1973 H. Ahlhrecht uiid C. Vonderheid 2009 Chem. Ber. 106, 2009-2016 (1973)

Vinylamine, XV 1)

Tautomerisierende a-Athoxyenamine Zur Imidsaureester-Keten-0,N-acetaETautomerie

Huhertus Ahlbrecht * und CIaus Voizderheid2)

lnstitut fur Organische Chemie der Universitat GieOen, D-6300 GieDcn, 1,udwigstraRc 21

Eingegangen am 8. Miirz 1973

Die Alkylierung von sekundaren Phenylessigsaure-amiden liefert I midsaureester (2). Dagegen erhalt man aus entsprechenden Cyanessigsaure-amiden Alkylierungsprodukte, die in Losung als Gemisch der imin-enamin-tautomeren Imidsaureester und cc-Alkoxyenamine vorliegen (4). Die NMR-spektroskopische Untersuchung zeigt, daR die Gleichgewichtslage temperatur- und liisungsmittelabhiingig ist.

Vinylamines, X V ~ )

Tautomerizing u-Ethoxyenamines. The Imidic Acid Ester-Ketene 0,N-Acetal Tautomerism

Alkylation of secondary phenylacetamides leads to imidic acid esters (imidates) (2). On the other hand alkylation of cyanacetamides produces imine-enamine tautomeric imidates and x-alkoxyenamines (4). N.m.r. measurements show that the position of equilibrium depends on the temperature and on the solvent.

lm Rahmen unserer Untersuchung der Jmin-Enamin-Tautomerie 1) interessiert uns der EinfluB von Heteroatomen in der cc-Stellung des Enaminsystems auf die Gleichgewichtslage.

Fuhrt man als Heteroatom einen Athersauerstoff ein, so erhalt man die a-Alkoxy- enamine oder Keten-0,N-acetale 1 E be7iehungsweise die zu ihnen tautomeren Imid- saureester 11. Uber deren Tautomerie ist, obwohl schon vor einiger Zeit in Betracht gezogenl), noch recht wenig bekannt. Ublicherweise werden Verbindungen dieses Typs als 11 formuliert. 1st mindestens einer der beiden Reste R2 oder R3 eine khoxy- carbonyl- oder Cyangruppe, so sollen die Verbindungen allerdings als die Enamine

1) XIV. Mitteil.: H . Ahlhreclzt und S. Fischer, Tetrahedron 29, 659 (1973). 2) Aus der Diplomarbeit C. Vonderheid, Univ. Gieflen 1971.

. 3 ) S. A . Glicknzun und A . C. Cope, J . Amer. Chcm. Soc. 67, 1017 (1945).

2010 H . Ahlhrecht und C. Vonderheid Jahrg. 106

1E vorliegen3-6). Den wohl ersten Fall eines Gleichgewichtes vom Typ 1E + 11 konnten Kovte und Trautnev7) IR-spektroskopisch nachweisen. Fur eine Reihe cyclischer Imidsaureester ist diese Tautomerie UV-spektroskopisch wahrscheinlich gemacht 8) und jungst auch an einem speziellen Beispiel9) nachgewiesen worden. Eine systematische Erfassung der das Gleichgewicht bestimmenden strukturellen Faktoren steht noch aus. Die vorliegende Arbeit berichtet uber erste zu diesem Zweck durchgefuhrte Untersuchungen.

Phenylacetimidsaureester Da bisher ein umfangreiches Material zur lmin-Enamin-Tautomerie an tautomerie-

fahigen Styrylaminen vorliegt lo) , haben wir zuerst den Einflun einer Athergruppe in sr-Stellung an diesem System in Verbindung 2a und b untersucht.

Fi

2a-e 3a- e

2 / a b c d e

R' 1 H H CeH5 CfiH41J02-(4) C,H, R 2 ' H N O P H H NO2 R' CH, CH, C ~ I I , czr-15 CZH,

Bei beiden lafit sich spektroskopisch kein Enamin nachweisen. Im IR-Spektrum beobachtet man eine Bande bei 3310 cm-1, wie sie typisch fur die N-H-Schwingung von lminen ist, sowie eine starke Absorption der lmidesterfunktion bei 1640 bis 1660 cm-17). Im NMR-Spektrum (Dimethylsulfoxid-D6) findet man neben einem mit Methanol-D4 austauschbaren Singulett bei 6 etwa 8 ppm (1 H) zwei weitere Singulettq der Intensitat 2H und 3 H bei 8 3.64 und 3.68 (2a) bzw. 3.5 und 3.32 ppm (2b). Auch nach funftagigem Aufbewahren bei Raumternperatur veranderte sich das Spektrum nicht.

Da Einfuhrung eineq Arylrestes am Stickstoff die Enaminform stabilisiert lo),

haben wir zusatzlich 2c- e untersucht. Auch hier IaiDt sich 3 nicht nachweisen. Sowohl 1R-Spektrum (keine Bande im

Bereich der N ~ H-Valenzschwingungen, starke Absorption zwischen 1650 und I680 cm-1) als auch NMR-Spektrum (Singulett bei 8 3.6 -3.8 ppm, Signale cirzev Athylgruppe) zeigen nur 2 an.

4) S. M. McElvain und J . P . Schroder, J . Amer. Chem. SOC. 71, 40 (1949). 5 ) D. Martin. K . H . Schwarz, S . Rackow, P . Reich und E. Grundetnann, Chem. Ber. 99,

2302 (1966). 6 ) W. J . Middleton und V. A . Engelhardt, J. Amer. Chem. SOC. 80, 2788 (1958). 7) F. Korte und K . Trautner, Chem. Ber. 95, 295 (1962). 8) V. G. Granik, B. M. Pyatin, J . V . Persianova, E. M . Peresleni, N . P. Kostyuchenko,

9) L. Tiike, G. Blaslto, L. Szabo und C. Szantay, Tetrahedron Lett. 1972, 2459. R . G. Glushkov und Y. N . Sheinker, Tetrahedron 26, 4367 (1970).

10) H . Ahlbrecht, H. Hanisch, W. Funk und R. D. Kalas, Tetrahedron 28, 5481 (1972).

1973 Vinylamine, XV 201 1

Bemerkenswert ist noch, daR auch keine Anzeichen fur eine syn-anti-Isonierie gefunden werden, obwohl diese bei anderen AT-substituierten Tmidsaureestern N MR- spektroskopisch nachgewiesen wurde 11). Dem uberwiegenden Isomeren wird anti- Stellung zwischcn dem N-Substituenten und der OR-Gruppe zugeschrieben 11% 12).

Ob bei 2 nur ein Tsomeres auftritt oder ein schnelles Gleichgewicht zwischen zwei Isomeren vorliegt, mu8 noch gepruft werden.

Da entsprechcnde imin-enamin-tautomere Systeme (statt OR3 H, Alkyl oder Aryl) hohe Enaminanteile aufweisen 10.13,14), begiinstigt die Einfuhrung einer Alkoxy- gruppe in cr-Stellung die Iminform kraftig. Der Effekt durfte vorwiegend auf der Stabilisierung durch die Imidestermesomerie beruhen.

Cyanacetimidsaure- und 2-Cyanpropionimidsaureester Urn zu meRbaren Gleichgewichten zu gelangen, mu8 man der Stabilisierung der

Iminform nach (3) eine entsprechende der Enaminform gegeniiberstellen. Diese kann erreicht werden durch stark elektronegative Substituenten in der ?-Stellung des Enaminsystems. Wir haben daher die Imidsaureester 4a e auf ihre Tautomerie- fahigkeit hin untersucht.

';a /OCH2CH, ,,O C HzC H, NC-C-C+ - NC-C=C,

N-R' A 2 N-R'

I 4a-e

4 ~

R' R2

Es zeigte sich, daB in allen Fallen ein losungsmittel- und temperaturabhangiges Gleichgewicht 4 I 5 4E vorliegt.

IR-Spektreri

Im IR-Spektrum (Nujol) von beispielsweise 4a beobachtet man bei 2180 cm-1 die fur Cyanenamine typische Absorption einer konjugierten C = N-Gruppe's, 16).

11) M. Kandel und E. H. Cordes, J. Org. Chem. 32, 3061 (1967). 12) 0. Exner und 0. Schindler, Helv. Chim. Acta 55, 1921 (1972). 13) H. Ahlbrecht, Tetrahedron Lctt. 1968, 4421. 14) H . Ahlbrechr und S. Fixher, Tetrahedron 26, 2837 (1970). 15) E. C. Taylor und A . McKiNop, The Chemistry of Cyclic Enaminonitriles and a-Amino-

16) E. Builoch und B. Gregory, Can. J. Chem. 43, 332 (1965). nitriles, S. 4, Interscience Publishers und John Wiley and Sons, New York 1970.

2012 H . Ahlhrecht und C. Vonderheid Jahrg. 106

Im Bereich der NH-Valenzschwingung tretcn drei Banden bei 3420, 3325 und 3220 cm-1 auf, die wir der primaren Amino-Gruppe in 4Ea zuschreiben. Die Werte stehen in guter Ubereinstiminung mit den fur Aminocrotonitril angegebenen Daten16). Die Absorption bei 3220 em-1 diirfte durch Assoziation zu erkliiren sein, da sie in Chloroform nicht beobachtet wird. Alle drei Banden werden in der am Stickstoff deuterierten Verbindung in den Bereich von 2500 cm-1 verschoben. Auch eine relativ intensive Bande bei 1625 cm-1 tritt in der deuterierten Verbindung nicht auf und ist daher der Scherenschwingung der NHZ-Gruppe zuzuordnen. Die Absorption der C=C-Doppelbindung von 4Ea bei 1580cm-1 wurde auch bei analogen Cyan- enaminen171 gefunden. Da dort fur die Bande einer konjugierten Cyangruppe eine Lage von 2220 cm-1 angegeben wird, haben wir die nicht tautomeriefahige Ver- bindung 4Ef (s. Tab. 1 ) untersucht und die von uns erwartete Lage von 2185 cm-1 gefunden. AuBer diesen eindeutig der Enaminform zuzuordnenden Banden beobachtet man noch eine Absorption bei 1660 cm 1 (C-N-lmidsaureesterschwingung), die auf 41a hinweist. So findet man dann auch in dem als Film aufgenomrnencn IR- Spektrum das Signal einer nicht konjugierten Cyangruppe bei 2250 cm-1.

Ahnliche Verhiiltnisse treten noch bei 4c und d auf (siehe Tab. l), dagegen liegt 4b nach dem IR-Spektrum als 4Eb und 4e als 41e vor.

NMR-Spek tven Die Abb. 7eigt das 100-MHz-NMR-Spektrum yon 4a in DMSO-D6. Man findet

drei breite, mit Methanol-D4 austauschbare Signale, die drei Isomere aueigen, und die wir auf Crund ihrer chemischen Verschiebung 18. 19) einer Tminform und zwei stereoisomercn Enaminformen in der angegebenen Weise zuordnen.

Durch zufallige Koin7idenz beobachtet man hier niir zwei Athylquartetts fur die beiden Enaminformen, be1 60 MHz sind dagegen drei Quartetts vorhanden. Auf- gmnd der Integrationsverhaltnisse ordnen wir das Triplctt bei 8 3.33 ppm ( J =

1.3 Hz) und das Singulett bei 8 3.27 ppm den Vinylprotonen H* und H*’ in den cis-trans-Isomeren 4Ea und das Dublett bei 8 3.72 ppm ( J = 0.8 Hz) der CHz-Gruppe H4 in 41a 7u. Die Hochfeldverschiebung der Vinylsignale ist fur Cyanathylene typisch15. 16).

Dicsc Interpretation mit Hilfe der chemischen Verschiebung wird durch Doppel- resonanzexperimente bestatigt (s. Abb.). Strahlt man beim Signal von H3 bzw. H7

ein, so erhall man ein Singulett fur H4 bzw. Hg. ErwartungsgcmiS verschwinden beide Kopplungen auch bei Temperaturerhbhung und nach Deuterierung. Diese fur primare Enamine und deren Imintautomeren ungewohnliche Kopplung erlaubt somit eine sichere Zuordnung.

Die in Lit.9) angegebenen NMR-Daten und Isomerenverhaltnisse bediirfen daher einer Uberprufung.

17) T. Sasnki und A. Kojima, J. Chem. SOC. C 1970, 476. I*) J . B. Lnmbert, W. L. Oliver und J . D. Roberts, J. Amer. Chem. Soc. 87, 5085 (1965);

0. W . Webster, 0 . R. Hurtfer, R . W. Begland, W . A . Sheppnrd und A. Cuirncoss, J. Org. Chem. 37, 4133 (1972).

19) Die chemische Vcrschiebung der NH2-Protonen von 3-Aminocrotonitril in DMSO-DF, betragt 6 6.4 ppm.

1973 Vinylamine, XV 2013

H'

La

H6 I

10 9 a 7 6 5 i 3 2 -66ppm I

100-MHz-NMR-Spektrum von 4a in DMSO-D6 mit den Doppelresonanzexperimc~~tc~~

Das angenommene Gleichgewicht 41a + 4Ea wird durch die Temperatur- und Losungsmittelabhiingigkeit (s. Tab. 2) des NMR-Spektrums bestiitigt. Temperatiir- erhohung fuhrt zu einer Zunahme der 41a zugeordneten Signale, die nach Abkuhlen wieder zuriickgeht. Aufnahme des Spektrums in dem bekanntlich 20) die Iminform starker begunstigenden Losungsmittel Nitrobenaol-D5 fiihrt ebenfalls zu einer Zunahme der 4 Ia sugeordneten Signale. In diesem Losungsmittel beobachtet man nur noch eine Enaminform.

Bei 4b-e findet man analoge Verhaltnisse (s. Tab. 1). Fiir die Enaminstruktur ist hier vor allem die NH-CH3-Kopplung von 5 Hz in 4Eb und 4Ed beweisend, die bei Deuterierung sofort verschwindet. Fur die lminstruktur ist die Dublett- aiifspaltung von 7 Hz des Methylsignals durch Ha typisch, die ebenfalls, wenn auch erheblich langsamer, bei Deuterierung verschwindet. Die sterischen Verhiiltnisse bei 4E sind noch nicht gekliirt.

Gleichgewichtsverhaltnisse Tab. 2 enthiilt die in zwei Liisungsmitteln bestimmten Gleichgewichtsverhaltnisse.

Sie stellen die Ergebnisse erster orientierender Messungen dar und hind wegen der in einigen Fallen fur die Gleichgewichtsbestimmung ungunstigen Signallage mit relativ grol3en Fehlern behaftet. Genauere Ergebnisse erwarten wir von der Unlersuchung

20) If. Ahlbrecht, Habilitationsschrift, Univ. GieBen 1970.

Tab

. 1.

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-

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s)

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w

ie H

a 6.

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(4 J

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-

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(s)

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(s)

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, J =

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, J =

5)

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-

-

Film

d

) -

1.37

(d, J

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I

3.33

(t

, J =

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) 3.

27 (s

) 3.

33 (s

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1.63

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201 6 H. Ahlbrerht und C. Vonderheid Jahrg. 106

der aus meStechnischen Griinden gunstigeren 0-Methylderivate von 4. Dennoch zeigt sich die schon erwahnte und zu erwartende Losungsmittelabhangigkeit der Gleichgewichtslage.

Ferner beobachtet man einen die Enaminform destabilisierenden EinfluB einer p-standigen CH3-Gruppe (Vergleich 4b zu 4d und 4 c ZLI 4e). An anderen Enaminen war der umgekehrte Effekt beobachtet wordenl). Dies gilt auch beim Ubergang von den N-Methyl-Verbindungen 4b und d zu den N-Phenyl-Verbindungen 4c und e . Wahrend allgemein dieser strukturelle Wechsel eine deutliche Enaminstabilisierung bewirkt l o ) , beobachtet man hier das Gegenteil. Damit zeigen tautomere a-Athoxy- enamine eine vollig andere Strukturabhangigkeit der Gleichgewichtslage wie ,,nor- male" Enamine. Dies konnte auf einer Begunstigung von B in Beziehung (3) beruhen. Untersuchungen zur Klarung dieser Frage sind begonnen.

Der Deutschen ForschungsgemeinscliaJt und dem Fonds der Chetnisch~n Industrie danken wir fur finanzielle Unterstutzung, C. Vonderheid der Studienstifrung des Deutschen Volkes fur ein Stipendium.

Experimenteller Teil Die Schmpp. sind unkorrigiert. Die IR-Spektren wurden mit einem M 225 Gitterspektro-

meter der Fa. Perkin-Elmer aufgenommen, die NMR-Spektren mit einem Gerat A 60 der Fa. Varian bzw. MNH-100 der Fa. Jeol (nahere Angaben siehe Tab. I) .

Die am Stickstoff unsubstituierten Imidsaureester sind bekannt (2a21), 213221, 4a4)).

Darstellung der anz Stickstoff substituierten Imidsaureester: Eine Mischung von 0.050 mol Carbonsaureamid und 25 ml absol. Methylenchlorid wird schnell mit 0.055 mol Triathyl- oxonium-tetrafluoroborat versetzt, Iangere Zeit bei Raumtemp. geriihrt (siehe Tab. 2), i. Vak. vom Losuiigsmittel befreit und zweimal mit absol. Ather gewaschen. Der Riickstand wird mit 50 ml absol. Ather uberschichtet, dann bei 0°C langsam init 0.055 mol Triathylamin versetzt und 2 h geriihrt. Die ather. Phase trennt man ab und zieht den Ruckstand noch dreimal mit Ather aus. Die vereinigten Atherfraktionen liefern nach Abziehen des Losungs- mittels i. Vak. den entsprechenden Imidsaureester (oder Tautomere), der dann durch Dcstil- lation i. Hochvak. oder durch Umkristallisation gereinigt wird.

21) G. Luckenbach, Ber. Deut. Chem. Ges. 17, 1421 (1884). 22) R. Forsyth und F. L. Pyman, J . Chem. SOC. 1930, 400.

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