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Liebigs Ann. Chem. 758, 84-88 (1972)

Zur Hydrid-Ubertragung auf Dehydrobenzol als bevorzugten Reaktionsschritt von Georg Widtig und Inga Stiiber

Aus dem Institut fur Organische Chemie der Universitlt, D-69 Heidelberg

Eingegangen am 19. Dezember 1971

Die Hydrid-obertragung von Lithiumdiathylamid auf Dehydrobenzol nimmt bei einer Tem- peraturerniedrigung von 25 auf -80@ gegeniiber der nucleophilen Addition urn den Faktor 30 zu. Sic bildet bei beiden Temperaturen die Hauptreaktion, wenn N-Lithium-N-tert.-butyl- N-benzyl-amid (7) als Hydrid-Donator fungiert.

Hydride-transfer to Dehydrobenzme as Favoured Step

Hydride-transfer from lithium diethylamide to dehydrobenzene increases by a factor of 30 relative to nucleophilic addition if the temperature is decreased from 25 to -80'. Hydride transfer is the principal reaction if N-lithium-N-tert.-butyl-N-benzylamide (7) acts as the hydride donor.

Die Annahme, daB Dehydrobenzol neben der bevorzugt nucleophilen Addition von Lithiumdiathylamid auch zu einer Hydrid-Ubertragungsreaktion mit diesem Reagenz befahigt istl), konnte mit Hilfe der Umsetzung von p-Fluor-toluol als Arin- Bildner bestatigt werden 2).

Vorausgesetzt, daB die Hydrid-Ubertragung im postulierten at-Komplex3) vom Typ 3 stattfindet, sollte sie bei tiefer Temperatur beschleunigt werden, da bei zuneh- mend negativer Aktivierungsentropie solche Komplexe stabilisiert werden4).

Der bei der Reaktion von Lithiumdiathylamid zu priifende TemperatureinfluB wurde am unsubstituierten Dehydrobenzol untersucht, um so die Anzahl der Reak- tionsprodukte einzuschranken. In einem zunachst bei Raumtemperatur durchgefiihr- ten Versuch mit 1 Mol Fluorbenzol und 2 Mol Lithiumdiathylamid sind laut Gas- chromatogramm der basischen Reaktionsprodukte (55 %) die Amine 5 und 6 im Ver- haltnis 1 : 8 entstanden.

Die Identifizierung von 6 erfolgte gaschromatographisch durch Vergleich mit einem authentischen Praparat an verschiedenen Saulen (APL, SE 30). 5 wurde prapa-

1) G. Wittig, H.-J. Schmidt und H. Renner, Chem. Ber. 95, 2377 (1962). 2) G. Wittig, C. N. Rentzea und M. Rentzea, Liebigs Ann. Chem. 744, 8 (1971). 3) G. Wittig, Angew. Chem. 70, 65 (1958). 4) Vgl. V. Franzen und H . 4 Joschek, Angew. Chem. 72, 564 (1960).

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rativ gaschromatographisch abgetrennt und durch seine spektroskopischen Daten (NMR- und Massenspektrum) sowie durch Mischschmelzpunkt seines H ydrochlorids mit einer authentischen Probe charakterisiert.

-0 Li + I I N-CzH,

CHCH3 5 4

Die Umsetzung von Lithiumdiathylamid mit Dehydrobenzol (dargestellt aus o-Chlor-jodbenzol und n-Butyllithium5)) bei -80" lieferte dagegen die Amine 5 und 6 im Verhaltnis 3 : 1, wie das Gaschromatogramm der basischen Reaktionsprodukte (60 %) zeigte. AuBerdem entstand durch Addition von Phenyllithium an Dehydro- benzol in 24proz. Ausbeute Biphenyl. Da Phenyllithium aus dem at-Komplex 3 her- vorgeht, erhoht sich das Produktverhaltnis der Reaktionen von Weg 1 zu Weg 2 auf 3.8 : 1. Demnach nimmt die Hydrid-Ubertragung relativ zur nucleophilen Addition beim Ubergang von Raumtemperatur auf -80" um den Faktor 30 zu.

Inwieweit die Umkehrung der Verhaltnisse Weg 1/Weg 2 bei Temperaturernied- rigung auch auf die Geschwindigkeitsabnahme der Reaktion iiber Weg 2 zuriickzu- fuhren ist, wurde in diesem Rahmen nicht untersucht.

Interessant war jedoch zu priifen, ob bei geeigneter Wahl-des Lithiumamids die Hydrid-Ubertragung auf Dehydrobenzol bereits bei RaumteGperatur gegenuber der nucleophilen Addition uberwiegt. Hierzu bot sich das N-Lithium-N-tert.-butyl-N- benzyl-amid (7) an, das sich beispielsweise gegeniiber Benzophenon als guter Hydrid- Donator erwiesen hatte6).

Die Umsetzung von 2 Mol 7 mit 1 Mol Fluorbenzol (1) Iieferte laut gaschromato- graphischer Untersuchung der basischen Reaktionsprodukte drei Verbindungen. Sie wurden durch Mischchroinatogramme mit authentischen Priparaten als N-tert.-Butyl-

5 ) VgI. H. Gilman und R . D . Gorsich, J. Amer. chem. SOC. 18, 2217 (1956). 6 ) Dissertation G . Hiiusler, Univ. Heidelberg 1970.

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N-benzyl-amin 7) (8), N-Benzyliden-tert.-butylamin 8) (10) und N-tert.-Butyl-N-diphe- nylmethyl-amins) (11) identifiziert.

I,i H P g B r'- 4J 12 c6H5

HN- C (C I1 3) 3 I

11 10

Nach saulenchromatographischer Auftrennung an Kieselgel eluierte man 11 in 57proz. Ausbeute. Seine Struktur wurde mit Hilfe der NMR- und Massenspektren sowie der Elementaranalyse und des Mischschmelzpunktes (53') mit einem Ver- gleichspraparat gekliirt. 10 wurde uber sein 2.4-Dinitro-phenylhydrazon (Schmp. 233", Mischprobe) in 20proz. Ausbeute isoliert. Tm Neutralteil lieBen sich gaschro- matographisch geringe Mengen Benzol sowie Biphenyl nachweisen.

Das Amin 12 wurde nicht gefunden. Ebensowenig konnte es nach einer bei -80" durchgefuhrten Reaktion nachgewiesen werden. Dagegen wurden hier neben 18 % 10 und 61 % 11 noch 19 % Biphenyl isoliert.

Daraus geht hervor, dalj N-Lithium-N-tert.-butyl-N-benzyl-amid (7) sowohl bei 25" als auch bei -80" nur im Sinne einer Hydrid-Ubertragung mit Dehydrobenzol reagiert. Die Bildung von Biphenyl deutet darauf hin, dalj 7 als nucleophiler Addi- tionspartner an Dehydrobenzol mil aus 9 hervorgehendeiii Phenyllithium nicht kon- kurrieren kann.

Das Ausbleiben der nucleophilen Addition von 7 ist jedoch nicht die Ursache fur die hohen Ausbeuten an Hydridubertragungs-Produkt. Dies geht aus einem Versuch hervor, bei dem man ein zu 7 isomeres Amid, das N-Lithium-N-neopentyl-anilid, auf Dehydrobenzol einwirken lielj. Obwohl auch hier die nucleophile Addition verhindert wird, findet dennoch keine Hydrid-Ubertragung statt. Vermutlich verhindert die dem Stickstoff benachbarte Phenylgruppe die Ausbildung des at-Koniplexes.

7) S. Chiavarelli, E. F. Rogers und G . B. Marini-Bettdlo, G a r . chim. ital. 83, 341 (1953). 8) M. Freifelder, M . B. Moore, M . R . Vernstetz und G . R . Stone, J . Amer. chem. SOC. 80,

9) H. E. Bautngarten, R . D . Clark, L. S. Endres, L . D . Hagemeier und U. J. EIici, Tetra- 4320 (1958).

hedron Letters [London] 1957, 5033.

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Auf Grund dieser Ergebnisse kann als gesichert gelten, daB Hydrid-Ubertragungen von Lithiumamiden auf Dehydrobenzol uber die jeweiligen nicht isolierbaren a t - Komplexe verlaufen und somit alle Faktoren , die zu ihrer Stabilisierung beitragen, gleichermaBen die Hydr id-uber t ragung begunstigen.

Fur die Gnanzielle Unterstutzung dieser Arbeit 1st I . Sroher der Deutschen Forschungs- gemeinschaft zu Dank verpflichtet.

Beschreibung der Versuche Zur analytischen Casrhvotnatvgruphie diente ein Gerat Perkin-Elmer F20 mit 1.5-m-Saulen

des Typs Apiezon-L und SE 30. Zur praparativen Gaschromatographic wurde ein GerLt Aerograph A-90-P 3 verwendet. - Die NMR-Spektren wurden mit einem Varian-Gerat A-60 aufgenommen. Zur Anfertigung der Massenspektren diente ein Gerat vom Typ CEC 21-1 10-B.

Reaktivn vvn Dehydrobetizol init Lithiumdiathylnmid

a) Eei Raumtemperntuv: Eine Losung von 2.92 g (40 mMol) Diiirhylninin (iiber Natrium destilliert, Sdp. 55-56") in SO ml Ather versetzte man mit 26.7 ml eincr 1.5 in ather. Losung (40 mMol) von n-Butyllifhium. Man riihrte noch 30 Min. und gab dann 1.92 g (20 mMol) F/tiorhenzol(l) zu; dabei kam die Losung zum Sieden und farbte sich violettschwarz. Nach 24 Stdn. zersetzte man das Gemisch mit Wasser, wobei es sich nach Hellgelb aufhcllte. Zur Abtrennung der basischen Anteile wurde die Atherphase mit 6n HCI ausgeschiittelt. Aus der saurcn waRr. Phase wurden die mit Natronlauge ausfallenden basischen Anteile ausgeathert Nach Trocknen iiber MgS04, Filtrieren und Abdunsten des Athers erhielt man 1.62 g (55%) Amin-Gemisch, das laut Gaschromatogramm Athyl - :a-meth~l -ben~~~/~-amin (5) und N.N- Diuthy/-anih (6) im Verhaltnis 1 : 8 enthielt. ~ 5 wurde praparativ gaschromaiographisch (Saule: 10 m SE30; He, 220") abgetrennt. - Der Molekiilpeak im Massenspektrum erscheint bci m/c - 149. Das NMR-Spektrumzeigtfunf aromatische Protonen (7 = 2.65-3.0), einPro- ton bei T = 6.10-6.52 undzwei Protonen bei T =- 7.34--7.75jeweilsalsQuartett (J = 7 Hz), drei Protonen als Duhlett (J ~ 7 Hz) bei 7 - 8.75 und drei Protonen als Triplett (J = 7 Hz) bei - - 9.0. tischen Praparat. 6 wurde durch Vergleich der gaschromatographischen Retentionszeiten an verschiedenen Saulen (Apiezon-L und SE 30; Nz, 140 bzw. 100') mit authentischem Praparat identifiziert.

b) Bei -100": 1.46 g (20 mMol) Diuthylamin versetzte man, wie bei a) beschrieben, mit 20 mMol n-Butyllithiurw. Das Gcmisch wurdc auf - 100" gekuhlt; dann versetzte man erneut mit 20 mMol n-Butyllithium und tropfte langsam 4.77 g (20 mMol) o-Chlur-judbenzol in Ather hinzu. Bci -70" war das Gemisch schwarzviolett. Man lieR innerhalb von 20 Stdn. auf Kauintemperatur erwarmen ; dann wurdc hydrolysiert, die Atherphase abge- trennt und wie bei a) aufgcarbeitet. Man isolierte 1.78 g (60 %) Amin-Gemisch, welches laut gaschromatographischer Untersuchung aus 5 und 6 im Verhaltnis 3 : 1 bestand. - Ein Gas- chromatogramm der Neutralprodukte zeigte Biphenyl neben einer Verbindung mit hohercr Rctentionszeit (vermutlich o-Cblor-biphenyl). Die quantitative Bestimmung von Biphenyl erfolgte gaschromatographisch anhand von Eichkurven. Die so ermittelte Ausbeute betrug 24 % (bez. auf o-Chlor-jodbenzol).

~ Das Hydrochlorid von 5 (Schmp. 199") schmolz ohne Depression mit einem authen-

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Reaktion von Dehydrobenzol mit N-Lithium-N-tert.-butyl-N-benzyl-amid (7) a) Bei Raumtemperatur: 3.26 g (20 mMol) 7, in 40 ml Ather gelost, wurden mit 20 mMol

(22 ml, 0.92 m ather. Losung) Methyllithium versetzt. Man riihrte 30 Min. und tropfte Iangsam eine Losung von 0.96 g (10 mMol) Fluorbenzol(1) in 40 ml Ather zu. Nach 24 Stdn. wurde hydrolysiert, die Atherphase abgetrennt und auf 100 ml aufgefullt. Zur Abtrennung der basischen Bestandteile wurden 50 ml wie bei a) [S. 871 behandelt. Das so erhaltene Gemisch bestand laut Gaschromatogramm ails 8,lO und 11. Nach Auftrennung an Kieselgeleluierte man mit Benzol/Ather (3 : 1) 0.68 g (57 %) 11 (Schmp. 53", Mischprobe). - Der Molekiilpeak im Massenspektrum erscheint bei m/e = 239. Das NMR-Spektrum zeigt zehn aromatische Pro- tonen bei T = 2.4-3.0, ein Proton bei T = 6.97 und 15 Protonen bei T = 8.94 jeweils als Singulett.

C17H21N (239.34) Ber. C 85.31 H 8.84 N 5.85 Gef. C 85.01 H 8.95 N 5.59

2.4-Dinitro-phenylhydrazon von 11 : Die restlichen 50 ml der ,&herlosung wurden im Rotations- verdampfer eingedampft; der Riickstand wurde in Athanol aufgenommen und mit 20 ml einer 0.25 m Losung von 2.4-Dinitro-phenylhydrazin in H3P04 und Athanol versetzt. Kristallisation aus Essigester/Athanol ergab 0.29 g (20 %,) orangerote Nadeln (Schmp. 231 -233", Mischprobe).

Vergleichspraparate. - Das N-tert.-Butyl-N-diphenylmetlr);l-amin wurde durch Addition von Phenyllithium an N-Benzyliden-tert.-butLlamin und anschlienender Hydrolyse dargestellt; Schmp. 53" (Lit.9) 53 -54.5"). -- N-Benzyliden-tert.-butylainin stellte man durch Zugabe von Benzaldehyd zu einer aquimolaren Menge tert.-Butylamin bei 5 - 10" dar.

b) Bei -100": Manlien, wie voranstehend bei b) beschrieben, 20mMol(3.27g) 7, 20 mMo1 (4.78 g) o-Chlor-jodbenzol und 40 mMol ( I 3.9 ml) n-Butyllithium (1.44 in ather. Ltisung) auf- einander einwirken. Das innerhalb 20 Stdn. auf Raumtemperatur erwarmte schwarzviolette Gemisch wurde hydrolysiert, wobei es sich gelb verfarbte. Die Atherphase wurde abgetrennt, auf 100 ml aufgefullt und wie voranstehend bei a) weiterverarbeitet. Die Auftrennung an Kieselgel ergab 1.47 g (61 %) 11 (Schmp. 52", Mischprobe). 8 wurde als 2.4-Dinitro-phenyl- hydrazon aus Essigester/Athanol in 18proz. Ausbeute (0.52 g) gewonnen. Aus der nach Abtrennung der basischen Bestandteile zuriickbleibenden Atherlosung wurden nach Rei- nigung an KieselgelO.15 g (19 %, bez. auf o-Chlor-jodbenzol) Biphenyl isoliert (Schmp. 68.5", Mischprobe).

Reaktion von Dehydrobenzol init N-Lithium-N-neopentyl-anilid a) Bei Raumtemperatur: Es wurde analog dcr voranstehenden Vorschrift (untcr a) gear-

beitet. Das Reaktionsgemisch hatte sich auch nach 24 Stdn. nicht verflrbt. Nach iiblicher Aufarbeitung gewann man in quantitativer Ausbeute das Ausgangsprodukt znriick.

b) Bei -100": Es wurde analog der voranstehenden Vorschrift (unter b) verfahren. Weder bei tiefer Temperatur noch nach Erwarmen a d Raumtemperatur verfarbte sich das Gemisch. Nach Hydrolyse und Abtrennung des Ausgangsamins wurde die Atherlosung gaschromato- graphisch untersucht. Neben drei groneren erschienen mehrere untergeordnete Peaks. Eine massenspektroskopische Untersuchung der Neutralprodukte zeigte folgende Molekulpeaks: m/e = 188 (mit CI; vermutlich o-Chlor-biphenyl), m/e - 210 (vermutlich o-Butyl-biphenyl) und m/e = 244 (188 f Butyl-Rest).

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