffausbeute nicht voll dem Piperidin-Einsatz. Man g e ~ i n n t mit diesm Messungen oinen Anhaltspunkt i ibx die Gssch~indigkeit der Acylablosung bei Oo. Die bei dieser Temp. durch Spontan-Isomerisieng des Nitroso-acebanilids und Kupplung dcs Diazo-acetats gebildeten Farbstoffanteile sind zu vernachlassigen.

a) Zusatz von 0,lO ccm Piperidin = 17,3% des Einsatzes an Nitroso-acet- anilid. Am luftgetrockneten Farbstoff Warden nach folgcnden Reaktionszeiten folgxde Mengen erhalten:

Nach 6 Minuten 140 mg = lO,O% )) 26 P 76 mg = 5,5%, zus. 15,5% d. Th.

des Einsatzos an Nitroso-acet-anilid.

molaren Menge. Farbstoff-auebcutc: b) Zusatz von 0,30 ccm Piperidin = 52% der dem Nitrosokorper-Einsatz

Nach 2 Minuten 510 mg = 36,6% )) 12 )) 85mg = 6 , l% )> 42 N 45mg = 3,3%,zus. 46,076 d. Th.,

bezogen auf Nitroso-acet-anilid oder 89% d. Th., bezogen auf das zur Acylab- losung verwendete Piperidin.

Nitroso-acyl-amine und Diazoesier 11

c) Zusatz von 0,60ccm Piperidin = 105%. Nach 1 Minutcn 955 mg = 68,5y0

)) 4 165 mg = l l , S ~ o )) 35 )) 55mg = 3,9% )) 75 )) 17 mg = 1,2%, zus.84,4% d. Th.

177

Der Fehlbetrag gegen 1 0 0 ~ o geht nicht nur auf die Loslichkeit des Farbstoffs im Methanol zuriick. Macht man namlich die letzte Mutterlauge mit 2n-Salzsaure eben sauer, dann wieder alkalisch, erhalt man noch einmal 155 mg Farbstoff = ll,2yo d. Th. Ein Teil des Nitroso-acet-anilids war offensichtlich beim Eingiel3en des Piperidins in das nicht mehr kupplungsfahige Benzol-diazo-piperidid iibergefiihrt worden, das erst mit Salzsaure gespalten werden muB, um dann beim erneuten Alkalisieren zu kuppeln. Dem bei der Acyl- ablosung entstehenden Benzoldiazohydroxyd steht aul3er dem P-Naphthol auch das noch nicht in Reaktion getretene Piperidin zur Kupplung zur Verfiigung. Das AusmaB, in dem die Diazoamino- Verbindung gebildet wird, hangt von dem Geschwindigkeitsverhalt- nis der Kupplung mit Naphthol und der mit Piperidin ab. InMethanol und Athanol werden hohe Ausbeuten an Azofarbstoff erhalten ; in Benzol dagegen scheint das RG-Verhaltnis ein anderes zu sein, da hier Benzol-diazo-piperidid auch in Gegenwact von uberschiissigem P-Naphthol in groBeren Mengen auftritt.

3. Benzol-diazo-piperidid aus Nitroso-acet-anilid 3,oO g eines 96,5-proc. Priiparabs von Nitroso-acct-anilid Werden i n kleinen

Anteilen b3i O o in eine Mischung von 4 ccm Piperidin und 10 ccm Methanol inner- halb 5 Minuten eingatragen. Nach einer Minute wird die hellorangerote Losung mit Wasser bis zur Triibang ang~spri tz t , worauf beim Anrciben die Kristallisation des B~nzol-diazo-pip3ridids einsctzt. Die blaI3gelbe Kristallisation wird abgesaugt, mit Wassor gew'aschen, i.V. uber Schw'efolsiiure getrocknet: 1,75 g = 57% d. Th. an b3i 4 1 4 3 O schmelzendom, blal3gelbem Benzol-diazo-piperidid. Dcr Schmp. zeigt koino Daprossion mit einom aus Bsnzoldiazoniumchlorid und Piperidin in WiiI3rigor Natriumacetat-Liisung bsreitoten Priiparat. Die Muttcrlaugo wird i. V. eingcdampft, dor Riickstand f raktioniert destilliert. Nach einem Vorlauf von Piperidin gchcn bei 210--217°/712 1,20 g noch gelb gefarbtes Acotyl-piperidin = 55% d. Th. iibcr.

Messung d e r Geschwindigkei t d e r Acylablosung I n Gegenwart von P-Naphthol schlieBt sich der Acylablosung die

Azokupplung des Benzol-diazohydroxyds als unmeBbar rasche Folgereaktion an. Die Messung der R G der Acylablosung Iauft also auf eine solche der Farbstoffbildung hinaus.

Zur Messung der Farbstoff-Konzentrationen Weit geeigneter als die friiher angegebsns Apparatur') erwies sich das lichtelektrische Spektralphotometer nach G. Kortiim18) in Kombinztion mit dem Multitlex-Galvanometer MGF2 ala Nullinstrumcnt. Fur die Bestimmung des Benzol-azo-P-naphthols eignet sich gut

18) Die chemische Technik 15, 162 (1942).

178 H u i s g e n

.die Quecksilberlinie 546 mp ( Quecksilberlampe mit Kombination der Schott- Filter CG 1 und BG20). Nach Anlegung oiner Eichkurve mit Losungen des reinen Farbstoffs werden die Skalenteil-Ablesungen am Photometer anmittelbar in Konzentrationsangaben iibsrtragen. D e die Acylabldsungon recht schnell sind, w d e n die Reaktionen im offonen 20-mm-Tro5, der sich in dem von der Thermo- statenfliiseigkeit umspiilten Kiivettenkasten befindet, verfolgt. Jeweils 0,02 mMol dcs Nitroso-acylamins (zwiscben 3 und 4 mg) werdcn, gelost in 2 ccm Methanol, dor imTrog befindlichen Ldsung von 150 rng P-Naphthol in 36 ccm reinstem Mctha- no1 bei 20,OO zugesotzt. Die zunachst vom Tempo der intramolckularen Acyl- wandorung diktierte langsame Azokupplung wird einige Minutcn verfolgt, d a m dio Lijsung von 0,05 ccm (0,50.mMol) Piperidin (resp. dio in Tab. 2 angegebenen Bisenmengen) in 2 ccm Methanol eingegossen und kurz mit einem diinnen Glas- stab umgoriilirt. \'on diesem Zeitpunkt a n w'erden in Halb- odor Viertelminuten- abstiinden die Ablesungen der MeDtrommel notiert ; nach einer halben Stunde war die Acylwanderung stets abgeschlossen. Die aus der Eichkurve ormittelten Farbstoff-Konzentrationen werden dann in Form von ,Jog cclo /cm -ct gegen t aufgetragen, die RG-Konstanten graphisch ermittclt.

Beim Nitroso-form-anilid und dem Nitroso-chloracet-aniilid war die Acyl- ablosung so jchnell, dtLB man mit der MeDtrommol der raschen Farbstoffzunahmo nicht melir folgen konnte. Hier Wurde zunachst in einem Vorversuch die End- konzcntration des Farb3toffs ermittelt. Nach dem Einfiillcn dor neuen Roaktions- losung wurde dann v x dem Piperidinzusatz der Graukeil a n Hand dcr Me& trommcl herausgezogen, bis zu einem Iletrag, der 90 oder gar 95% der Farbstoff- Endkonzentration entspricht. Nach Zusatz des Pipcrirlins mird die Zcit ab- gestoppt, in der der Lichtzciger des Gslvanometcrs die Nullmarke erreicht, bzw. pzssiert ; nach einer Minute konntc in diosen Fallen suhon der Endwort abgelcscn worden. So lronnten auch die sehr rasclien Acylablosungen mit einer halben Um- satzzcit in Sokundun- GroDenordnung mit bsfricdigenhr Genauigkeit gemessen wzrdcn. Die Fehler in den RG-Konstanten der Tabcllrn 2 und 3 diirftcn bei Nitroso-form- und -chloracet-anilid init f- 25%, bei den iibrigen Nitroso-acyl- aminen mit 10% zu voranschlagen sein. Die Fig. 2 entlialt cinigc Mel3reaultate, so daB auf die Wicdergabc vOn Beispielen hier verzichtet wcidtn kann.

Acylablosungen a m N i t r o s o - a c e t - a n i l i d rnit ver - sch iedenen alkal ischen Reagent ien

Essigester- Besti 111 ni IL tig Bei den Acylablosungen mit Atzalkalien, Kaliumcarbonat usf. in alkoholischer

Losung t r i t t dhs im Glcichgewicht bcfindliclie Alkoholat-ion in wechselndem AusmaB als e1g:ntliches abloscndes Agens auf. Da der Acctylrcst des Nitroso- acet-anilids dabei in Essigs&ure&thplcst$r iibsrgefiilirt wird, galt es , diesen Stoff nschzuwcisen und rnengenmlflig zu erfasscn. Dazu wurde die Reaktionslosung, b3i den Versuchcri mit @-Naphthol das Filtrat dos Farbstoffs, zuniichst neutrali- siort, dann etwa 80% des Losungsmittels iiber eino kleine Widmer-Kolonne nb- dcstilliert. D x Ruckstand wird noch einmal mit doppeltcm Volumen k h a n 0 1 varsstzt und wiedar dostilliort. Dzn vereinigten Destillaten werden aliquote Teile f u r die einzolnon B3stimmungen ontnommen. Dio direktc Titration ergibt die als Blindwcrt zu beriickfiichtigcndc Esaigsiiurcmengc dos De&,ill:kts. Da der Ester im Gcmisch rnit Alkohol vorlicgt, kano die Verseifung nur alkalisch vorgenommen W'erden. Zur Essigsiiurebestimmung dientc dic K u h n - Rothsche-Methoslelu) in der Modifikation nach T. E. S. F r i e d e m a n P ) (Zusatz von Magncsiumsulfat). Vorversuche ergiaben, daf3 bei der Aufarbsitungsmethode leicht zu kleine Werte crhalten werden.

lD) B. 66, 1274 (1933). * O ) J. biol. Ch. 123, 161 (1938).

Nitroso-acyl-mine und Diazoester I1 179

I . Natriumiith ylat in. AtIiarzoL 2 g eines 92-pro *. Nitrosokorpers (11,2 mMol wirksames Nitroso-acet-anilid)

werden in 30 ccm eiskaltem abs. hithanol gelost, di. Losung mit 2 g $-Naphthol, dann mit 12 mMol Natriumathylat in 20 ccm abs. Athanol versetzt. Die tiefrote Losung wird nach 2 Minuten Stehen bei O 0 durch tropfenweisen Zusatz von Eis- essig neutralisiert, wobei das Benzol-azo-P-naphthol auskristallisiert : 2,74 g vom Schmp. 130-131O (11,O mMol = 98,5% d. Th.). Die Essigester-bestimmung ergibt 5,2 mM01.

Da nun das sich einstellende Saure-Basen-Gleichgewicht extrem auf der Seite von Naphtholat-ion und Alkohol liegt, erscheint es plausibel, daB sich auch das Naphtholat-anion an der Acylablosung beteiligt ; das entstehende Naphthyl-acetat wird bei der Analyse nicht erfaBt. Die Ausbeute am Essigsaure-athylester zeigt immerhin, daB die Acylablosung durch das Athylat-ion urn GroBenordnungen rascher sein mu13 als die durch das mengenmaoig uberwiegende Naphtholat.

Ein gleichartigcr Ansatz Wurde ohne Naphtol-zusatz durchgefiihrt; es wurden 6,9 mMol Essigcster erhalten. Vor der Aufarbeitung wurdo allerdings mehrere Stunden bis zum AbschluD der Zsrsetzungsreaktion bci O 0 stehengclasaen, dobei Wasserspurcn in Gegcnwart des Alkaliiiberschu .so8 schon oiae Verseifung des Essigesters auslosen konnten.

Bei einem doiteren Versuch in Gegenwart von P-Naphtol aber nur mit der Halfte dcr drm Nitroso-acet-anilid aquimolaren Natrium-alkoholat-menqe war nach 2 Minuten Stehen bci O 0 lie Acylablosurg ebenfalls schon abgeschloesen, wie dic praktisch quantitative Ausbrute am Azofarbstoff zei@. Beim Einsatz von 1,3 mMol Natriumalkoholat auf 11 ,O mMo1 Nitroso-acet-anilid wurden nach 2 Minuten bri O D 9,7 mMol Azofarbstoff und 3,4 mMol Essigcster erhalten. Die Farbstoffausbeute entspricht cinom 88-proc. Umsatz ; die Essigester-menge bleibt hinter dieser Ausbcute orheblich zuriiclc, betragt aber schon ein VielfacheR der eingesctztxm Alkoholat-menge, so das Schema der katalytischen Acylablosung beweisend. Bei langerer Reaktionsdauer, 30 Min. bei Oo, worden auch schon mit Alkoholat-mengen von wdniger als 10% d. Th. bezogeo auf den Nitrosokorper- Einsatz, mehr als 95-proc. Ausbeutcn am Azofarbstoff erzielt.

2. Alkoholische Kalilauge Wahrend mit stochiometrischen Mengen eine rasche und quanti-

tative AcyIabIosung erzieIt wird, bleibt die Reaktion mit Unter- schuB des alkalischen Reagens unvollstandig, iiberschreitet aber den der eingesetzten KOH-Menge entsprechenden Umsatz erheblich, wie folgende beiden Versuche zeigen mogen.

11,6 mMol aktives Nitroso-acet-snilid werden zusammon mit 2 g @-Naphthol bei 0-5O in 25 ccm abs. hithanol gelijst und mit 1 , l ccm alkoholiacher n-KOH (9,5% des Nitrosokorper-Einsatzes) vcrsetzt. Aus der ticfroten Los*mg kristalli- sieren nach kurzer Zeit die hellroten Nadoln des Azofarbstoffs. Nach 10 Min. bei 00 tPird abgesaugt: 2,l g Farostoff = 69% d. Th. bezogon auf den Nitrosokorper. Die Essigester-Bestimmung ergibt 5,4 mMo1 = 47 % d. Th. Der iiber die ein- gesetzte KOH-Menge hinausgehende Umsatz geht also auf Kosten der Acyl- ablosung durch Alkoholat-ion. Bei einem analogen Versuch durden aus 17,4 mMo1 Nitroso-acet-anilid und 1,23 mMol KOH in Gsgenwart von P-Naphtol bei 00 9,0 mMol Azofarbstoff (52% d. Th.) und 4,l mMol Essigcster (24% vorn Nitroso- korper-Einsatz) erhalten.

Annalen der Chemie. 673.Band 13

180 H u i s g e n

In Methyl- oder Athylalkohol suspendiertes trockenes Kalium- carbonat vermag den Obergang des Nitroso-acet-anilids in die Diazostufe zu katalysieren. Infolge des exothermen Zerfalls des Benzoldiazohydroxyds kommt die Nitrosokorper-Losung auf den Carbonatzusatz hin in stiirmisches Sieden. I n Anwesenheit von @-Naphthol wird praktisch quantitativ der Azofarbstoff erhalten. Um den katalytischen Charakter der Acylablosung darzutun, wurde in dem nachstehend beschriebenen Versuch nur ein Bruchteil der stochiometrischen Menge verwendet und der Versuch vor dem Ab- schlul3 der Reaktion abgebrochen.

11 mMol aktive3 Nitroso-acet-anilid %'Arden in 45 ccm abs. k h a n 0 1 zusammen mit 2 g $-Naphthol g-pliist und b3i O 0 rnit 300 mg trockcnem Kaliumcarbonat = 2,2 mMol mechanisch goriihrt. Nach 30 Min. wird abgitsaugt, der Azofarbstsff durch Auslaugen mit warmEm Wasser vom Cnbonat befrcit und getrocknet: 7,8 mMo1 = 71% d.'Th. Im Filtrat wurdon 4,7 rnZII.)l Essigooster = 43% d. Th. wie iiblich nachgcwiesen.

4. Kaliumccirbonat in ii'thanol

11 mMol Nitroso-acet-anilid und 2 g P-Naphthol warden in 40 ccm oiskaltem Alkohol gitliist und rnit 300 mg gepulvortem Kaliumcyanid 30 Min. untor Eis- kiihlung gariihrt. Aufarbcitung ergibt 9,l5 mMol Azofarbstoff = 8376 d. Th. und 7,86 mMol Essigcstcr = 71 % d. Th.

5. Jialiutnacetut in Athano1 Da der Effekt vie1 kleiner ist als boi den bislang erwahnten Basen, wurde die

B2scNsunigung des Cbwgangs in die Diazostufc mit der azotomctrischen Me- thodik-') gcmessm. Fur die Stickstoff-Freisetzung aus einer Losung von 1, l g Nitroso-acet-anilid und 3 g wasswfreiem Kaliumacctat in 90 ccm abs. ALkohol wird b-i 25,0° eine RG-Konatante von 0,0182 min--' gcmesscn gegeniiber 0,0115 min--' ohntt Acetat-Zusatz. Verw'andung von 10 g Kaliumacctat steigert dio RG-Konstante auf 0,0314 min--'. Die Beschlcunigung durch Acylablosung batragt also 58% resp. 173% vom Wert der intramolekularcn Acylwanderung b-i den beidsn Versuchen mit Kzliumzcetat. Goruch und Verseifungsprobe er- gaben die Anwesenheit von Essigestcr.

6. Tr imethy lamin in Me thnn 01 Dzr Nachwais der Acylablosung wurdo durch photometrische Verfolgung der

Azokupplung von Nitroso-acet-anilid mit @-Naphthol gcfiihrt. Ohno Zusatz be- tragt in Methanol bpi 25O dio halb3 Umsatzzoit 61 Min. Nach Zusatz von 1 ccm 33-proc. w'Ll3riger Trimethylamin-hung zu 40 mg Nitroso-acet-anilid in 100 ccm Methanol in Anwesonheit von 200 mg P-Naphthol w.ird die halbe Umsatzzeit nuf 18,5Min. vermind!xt, wobsi siuli dio Mefipunkte wi-der gut dem Gesetz der erstcn Rk.ordnung fiigen. Die RG-Konstante der Acylabliisung botr'Lgt somit 0,0253 min--' bsi 25O. Zugabe von Triathylamin zur benzolischon Losung von Nitroso-acet-anilid und @-Naphthol hat keino Beschlcunigung dor Azokupplung zur Folgc.

6. iYatriiimii ydroxyd in iblethnrzol- Cl'asser 1,5 geines83,9-proc. Nitroso-acet-anilids warden in 15 ccm eiskdtem Methanol

gelost und in 20 ccm eiskalte wafiriga 2x1-Natronlauge eingegossen. Nach 2 hlin. Stehen im Eisbad wird eine Losung von 1,5 g P-Naphthol in 7 ccm 2n-

H u i s g e n und N a k a t e n 181

Natronlaugc unrl 15 ccm Wasssr zugesstzt, worauf sich momentan dor Azofarb- stoff abschcidot. Nach kurzem Stehen wird scharf abgcsaugt und mit Mothanol- Wassar 1 : 1 ausgewaschcn. Nach Trockncn 1,91 g Benzol-azo-P-naphthol. Die Thcorio 1aI3t 1,9O g bei q u m t . Umsatz erwarten; die Reaktion ist also ebenso zur GdialtsbcsDimmung von Nitrosokarpcr-praparatcn gecignet wie dio sich wiihrend 24-stiindigem Stehen in M;thanol vollzichende Kupplung mit p-Naplithol').

Nitroso-acyl-amine und Diazoester I11 Die Reaktion von Nitroso-acyl-aniliden mit Alkohol

Von Rolf Hiiisgen und Herbert AVakaten (&lit 1 Figur im Text)

(Eingelaufen am 18. Juni 1951)

Eine jungst erschienene Studie von De Los F. De Tar') uber die Reaktion von Nitroso-acet-anilid mit Methanol veranlaBt uns, Ergebnisse2) uber die Reaktion von Nitroso-acyl-aniliden mit Al- koholen, vor allem Athanol, mitzuteilen, die sich mit denen des amerikanischen Autors nur wenig uberschneiden.

uberlaI3t man eine Losung von Nitroso-acet-anilid in Athanol bei Raumtemperatur dem Selbstzerfall, dann lassen sich anschlie- fiend aus der Losung 63% der aquimolaren Menge an Acetaldehyd herausdestillieren und als 4-Nitro- oder 2,4-Dinitro-phenylhydrazon gravimetrisch bestimmen, wie Tab. 1 zeigt. Der Hauptweg der

T a b . 1 Oxydation des Athanols zu Acetaldehyd durch Diazovorbindungen

Diazovcrbindu ng

Nitroso-acet-anilid >)

>)

Benzol-diazonium-chlorid )>

)>

1)

))

p-Nitro-benzol-diazonium-

Nitroso-acct- p-nitro- chlorid

o-toluidid

Acetaldcliyd als

phenyl-hy drazon

Zusatz in Aqui- valcnten 4-Nitro- I 2,4-Dinitro-

-

1,0 K-acctat 4,s K-acetat

2,0 K-acc-tat 2,3 K-acetat 3,O HCl 6,O HCl

-

-

-

63 % 69 %

11%

7.2 % 5% 5%

96 %

80 % ') Am. Sor. 73, 1446 (1951). 2, Der groBte Teil unserer Versuche wurde schon Ende 1949 erarbeitet.

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