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H. Quast, H. Jakobi, B. Seiferling 41

Photochemische Bildung von Heteromethylencyclopropanen, 20''

Diastereomere 3,3,5,5-Tetraalkyl-3,5-dihydro-4H-pyrazol-4-one Helmut Quast*, Harald Jakobi und Bernhard Seiferling

lnstitut fur Organische Chemie der Universitat Wurzburg, Am Hubland, 0-8700 Wiirzburg

Eingegangen am 25. Mai 1990

Key Words: 4H-Pyrazol-4-ones, 3,3,5,5-tetraalkyl-3,5-dihydro- / Chromatography, high resolution, preparative, cyclic, medium-pressure

Photochemical Formation of Heteromethylenecyclopropanes, 20'). - Diastereomeric 3,3,5,5-Tetraalkyl-3,5-dihydro-4H- pyrazol-4-ones The dibromo ketones (u/I)-8b react with sodium azide to afford the a,a'-diazido ketones (u/ l ) -9b, which are reduced to the diastereomeric a,a'-diamino ketones (u/1)-11 b. The hydrochlo- rides of the latter are separated through fractionating crystal- lization yielding pure (1)-11 b . 2 HCl (d.e. >99%) and (u)-11 b . 2 HC1 having d.e. of 60%. Oxidation of (u)-11 b and (1)-11 b with sodium hypobromite produces the 4-pyrazolones cis-6b (d.e. = 60%) and trans-6b (d.e. >99%), respectively. The mix- ture of cis- and trans-6b is reduced with sodium tetrahydri-

doborate to the diastereomeric alcohols cis,cis-, cis,frans-, and trans,frans-5, which exhibit separation factors of a = 1.08 and a = 1.15, respectively, in the HPLC on silica gel. The diastereomeric alcohols are separated on large scale (d. e.'s > 99%) by means of cyclic medium-pressure chromatography (silica gel/ petroleum ether/ethyl acetate). Swern oxidation of cis,cis-5 and trans,trans-5 produces high yields of cis-6b, while cis,trans-5 affords trans6b. Both ketones possess d. e.'s >99%.

Die Endprodukte der Extrusion von molekularem Stick- stoff aus 3,3,5,5-Tetramethyl-4H-pyrazolen vom Typ 1 a sind bekannt. Wahrend durch Thermolyse und Photolyse der Alkylidenverbindungen 1 a (X = CR2) Alkylidencyclopro- pane erhalten werden2-6), ergibt l a (X = 0) Tetramethyl- cyclopropanon und dessen Folgeprodukte6-8). Ganz ahn- lich entstehen aus den Iminen l a (X = NR) Cyclopro- panimine9) oder Produkte ihres thermischen Zerfalls6). Das Thion l a (X = S) schlieDlich liefert sowohl bei der Photo- lyse') als auch bei der Thermolyse6) Tetramethylmethylen- thiiran. Die Mechanismen dieser Umsetzungen, insbeson- dere die Natur und Eigenschaften moglicher Zwischenstu- fen, sind bisher Gegenstand diverser Hypothesen. Um ihre experimentelle Basis zu erweitern, untersuchten wir die Pho- tolyse der diastereomeren 4-substituierten 3,5-Diethyl-3,5- dimethyl-4H-pyrazole cis- und trans-1 b (X = CH2, NMe, S)"), die aus den Ketonen cis-lb (X = 0) = cisBb bzw. trans-lb (X = 0) = trans-6b gewonnen werden. Wir be- richten hier uber eine einfache, ergiebige Herstellung der diastereomerenreinen Ketone cis- und trans-6 b.

Pirkle und Hoover haben das trans-Keton trans-6b in neun Stufen via Epoxide cisltrans-2 aus 2-Butanon hergestellt. Dabei war der Schlusselschritt die diastereoselektive Reduktion des Pyrazolons 4 mit Lithium(tris-2-buty1)hydri- doborat zum 1 -Tosylpyrazolol cis-3, das mit Trimethylalu- minium diastereospezifisch zum cis,trans-Tetraalkyldihy- dropyrazolol cis,transd methyliert wurde. Das cis-Keton cis-6 b sollte zwar durch Methylierung mit Trimethylalu- minium und anschlieljende Oxidation aus trans-3 zu erhalten sein, dieses wurde aber nur in kleinen Mengen durch Diinnschichtchromatographie des Gemischs von cis- und trans3 isoliert "1.

Schema 2

N = N

Schema 1

N - N N = N

cis-3 cis,nam-5 rrans4b Tos N = N N = N

cis-l ram-l

X = 0. S, NR, CRI

la: R = H, lb: R = CH3

Wir versuchten daher, die von Mock (8a + 9a + l l a -+

6a)l2) und Crawford (8a + 10a + 6a)") beschriebenen, b e ~ a h r t e n ' ~ ) Synthesen des Tetramethylketons 6a fur die

Liebigs Ann. Chem. 1991, 41 -46 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1991 0170-2041/91/0101-41 $ 3.50+.25/0

42 H. Quast, H. Jakobi, B. Seiferling

Herstellung der Diethyldimethylketone cis- und trans-6 b zu modifizieren und auf einer Stufe eine einfachere Diastereo- meren-Trennung zu erreichen. Auf dem besonders beque- men Weg von Crawford, der das Diazidoketon 9 a umgeht, konnten die Tetrahydropyrazolone cisltrans-lob aber nur unter drastischen Reaktionsbedingungen (Ethanol, 120°C 24 h) mit geringer Ausbeute (20%) und nicht ohne Zerset- zung erhalten werden. Offensichtlich wird die Substitution der a-Bromatome durch Hydrazin von Ethylgruppen vie1 starker verzogert als von Methylgruppen.

Die alternative Route uber die Diazide (u/I)-9b war bereits von Thornburg beschritten wordenI5). Reduktion rnit Schwefelwasserstoff unter Belichten ergab die a&-Diami- noketone (u/l)-ll b als olige Dihydrobromide, die zu einem Gemisch aus gleichen Mengen cis- und transdb oxidiert wurden. Die durch Natriumtetrahydridoborat-Reduktion daraus erhaltenen Alkohole cis,cis-5, cis,trans-5 und truns,truns-5 wurden in kleinen Mengen durch Chromato- graphie an Kieselgel rnit Ether/Benzol mehr oder weniger

Schema 3

0 0 0

7 9

0 1 .H20 0

10 6

I NaBH,

OH 49.46 ''...l,,ll 4 857 9.46%: 8.69

N = N 2376 N = N 18.11 2405 N = N 32.77

as,cis-5 rran.,rrans-5 cis,rrans-5 I

I . Chromatographie 1 2. (F3CCO)20, DMSO. NEl3

N = N N = N

cis-6b rrans-6b

6a - l l a : R = H: 6b - l lb : R = CH?

0

0 (!A/l)-IZ cislrranr-13

getrennt. Durch Chromsaure-Oxidation von cis,cis-5 wurde schlieBlich wenig cis-6 b erhalten. Praparativ nutzliche Men- gen waren auf diese Weise jedoch nicht zuganglich "'.

Das aus den diastereomeren 3,5-Dimethylheptanonen (u/ 4-7 b erhaltene Gemisch der a,cx'-Dibromketone (u/ / ) -8 bJ6) wurde rnit Natriumazid in ein Gemisch der diastereomeren a,a'-Diazidoketone (u/l)-9 b iibergefiihrt, das sofort rnit wa13- riger Ammoniumsulfid-Losung14' zu den up'-Diaminoke- tonen (u/I)-11 b reduziert wurde (Tab. 1). Das Gemisch aus gleichen Mengen (u)- und (I)-llb war ein farbloses 01, das durch Destillation im Vakuum gereinigt wurde. Im Gegen- satz zu dem Gemisch der Dihydrobromide (u/l)-l l b . 2 HBr, das nur als 01 isoliert wurde "). kristallisiert das Gemisch der Dihydrochloride (u//)-llb . 2 HC1 (52:48, 'H-NMR) in farblosen, nicht hygroskopischen Kristallen. Da in Unter- suchungen rnit ahnlicher Zielsetzung die Diastereomeren (u/ 4-12 1 7 ) und cis/trans-13 I*) durch Kristallisation getrennt werden konnten, wurden solche Versuche rnit (u/I)-11 b . 2 HCl durchgefuhrt. Durch wiederholte fraktionierende Kristalli- sation aus Methanol/l-Butanol/Ether wurde eines der Dia- stereomeren rein (DiastereomerenuberschuR 2 99%), das andere bis auf 80% angereichert erhalten. Da das diastereo- merenreine Dihydrochlorid durch Oxidation rnit Natrium- hypobromit zu einem Dihydro-4-pyrazolon (trans-6 b) cyclisiert wurde, dessen Natriumtetrahydridoborat-Reduktion nur einen Alkohol lieferte (cis~runs-5), muR es die (I)-Kon- figuration (I)-llb . 2 HC1 besitzen. Das nur angereicherte Diastereomer war folglich (u)-11 b . 2 HCl. Weil durch fraktionierende Kristallisation der Diammoniumchloride reines cis-Dihydropyrazolon cis-6 b nicht zu erhalten war, wurde das Gemisch aus (u)- und (I)-llb . 2 HCl rnit Natriumhy- pobromit zu den Ketonen cis,trans-6b cyclisiert. Da sie chromatographisch nur sehr schwer getrennt werden konnten, zum Beispiel durch Kapillar-Gaschromatographie an einer (50 m x 0.1 mm)-Siule, wurden sie rnit Natriumte- trahydridoborat zu den diastereomeren Alkoholen cis,&-, cis,trans- und trans,transd reduziert, die nach Sublimation rnit 78% Ausbeute anfielen (Tab. 1).

Bei der analytischen Hochdruck-Flussigkeitschromato- graphie an Kieselgel rnit Petrolether/Essigester-Gemischen werden die diastereomeren Alkohole in der Reihenfolge cis,cis-5, cis,transd und trans,truns-S eluiert rnit Trennfak- toren a = 1.08 (fur cis,cis-5/cis,trans-5) und a = 1.15 (fur cis,trans-5/trans,trans-5). Aufgrund der starkeren Abschir- mung der Hydroxygruppe durch Ethylgruppen ist diese Rei- henfolge zu vermuten. Sie wurde rnit Hilfe des aus truns-6b hergestellten cis,trans-Dihydropyrazols cis,transd und der "C-NMR-Spektren der getrennten Verbindungen bewiesen (siehe unten). Da der eine der beiden fur die Herstellung des cis-Ketons cis-6b geeigneten C,-symmetrischen Alkohole zuerst, der andere zuletzt eluiert wird, war eine vollstandige Trennung des Gemischs notwendig. Angesichts der kleinen Trennfaktoren war diese sehr schwierig und nur durch pri- parative Hochdruck- oder Mitteldruck-Flussigkeitschro- matographie zu e r re i~hen '~) . Erschwerend kam hinzu, daR Alkohole bei der Chromatographie an Kieselgel im allge- meinen keine symmetrischen Zonen ergeben sondern zu ,,Peak-Tailing" neigen. Durch cyclische Mitteldruck-Flus-

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sigkeitschromatographie an einer (70 x 6)-cm-Kieselgel- saule (17500 praktische Boden) rnit Petrolether/Essigester konnten schlieBlich jeweils zwei Gramm Gemisch bis zu einer Diastereomerenreinheit aller drei Komponenten von uber 99.5% getrennt werden (Abb. 1). Damit standen die diastereomerenreinen Dihydropyrazolole 5 im 10-g-MaB- stab zur Verfiigung.

0 1 2 3 4 5 [hl 6

Abb. 1 . Analytisches Hochdruck-Flussigkeitschromatogramm (links oben) und cyclisches Mitteldruck-Flussigkeitschromato- gramm (unten, drei Durchlaufe) von 2.0 g eines Gemischs der diastereomeren Alkohole cis,cis-, cis,trans- und trans,trans-5 (42:27: 31,

Eluierung in dieser Reihenfolge) an Kieselgel rnit Petrolether/Essigester

Tab. 1. Ausbeuten, physikalische und IR-spektroskopische Daten der Tetraalkyldihydropyrazole 5 und 6 b sowie ihrer Vorstufen Sb, 11 b und 11 b . 2 HCI (Literaturdaten stehen in eckigen Klammern)

Verb. Ausb. Schmp. ["Cl IR [cm-'1 (KBr) (Sdp./Druck

a) [%I ["Cfrorrl) OH N=N

5

cis,cis-5

A 78 [ A 92]15)

69 - 70 3630b) 1560 [ 67 - 68 3240 1560]'5)

cis,rrans-S 67 - 68 3625b) 1565 [ 66 - 67 3240 1560]'5) [ 65 - 68 3400,3620 15601")

trans,trans-5 93 - 94 3625b) 1565 [ 89 - 90 3240 1560]15)

6b B 89 [ B 58]15) C=O

c isdb C 92 (35 - 3U0.03) 1755 1520'1 [ D 55 1750 1520]15)

trans-6b C 85 ( 3 5 - [ ( 3 6 -

38/0.03) 1755 152W) 4U0.05) 1757 1520]")

( ~ l O - 8 b 96 ( 74 - 77/0.03) 1695') [ 76 ( 64 - 65/0.3) 1700]'5) [ 62 ( 68K).6)1l6)

(40- 11 b 53d) ( 50/0.03) 169W) 3300,3380 (NHz)~)

(u/l)-llb * 2HCI 99 1710 3480 (NH,')

Methode A: Reduktion von cis/trans-6 b rnit Natriumtetrahydri- doborat. Ausbeute an Diastereomerengemisch aus &,cis-, cis,trans- und trans~rans-5. - B: Oxidation von (u//)-ll b . 2 HC1 oder (u/& I l b . 2 HBrl'' mit Natriumhypobromit. Ausbeute an Diastereo- merengemisch aus cis- und trans-6 b. - C: Swern-Oxidation. - D: Oxidation von cis,cis-5 mit Chromsaure. - b1 InTetrachlormethan gemessen, 10-mm-Quarz-Infrasil-Kuvette. - ') Ohne Losungsmittel gemessen. - dl Bezogen auf Dibromketon (u/l)-Sb.

Die Konfiguration der Dihydropyrazolole 5 war leicht aus den 'H- und 13C-NMR-Spektren abzuleiten. Die Zahl der Signale zeigte, daD ein Diastereomer keine Symmetrie und daher die Konfiguration cis,trans-5 besal3, wahrend die beiden anderen Alkohole eine zweizahlige Symmetrie auf- wiesen. Die Zuordnung ihrer Strukturen cis,&-5 und trans,trans-5 beruht auf dem y-gauche-Effekt der Hydroxy- gruppe auf die 13C-chemischen Verschiebungen der Substi- tuenten. Auf dem gleichen Effekt, den man in dieser GroBe von cis- und trans-2-Methylcyclopentanolen kennt beruht auch die Zuordnung der 13C-NMR-Signale von cis,trans-5 (Schema 3).

Swern-Oxidation") der getrennten Dihydropyrazolole 5 rnit Dimethylsulfoxid und Trifluoressigsaureanhydrid ergab hohe Ausbeuten der diastereomerenreinen Dihydropyrazo- lone cis- und trans-6 b (Tab. 1). Ihre Diastereomerenreinheit wurde durch Vergleich der I3C-Satelliten der Methyl-Sin- guletts (lJCH = 129 Hz) in 400-MHz-'H-NMR-Spektren mit dem Methyl-Singulett des in Spuren vorhandenen anderen Diastereomeren abgeschatzt und betrug 99.5%. Das gleiche Ergebnis wurde durch Kapillar-Gaschromatographie an einer (50 m x 0.1 mm)-Saule erhalten.

Durch die hier beschriebenen Versuche sind erstmals beide diastereomeren Dihydropyrazolone cis- und trans-6 b in praparativem MaBstab und hoher Reinheit zuganglich.

Wir danken Frau E. Ruckdeschel fur Hochfeld-NMR-Spektren, Frau Dr. G. Lunge und Herrn F. Dadrich fur die Massenspektren. Herrn Dr. W. Berning, Badische Anilin- und Sodafabrik, AG, Lud- wigshafen, danken wir fur 3,5-Dimethyl-4-heptanon. Dem Fonds der Chemischen fndustrie schulden wir Dank fur finanzielle Unterstut- zung. H. J. dankt fur ein Promotionsstipendium nach dem Gesetz zur Forderung des wissenschaftlichen und kunstlerischen Nach- wuchses des Freistaats Bayern.

Experirnenteller Teil Ausbeuten, physikalische Daten und IR: Tab. 1; 'H-NMR: Tab.

2; I3C-NMR: Tab. 3; Elementaranalysen: Tab. 4. - Schmp.: In zu- geschmolzenen Kapillaren rnit einem Gerat der Fa. Buchi, Flawil, Schweiz. - NMR-Spektren: Spektrometer WM 400 der Fa. Bruker. Die 'H-NMR-Spektren wurden rnit optimiertem Pulswinkel gemessen (20"). Man wihlte den MeRbereich so klein wie moglich und fuhrte vor der Fourier-Transformation ein ,,Zero-Filling" auf 64 K Datenpunkte") durch (cis,cis-, cis,trans- und trans,trans-5: 0.054 Hz/Pkt., alle anderen Spektren: 0.031 Hz/Pkt.). Zur Auflo- sung kleiner Fernkopplungen und sehr nahe benachbarter Signale wurde eine Lorentz-Gauss-Transformation") durchgefuhrt. 'H- NMR-Spektren hoherer Ordnung wurden nach Standardme- t h ~ d e n ~ ~ ) analysiert und rnit dem Programm RACOON241 simuliert. Die Zuordnungen der "C-NMR-Signale wurde durch DEPT-Spek- tren gesichert. Die I3C-NMR-Signale von u/l-Diastereomeren-Ge- mischen wurden aufgrund der Intensitat und des u/l-Verhaltnisses den Diastereomeren zugeordnet. - fR-Spektren: Spektrometer 1420 der Fa. Perkin-Elmer. - 70-eV-Massenspektren: Gerat CH7 rnit Datensystem SS 200 der Fa. Varian-MAT.

Kapillar-Gaschromatographie (KGC): Gerat Packard Modell 436 der Fa. Chrompack, Frankfurt/Main (50 m x 0.10 mm)-,,Fused- Silica"-Kapillarsaule rnit Silikonol C P Sil 5CB, Filmdicke 0.12 km; 4.0 bar N2; ,,Split Injection" 1 :50; Saulentemp. S = lOO"C, Detek- tortemp. D = 300"C, Injektortemp. f = 270"C, Retentionszeit



t,[min] = 17.425, 17.475 [(u/l)-7b], 30.63 (cis-6b), 30.85 (trans- 6 b). - Cyclische Mitteldruck-Fliissigkeitschromatographie 1y,2s,26):

(70 x 6)-cm-GlassCule (AuBenmaBe) rnit Kieselgel LiChroprep Si60, 15-25 pm (Fa. Merck), 50 ml/min PE/EE (60:40), 14 bar, 3 Durchlaufe, UV-Detektor 87.00 der Fa. Knauer (X = 345 nm) und Differentialrefraktometer 8100 der Fa. Bischoff, tK[min] = 69 (cis.cis-5), 75 (cis,trans-S), 84 (trans,trans-S), Trennfaktoren c( = 1.09 und 1 .I2 (Abb. 1). - Hochdruck-Fliissigkeitschromatographie (HPLC): Chromatograph der Fa. Waters mit Pumpe M 6000 A, UV-Detektor 440 und Differcntialrefraktometer R 401, (250 x 4.0)- mm-Stahlsaule der Fa. Knauer rnit LiChroprep Si60, 5 pm (Fa. Merck), 1.0 ml/min PE/EE (70:30), tR[min] = 10.0 (cis,cis-5), 10.8 (cis,trans-S), 12.4 (trans,trans-5), Trennfaktoren a = 1.08 und 1.1 5 (Abb. 1).

Aus Umlaufapparaturen unter Stickstoff oder Argon wurden destilliert: Dichlormethan iiber Diphosphorpentoxid; Dimethylsulf- oxid i. Vak. iiber Calciumhydrid; Ethanol iiber Magnesiumetha- nolat; Triethylamin iiber Lithiumtetrahydridoaluminat. Petrolether (PE) wurde iiber eine 2.5-m-Fullkorperkolonne rnit V4A-Maschen- drahtringen destilliert und hatte einen Siedebereich von 30- 50°C oder 50-70 'C. Essigester (EE) wurde rnit Kaliumcarbonat ge- trocknet und iiber Diphosphorpentoxid destilliert.

Tab. 2. Chemische Verschiebun en (6-Werte) und Kopplungskon- stanten [Hz] in den 400-MHz- H-NMR-Spektren der Tetraalkyl- dihydropyrazole 5 , 6 b und der Diaminoketone l l b in [D6]Benzol sowie der Diammoniumchloride 11 b . 2 HCI in [D,]Methanol.

Literaturdaten (60 MHz) stehen in eckigen Klammern

8

cis,cis-5

cis,transd

irans,trans-5

cis-6b

rransBb

(u)-llbd)

(I)-llbd)

1.064 1.721 1.894

1.10 1.6-2.2

1.148 1.327 1.291 1.689

1.719 1.787

1.21 1.4-2.0 1.36

1.31 1.50 1.34 1.87

1.209 1.440 1.726

1.25 1.4-2.9

1.060 1.594 1.658

1.31 1.75

1.108 1.571 1.693

1.111 13.9 7.5 3.069 1.690 5.3

0.8-1.2 3.15 1.49 61")

0.819 14.0 7.5 3.230 1.844 5.2 1.105

0.87 3.42 2.82 5] '5 ) 1.141

0.98 8 3.59 1.86]".") 1.101

0.841 13.8 7.5 3.308 1.457 5.0

0.89 3.42 2.71 5]15)

0.788 14.1 7.5

0.98 7]E).l5)

0.656 14.0 7.5

r1.28 1.66-1.97 0.84 8]c).")

1.187 1.769 0.747 13.6 7.5 1.39-1.50 1.42(NHZ)')

1.151 1.803 0.762 13.6 7.5

(u)-l lb * 2HCld' 1.790 1.047 7.5

(I)-llb * 2HCld) 1.829 1.012 7.5 2.04-2.24 8.65(NH3')')

.'' Vcrbreitertes Dublett. - h' In [D]Trichlormethan gemesscn. - In Tetrachlormethan gemessen. - dl 3:2-Gemisch von ( I ) - und

(u)- l l b bzw. (I)- und (u)- l l b 2 HCI. Die Signale der Methylen- protonen (dq) und dcr Aminogruppe (breites s) sind teilweise iiber- lagert. Die Zuordnung basiert auf dem 'H-NMR-Spektrum von reinem (0-11 b . 2 HCI. - ') Verbreitertes Singulett.

Tab. 3. Chemische Verschiebungen (6-Werte) in den 100-MHz-I3C- NMR-Spektren der Tetraalkyldihydropyrazole 5 , 6 b und der Di- aminoketone l l b in [D6]Benzol sowie der Diammoniumchloride 11 b . 2 HCI in [D4]Methanol. Kursiv gedruckte Werte konnen

vertauscht sein

Verb. CH3 CHZ - CH3 C-3,C-5 C-4

cis,cis-5

cis.trans-5

trans,rrans-5

cis-6b

rrans-6b

(u)-llba)

(0-1 lb')

(u)-llb * 2HCla)

( 0 - l l b - 2HCla)

23.76 27.17 9.46 93.77

17.72 27.66 8.69 93.00 24.05 32.77 9.46 94.59

18.11 32.68 8.57 93.29

20.81 28.42 8.45 85.83

19.47 29.91 8.66 86.32

34.59 8.45 64.01

34.87 8.63 64.07 21.56

22.38 30.57 8.01

21.69 32.04 7.95 67.75

79.23

77.33

75.13

221.10

221.10

215.92

216.28

206.29

206.01

'I' 3:2-Gemisch von (I)- und (u)- l l b bzw. (I)- und ( u ) - l l b . 2 HCI

Tab. 4. Summenformeln, Molmassen und Elementaranalysen der Tetraalkyldihydropyrazole 5 , 6b , der Diaminoketone 11 b und der

Diammoniumchloride I 1 b . 2 HCI

Verb. Summenformel Molmasse Elementaranalyse

C H N C 1

cis,cis-5 CfiI8NZO 170.3 Ber. 63.49 10.66 16.45 Gef. 63.71 10.95 16.27

cis,trans-5 Gef. 63.66 10.89 16.21

irans,trans-5 Gef. 63.61 10.93 16.18

cis-6b C d I 6 N 2 0 168.3 Ber. 64.25 9.59 16.65 Gef. 63.97 9.36 16.44

(u/I)-llba) C&z,,NzO 172.3 Ber. 62.75 11.70 16.26 Gef. 63.01 11.99 16.50

( I ) - l lb- 2HCI CfizZCl2NzO 245.2 Ber. 44.09 9.04 11.42 28.92 Gef. 43.68 8.94 11.37 29.18

(u/I)-llb * 2HClb) Gef. 44.20 9.31 11.19 28.94

( I ' 3:2-Gemisch von (1)- und (u)-I1 b. - 4: I-Gemisch von (uj- und ( / ) - I t b ' 2 HCI.

( u ) - und (1)-3,5-Dimethyl-4-hepfan~n [(u/l)-7b]: Man lostc 2.3 kg (u/l)-7b (Fa. BASF, Ludwigshafen) in 3 1 Ether, wusch fiinfmal rnit je 1 1 2 M waariger Natriumhydroxid-Losung sowie zweimal mit je 1 1 Wasser, fraktionierte iiber eine 2.5-m-Fiillkorperkolonne und erhielt eine farblose Fliissigkeit rnit Sdp. 100'C/90 Torr und 98% Reinheit, die gleiche Mengen von beiden Diastereomeren enthielt (KGC).

( u ) - und (1)-3,5-Dibronz-3.5-dimefhyl-4-heptanon [(u/l)-8b]: In Anlehnung an Lit."' tropfte man zu einer Mischung aus 250 g (1.76 mol) (u//)-7b und 175 ml waBriger 48proz. Bromwasserstoffsaure in 4 h bei 25-30°C 295 g (1.85 mol) Brom, erwirmte die Mischung auf 55 -60T , tropfte in 5 h nochmals die gleiche Menge Brom zu und riihrte 15 h bei 60°C. Nach Zugabe von 200 g Eis extrahierte man dreimal rnit je 100 ml Ether und wusch je zweimal mit 100 ml gesattigter waBriger Natriumhydrogensulfit-, Natriumcarbonat- und Natriumhydrogencarbonat-Losung und Wasser. Man trocknete mit Natriumsulfat, destillierte das Losungsmittel i. Vak. und den Ruckstand im Olpumpenvak. (- 5 C Kuhlertcmperatur) und


Photochemische Bildung von Heteromethylencyclopropanen, 20 45

erhielt 508 g (96%) blaRgelbe Fliissigkeit rnit Sdp. 74- 77 T/0.03 Torr.

( u ) - und (/)-3,5-Diazido-3,5-dimethy/-4-heptanon [(ti//)-9 b]: Man erhitzte 360 g (1.20 mol) (u/I)-Sb und 176 g (2.70 mol) Natriumazid in einer Mischung von 2.6 1 Ethanol und 0.7 1 Wasser 21 h unter RuckfluD, destillierte das Losungsmittel i. Vak. weitgehend ab, go13 den Ruckstand in 4 1 Eis/Wasser und extrahierte viermal rnit je 500 ml Petrolether (30-50°C). Man wusch je zweimal mit 1 1 Was- ser und 500 ml gesattigter waBriger Natriumchlorid-Losung und trocknete mit Natriumsulfat. Nach Abdestillieren des Losungsmit- tcls i.Vak. erhielt man 276 g gelbe Flussigkeit. die sofort in 0.6 I Ethanol gelost und ohne Reinigung weiter umgesetrt wurde. - I R (ohne Losungsmittel gemessen): 5 = 2100 cm-' (N3), 1710 (C=O) [Lit.'? P = 2100 cm-' (N3), 1710 (C=O)].

( u ) - und (/)-3,5-Diamino-3,5-dimethyl-4-heptanon [(ti//)-11 b]: Zu einer Losung von 276 g (u//)-9b, die aus 1.20 mol (u/l)-8b hergestellt worden waren, in 0.6 I Ethanol tropfte man in 16 h 416 g (2.69 mol) 44proz. wiDrigc Ammoniumsulfid-Losung und ruhrte 46 h, bis die Azidbande im IR-Spektrum verschwunden war. Danach tropfte man bei 0-5°C in 8 h 1.00 1 konz. Salzsaure zu und ruhrte 15 h. Der ausgeschiedene Schwefel wurde rnit Hilfe von Kieselgur abfil- triert. Man destillierte ca. die Halfte des Losungsmittels i. Vak. a b und wusch die w8Drige Losung zweimal rnit je 500 ml Ether. Man machte unter Eiskuhlung rnit festem Natriumhydroxid alkalisch, sattigte die Mischung rnit Natriumchlorid und verdiinnte die Sus- pension (Schwefel) rnit 1 1 gesattigter wal3riger Natriumchlorid-Lo- sung. Man extrahierte viermal rnit je 500 ml Ether, wusch zweimal rnit je 500 ml Wasser und gesattigter waDriger Natriumchlorid- Losung, trocknete rnit Kaliumhydroxid-Pulver, destillierte das Lo- sungsmittel i. Vak. und den Riickstand im Olpumpenvak. und erhielt 110 g [53% bezogen auf (u//)-8b] blaBgelbes 81 mit Sdp. 42-54"C/0.03 Torr, das aus gleichen Mengen (u)- und (I)-llb be- stand ('H-NMR). Da durch Fraktionierung iiber eine 30-cm-Spalt- rohr-Kolonne (Fa. Fischer, Bonn) keine vollstandige Reinigung er- zielt wurde, wurden daraus die Dihydrochloride (ti/&ll b . 2 HCI hergestellt (siehe unten), aus denen rnit 2 M wal3riger Natriumhy- droxid-Losung die Basen (u//)-ll b wieder freigesetzt wurden. De- stillation i. Vak. ergab ein farbloses 01 rnit Sdp. 5OrC/O.03 Tom. - MS: ni/z (YO) = 173 (0.2) [M+ + I], 100 (0.1) [M ' - C4HION], 72 (100) [H,C-C(NH$)-C*HS], 55 (14).

( u ) - und (/)-3,5-Diamino-3,5-dimethyl-4-heptanon-dihydr~chlorid [(u/&ll b . 2 HCI]: Man loste 110 g (0.64 mol) (u//)-llb in 1.1 1 trockenem Ether und leitete unter Riihren 6 h bei -10°C Chlor- wasserstoff iiber die Losung. Nach Waschen rnit Ether und Trock- nen i. Vak. iiber Kaliumhydroxid erhielt man 155 g (990/,) feines, weiDes Pulver.

(/)-3,5-Diamino-3,5-dimethy/-4-heptanon-dihydrochlorid [(I)-1 1 b . 2 HCI]: Man loste unter Erwarmen 100 g (ti//)-11 b . 2 HCI (48: 52, 'H-NMR) in 400 ml Methanol und gab bei 20-25°C unter Um- schiitteln 800 ml 1-Butanol und anschlieDend 30 ml Ether zu. Nach 2-3 h filtrierte man den Niederschlag, wusch mit I-Butanol, danach rnit Ether und erhielt 14.0 g farblose Kristalle aus (ti)- und (/)- l l b ' 2 HCI (19:81). Aus der Mutterlauge erhielt man nach Zugabe von 50 ml Ether 11.9 g farblose Kristalle aus (u)- und (I)-llb . 2 HCI (21 : 79). Aus der Mutterlauge der zweiten Fallung kristalli- sierten nach Zugabe von 120 ml Ether 8.53 g farblose Kristalle aus (ti)- und (1)-11 b 2 HCI (23:77). Die fraktionierende Kristallisation wurde mehrmals wiederholt, wobei man ahnliche Gemische verei- nigte. Dreimalige Kristallisation der reinsten Fraktionen ergab (0- l l b . 2 HCI mit >99% DiastereomereniiberschuD. In den Mutter- laugen reicherte sich (u)-llb . 2 HCI bis zu einem Diastereomeren-

uberschuR von 60% an und wurde durch Zugabe von vie1 Ether ausgefallt.

r-3,c-5-Diethy/-3,5-dihydro-t-3,t-5-dimethy/-4H-pyrazo/-4-on (cis- 6b) und r-3,t-S-Diethyl-3,5-dihydro-t-3,c-5-dimethy/-4H-pyrazol-4- on (trans-6b): Zu 400 ml 2 M waDriger Natriumhydroxid-Losung gab man bei 0°C eine Losung von 38.0 g (155 mmol) (ti)- und (I)- 1 1 b . 2 HCI (76:24, 'H-NMR) in 200 ml Wasser und tropfte in 45 min bei 0°C eine frisch hergestellte Losung von 77 g (1.9 mol) Natriumhydroxid und 33 ml (0.6 mol) Brom in 250 ml Wasser zu. Man riihrte 20 h, extrahierte viermal rnit je 250 ml tert-Butylme- thylether und wusch je zweimal mit 100 ml Wasser, 1 M Schwefel- siure, gesattigter wHI3riger Kaliumhydrogencarbonat- und Na- triumchlorid-Losung. Nach Trocknen rnit Natriumsulfat destillierte man das Losungsmittel i. Vak. und den Ruckstand im Olpumpen- vak. und erhielt 23.2 g (89%) farblose Fliissigkeit rnit Sdp. 36-4O0C/O.03 Torr und einem Verhiiltnis von cis: trans-6b = 76:24 ('H-NMR).

cis,cis-3,5-Diethy/-3,5-dihydro-3.5-dimethyl-4H-pyrazo/-4-ol (cis,cis-S), cis,trans-3,5-Diethy/-3,5-dihydro-3,5-dimethyl-4H-pyru- zol-4-o/ (cis,trans-5) und trans,trans-3,5-Diethyl-3,5-dihydro-3,5-dimethyl-4H-pyrazol-4-ol (trans,trans-5): Zu einer Losung von 22.0 g (0.13 mol) cis- und trans-6b (76: 24) in 400 ml Ethanol gab man portionsweise 4.95 g (0.1 3 mol) Natriumtetrahydridoborat und ruhrte 48 h. Man gol3 die Losung in 40 ml eiskalte 2 M Salzsaure, extrahierte viermal rnit je 250 ml Ether/Toluol (1 : 1 ) und wusch je dreimal rnit 100 ml gesattigter waDriger Kaliumhydrogencarbonat- und Natriumchlorid-Losung. Nach Trocknen rnit Natriumsulfat destillierte man das Losungsmittel i. Vak., sublimierte den blaR- gelben Ruckstand [ I 8 3 g (85%)] bei 7O0C/O.007 Torr und erhielt 17.2 g (78%) farblose Kristalle. die bci 58-66 C schmolzen und aus cis,cis-, cis,trans- und frun\./rum-S im Verhdtnis 4: 3 : 3 (HPLC) bestanden. Durch cyclische Mitteldruck-Fliissigkeitschromatogra- phie von 2.0-g-Portionen (Abb. 1) erhielt man nacheinander:

cis,cis-S als farblose Kristalle rnit Schmp. 69-7O'C. - MS: m/z

(52), 43 (loo), 41 (53).

cis,trans-5 als farblose Kristalle rnit Schmp. 67-68°C. - MS:

57 (40), 43 (loo), 41 (51).

trans,trans-S als farblose Kristalle rnit Schmp. 93-94°C. - MS: m/z (%) = 171 (0.4) [M' + 17, 142 (8), 127 (4), 113 (27). 71 (21), 57 (38), 43 (loo), 41 (35).

Kleine Mischfraktionen wurden vereinigt und erneut chroma- tographiert. In den so getrennten Stereoisomeren waren die anderen beiden Diastereomere durch HPLC nicht mehr nachweisbar.

(YO) = 171 (0.7) [M+ + I], 142 (4), 127 (5), 113 (19), 71 (26), 57

~ I / Z (Yo) = 171 (0.7) [M' + 11, 142 (4), 127 (5), 113 (22), 71 (26),

r-3,c-5-Diethyl-3,5-dihydro-t-3,t-5-dimethyl-4H-pyrazoI-4-on (cis- 6b): Zu einer Losung von 1.56 g (20 mmol) Dimethylsulfoxid in 10 ml Dichlormethan tropfte man unter Argon bei -70°C in 10 rnin eine Losung von 3.16 g (15 mmol) Trifluoressigsaureanhy- drid in 5 ml Dichlormethan. Dabei entstand sofort ein farbloser Niederschlag. Man riihrte 10 rnin bei -70°C und gab in 10 rnin eine Losung von 1.70 g (10.0 mmol) cis,cis-5 oder trans,trans-S in 10 ml Dichlormethan zu. Man riihrte 30 rnin bei -7O"C, tropfte zum gelben Gemisch 2.9 g (29 mmol) Triethylamin und riihrte 5 rnin bei -70°C. Man lie13 das Gemisch in 0.7 h auf 20-25°C erwarmen, gab zur gelben Losung 20 ml Wasser, extrahierte rnit 20 ml Dichlormethan, gab 200 ml Ether zu und wusch mitje 100 ml 0.3 M Salzsaure, 1 M wal3riger Natriumcarbonat-Losung und Was- ser. Man trocknete rnit Natriumsulfat, destillierte das Losungsmittel bei 30"C/400 Torr und den Riickstand im Olpumpenvak. und erhielt 1.52 g (92%) farblose Fliissigkeit rnit Sdp. 35-38"C/0.03 Torr

Liebigs Ann. Chem. 1991,41-46


und 99% DiastereomereniiberschuD (KGC und 'H-NMR, Ver- gleich des Methyl-Singuletts von trans-6b mit den "C-Satelliten des Methyl-Singuletts von cis-6b). - MS: m/z (YO) = 168 (5) [M'], 140 (4), 84 (61), 69 (loo), 55 (49), 41 (40).

r-3, t -5- Dieth y/-3,5-dihydro-t-3.c-5-dimethyl-4H-pyrazo/-4-on (trans-6b): Nach vorstehender Vorschrift erhielt man aus 1.70 g (10.0 mmol) cis,trans-5 1.42 g (85%) farblose Fliissigkeit mit Sdp. 35 - 38' C/O.03 Torr und 99% DiastereomereniiberschuD (KGC und 'H-NMR, Vergleich des Methyl-Singuletts von cis-6b mit den "C-Satelliten des Methyl-Singuletts von trans-6b).

CAS-Registry-Nummern

(cis,cis)-S: 128999-73-5 / (cis,trans)-S: 74097-70-4 / (trans,trans)-S: 74097-78-2 / (cis)-6b: 74097-99-7 / (trans)-6b: 74097-35-1 / (1)-7b: 128999-75-7 / ( ~ ) - 7 b : 128999-74-6 / ( / ) -8b : 128999-67-7 / ( ~ ) - 8 b : 128999-66-6 / (1)-9b: 129031-56-7 / ( ~ ) - 9 b : 128999-68-8 / (1)-11 b : 128999-70-2 / ( I ) - l l b ' 2 HCI: 128999-72-4 / (u) - l l b : 128999-69-9 / (u) - l l b ' 2 HCI: 128999-71-3

' ) 19. Mitteilung: H. Quast, D. Regnat, Chem. Ber. 123 (1990) 2195. Die Ergebnisse sind den an der Universitat Wiirzburg angefer- tigten Dissertationen von B. Seiferling (1984) und H. Jakobi (1990) entnommen. Zusammenfassung: P. S. Engel, Chem. Rev. 80 (1980) 99. M. H. Chang, R. J. Crawford, Can. J . Chem. 59 (1981) 2556; R. J. Crawford, M. H. Chang, Tetrahedron 38 (1982) 837; G. N. LeFevre. R. J. Crawford. J. Am. Chem. Soc. 108 (1986) 1019. und

~I

dort zitierte friihere Arbeiten. 4J R. J. Bushbv. M. V. Jesudason. M. D. Pollard. K. F. Shuhaibar.

J. Chem. Sic., Perkin Trans. I , 1982, 2647; R. J. Bushby, M. V. Jesudason, M. D. Pollard, ibid. 1982,2655; R. J. Bushby, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1985, 1211, und dort zitierte fruhere Ar- beiten. W. Adam, M. Dorr, J. Am. Chem. Soc. 109 (1987) 1240.

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91 H. Quast, A. FUR, A. Heublein, Angew. Chem. 92 (1980) 55; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 19 (1980) 49.

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