Research Collection

Doctoral Thesis

Beitrag zur Kenntnis des Norcaradien-Systems

Author(s): Darms, Roland

Publication Date: 1963

Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000089195

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ETH Library

Prom. Nr. 3373

Beitrag zur Kenntnis

des Norcaradien-Systems

Von der

EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN

HOCHSCHULE IN ZÜRICH

zur Erlangung

der Würde eines Doktors der Naturwissenschaften

genehmigte

PROMOTIONSARBEIT

vorgelegt von

ROLAND DARMS

dipl. Naturwissenschafter

von Flond (Kt. Graubünden)

Referent: Herr Prof. Dr. A. Eschenmoser

Korreferent: Herr Prof. Dr. D. Arigoni

si»Juris-Verlag Zürich

1963

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Meinen lieben Eltern

und der lieben Béatrice

in Dankbarkeit gewidmet

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Meinem sehr verehrten Lehrer,

Herrn Prof. Dr. A . Eschenmoser,

unter dessen Leitung ich die vorliegende Promotionsarbeit ausführte, möchte ich

für die vielen wertvollen Ratschläge und die unermüdliche Hilfe, die er mir jederzeit

zuteil werden liess, herzlich danken.

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- 7 -

INHALTSVERZEICHNIS

THEORETISCHER TEIL 9

Einleitung und ProblemsteUung 9

Literaturbesprechung 11

Synthese von Bicyclo- [4,l,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbon-säureanhydrid 14

Diskussion der Ergebnisse 30

EXPERIMENTELLER TEIL 34

ANHANG: Synthese von l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen und

Versuche zu dessen Jodlactonisierung in wässeriger Lösung 48

Zusammenfassung 65

Literaturverzeichnis 66

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- 9 -

THEORETISCHER TEIL

Einleitung und Problemstellung

1-2)

Im Laufe der im Jahre 1959 beendeten Totalsynthese des Colchicins ' wurde

die substituierte Cycloheptatrien-dicarbonsäure I dargestellt, welche durch Er¬

hitzen in Acetanhydrid leicht in das entsprechende Dicarbonsäureanhydrid II über¬

geführt werden konnte. Damit war zum erstenmal eine Verbindung mit dem Struk¬

turelement des Norcaradiens (IV) hergestellt worden, eines Verbindungstypus, der

seit Jahrzehnten in Diskussionen über die Struktur der Cycloheptatrien-Verbindun-

gen eine erhebliche Rolle spielt.

COOR

CHoO

COOH

I R=H

la R = CH,

o

CH3o

n

COOH

COOH

p

ö

m IV vi

Hinsichtlich des Zusammenhanges von Bildungsleichtigkeit des Norcaradien-

anhydrids H einerseits und Geometrie des Cycloheptatrien-Systems I anderseits

erwies sich das Verhalten der Dicarbonsäure I bei der Titration im System Methyl-

cellosolve-Wasser von besonderem Interesse. Die Differenz zwischen den beobachte¬

ten pK* -„-Werten der beiden Dissoziationsstufen von I (ApK-jpg = 3,90), sowie

die Differenz zwischen dem pIL^-g-Wert der ersten Dissoziationsstufe der Dicar¬

bonsäure und dem pKÎ.__-Wert des entsprechenden Dicarbonsäure-monomethylesters la

- 10 -

(A 'plC-^o =1,68) deuteten nämlich darauf hin, dass das Mono-anion der Dicarbon-

säure I befähigt ist, eine interne Wasserstoffbrücke auszubilden. Diese Beobach¬

tung war im Hinblick auf die damals in der Literatur bevorzugten Meinungen über

die Geometrie von Cycloheptatrien-Systemen überraschend, und es war klar, dass

eine Sicherstellung dieses Phänomens einen neuen Beitrag zum alten Strukturproblem

der Cycloheptatrien-Verbindungen liefern würde. Eine weitere Untersuchung schien

indessen nicht am substituierten Cycloheptatrien-System I, sondern an der entspre¬

chenden unsubstituierten l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure (V) angezeigt.

Die Synthese und Feststellung der Eigenschaften der Dicarbonsäure V sowie des

entsprechenden Dicarbonsäureanhydrids VI sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit.

- 11 -

Literaturbesprechung

Seit dem Erscheinen der ersten Arbeiten über Cycloheptatrien-Verbindungen

gegen Ende des vorigen Jahrhunderts bildete die Frage nach der Struktur dieser

Systeme ein Problem, das bis in die jüngste Zeit Gegenstand zahlreicher Unter-

3)suchungen geblieben ist. Im Jahre 1881 isolierte A. Ladenburg bei Abbau¬

reaktionen an Tropin einen in der Folge als Tropiliden bezeichneten Kohlenwasser-4)

Stoff CjHg, für den im Jahre 1901 R. Willstätter ' die Konstitution in vor¬

schlug. Dabei schloss er jedoch die zu in formal valenztautomere Norcaradien-

Struktur IV nicht aus, hielt sie aber auf Grund des chemischen Verhaltens der Ver¬

bindung für eher unwahrscheinlich, oder dann zumindest für ein labiles, zu Umla-

5-7)gerungen in m befähigtes System. E.Buchner erhielt im Jahre 1896 bei

der Einwirkung von Diazoessigester auf Benzol und anschliessender Verseifung eine

Verbindung, die er als "Norcaradien-carbonsäure" bezeichnete und der er auf

Grund des chemischen Verhaltens Struktur VH zuordnete. Durch Umlagerungsreak-

oCOOH

COOH

vn vm

tionen mit dieser Verbindung wurden vom gleichen Autor ' vier weitere, zu VH

isomere Säuren erhalten, denen die Cycloheptatrien-Struktur zugrunde gelegt wurde,

und die je nach Lage des Substituenten am Ring als "

oc-, ß-, £"> 6-Cycloheptatrien-

carbonsäure" bezeichnet wurden. Diese Strukturen wurden in den folgenden Jahren

9-11)verschiedentlich auch von andern Autoren grundsätzlich bestätigt. In den Jahren

12-13)um 1950 erschienen Arbeiten

,in denen Belichtungsprodukte von Benzol und

Benzol-Derivaten mit Diazoessigester Bzw. Diazomethan auf Grund ihres chemischen

Verhaltens als Verbindungen mit Norcaradien-Struktur beschrieben wurden. Zur

14)selben Zeit zeigten K. Aider und G.Jacobs

,dass die bei der Dien-Reaktion

von Tropiliden (in) mit Maleinsäureanhydrid und mit Acetylendicarbonsäureester

erhaltenen Addukte bemerkenswerterweise einen Cyclopropanring aufweisen.

- 12 -

Waren bis dahin die Strukturvorschläge vornehmlich auf Grund des chemischen

Verhaltens der untersuchten Cycloheptatrien-Verbindungen gemacht worden, so

brachten in jüngster Zeit die Fortschritte in der Verfeinerung der physikalischen

Untersuchungsmethoden in der organischen Chemie, vor allem die Einführung der

NMR. -Spektroskopie, einen neuen Aspekt in das Strukturproblem der Cycloheptatrien-

Systeme. In den Jahren 1955-1956 haben E. J. Corey und Mitarbeiter"

'die

Möglichkeit eines Valenztautomerie-Gleichgewichtes Cycloheptatrien-Norcaradien-

Struktur an Eucarvon-enol-ester IX als Modellsubstanz untersucht. Dabei wurde

auf Grund der NMR. -spektroskopischen Daten gezeigt, dass kein Tautomeriegleich-

gewicht beobachtbar ist, d.h. die Verbindung nur in der monocyclischen Form DC

vorliegt. Ebenso waren die von den gleichen Autoren aufgenommenen NMR. -Spektren

COOH

von 1,1,4-Trimethyl-cycloheptatrien und 1,1,3,4-Tetramethyl-cycloheptatrien nur

mit einer Cycloheptatrien-Struktur vereinbar. Auch zur Lösung der Strukturfrage19-20)

bei der Thujasäure'brachte die NMR. -Spektroskopie den entscheidenden Be¬

weis zugunsten der Cycloheptatrien-Struktur X. W. von E.Doering und Mit-21)

arbeiter ' untersuchten 1956 die fünf isomeren "Buchner-Säuren" (VU, Vm) und

fanden, dass das von Buchner als 6-Säure bezeichnete Strukturisomere nicht

existiert, d.h. ein Gemisch von zwei der andern Isomeren darstellt. Auf Grund

der NMR. -spektroskopischen Daten der restlichen vier isomeren Säuren, resp.

deren Ester, die alle mit Acetylendicarbonsäureester Dien-Addukte ergaben, in

denen der Cyclopropanring nachgewiesen wurde, nahmen die Autoren an, dass alle

diese Verbindungen wohl in valenztautomerer Form reagieren können, aber keine

der "Buchner-Säuren" die Norcaradien-Struktur VU aufweist. In diesem Zusammen¬

hang schlug Doe ring für Cycloheptatrien-Systeme eine neue Struktur vor, deren

Charakteristika Planarität des Cycloheptatrienringes und eine dadurch ermöglichte

Homokonjugation zwischen den p-Orbitalen der Atome 1 und 6 sein sollten (ink).

Diesen Strukturvorschlag unterstützten vier Jahre später M . V. Evans und

- 13 -

Uta

22)R.C.Lord ' auf Grund von IR. - und Raman-spektroskopischen Messungen an

Tropiliden (m).23)

Im Jahre 1960 erschien eine Arbeit von K. Conrow ', in welcher der

Autor einer Verbindung, die er durch Alkylierung von Eucarvon-natrium-enolat mit

Triphenylmethylchlorid erhalten hatte, die Struktur XI zuschrieb und damit erst¬

mals eine authentische Norcaradien-Verbindung hergestellt zu haben glaubte. Je¬

doch setzte uns der Autor im Laufe unserer eigenen Untersuchungen davon in Kennt-

/>-OC(Ph)

Y(Ph)gC

XI xn

nis, dass er sich bezüglich der Norcaradien-Struktur XI geirrt und inzwischen die

Verbindung chemisch und spektroskopisch als das Caren-Derivat Xu identifiziert

hatte. Ueberdies wurde kurze Zeit nach dieser Mitteilung die Struktur der Conrow'-24)

sehen Verbindung auch von W. von E.Doering und Mitarbeiter 'richtig ge¬

stellt. Nach wie vor handelt es sich demnach bei dem in der Einleitung erwähnten

Colchicin-Derivat n um die bis dahin einzige authentische Norcaradien-Verbindung.

- 14 -

Synthese von

Bicyclo-[4,l,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbonsäureanhydrid

Bei dem zur Darstellung der 1,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dlcarbonsäure (V)

eingeschlagenen Weg hielt man sich an das Reaktionsschema, nach dem die Dar-1-2)

Stellung des Cycloheptatrien-Derivates I im Verlaufe der Colchicin-Synthese'

erfolgte. Die einzelnen Reaktionsschritte sind im Schema 1 zusammengestellt.

Schema 1

O

XIV

C1CH,o

p

o

-co246%

CH2C1

O

XV

tert. KOC4H9/Benzol/20o

CH3OH/H2S04

CH2C1^V-'COOCH,

^s/^ COOCH,

CH2N2

97%

CH2C1•COOH

COOCH„

xvn XVI

COOCH,

COOCH,

NaOH

90%

COOH

COOH

xvm

- 15 -

Als Ausgangsmaterial für die Synthese diente oc-Pyron (XIV), das nach einem

*)Verfahren von H.E.Zimmerman durch Decarboxylierung von Cumalinsäure

(xm) hergestellt wurde.

Schema 2

HOOCY^S Cu; 650-670°

^<X^*0

xm xiv

Die CO,-Abspaltung erfolgte beim Sublimieren der Cumalinsäure am Vakuum durch

ein mit Kupferspänen gefülltes und auf 650-670 erhitztes Rohr, wobei die Ausbeu¬

ten an oc-Pyron bis zu 70% der Theorie betrugen.

Im ersten Reaktionsschritt der Synthese wurde das oc-Pyron in einer Dien-

1-2)Reaktion mit Chlormethyl-maleinsäureanhydrid als dienophiler Komponente

durch Erhitzen auf 167 während 135 Min. unter gleichzeitiger Kohlendioxyd-Ab¬

spaltung in das bicyclische Dien-Addukt XV übergeführt (Sdp. „ „rrnrr

111-114 ).

In Uebereinstimmung mit der angenommenen Struktur zeigt dieses im IR. -Spektrum

u.a. Banden bei 1863m und 1790 cm,

die in dem für gesättigte Fünfring-An¬

hydride charakteristischen Bereich liegen. Bemerkenswert ist die Lage des Ab¬

sorptionsmaximums im UV.-Spektrum des Addukts. Die bei 271 mu (3,50) auftre¬

tende Bande ist bathochrom verschoben gegenüber den Absorptionsmaxima von Ver¬

bindungen, die ein zum untersuchten Addukt analoges Cyclohexadien-System aufwei¬

sen. Letztere absorbieren im Gebiet von 260 mu, wie die folgenden, aus der Lite¬

ratur bekannten Beispiele zeigen: Cyclohexa-l,3-dien bei 256 mu (3,99) in He¬

xan ', oc-Terpinen bei 262 mu (3,56) in Alkohol,

oc-Phellandren bei 263 mu

(3,40) in Alkohol26^, l-Methyl-cyclohexa-2,4-dien bei 260 mu (3,69) in Alkohol

sowie cis-2-Isopropyl-5-methylhydrin-l,3-dien (vgl. Formelbild) bei 256 mu (3,6) .

26)

XVa

*) Privatmitteilung von Dr. H.E.Zimmerman.

- 16 -

Eine auf Grund des beobachteten Absorptionsmaximums von 271 mu in Be¬

tracht zu ziehende isomere Struktur XVa wird durch die NMR. -spektroskopischen

Daten des Dien-Adduktes ausgeschlossen; im Spektrum fehlt das für eine solche

Struktur zu erwartende, den Protonen der CH,-Gruppe des Cyclohexadienringes

entsprechende Triplett-Signal (vgl. unten).

500 CI^CI

i. u if Ir#ißJ**^^»**&^K*MMt***»+4-4*/*t<r''*?1iit+i*liW vrt+Jy*

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0

Figur 1

2,0 1,0 0 ppm

PMMi

-l_

4,5 4,0 3,5 PPm

Fig. la

- 17 -

Im NMR. -Spektrum des Dien-Adduktes XV treten bei 6 = 3,43 und 6 = 4,02

je ein Dublett-Signal mit J = 11,5 c/s auf, die in ihrer Anordnung mit einem

AB-Spektrum vereinbar sind und den beiden magnetisch nicht aequivalenten Pro¬

tonen der Chlormethylgruppe entsprechen.

Diese Nichtaequivalenz und somit das Auftreten der chemischen Verschiebung

der beiden Methylenprotonen sowie deren gegenseitige Aufspaltung ist eine Folge

des Asymmetriezentrums, das in der Nähe der in Frage stehenden Protonen im

Molekül vorhanden ist. Dabei ist die Annahme einer Rotationsbehinderung der um

die C-C-Bindungsachse rotierenden Chlormethylgruppe nicht notwendig. Bei be¬

liebig rascher Rotation nämlich entspricht die chemische Umgebung von H^ (vgl.

Figur 2) in einer bestimmten Konstellation nie der chemischen Umgebung von H_

in irgendeiner andern Konstellation. Die durch diese Rotationszustände ausgemittel-

ten chemischen Verschiebungen sind im Prinzip immer verschieden.

RhB

2v+VRiCl

H.

R2ÄRlciAr"HB

Ro

Figur 2

Das Ausmass ihrer Verschiedenheit ist indessen in der Regel am grössten, wenn

eine Konstellation bevorzugt ist und zur Ausmittelung der chemischen Verschiebung

am meisten beiträgt. Letzterer Fall wurde an den Verbindungen XXVm und XXDC

von J.D.Roberts und Mitarbeiter '

nachgewiesen.

Cl

!H— H

\

XVb

>-CH3I

C-0-CH2-CHgH

xxvm

Cl

Ph-^>=0H CH2-CH3

XXDC

- 18 -

Bei unserer Verbindung wäre die relativ grosse chemische Verschiebung der

beiden Protonen durch die Annahme einer bevorzugten Konstellation, z.B. des

Typus XVb, leicht verständlich.

Das Spektrum des Dien-Adduktes weist ein weiteres Dublett-Signal bei

6= 4,17 auf, das dem einzelnen, zum Anhydrid-Carbonyl oc-ständigen Proton,

welches lediglich vom orthoständigen Vinylproton durch Wechselwirkung aufgespal¬

ten wird, zuzuordnen ist. Die Vinylprotonen selbst erscheinen als kompliziertes,

asymmetrisches Multiplett.

Das Dien-Addukt XV ging durch Methanolyse in den 1-Chlormethyl-cyclohexa-

3,5-dien-l,2-dicarbonsäure-2-monomethylester (XVI) über, der als kristalline Ver¬

bindung (Smp. 121-122 ) isoliert wurde. Bei der für die Verbindung angenommenen

Struktur XVI erscheint die Formulierung der Estergruppe in ß -Stellung zur

CH2C1-Gruppe wahrscheinlicher als eine Anordnung in ot-Stellung; denn es darf

angenommen werden, dass die zur ß -Stellung benachbarte Carbonylgruppe für den

Eintritt des Methanol bei der Anhydrid-Oeffnung aus sterischen Gründen bevorzugt

ist. Die spektroskopischen Daten sind mit dieser Struktur vereinbar: Das Absorp¬

tionsmaximum von 272 mu (3, 55) im UV. -Spektrum liegt im gleichen Bereiche wie

dasjenige des Dien-Adduktes XV, und die im IR. -Spektrum auftretenden Banden

bei 1735 und 1723 cm liegen in dem für unkonjugierte Estergruppen, bzw.

Säuregruppen charakteristischen Bereich. Der bei der Mikrotitration im System29) *

Methylcellosolve-Wasser'

gemessene pK-^-g-Wert beträgt 5,93. Im NMR.-Spek¬

trum erscheinen die den beiden nicht aequivalenten Protonen der Chlormethylgrup¬

pe entsprechenden Signale im Vergleich zum oben erläuterten AB-Spektrum beim

Addukt XV stark in Richtung auf ein A2-System verschoben. Die beiden Dublett-

Signale, deren innere Linien eine stärkere Intensität aufweisen als die äussern,

sind zusammengerückt, wobei das Verhältnis JAR: (6jj - &h ) =0,82 beträgt

(bei XV = 0,32). Diese Aenderung der chemischen Verschiebung der beiden Methylen¬

protonen beim Uebergang XV—»XVI ist als Folge des Ueberganges von einem

starren zu einem flexiblen Ringsystem plausibel.

Aus dem Monoester XVI wurde durch Veresterung mit Diazomethan der ent¬

sprechende Diester XVII erhalten. Die ölige Verbindung ist in der Hitze nicht stabil

und zersetzt sich bei Temperaturen über 150.Die spektroskopischen Daten stim¬

men mit der angenommenen Struktur überein und sind denjenigen des Monoesters

XVI weitgehend vergleichbar.

- 19 -

Der Diester XVII wurde durch Behandlung mit Kalium-tert. -butylat in Benzol

bei Raumtemperatur in den 1,3, 5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-dimethyl-

ester (XVIII) übergeführt, der dabei als kristalline Verbindung in einer Ausbeute

von 80% erhalten wurde (Smp. 53-54°). Dieser Uebergang wird nach dem für den

entsprechenden Schritt bei der Synthese des Cycloheptatrien-Derivates I angegebenen

Reaktionsmechanismus durch eine baseninduzierte Enolisierung in oc-Stellung zur

Carbomethoxygruppe eingeleitet. Dann folgt durch eine interne nukleophile Sub¬

stitution an der CH,C1-Gruppe Bildung des Norcaradien-Derivates XVma, das

sich dann offenbar in den dazu valenztautomeren Cycloheptatrien-dimethylester

XVIII umlagert.

Schema 3

COOCH3

ce5er COOCH3

COOCH„

COOCH,

xvnia

COOCH„

COOCH„

xvm

COOCH,

G^COOCH3

COOCH,

COOCH,

XVfflb

-Q-COOCH,

COOCH,

xvinc

Der formal mögliche isomere Reaktionsverlauf, der über das Norcaradien-

Derivat XVilib zum Cycloheptatrien-dimethylester XVHIc führen würde, ist auf

Grund der NMR. -spektroskopischen Daten von XVHI ausgeschlossen. Im UV. -Spek¬

trum erscheinen die Absorptionsmaxima bei 312 mu (3,67) und 227 mu (4,48),

und im IR. -Spektrum liegen die bei 1710s cm" auftretenden Carbonyl-Esterbanden

in dem für konjugiert-ungesättigte Ester charakteristischen Bereich.

- 20 -

5)0

,C00CH3

ÖCOOCHj

A.h. . \ . ,

1

8.0 7,0 6,0 5,0 4,0

Figur 3

3,0 2,0 1,0 0 ppm

_L

7.3 7,2 7,1 7,0 6,9

Figur 3a

6,8 ppm

Das NMR. -Spektrum zeigt bei 6 =3,05 ein scharfes Singlett-Signal, das den

zwei gleichwertigen Methylenprotonen am C„ des Cycloheptatrienringes entspricht.

Die isomere Verbindung XVIIIc müsste in diesem Bereich ein durch Wechselwirkung

mit dem ot-ständigen Vinylproton hervorgerufenes Dublett-Signal aufweisen (vgl.21)

Spektrum der y-Cycloheptatrien-carbonsäure ). Die mit den vier Vinylprotonen

von XVin vereinbaren Signale erscheinen in einer Anordnung, die einem A2X2-Sy-

stem entspricht, dessen Schwerpunkt bei 6 = 7,07 liegt. Eine Analyse des Spektrums,

- 2t -

die unter der Voraussetzung, dass Jxx'^ JAX^* JAX'^* JAA' mit verscniedenen

Kombinationen von J-Werten durchgeführt wurde, ergab bei folgendem Ansatz das

beste Resultat:

XX*10 c/s

Jax*jax' = 7c^

x^r JAX= 6C/S

J,.,, = 1 c/sX"\-: AX'

fA'

JAA>= °c/s

8,11 3,4 7,1216,9 1,2

Figur 3b

S.10

30)Die Berechnung erfolgte nach dem von K. B . Wiberg und B

. J. Nist für

A2X2-Systeme angegebenen Formelschema; die berechneten Uebergänge sind in

Figur 3b für den A-Teil aufgetragen, wobei das Zentrum V. der Resonanzfre¬

quenz (6=7,28) des Kernes A entspricht. Im X-Teil des Spektrums, der zum

A-Teil symmetrisch ist, liegt v„ bei 6 = 6,86. Die im Spektrum auftretenden

Intensitäten der einzelnen Linien, die im obigen Bild berücksichtigt sind, zeigen,

dass das System in Richtung auf ein A-B,-System hin verschoben ist

(6HA 3H

X25 c/s). So erscheinen von den theoretisch intensivsten Linien

1,2 und 3,4 die näher am Bandenschwerpunkt bei 6 = 7,07 liegenden Linien 1,2

mit grösserer Intensität, und von den theoretisch schwächern Linien 8,11 und

5,10 sind die Linien 8,11 im Spektrum nicht mehr sichtbar, während die Linien

5,10 als beinahe im Schwerpunkt liegend noch als schwaches Signal auftreten.

Die Werte der ermittelten Kopplungskonstanten sind innerhalb einer Fehlergrenze

zu verstehen, die man mit ± 0, 5 c/s annimmt.

Der Cycloheptatrien-dimethylester XVm konnte durch Reduktion mit Lithium-

Aluminiumhydrid in das entsprechende Diol XLX (Smp. 90-91 ) übergeführt wer¬

den, das im UV.-Spektrum Absorptionsmaxima bei 273 mu (3,70) und 212 mu (4,16)

CH2OH

CH2OH

COOCH„

COOH

XIX XX

- 22 -

aufweist. Ein analoges Verhalten im UV.-Spektrum zeigt der von Corey be¬

schriebene Eucarvon-enol-ester (IX), dessen Maxima bei 273 mu (3,42) und

207 mu (4,09) liegen. Im IR. -Spektrum des Diols XDC erscheint eine scharfe Ban-

m —1

de bei 3615 cm",

d.h. in dem für nicht assozierte OH-Gruppen charakteristi¬

schen Bereich, und eine breite, einer assozierten Hydroxylgruppe zuzuschreibende

m —1

Bande bei 3420 cm" . Letztere, die im Zusammenhang mit der Frage nach der

Flexibilität des Cycloheptatrien-Systems in Richtung auf das Norcaradien-System

interessierte, nimmt mit zunehmender Verdünnung in ihrer Intensität deutlich ab,

währenddem die Bande bei 3615 cm" sich intensitätsmässig nicht merklich ver¬

ändert (vgl. Figur 4). Dieses Verhalten deutet darauf hin, dass die Hydroxylgrup¬

pen des Diols nicht intramolekular, sondern intermolekular assoziert sind.

2-proz. Lösung in Chloroform

0,5-proz. Lösung in Chloroform

0,16-proz. Lösung in Chloroform

3800 3700 3600 3500 3400 3300 3200 3100 cm-1

Figur 4

Auf eine externe Assozierung weisen auch die den vier Vinylprotonen ent¬

sprechenden Signale im NMR. -Spektrum hin, die nicht als das erwartete, symme¬

trische AnXp-Spektrum, sondern als asymmetrisches Multiplett erscheinen

(6 = 6,0-6,62; 8-proz. Lösung in CDC1J. Das den beiden aequivalenten Protonen

der CH9-Gruppe des Cycloheptatrienringes entsprechende Singlett-Signal tritt bei

- 23 -

& = 2,42 und das denvier Methylenprotonen der Hydroxymethylgruppen entsprechende

Single»-Signal bei «5 = 4,17 auf.

Durch selektive Verseifung des l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-

dimethylesters konnte der entsprechende Dicarbonsäure-monomethylester XX

(Smp. 122-123 ) dargestellt werden, der im UV.-Spektrum Absorptionsmaxima

bei 310 mu (3,71) und 227 mu (4,40) aufweist und im IR. -Spektrum u.a. zwei

starke Banden bei 1710 cm und bei 1685 cm zeigt. Im NMR.-Spektrum er¬

scheinen in Uebereinstimmung mit der angenommenen Struktur die den vier Vinyl-

protonen entsprechenden Signale in der Anordnung eines asymmetrischen Multipletts

( 6 = 6,81 - 7,48) und die beiden Protonen der CH„-Gruppe als Singlett bei 6 =3,06.

Der bei der Mikrotitration des Dicarbonsäure-monomethylesters gemessene

pKMCS-Wert betragt 6,92.

Durch alkalische Hydrolyse des l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-

dimethylesters erhielt man die entsprechende Dicarbonsäure V in 90-proz. Aus¬

beute (Smp. 293-295 ; Zers.). Diese zeigt ein zum Dimethylester XVHI analoges

spektroskopisches Verhalten: Im UV. -Spektrum liegen die Absorptionsmaxima bei

300 mu (3,71) und 225 mu (4,40), und im IR.-Spektrum (in Nujol) erscheinen die

s -1Carbonyl-Säurebanden bei 1675 cm . Das NMR.-Spektrum (in Deutero-dimethyl-

sulfoxyd) zeigt das den beiden CHg-Protonen entsprechende Singlett-Signal bei

6 = 2,91 und das den vier Vinylprotonen entsprechende, zum Spektrum des Dime-

thylesters XVHt analoge AgXg-System mit Bandenschwerpunkt bei 6 = 7,06. Die

Titration in Methylcellosolve-Wasser ergab einen pK* _,_I/II-Wert von 5,86/8,64

(Durchschnitt aus drei Messungen), dessen Bedeutung in Bezug auf die Geometrie

der Dicarbonsäure weiter unten diskutiert wird (vgl. Diskussion der Ergebnisse).

In der l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure besass man nun eine Verbin¬

dung, die analog zum Cycloheptatrien-Derivat I auf Grund der besondern Anordnung

von Doppelbindungen und Säuregruppen die Möglichkeit bot, durch Bildung des ent¬

sprechenden Dicarbonsäureanhydrids VI die zugehörige Norcaradien-Struktur fest¬

zulegen. In Vorversuchen zur Durchführung dieses Reaktionsschrittes hielt man

sich vorerst an die Reaktionsbedingungen, die bei der Darstellung des polycycli-

schen Anhydrids n zur Anwendung gelangten. Dabei zeigte sich aber, dass das

Norcaradien-anhydrid VI unter diesen Bedingungen, d. h. Erhitzen von V in Acetan-

hydrid nicht gebildet wurde. Auch Versuche, in denen die Dicarbonsäure in verschie¬

denen Lösungsmitteln einerseits mit Aethoxyacetylen und andererseits mit Thionyl-

- 24 -

Chlorid behandelt wurde, ergaben kein Norcaradien-anhydrid in den Reaktionspro¬

dukten. Auf Grund dieser Ergebnisse ist anzunehmen, dass das Anhydrid VI sehr

schwer gebildet wird oder dann unter diesen Reaktionsbedingungen weiter verändert

wird. Der geplante Reaktionsschritt konnte schliesslich auf einem andern Wege ver¬

wirklicht werden.

Durch Erhitzen der Cycloheptatrien-dicarbonsäure V in Acetanhydrid erhielt

man ein Produkt, das im IR.-Spektrum u. a. Banden bei 1805s, 1775s, 1720s und

—11612 cm" aufweist, während die den Säuregruppen der Ausgangssäure entspre¬

chenden Banden nicht mehr auftreten. Das NMR. -Spektrum zeigt in der Region, in

der die CH2-Protonen des Cycloheptatrienringes erscheinen, drei in ihrer Intensität

verschieden starke Singlett-Signale bei 6 = 3,06; 3,11 und 3,15. Ueberdies er¬

scheinen drei weitere, ebenfalls verschieden starke Singlettsignale bei 6 = 2,30;

2,22 und 2,10; im Gebiet der Vinylprotonen sind die Signale als asymmetrisches

Multiplett ( 6 = 6,90- 7,58) angeordnet. Die alkalische Hydrolyse des Produktes er¬

gab die ursprüngliche Dicarbonsäure V zurück. Auf Grund dieser Daten nimmt man

an, dass das Produkt ein Gemisch darstellt, welches sich aus mindestens drei ver¬

schiedenen äussern gemischten Anhydriden der Cycloheptatrien-dicarbonsäure V

zusammensetzt (XXI ; R und R' können auch gleich sein).

0COOH

COOH

Schema 4

Ac20CO-O-COR'

NaOH KJxCO-0-COR

XXI

R,R' = z.B. -CH,

CO-O-CO-CHo

Dieses Material wurde mit ungefähr einem halben Aequivalent der freien Dicar¬

bonsäure V vermischt und während 135 Min. auf 127 erhitzt (Atmosphärendruck).

Durch anschliessende Thermolyse des Materials (109 Std. bei 145-185°/0,05 Torr)

- 25 -

erhielt man das Bicyclo-[4,l,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbonsäureanhydrid VI in

Rohausbeuten bis zu maximal 22%. Ausser dem Anhydrid VI wurde als Sublima-

tionsprodukt bei der Thermolyse lediglich noch die Cycloheptatrien-dicarbonsäure V

(28%) isoliert.

Schema 5

CO-O-COR

CO-O-COR'

XXI

.COOH

COOH

2 Std. 15 Min./

127°

CO-O-COR

COOH

xxn

I 109 Std./! 145-1850/

j 0,05 Torr

I

R-COOH O

O

VI

Hinsichtlich des Reaktionsverlaufes des im Schema 5 formulierten Ueberganges

XXI—VI nimmt man an, dass durch die Einwirkung der freien Dicarbonsäure auf

XXI im Reaktionsgemisch Verbindungen des Typus XXII (Möglichkeiten für R wie

bei XXI) gebildet würden, welche in der Folge durch eine thermisch bewirkte interne

Umanhydridisierung (XXÜa) in das Norcaradien-Derivat einerseits und Säuren

R-COOH anderseits übergehen.

H®

11 ,''"> II ''

ö-o^-c—R

XXHa

- 26 -

Das kristalline Bicyclo-[4,l,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbonsäureanhydrid

kann bei Zimmertemperatur sublimiert werden. Bei der Schmelzpunktsbestimmung

der Verbindung beobachtete man bei ca. 65 Gelbfärbung, bei weiterer Erhöhung

der Temperatur zunehmende Dunkelfärbung und bei ca. 210 eine schwarze Schmelze.

Beim Aufbewahren des Anhydrides während zwei bis drei Wochen in der Kälte wurde

die Bildung teilweise unlöslicher, vermutlich polymerer Produkte beobachtet (vgl.

Experimenteller Teil). In absolutem Methanol bei Zimmertemperatur geht das

Norcaradlen-Derivat (vermutlich spontan) unter Oeffnung des Anhydridringes und

Umlagerung des Norcaradlen-Systems in den entsprechenden Cycloheptatrien-dicar-

bonsäure-monomethylester XX über (identifiziert mit authentischem Monomethyl-

ester XX durch Mischprobe, UV. -Spektrum und IR. -Spektrum).

Schema 6

O COOCHgCHgOH abs.

O

Ösehr rasch

VI

Dieses Verhalten ist vereinbar mit dem in Aethanol aufgenommenen UV. -Spektrum,

das nach einer 1-2 minütigen Verweilzeit des Anhydrids im Alkohol Absorptions-

maxima bei 308 mu (3,61) und bei 227 mu (4,26) zeigt, deren Lage und Extinktion

mit den Maxima des Cycloheptatrien-Systems XX übereinstimmen. Das in Cyclohexan

aufgenommene UV. -Spektrum von VI weist ein gegen das langwellige Gebiet steil und

gegen das kurzwellige Gebiet flach abfallendes Absorptionsmaximum bei 271 mu (3,42)

und ein Minimum bei 236 mu (3,08) auf; das in Isooctan aufgenommene Spektrum

zeigt ein gleich gestaltetes Maximum bei 270 mu (3,34) und ein Minimum bei 240mu

(3,05). Dieses UV. -Spektrum, in dem das Maximum gegenüber dem Maximum eines

einfachen cyclischen 1,3-Dien-Systems (ca. 260 mu, vgl. Beispiele auf Seite 15)

bathochrom verschoben erscheint, ist vergleichbar mit den UV. -Spektren der Ver¬

bindungen XXm31^ und XXIV32\

- 27 -

O

b

o

xxni xxiv vi

X = 274 mu (3,52) 274 mu (3,46) 271 mu (3,42)

X .= 232 mu (2,57) 236 mu (3,08)

Im IR. -Spektrum erscheinen die Carbonylgruppierungen des Norcaradien-

anhydrids VI als unkonjugiert: Banden bei 1862m cm" und 1783s cm". Sie liegen

im gleichen Gebiet wie die entsprechenden Banden im IR. -Spektrum der während

der Colchicin-Synthese hergestellten Verbindung XXV und des Norcaradien-Deriva-

tes H (1867m, 1791s cm"1).

ö V(CO-O-CO)=1870m, 1783Scm_1

Ö

XXV

Im NMR. -Spektrum des Norcaradien-anhydrids VI fehlt das für die Cyclo-

heptatrien-Struktur in den 1,6-disubstituierten 1,3,5-Cycloheptatrienen kennzeich¬

nende Singlett-Signal im Bereich von 6 — 3. Dafür erscheinen zwei, mit je einem

Proton vereinbare Dublett-Signale (J = 4,5 c/s) bei 6 = 0,81 und 6= 2,43, die

in ihrer Anordnung einem AX-Spektrum mit Bandenschwerpunkt bei £ = 1,62 ent¬

sprechen (Verhältnis JAV.: ( 6„ - 6_ ) = 0,046) und den beiden magnetisch nichtAA **A V

aequivalenten Protonen am Cyclopropanring zugeordnet würden. Die Nichtaequiva-

lenz dieser Protonen ist ein entscheidender Beweis für die Norcaradien-Struktur VI;

denn bei einem Uebergang Cycloheptatrien-System —» Norcaradien-System wird die

im Cycloheptatrien-System frei durchschwingende CH,-Gruppe (Ao-Spektrum) durch

die Bildung des Cyclopropanringes im Norcaradien-System fixiert, und die beiden

Protonen spalten sich demzufolge im Spektrum gegenseitig auf.

- 28 -

ppm

6,5 6,0

Figur 5a

2.0 1,0 ppm

(Das Auftreten des im abgebildeten Spektrum punktiert eingezeichneten Signals

bei 6 = 1,67 ist eine Folge der bei der Aufnahme des Spektrums angewandten Mikro-

methode und ist den Protonen des mit dem Lösungsmittel Deuterochloroform asso-

zierten Wassers zuzuschreiben. Man vergewisserte sich, dass das nach der gleichen

Methode aufgenommene Spektrum des verwendeten Lösungsmittels ohne Substanz das

- 29 -

betreffende Signal ebenfalls zeigte). In der Vinylregion des Spektrums von VI er¬

scheint ein den vier Protonen des Dien-Systems entsprechendes Multiplett, dessen

Signalanordnung einem A-X.-System entspricht. Dieses wurde auf analoge Weise

wie das A2Xp-Spektrum des Cycloheptatrien-dimethylesters XVIII analysiert, wo¬

bei die Berechnung mit folgendem Ansatz das beste Resultat lieferte:

A

1

JXX'= 6c/s

JAX = 10 c/sX .

T JAX' = * C/S

X'-V JAA* = ° c^s

A' (Fehlergrenze

+ 0,5 c/s)

8,11 3.4 7,12 ! 6,9 1,2 5,10

Figur 5b

Die berechneten Uebergänge sind unter Berücksichtigung der im Spektrum

auftretenden Intensitäten in Figur 5b für den A-Teil aufgetragen (X-Teil symme¬

trisch dazu), wobei die Resonanzfrequenz V. der A-Protonen bei 6 = 6,47 und

im X-Teil das entsprechende V„ bei 6 = 6,07 liegt. Die Intensitäten der Signale

nehmen wie beim A2X,-Spektrum von XVIII gegen den Bandenschwerpunkt bei

& = 6,27 hin zu, jedoch ist letzterer gegenüber dem Spektrum von XVm um 48 c/s

nach niedrigeren & -Werten verschoben.

33)Anhand einer von H. S. Gutowsky und M. Karplus abgeleiteten Be¬

ziehung, die die Abhängigkeit der Kopplungskonstante zweier geminaler Protonen

H-C-H vom Winkel zwischen diesen Protonen angibt, findet man aus dem Wert

J = 4, 5 c/s für den Winkel zwischen den Protonen der Methylengruppe des Cyclopro-

panringes im Norcaradien-anhydrid VI einen Wert von 117-118. Dies ist mit der

Geometrie eines Norcaradien-Systems glänzend vereinbar und ist im Vergleich zum

entsprechenden Winkel im Cycloheptatrien-System von Interesse.

- 30 -

Diskussion der Ergebnisse

Das Verhalten der 1,3, 5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure (V) bei der Tit-

29)ration im System Methylcellosolve-Wasser ist interessanterweise von demjeni¬

gen der substituierten Cycloheptatrien-dicarbonsäure I in quantitativer Hinsicht

deutlich verschieden, obschon in beiden Verbindungen die konstitutionelle Anord¬

nung von Säuregruppen und Trien-System gleich ist.

CH3°' X W.COOR

COOR

COOH

COOH

I R = H pK^cs 1/n = 5,21/9,11 V R = H pKMCS I/H = 5,86/8,64

APKMCS =3'9(\, ***MC8 =2>78

=6,92

= 1.06

IaR = CH3 PKMCS = 6,891> XX R = CH3 pKj^g =6,92

A*PKMCS = 1>68 *'PKMCS

In obiger Zusammenstellung der beobachteten pKt,__-Werte bedeutet ApK?_r„die Differenz zwischen dem pK-jpg-Wert der ersten und der zweiten Dissoziations-

stufe der Dicarbonsäure und A'pK,. die Differenz zwischen dem pKMriC!-Wertder ersten Dissoziationsstufe der Dicarbonsäure und dem pKj^cg-Wert des ent¬

sprechenden Dicarbonsäure-monomethylesters. Die pKM_„I/H-Werte der Dicar-

bonsäuren I und V sind Mittelwerte aus 2, bzw. 3 Messungen.

Während der ApKMCg- und A'pK^g-Wert (3,90 bzw. 1,68) der Dicarbon¬

säure I, wie bereits in der Einleitung der Arbeit erwähnt wurde, darauf hindeuteten,

dass das Mono-anion von I durch eine interne Wasserstoffbrücke stabilisiert wird,

muss auf Grund des ApKM_g- und A'pKM_,_-Wertes der unsubstituierten Dicar¬

bonsäure V angenommen werden, dass dem Mono-anionvonV die Möglichkeit, eine

interne Wasserstoffbrücke auszubilden, nicht oder nur in geringem Masse zukommt.

Der beobachtete ApKÎ.-.j.-Wert von 2,78 liegt nämlich im Grenzbereich der Grös-

senordnung, die für Dicarbonsäuren charakteristisch ist, deren Mono-anionen34)

durch eine interne Wasserstoffbrücke stabilisiert sind '. Auf Grund des A'pKT-p,,-Wertes könnte man annehmen, dass eine geringe Stabilisierung vorliege, da der

- 31 -

beobachtete Wert von 1,06 pK-^-g-Einheiten etwas grösser ist als der Wert, den

man für ein nicht stabilisiertes Mono-anion von V erwarten würde; letzterer

müsste unter der Annahme, dass die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen

den Substituenten in Monomethylester und Dicarbonsäure gleich gross sind, aus rein

statistischen Gründen ca. 0,3 pK-j-g-Einheiten betragen.

Diese Ergebnisse stimmen im Zusammenhang mit der Frage nach der Geome¬

trie des Cycloheptatrien-Systems V nicht überein mit einer in Richtung auf das ent¬

sprechende Norcaradien-System deformierten Geometrie, sondern sind am besten

vereinbar mit der Annahme, dass die Dicarbonsäure V eine Form aufweist, in der

die Bindungslängen und -Winkel einer Geometrie entsprechen, wie sie in einem

DREIDING-Modell der Dicarbonsäure vorliegt (vgl. Figur 6). In liebereinstimmung

mit dieser Annahme zeigt das Modell, dass der Abstand zwischen den Kohlenstoff -

o

atomen der Carboxylgruppen ~4,1 A und der kleinste mögliche Abstand zwischeno

den Carbonyl-Sauerstoffatomen ^3,2 A beträgt. Zwischen den beiden Sauerstoff-

o

atomen der Hydroxylgruppen wäre die kleinst mögliche Distanz ~3,1 A; dieser

Wert (nicht korrigiert für das Carboxylat-ion) dürfte an der kritischen Grenze lie¬

gen, von der an die Möglichkeit zur Ausbildung einer internen Wasserstoffbrücke

üblicherweise angenommen werden könnte. (Beispielsweise beträgt bei der Malein¬

säure, deren Mono-anion durch eine extrem starke intramolekulare Wasserstoff¬

brücke stabilisiert wird, der entsprechende O" •-O-Abstand 2,46 A ).

Figur 6

Die Interpretation, dass die Geometrie des Mono-anions der Cycloheptatrien-di-

carbonsäure V bezüglich O- • • O-Abstand im kritischen Grenzbereich für die Aus¬

bildung einer Wasserstoffbrücke ist, spricht gegen eine planare Anordnung dieses

Cycloheptatrien-Systems. Diese Auffassung wird gestützt durch das Verhalten der

Isophthalsäure, einer aromatischen 1,3-dicarbonsäure, deren ApKMr,„-Wert von

- 32 -

1,26 'im Vergleichzum beobachteten ApK-.,,_-Wert der Dicarbonsäure V deut¬

lich kleiner ist, d.h. in einem Bereich liegt, der für Dicarbonsäuren charakteri¬

stisch ist, deren Mono-anionen nicht durch eine interne Wasserstoffbrücke stabili¬

siert sind.

Auf Grund der Diskrepanz im quantitativen Verhalten der Cycloheptatrien-di-

carbonsäuren I und V bei der Titration in Methylcellosolve-Wasser könnte man an¬

nehmen, dass das substituierte Cycloheptatrien-System I eine zum unsubstituierten

System V unterschiedliche, d.h. in Richtung Norcaradien-System verschobene Geo¬

metrie aufweise. Dieser Unterschied wäre erklärbar, wenn die Substituenten in I

eine Deformation erzeugten, durch welche die besprochenen Abstände zwischen den

Carboxylgruppen etwas kleiner werden als in der unsubstituierten Dicarbonsäure V

und somit die Möglichkeit zur Ausbildung einer entsprechend stärkeren Wasserstoff¬

brücke, ausgedrückt durch den grössern ApIC^-p^-Wert, gegeben ist. Dass die

Deformation des Cycloheptatrien-Systems in Richtung Norcaradien-System im tri-

cyclischen Derivat I viel leichter erfolgen muss, ergibt sich aus der Tatsache, dass

das entsprechende Anhydrid n viel leichter erhalten werden kann als das Anhydrid VI

der monocyclischen Dicarbonsäure V.

Interessant in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, dass die Struktur des

Colchiceins, wie man aus den Unterschieden der spezifischen Drehungen in Deriva¬

ten der Colchicin- und Isocolchicinreihe ableiten kann,der Isoform XXVI ent¬

spricht. Die Doppelbindungs-Lage in dieser Isoform entspricht interessanterweise

jener der Norcaradien-Form in der oben besprochenen Reihe, die Doppelbindungs-

Lage der offenbar gegenüber XXVI unstabileren, tautomeren Form XXVII jener der

Cycloheptatrien-Form obiger Reihe.

ch3°y^>

v

~\ -H ch3°y^/ \ HIl \/

CHgO"^/CH3o

/NNHAc

CH30

il J NNHAc

(1

XXVI XXVII

- 33 -

Die auf Grund der pKÎ._,g-Werte der Cycloheptatrien-dicarbonsäure V ver¬

mutete Geometrie des Cycloheptatrien-Systems findet sich bestätigt durch die

37)Resultate einer Röntgenanalyse ,

die kurz vor Abschluss dieser Arbeit am

p-Brom-phenacylester der Thujasäure (X) durchgeführt wurde. Die dabei für den

Cycloheptatrienring ermittelten Bindungslängen (in X) sind in Figur 7 angegeben.

Figur 7a stellt schematisch die räumliche Form des Ringes dar, in dem die Koh-

o

lenstoffatome 1,2,5 und 6 innerhalb I 0,01 A coplanar sind. Das Kohlenstoff -

atom 7 liegt um 0,63 À und die Kohlenstoffatome 3 und 4 um 0,48 À ausserhalb

dieser Ebene.

r_0/\/ Aw.f. Xofsl

23.7°) 49'

Figur 7b

Nach Abschluss der vorliegenden Arbeit erschien eine Publikation über Ei¬

genschaften von 7-Deutero-cycloheptatrien, worin erwähnt wird, dass die Verbin¬

dung im IR. -Spektrum zwei der C-D-Schwlngung entsprechende Banden aufweist.

Eine ist vereinbar mit einer Verbindung mit axialem D und die andere mit einer

entsprechenden Verbindung mit äquatorialem D, was offenbar die planare, von

21)Doering vorgeschlagene Form im Cycloheptatrien selbst widerlegt. Des wei¬

tern beträgt die Kopplungskonstante J. zwischen dem Proton und Deuterium am

/ *)C„ 2,0 + 0,1 c/s '. Aus diesem Wert lässt sich die Grösse der entsprechenden

Kopplungskonstante J-a„, im Cycloheptatrien selbst anhand der Beziehung33r

JHH' = JHD' 6' 55 berechnen; man findet für JHH, den Wert 13,1 + 0,6 c/s.

Die Korrelation der Kopplungskonstante JHH, mit dem Winkel H-C-H' '

ergibt

aus den oben berechneten Werten von «f-crat einen Winkel von 109-110,was in aus¬

gezeichneter Weise mit der Annahme übereinstimmt, dass das Cycloheptatrien eine

Geometrie aufweist, wie sie aus dem DREIDING-Modell zu entnehmen ist.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit und besonders die neuesten Ergebnis¬

se der Literatur ermöglichen die Auffassung, dass das Cycloheptatrien-System

keinesfalls planar ist. Die Ergebnisse der eigenen Arbeit geben darüber hinaus

einen qualitativen Anhaltspunkt über die relative Unstabilität der entsprechenden

Norcaradien-Systeme.

*) Privatmitteilung via Dr. Dreiding.

- 34 -

EXPERIMENTELLER TEIL

Allgemeine Bemerkungen

Die Schmelzpunkte sind nicht korrigiert und wurden im offenen Röhrchen auf

dem Kupferblock bestimmt. - Die UV. -Absorptionsspektren wurden mit einem

BECKMAN-Spektrophotometer (Modell DK 1) und die IR. -Absorptionsspektren mit

einem PERKIN-ELMER-Spektrograph Modell A 21 (NaCl Prisma) aufgenommen.

Als Lösungsmittel wurden verwendet, sofern nicht besonders vermerkt: Aethanol (UV)

und Chloroform (IR; 5-proz. Lösung). Die Angaben s, m, w bei den IR.-Spektren

bedeuten approximative Intensitätsbezeichnungen (stark, mittel, schwach); bei den

UV. -Spektren bedeuten die eingeklammerten Zahlen log £ -Werte. - Die NMR. -

Spektren wurden auf einem VARIAN High Resolution NMR. -Spectrometer V-4300,

60 Mc (mit elektronischem Integrator) mit Tetramethylsilan (6=0) als interne

Referenz aufgenommen. Bei der in 6 -Werten erfolgenden Beschreibung der

NMR. -Signale bedeuten: s = Singlett, d = Dublett, m = Multiplett, b = breit (nicht

strukturiert); die in Klammern angefügten Zahlen betreffen die durch Integration

ermittelte Protonenzahl. Die aufnahmetechnischen Daten der auf den Seiten 16, 20

und 28 abgebildeten NMR. -Spektren (Verbindungen XV, XVHI und VI) sind nach¬

folgend detailliert angegeben:

Figur/Seite 1/16 la/16 3/20 3a/20 5/28 5a/28

Lösungsmittel CDClg CDC13 CDClg cci4 CDClg CDClj

Frequency Response (c/s) 2 2 4 1 0,4 0,2

R. F. Field (mG) 0,2 0,2 0,2 0,04 0,3 0,2

Sweep Time (sec) 500 500 500 500 500 500

Sweep Width (c/s) 500 500 500 100 500 500

Sweep Offset (c/s) - - - 350 - -

Spectrum Amp. 16 16 1,6 16 50 100

Die pKf._g-Werte wurden im Lösungsmittelsystem 80 Gew.-Proz. Methyl-

cellosolve/20 Gew. -Proz. Wasser bestimmt (nähere Angaben über Definition und Be¬

stimmungsmethode der pKj^çs -Werte finden sich bei W. Simon und Mitarbeitern29'.

- 35 -

o^-Pyron (XIV)**

In ein zylinderförmiges 2,5 cm x 20 cm Pyrexglasgefäss, das man mit Hilfe

eines Ofens (2,6 cm x 22 cm) heizen konnte, gab man 15,42 g (0,111 Mol) Cuma¬

linsäure (Xni; Smp. 207-209°; Fluka purum). Dann wurde ein 1,98 cm x 50 cm

Quarzglasrohr, das ebenfalls mit einem Ofen (2,2 cm x 30 cm) geheizt werden konnte,

mit 33 g Kupferspänen lose beschickt. (Die Kupferspäne waren zuvor während

einer Stunde in Aceton unter Rückfluss gekocht und anschliessend am Hochvakuum

während drei Stunden bei Zimmertemperatur getrocknet worden). Ein Ende des

Quarzrohres verband man darauf horizontal mit dem die Cumalinsäure enthaltenden

Zylindergefäss (SchliffVerbindung), und an das andere, um neunzig Grad abgewinkel¬

te Ende schloss man einen als Auffanggefäss dienenden, mit Eis gekühlten 50 ml-

Rundkolben (SchliffVerbindung). Dieser wiederum wurde über zwei mit einem Iso-

propanol-Trockeneis-Gemisch gekühlte Kühlfallen an die Hochvakuumpumpe ange¬

schlossen.

Man evakuierte das System bei Zimmertemperatur (0,1 Torr), erhitzte dann

das Quarzrohr auf eine Temperatur von 650 - 670 (0,3 Torr) und hielt diese Tem¬

peratur während der ganzen Reaktion konstant. (Temperaturmessung mit Hilfe eines

im Ofen eingebauten Thermoelementes). Dann wurde das die Cumalinsäure enthal¬

tende Zylindergefäss rasch auf 180 erhitzt (Temperaturmessung wie beim Quarz¬

rohrofen) und die Temperatur von da an (Beginn der Reaktion) langsam innerhalb

2 Std. auf 220 gesteigert. Während dieser Zeit sublimierte die Cumalinsäure unter

Decarboxylierung in das eisgekühlte Auffanggefäss, wobei der Hauptanteil des flüssi¬

gen, leicht gelben Decarboxylierungsproduktes bei einer Temperatur von 205 an¬

fiel.

Der Verlauf der Reaktion war aus dem Verhalten des Druckes im System er¬

sichtlich: dieser stieg beim Einsetzen der Decarboxylierung stark an, betrug beim

Uebergehen der Hauptmenge 6 Torr und sank am Ende der Reaktion wieder ab

(0,3 Torr).**)

Aus dem Auffanggefäss isolierte man 7,96 g (75%)'rohes Decarboxylie-

rungsprodukt, das nach der Destillation aus einem Vigreuxkolben am Wasser-

*) Bearbeitet von H. Staub, Diplomarbeit ETH, 1961, nach einer Methode von

H.E.Zimmerman (Privatmitteilung).*) Bei 17 unter gleichbleibenden Reaktionsbedingungen durchgeführten Versuchen

schwankten die Rohausbeuten zwischen 43% und 83% und betrugen im Durch¬

schnitt 60%.

- 36 -

n IQStrahlvakuum 7,20g (68%) oc-Pyron vom Sdp.

10 Torr83-84 ergab. n£j =1,5300.

Cf-H.O, Ber. C 62,50 H 4,20 %0

Gef. C 62,36 H 4,09 %

UV.-Spektrum: X = 290 mu (3,70), 217 mu (3,31)

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 1780w, 1735s, 1720s, 1625m, 1550m,

1125m, 1085m, 840m cm"1

1 -Chlormethyl-cyclohexa-3,5-dien-l, 2-dicarbonsäureanhydrid (XV)

In einem Hieckmannkolben wurden 1,46 g (10 mMol) frisch destilliertes

Chlormethyl-maleinsäureanhydrid' (Sdp. „ x Tnr.

'ß"^ ; n_ =1,5084) und

1,92 g (20 mMol) oc-Pyron unter Rühren während 2 Std. 15 Min. auf 167° erhitzt

und das bei der Reaktion entwickelte CO, in einer mit dem Reaktionsgefäss ver¬

bundenen Messbürette volumetrisch bestimmt. Die Gasentwicklung setzte sofort

ein, war zu Beginn der Reaktion am stärksten und nahm dann allmählich ab: Nach

45 Min. 81 ml (32%), nach 1 Std. 30 Min. 143 ml (57%) und nach 2 Std. 15 Min.

179 ml (72%) CO,. (Vorversuche mit längern Reaktionszeiten ergaben unter sonst

gleichbleibenden Versuchsbedingungen stärkere Verharzung des Reaktionsproduktes).

Das braunschwarze, teerartig zähe Rohprodukt wurde vorerst aus dem Reak¬

tionsgefäss am Hochvakuum (0,03 Torr) destilliert und dabei alle destillierbaren

Anteile ohne Fraktionierung bis zu einer Badtemperatur von 160 abgetrennt. (Als

Folge der Zähigkeit des Rohproduktes gingen die destillierenden Produkte zum Teil

bei Temperaturen über, die oberhalb ihres normalen Siedepunktes lagen). Als Roh¬

destillat erhielt man 1, 582 g eines gelben Oeles, dessen IR. -Spektrum zeigte,

dass es sich um ein Gemisch von oc-Pyron, Chlormethyl-maleinsäureanhydrid und

Dien-Addukt XV handelte.

Das Rohdestillat erhitzte man hierauf in einem Craigkolben bei 0,03 Torr

bis zu einer Badtemperatur von max. 95,wobei nur die unreagierten Ausgangs¬

produkte wegdestillierten. (Vorversuche hatten gezeigt, dass bei einer Fraktionie¬

rung des Rohdestillates aus einem Vigreuxkolben das Dien-Addukt durch die dabei

benötigten Badtemperaturen bereits in geringem Masse zerstört wurde. Nach der

*) Ich danke Herrn Dr. M. Pesaro für die freundliche Ueberlassung dieser

Substanz"*).

- 37 -

oben beschriebenen Methode konnte das Dien-Addukt in besserer Ausbeute vom Roh¬

destillat abgetrennt werden). Nachdem bei dieser Temperatur kein Destillat mehr

überging, spülte man den undestillierten Rückstand aus dem Craigkolben heraus, er¬

wärmte kurz in Methylenchlorid mit Aktivkohle und erhielt nach dem Abfiltrieren

der Kohle und dem Entfernen des Lösungsmittels 912 mg (46%) nach IR. -Spektrum

geringe Mengen von Chlormethyl-maleinsäureanhydrid enthaltendes 1-Chlormethyl-

cyclohexa-3,5-dien-l,2-dicarbonsäureanhydrid als leicht gelbliches Oel, das wegen

Zersetzungsgefahr nicht destilliert, sondern direkt weiter verwendet wurde.

In einem der Voransätze gelangte eine dreimal destillierte Probe zur Analyse:

leicht gelbliches Oel, Sdp.Q 2 Torr

111-114°; n£°= 1, 5278.

CqH70„Cl Ber. C 54,43 H 3,55 Cl 17,85 %V ' ä

Gef. C 54,17 H 3,45 Cl 17,78 %

UV.-Spektrum: Xmax = 271 mu (3,50); log £210 =3,38

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 1863m, 1790s, 978s, 934m, 910w cm"1

NMR. -Spektrum: & = 3,43/d/J = 11,5 c/s, 4,02/d/j = 11,5 c/s,

4,17/d/j = 5 c/s (zusammen 3,0 Protonen entspre¬

chend); 5,47-6,57/m (4,0) (in CDClg)

Die Durchführung der Dien-Reaktion in grösseren Ansätzen (mehr als 2 g

Chlormethyl-maleinsäureanhydrid) erfolgte auf analoge Weise. Einzig die Reinigung

des Rohdestillates unterschied sich vom beschriebenen Ansätze: Man gab das Roh¬

destillat in einen Vigreuxkolben, trennte am Hochvakuum bei einer Badtemperatur

von max. 80 den grössten Teil des unreagierten oc-Pyron ab (Sdp.0 0-

_33 -

o '

36 ) und destillierte anschliessend den Rückstand aus einem Hieckmannkolben bei

115-120 Badtemperatur/0,03 Torr. Die als Destillate erhaltenen gelben Oele,

die nach IR. -Spektrum ausser dem Dien-Addukt XV noch Chlormethyl-maleinsäure-

anhydrid und geringe Mengen von oc-Pyron enthielten, wurden jeweils ohne weitere

Reinigung für die unten beschriebene Methanolyse verwendet.

- 38 -

l-Chlormethyl-cycIohexa-3,5-dien-l,2-dicarbonsäure-2-monomethylester (XVI)

1,534 g (7,75 mMol) undestilliertes, jedoch im Craigkolben von ot-Pyron

und Chlormethyl-maleinsäureanhydrid befreites l-Chlormethyl-cyclohexa-3,5-

dien-l,2-dicarbonsäureanhydrid (XV) wurden mit 1,05 g (10,7 mMol) konz. Schwe¬

felsäure in 70 ml absolutem Methanol unter Stickstoffatmosphäre während 40 Min.

unter Rückfluss gekocht. Nach dem Erkalten entfernte man das Methanol am Was¬

serstrahlvakuum, nahm den Rückstand in Aether auf und wusch die ätherische Lö¬

sung mit gesättigter Kochsalzlösung neutral. Die nach dem Trocknen mit Natrium¬

sulfat und dem Abdampfen des Lösungsmittels erhaltenen 1,753 g Rohprodukt wur¬

den aus Aether-Hexan kristallisiert, wonach 975 mg (55%) kristalline Substanz

vom Smp. 120-122 isoliert wurden. Man kristallisierte noch zweimal aus Aether-

Hexan um und erhielt 891mg (50%) 1-Chlormethyl-cyclohexa-3,5-dien-l,2-dicar-

bonsäure-2-monomethylester als farblose Kristalle vom Smp. 121-122.

ClnH,OCl Ber. C 52,08 H 4,81 %1U " *

Gef. C 52,11 H 4,81 %

pKMCS = 5'93' Aequivalentgewicht: gef. 229; ber. 230

UV. -Spektrum: Xmax

= 272 mu (3, 55); log t21Q = 3,42

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 3530w, ca. 2600w (breit), 1735s, 1723s,1440m cm"1

NMR. -Spektrum: & = 3,60 -4,05/m (6,0) (inkl. scharfes Singlett bei & =3,67);

5,71 - 6,23/m (4,0) (in CDClg)

Die Mutterlaugen wurden zusammengenommen, mit Diazomethan in Aether bei

0 verestert und das Produkt aus einem Kugelrohr am Hochvakuum destilliert. Man

erhielt 838 mg (44%) des weiter unten beschriebenen Diesters XVU als leicht gelb¬

liches Oel (identifiziert durch UV. -Spektrum und IR. -Spektrum).

- 39 -

l-Chlormethyl-cyclohexa-3,5-dien-l,2-dicarbonsäure-dimethylester (XVn)

Zu einer Lösung von 5,077 g (22,1 mMol) 1-Chlormethyl-cyclohexa-3,5-dien-

l,2-dicarbonsäure-2-monomethylester (XVI) (Smp. 121-122°) in 50 ml absolutem

Aether gab man unter Eiskühlung solange Portionen einer ätherischen Diazomethan¬

lösung bis die N„-Entwicklung aufhörte und die gelbe Färbung der Lösung bestehen

blieb. Der Aether wurde dann am Wasserstrahlvakuum entfernt und das Rohprodukt

ein zweites Mal auf die gleiche Weise mit der Diazomethanlösung in Aether behandelt.

Die 5,465 g Rohprodukt destillierte man aus einem Hieckmannkolben am Hochva¬

kuum (0,03 Torr/110-1200 Badtemperatur), wonach 5,232 g (97%) 1-Chlormethyl-

cyclohexa-3, 5-dien-l,2-dicarbonsäure-dimethylester als farblose, ölige Flüssig-23

keit resultierten. nZ =1,5002.

C.-.H^O.Cl Ber. C 53,99 H 5,36 %1 X

Gef. C 53,69 H 5,39 %

UV. -Spektrum: Xffiax = 269 mu (3,51); log £21Q

= 3,29

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 1735s, 1440m, 1075m cm"1

NMR. -Spektrum: 6 = 3,52 - 3,92/m (9,0) (inkl. 2 scharfe Singlette bei

6 = 3,65/3,72); 5,73 - 6,16/m (4,0) (in CDClg)

Die Methanolyse des aus grössern Ansätzen erhaltenen, nicht destillierten,

im Vigreuxkolben grösstenteils von oC-Pyron befreiten, jedoch noch Chlormethyl¬

maleinsäureanhydrid und geringe Mengen et -Pyron enthaltenden Dien-Adduktes XV

wurde unter analogen Reaktionsbedingungen durchgeführt. Den Monomethylester XVI

trennte man ebenso durch Kristallisation vom Rohprodukt ab, gab dann jedoch die

mit Diazomethan veresterte Mutterlauge in einen Vigreuxkolben und destillierte am

Hochvakuum vorerst den als Nebenprodukt entstandenen Chlormethyl-maleinsäure-o 27

dimethylester weg (Sdp.Q „_62-63 ; n_ = 1,4719). Nach anschliessender

Destillation des Rückstandes aus einem Hieckmannkolben (0,05 Torr/110-1200 Bad¬

temperatur) erhielt man den l-Chlormethyl-cyclohexa-3,5-dien-l,2-dicarbonsäure-

dimethylester als gelbes Oel, das ohne weitere Reinigung auf gleiche Weise wie der

aus dem kristallinen Monomethylester XVI hergestellte Dimethylester, jedoch separat,

weiterverarbeitet wurde.

- 40 -

1,3,5-Cycloheptatrien-l, 6-dicarbonsäure-dimethylester (XVHI)

5,187 g (21,2 mMol) des Diesters XVH (aus kristallinem Monomethylester)

löste man in 520 ml abs. Benzol, destillierte anschliessend 50 ml des Lösungs¬

mittels unter Stickstoffatmosphäre ab und gab nach dem Erkalten 21,84 ml

(21,84 mMol) einer 1.00-n tert.-butanolischen Kalium-tert.-butylat-Lösung zu.

Danach wurde die orangerot gefärbte Reaktionslösung unter Stickstoffatmosphäre

während 3 Std. bei Zimmertemperatur gerührt.

Zum Aufarbeiten wurde die benzolische Lösung viermal mit Wasser gewaschen

(neutral) und mit Natriumsulfat getrocknet. Die nach dem Abdampfen des Lösungs¬

mittels als gelbes Oel isolierten 4,34 g Rohprodukt kristallisierte man aus Aether-

Hexan und erhielt, nachdem nach zweimaligem Umkristallisieren der Schmelzpunkt

konstant blieb, 3,20 g (72%) 1,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-dimethyl¬

ester als lange, blassgelbe Nadeln vom Smp. 53-54 .

Die ölige Mutterlauge wurde aus einem Kugelrohr am Hochvakuum destilliert

und das bei einer Ofentemperatur von 90-100 (0,03 Torr) übergehende Destillat

zweimal aus Aether-Hexan umkristallisiert. Es resultierten dabei zusätzliche

340 mg Dimethylester vom Smp. 53. Der Smp. der Mischprobe mit dem Produkt

der Hauptmenge betrug 53-54 . Die Gesamtausbeute an analysenreinem 1,3,5-Cyclo-

heptatrien-1,6-dicarbonsäure-dimethylester entsprach somit 80% d.Th.

C^H^O Ber. C 63,45 H 5,81 %11 v 4

Gef. C 63,36 H 5,75 %

UV.-Spektrum: X = 312 mu (3,76), 227 mu (4,48)

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 1710s, 1617m, 1442m cm"1

NMR.-Spektrum: S = 3,05/s (2,0); 3,80/s(6,0); 7,07 Bandenschwerpunkt

eines A,X,-Systems: J-« = 10i 0,5 c/s, J.„ = 6 t 0,5c/s,

JAX* = 1 ± °»5 c/s' JAA' = 0j &H = 7'28 (2'0) und

6H =6,86(2,0) (inCDClg).A

Der Dimethylester XVm ist bei 45-47°/0,001 Torr sublimierbar.

- 41 -

l,6-Di-(hydroxymethyl)-l,3,5-cycloheptatrien (XIX)

In einem mit Rührwerk, Tropftrichter und Rückflusskühler versehenen Zylin-

dergefäss überschichtete man 76 mg (2 mMol) fein pulverisiertes Lithiumalumi¬

niumhydrid mit 5 ml absolutem Aether und kühlte unter Stickstoffatmosphäre auf 0.

Dann wurde eine Lösung von 208 mg (1,0 mMol) 1,3, 5-Cycloheptatrien-l,6-dicar-

bonsäure-dimethylester (XVHI) in abs. Aether unter Rühren langsam zugetropft (H,-

Entwicklung) und die Reaktionslösung anschliessend während 3 Std. 30 Min. bei der

gleichen Temperatur weitergerührt. Hierauf ersetzte man das Eisbad durch eine

Eis-Kochsalzmischung und zerstörte das überschüssige Lithiumaluminiumhydrid

mit Wasser, das man vorsichtig tropfenweise unter Rühren zur Reaktionslösung gab,

bis die Wasserstoff-Entwicklung aufhörte.

Nach dem Entfernen der Kühlung wurden 20 ml gesättigte Seignettesalzlösung

zur Reaktionslösung hinzugefügt, die ätherische Schicht abgetrennt und die wässerige

Phase dreimal mit Aether extrahiert. Die vereinigten ätherischen Lösungen wusch

man mit gesättigter Kochsalzlösung neutral und trocknete mit Natriumsulfat. Die

nach dem Verdampfen des Lösungsmittels isolierten 138 mg Rohprodukt wurden,

bis der Schmelzpunkt konstant blieb, dreimal aus Methylenchlorid-Hexan umkristal¬

lisiert: 82 mg (54%) farblose Kristalle vom Smp. 90-91°.

CqH „0„ Ber. C 71,02 H 7,95 %x*

Gel. C 70,97 H 7,98 %

UV. -Spektrum: X^ = 273 mu (3,70); log 12U = 4,16

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 3615m, 3420m (breit), 993m cm"1

Konzentrationsabhängigkeit der v (OH)-Banden in CHC1, im Konzentrations-

bereich 2-proz.—* 0,16-proz. Lösung:

c = 2%: 3615 cm-1 (Intensität 100%) 3420 cm-1 (Intensität 100%)

c= 0,5%: 3610 cm"1 (Intensität 116%) 3430 cm-1 (Intensität 54%)

c =0,16%: 3612 cm"1 (Intensität 111%) 3435 cm"1 (Intensität 29%)

NMR.-Spektrum: 6 = 2,42/s (2,0); 3,68/s (2,1); 4,17/s (4,0); 6,0-6,62/m

(4,0) (8-proz. Lösung in CDClg)

- 42 -

1,3,5-Cycloheptatrien-l, 6-dicarbonsäure-monomethylester (XX)

Zu einer Lösung von 208 mg (1,0 mMol) l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbon-

säure-dimethylester (XVIII) in 20 ml Methanol gab man 36 mg (0,9 mMol) Natrium¬

hydroxyd in 10 ml Wasser und liess unter Stickstoffatmosphäre während 16 Std. bei

Zimmertemperatur stehen. Danach wurde das Methanol am Wasserstrahlvakuum ent¬

fernt, der Rückstand mit wenig Wasser verdünnt, mit Aether ausgeschüttelt und die

Aetherlösung mit gesättigter Kochsalzlösung neutral gewaschen. Nach dem Trocknen

und Verdampfen des Lösungsmittels erhielt man als Neutralteil 48,2 mg (23%) Oel,

das nach Ht. -Spektrum Ausgangsmaterial ist.

Die wässerig-alkalische Lösung wurde mit eiskalter Salzsäure (1:1) angesäuert

und mit Methylenchlorid extrahiert. Man wusch die organische Lösung dreimal mit

gesättigter Kochsalzlösung, trocknete mit Natriumsulfat, verdampfte das Lösungs¬

mittel und kristallisierte das Rohprodukt einmal aus Methylenchlorid-Hexan um:

107,3 mg (55%) l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-monomethylester als

watteartig verflochtene, feine blassgelbe Nädelchen vom Smp. 122-123°. Zur Ana¬

lyse wurde eine Probe nochmals aus Methylenchlorid-Hexan umkristallisiert

(Smp. 122-123°).

ClnH O Ber. C 61,85 H 5,19 %1U 1U *

Gef. C 61,92 H 5,20 %

pKMCS = 6'92' Aequivalentgewicht: gef. 195, ber. 194

UV.-Spektrum: X = 310 mji (3,71), 227 nm (4,40)

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 3540w, ca. 2600w (breit), 1710s, 1685s,., ,w nm -11617 cm

NMR.-Spektrum: & = 3,06/s (2,0); 3,82/s (3,0); 6,81 - 7,48/m (4,1);

11,2/s (1,0) (inCDClg)

Der Monomethylester XX ist bei 85-86°/0,02 Torr sublimierbar.

- 43 -

1,3,5-Cycloheptatrien-1,6-dicarbons äiire (V)

416 mg (2 mMol) l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-dimethylester

(XVin) wurden in 40 ml Methanol gelöst und mit 20 ml 2-n Natronlauge in Stick¬

stoffatmosphäre während 3 Std. unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Erkalten ent¬

fernte man das Methanol am Rotationsverdampfer und säuerte den Rückstand mit

eiskalter Salzsäure (1:1) an, wobei die Dicarbonsäure als feinflockiger Nieder¬

schlag ausfiel. Man filtrierte durch eine Porzellanfilternutsche, wusch den Nieder¬

schlag auf der Nutsche mehrmals mit Wasser nach und sog scharf ab.

Zum Umkristallisieren wurde der noch feuchte Niederschlag in siedendem

Dioxan gelöst (Zugabe von Dioxan bis eben gelöst), die Lösung bis zur bleibenden

Trübung mit heissem Benzol versetzt und durch Kratzen an der Gefässwand zur

Kristallisation gebracht. Man liess während 20 Std. bei Zimmertemperatur aus-

kristallisieren, nutschte danach die Kristalle ab, trocknete 20 Std. bei 50 /0,05Torr

und erhielt 325 mg (90%) l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure als feine, watte¬

artige Nädelchen von blassgelber Farbe. Smp. 293-295 (Zers.)

CQHftO Ber. C 60,00 H 4,48 %* *

Gef. C 59,91 H 4,44 %

pKMCSl/n = 5,78 (5,78; 6,03)/8,53 (8,59; 8,81);

Aequivalentgewicht: ber. 90; gef. 92 (94; 88)

UV.-Spektrum: X = 300 mu (3,71), 225 mu (4,40)

IR.-Spektrum: Banden u.a. bei ca. 2600w (breit), 1675s, 1610m cm

(in Nujol)

NMR. -Spektrum: & = 2,91/s (2,0); 7,06 Bandenschwerpunkt eines A2X_-Systems (&„ =7,22 (2,0) und &H = 6,91 (2,0));

"A X

ca. 11,8- 13,1/b (2,0) (in Deutero-dimethylsulfoxyd)

Die Dicarbonsäure V ist bis 220°/0,01 Torr unzersetzt sublimierbar.

- 44 -

Bicyclo-[4,1,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbonsäureanhydrid (VI)

Vorversuchej

1) 90 mg (0,50 mMol) l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure (V) wurden

in 100 ml Dioxan heiss gelöst und nach dem Erkalten mit 37 mg (0, 53 mMol)

Aethoxy-acetylen versetzt. Man Hess 15 Std. unter Stickstoffatmosphäre bei Zim¬

mertemperatur stehen und entfernte hierauf das Lösungsmittel am Hochvakuum:

69 mg (77%) Dicarbonsäure V (Ausgangsmaterial; identifiziert durch IR. -Spektrum).

2) Gleiche Mengen von Dicarbonsäure V und Aethoxy-acetylen wie in Versuch

1 wurden in 50 ml absolutem Methylenchlorid aufgeschlämmt, während 16 Std.

unter Stickstoffatmosphäre bei Zimmertemperatur gerührt und danach das heterogene

Reaktionsgemisch filtriert. Es resultierten 77,6 mg (86%) kristallines Ausgangs¬

material (V; identifiziert durch IR. -Spektrum).

3) Man Hess 90 mg (0,50 mMol) Dicarbonsäure V mit 42 mg (0,60 mMol)

Aethoxy-acetylen in 30 ml Dimethylformamid unter Stickstoffatmosphäre während

17 Std. bei Zimmertemperatur reagieren. Nach Destillation der Reaktionslösung

aus einem Vigreuxkolben am Hochvakuum wurde als Destillationsrückstand aus¬

schliesslich Dicarbonsäure V erhalten.

4) 45 mg (0,25 mMol) Cycloheptatrien-dicarbonsäure V wurden mit 32 mg

(0,27 mMol) Thionylchlorid in 6 ml Benzol unter Stickstoffatmosphäre während

2 Std. auf eine Temperatur von 60° erwärmt. Das Material ging nicht in Lösung.

Nach der Filtration des heterogenen Reaktionsgemisches erhielt man als Reaktions-

produkt 41,1 mg (91 %) Dicarbonsäure V.

5) Man erhitzte 45 mg (0,25 mMol) Dicarbonsäure V in 1 ml Acetanhydrid

während 2 Std. unter Rückfluss (Stickstoffatmosphäre). Nach Entfernung des über¬

schüssigen Acetanhydrids am Hochvakuum verblieb ein öliger Rückstand, der nicht

kristallisiert werden konnte: VfcnT1) u.a. 1805s, 1780s, 1720s, 1620m. Dieser

wurde in einem Sublimationsrohr am Hochvakuum während 2 Std. bei 200 erhitzt,

wobei als sublimiertes Produkt im vordem, gekühlten Teil des Rohres 1 mg

(2,5%) kristallines, rohes Norcaradien-anhydrid VI ("5 (CO-O-CO) = 1865m,s 1

1785 cm in CHClo) anfiel. Der schwarze Rückstand im Rohr wurde nicht weiter

untersucht.

6) Man vermischte 45 mg (0,25 mMol) Dicarbonsäure V mit 20 mg

(0,19 mMol) Acetanhydrid und erwärmte 17 Std. unter Stickstoffatmosphäre auf

- 45 -

85-90°. Dabei destillierten 14,7 mg einer Flüssigkeit weg, die nach Et. -Spektrum

ein Gemisch von Acetanhydrid und Essigsäure darstellte. Der Rückstand wurde am

Hochvakuum vorerst während 17 Std. bei 170-180° und dann während 20 Std. bei

190° erhitzt, wonach aus einer mit dem Sublimationsrohr verbundenen Kühlfalle

(Isopropanol-Trockeneis-Gemisch) 1 mg (2,5%) rohes Anhydrid VI und aus dem

Rohr selbst 41,6 mg (92%) sublimierte Cycloheptatrien-dicarbonsäure V isoliert

wurden. (Letztere durch IR. -Spektrum identifiziert).

7) Durch Erhitzen von 45 mg (0,25 mMol) Dicarbonsäure V in 2 ml Acetan¬

hydrid erhielt man 61 mg öliges Rohprodukt (gleiches IR. -Spektrum wie das ent¬

sprechende Rohprodukt von Versuch 5), von dem 37 mg in 2,8 ml Methanol mit

1,4 ml 2-n Natronlauge während 3 Std. 30 Min. unter Rückfluss erhitzt wurden.

Nach der Aufarbeitung, die analog zu derjenigen bei der alkalischen Hydrolyse des

Dimethylesters XVIH erfolgte, erhielt man roh 22 mg (81%) und nach einmaliger

Umkristallisation aus Dioxan-Benzol 13 mg (48% bez. eingesetzte Säure V)

Cycloheptatrien-dicarbonsäure V zurück (identifiziert durch NMR. -Spektrum).

Hauptansatz:

Unter Stickstoffatmosphäre wurden 90 mg (0,50 mMol) 1,3, 5-Cycloheptatrien-

1,6-dicarbonsäure (V) in 4 ml Acetanhydrid während 2 Std. unter Rückfluss erhitzt.

Nach gründlichem Absaugen des Lösungsmittels am Hochvakuum verblieben 114 mg

gelbes, zähflüssiges Reaktionsprodukt: IR.-Spektrum: Banden u.a. bei 1805s,

1775s, 1720s, 1612m cm"1; NMR.-Spektrum: 6 =2,l/s, 2,22/s, 2,30/s (insge¬

samt 2, 5 Protonen entsprechend); 3,06/s, 3, U/s, 3,15/s (insgesamt 2,0 Pro¬

tonenentsprechend); 6,90-7, 58/m (4,2) (in CDClJ. 56 mg obigen Rohproduktes

gab man, gelöst in wenig Dioxan, zu einer Lösung von 23 mg (0,13 mMol)

l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure in ca. 10 ml siedendem Dioxan. Hierauf

wurde das Lösungsmittel am WasserStrahlvakuum scharf abgesaugt (Bad 100°)

und der feste, trockene Rückstand aus dem Rundkölbchen herausgekratzt. Es re¬

sultierten 69,6 mg pulverige Substanz, die man in einem Glasrohr unter Stick¬

stoffatmosphäre während 2 Std. 15 Min. bei 127° (Normaldruck) erhitzte. Nach

dem Erkalten gab man das pulverige, gelbe Reaktionsprodukt in ein Sublimations¬

rohr, schloss eng an dieses ein als Kühlfalle dienendes, U-förmig gebogenes Glas¬

rohr an und verband letzteres mit der Hochvakuumpumpe. Dann wurde die Kühlfalle

mit einer Isopropanol-Trockeneis-Mischung gekühlt und die Substanz bei 0,05 Torr

- 46 -

im Sublimationsofen erhitzt (vgl. unten), wobei die gebildete Norcaradien-Verbin-

dung VI in der Kühlfalle, und die sublimierte Cycloheptatrien-dicarbonsäüre V im

Sublimationsrohr aufgefangen wurde. Zur Isolierung der Norcaradien-Verbindung

entfernte man jeweilen nach den unten angegebenen Reaktionszeiten Kühlung und Ofen,

spülte das System bei Zimmertemperatur mit Stickstoff, schnitt das die kristalline

Norcaradien-Verbindung enthaltende Teilstück des U-Rohres heraus und bewahrte

unter Stickstoff im Kühlschrank auf; dann ersetzte man die Kühlfalle und führte die

Reaktion auf gleiche Weise weiter. Am Ende der Reaktion wurden die Rohprodukte

unter Feuchtigkeitsausschluss aus den aufbewahrten Teilstücken herausgekratzt und

gewogen:

16 Std. bei 145° / 0,05 Torr 3,0 mg rohes Norcaradien-anhydrid VI

23 Std. bei 145°/ " 2,8 mg "

48 Std. bei 160°/ " 5,2 mg"

22 Std. bei 185°/ " 2,5 mg"

Somit betrug die Ausbeute an rohem Norcaradien-dicarbonsäure-anhydrid VI insge¬

samt 13,5 mg (22%, bezogen auf total eingesetzte Säure V).

Aus dem Sublimationsrohr wurden insgesamt 19,2 mg (28%, bezogen auf ein¬

gesetzte Säure V) Cycloheptatrien-dicarbonsäüre V als Sublimationsprodukt isoliert

(identifiziert durch Schmelzpunkt der Mischprobe mit authentischer Säure und

IR. -Spektrum). Der braun gefärbte Rückstand wurde nicht untersucht.

In einem mit Kühlfalle (wie oben) verbundenen Sublimationsrohr, dessen oberer

Teil mit Hilfe einer durch ein Isopropanol-Trockeneisgemisch geleiteten Kupferspi¬

rale gekühlt wurde, sublimierte man 10 mg rohe Norcaradien-Verbindung VI während

15 Std. bei 25-30° / 0,06 Torr. Das analysenreine Produkt, dessen Hauptanteil an

die gekühlte Stelle im Rohr (in der Kühlfalle nur sehr wenig) sublimierte, wurde auf

gleiche Weise wie das Rohprodukt isoliert, wonach 7,6 mg farbloses, kristallines

Bicyclo- [4,1,0] -hepta-2,4-dien-l, 6-dicarbonsäureanhydrid (VI) erhalten wurden.

Verhalten bei der Schmelzpunkt-Bestimmung: Bei ca. 65° Substanz gelb und

"glasig", beim weitern Aufheizen immer dunkler und bei ca. 185° bereits braun¬

schwarz; schwarze Schmelze bei ca. 210°. (Im offenen und geschlossenen Röhrchen

gleiches Verhalten).

CqH60„ Ber. C 66,67 H 3,73 %Gef. C 66,40 H 3,64 %

Thermoelektrische Molekulargewichtsbestimmung: gef. 158,2 (ber. 162,1),in Methylenchlorid

- 47 -

UV.-Spektrum: in Cyclohexan: Xmax = 271 mu (3,42); log t21Q = 3,22;

^mln = 236mu (3,08)

in Isooctan: Xmax = 270 mu (3,34); log t210 = 3,32

Xm.n = 240mp (3,05)

in Aethanol, wobei die Aufenthaltsdauer der Substanz in

Aethanol vor der Aufnahme des Spektrums 1-2 Min. betrug:

X = 308 imi (3,61) 227 mu (4,26)

Xm.n = 262 mu (3,29)

m. -Spektrum: Banden u.a. bei 1862m, 1783s cm (in Nujol)

NMR. -Spektrum: & = 0,81/d/J = 4,5 c/s (1,1); 2,43/d/J = 4,5 c/s (1,0);

6,27 Bandenschwerpunkt eines A2X„-Systems: Jxx,=6±0,5c/s,.1^=10+0,5 c/s, ^, = 1 + 0,5 c/s, JAA, =0;

&HA

= 6,47 (2,0) und & Hx= 6»07 f1.9) (in CDC13; die

Werte der hier angegebenen Anzahl Protonen sind Mittelwer¬

te aus sieben Integrationen).

Anfänglich wurde bei analog durchgeführten Ansätzen das sublimierte rohe Norca-

radien-anhydrid VI mit handelsüblichem Chloroform aus der Kühlfalle in ein Rund-

kölbchen gespült, das Lösungsmittel mit Stickstoff weggeblasen und das Kölbchen

unter Stickstoff verschlossen im Kühlschrank aufbewahrt. Nach zwei- bis dreiwöchi¬

ger Aufbewahrungszeit konnte nur noch ein Teil der Substanz (Anhydrid) mit Chloro¬

form herausgespült werden; der andere, nicht weiter untersuchte Anteil, war auch

in Alkohol unlöslich. Kristallines, rohes Norcaradien-anhydrid VI, das, ohne je

mit Chloroform oder einem andern organischen Lösungsmittel behandelt worden zu

sein, längere Zeit im Kühlschrank unter Stickstoff verschlossen aufbewahrt wurde,

konnte nie quantitativ sublimiert werden. Durch eine Sublimationstemperatur von 50

wurde das Anhydrid VI bereits teilweise zerstört: Die anfänglich farblose Sublima¬

tionsprobe färbte sich dabei gelb und konnte nicht mehr in Chloroform gelöst werden.

Eine Probe (ca. 3-4 mg) des Norcaradien-anhydrids VI wurde in absolutem

Methanol während 2 Std. bei Zimmertemperatur stehen gelassen und nach Entfernung

des Methanols am Vakuum das rohe Produkt bei 85°/0,02 Torr sublimiert. Man

erhielt den l,3,5-Cycloheptatrien-l,6-dicarbonsäure-monomethylester (XX) als blass¬

gelbe Kristalle vom Smp. 122° (identifiziert mit authentischem Monomethylester XX

durch Mischprobe, UV. -Spektrum und IR. -Spektrum in KBr).

- 48 -

ANHANG

Synthese von l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen und Versuche zu dessen

Jodlactonisierung in wässeriger Lösung

39)In der Dissertation von P. Laug über die Bildung hochgliedriger Kohlen¬

stoff-Ringe in wässeriger Lösung wird die Aldolkondensation des Dialdehydes XXX

in wässerig-alkalischer Lösung beschrieben. Als Cyclisationsprodukt wurde dabei

die Verbindung XXXI, ein 20-gliedriger Kohlenstoff-Ring, in Minimalausbeuten

von 62% (in 0,002-m Lösung), 53-57% (in 0,01-m Lösung) und 19% (in 0,05-m

Lösung) erhalten.

CHO

,(CH2)9-CHO HOOC^ ^(CH^g-C^HOOC

C C CH

HOOC^ lCH2)9-CHO HOOC X(CH2)9^XXX XXXI

Diese Resultate berühren die Frage nach dem Kinfluss des wässerigen Milieus auf

das Konstellationsgleichgewicht aliphatischer Kohlenwasserstoff-Ketten, insofern

die Lage dieses Gleichgewichts mit der relativen Leichtigkeit der Bildung hochgliedri¬

ger Kohlenstoff-Ringe in Beziehung steht.

Im Anschluss an diese Arbeit stellte man sich die Frage nach dem Verhalten

der Modell-Verbindung XXXII unter den Reaktionsbedingungen einer Jodlactonisierung*)

in wässerig-alkalischer Lösung '; eine Bildung des 23-Ring-gliedrigen Jodlactons

XXXIII durch eine solche Reaktion, die im Unterschied zur Aldolkondensation in der

produktbestimmenden Stufe irreversibel abläuft, würde weitergehende Schlussfolge¬

rungen über das Vorkommen von pseudo-ringförmigen Edukt-Konstellationen im

wässerigen Milieu erlauben.

*) Jodlactonisierungen in wässerig-alkalischer Lösung sind aus der Literatur '

nur für solche Verbindungen bekannt, die als Cyclisationsprodukte 5-Ring- oder

6-Ring-Jodlactone ergeben. Bezüglich des Reaktionsmechanismus vgl. E . E .

van Tamelen und Mitarbeiter^!).

- 49 -

HOOC (CH2)10-COOH HOOC J^ho'0^

HOOCT ^(CH2)g-CH=CH2 HOOC^ ^(CH2)g-CH^xxxii xxxm

Nachfolgend ist die Synthese der Modellsubstanz XXXII beschrieben.

Durch Alkylierung von Malonsäure-dimethylester mit 11-Jod-l-undecen (XXXIV)

und ll-Jod-undecansäure-N,N-dimethylamid (XXXV) konnte in zwei Stufen das Koh¬

lenstoff-Gerüst der Verbindung XXXII aufgebaut werden. Die Alkylierungskomponente39)

XXXIV wurde nach P. Laug'aus 11-Hydroxy-1-undecen über dessen Mesylat

hergestellt. Als Ausgangsmaterial für die Darstellung der zweiten Komponente (vgl.

Schema 7) diente 11-Brom-undecansäure (XXXVI). Diese wurde mit Thionylchlorid

in das entsprechende Säurechlorid XXXVII (Sdp. n i To r146-147 ) übergeführt und

letzteres mit Dimethylamin zum Amid XXXVIII (Smp. 58-60 ) umgesetzt. Mit Natrium-

jodid in Methanol ergab letztere Verbindung die Alkylierungskomponente XXXV in

einer Ausbeute von 89% (Smp. 59 ).

JCH2-(CH2)8-CH=CH2 JCH2-(CH2)g-CON(CH3)2

XXXIV XXXV

Schema 7

BrCH2-(CH2)g-COOHSOCl2

» BrCH2-(CH2)g-COClXXXVI XXXVII

HN(CH3)2

JCH2-(CH2)9-CON(CH3)2 ,. — BrCH2-(CH2)g-CON(CH3)2

xxxv xxxvm

Die Alkylierungen (vgl. Schema 8), die in Monoglym und mit Kalium-tert. -amylat

als Base durchgeführt wurden, verliefen äusserst glatt. Die Monoalkylierung des

Malonsäure-dimethylesters mit XXXIV lieferte das 1,1-Dicarbomethoxy-ll-dodecen

(XXXDC; Sdp.0 1Torr116-120°) in einer Ausbeute von 85%, und die Alkylierung

- 50 -

dieses Derivates mit XXXV ergab das l-Dimethylaminocarbonyl-ll,ll-dicarbo-

methoxy-21-docosen (XL; Sdp. Q„„

To240-250 ) in 84-proz. Ausbeute.

Schema 8

CH,OOC CH,OOC.

CH,AAAiv

^ CH-(CHjq-CH=CH, XXXDC

CHgOOC^ tert.KOC5Hn ^^XXXV tert. KOCgHjj

CHgOOC (CH2)10-CON(CH3)2C

CHgOOC ^(CH2)9-CH=CH2

In Uebereinstimmung mit der angenommenen Struktur zeigt das IR. -Spektrum von XL

u.a. Banden bei 1727s, 1635s, 995w und 912w cm"1. Im NMR.-Spektrum tritt bei

h =2,92 und b = 2,99 je ein Singlett-Signal auf; diese Signale sind den Protonen

der beiden Methylgruppen des tert. Amides zuzuordnen. Die den drei Protonen der

Vinylgruppe entsprechenden Signale erscheinen als Multiplett bei 6 = 6,12-4, 76.

Zur Ueberführung des Diester-amids XL in die Modellsubstanz XXXII konnte

die formal einfachste Möglichkeit, die Amidgruppe und die Estergruppen in XL durch

entweder alkalische oder saure Hydrolyse gleichzeitig zu verseifen, nicht in Betracht

*)gezogen werden, da aus Vorversuchen bekannt war, dass Amide vom Typus der

Verbindung XL interessanterweise selbst unter sehr energischen Bedingungen kaum

verseift werden. (Alkalikonzentration und Reaktionstemperatur können dabei infolge

Gefahr von Decarboxylierung und Wanderung der Doppelbindung nicht beliebig hoch ge¬

steigert werden). Die Verwirklichung dieses Reaktionsschrittes gelang indessen auf

*) Es wurden Versuche zur alkalischen und sauren Hydrolyse der Amide XLIII und

XLIV durchgeführt; Reaktionsbedingungen und Reaktionsprodukte sind in Sche¬

ma 9 zusammengestellt.

CH3OOC CH3OOC (CH2)10-CON(C2H5)2

^CH-(CH2)10-CON(C2H5)2 y'CHgOOC CHgOOC

'

X(CH2)g-CH=CH2XLm XLIV

- 51 -

Schema 9

XLm

XLin

8 Molaequiv. KOH

CH3OH/H20 (10:1)

20 Std. /Rückfluss

a) 1 Molaequiv. H2S04konz.CHoOH abs. /3 Std. Rückfl.—û ».

b) +13 Molaequiv. KOH

15 Std./Rückfluss

HOOC,X.

HOOC/CH-(CH2)10-CON(C2H5)2

Ausbeute 74%; Smp. 71-72 ; identifiziert

durch Analyse und pKMCS-Bestimmung

(pK^gl/n = 4,89/9,57).

HOOC

CH-(CH2)10-CON(C2H5)2HOOC

Ausbeute 93%; identifiziert durch Smp.

der Mischprobe.

XLm

ca. 1 Molaequiv. H2S04konz.CH,OOC

i

CHoOH abs./3 Std. Rückfluss /Ö

CHgOOC,CH-(CH2)10-CON(C2H5)2

Ausbeute roh 98%; identifiziert durch

dünnschichtchromatographisches Verhalten.

XLIV16 Molaequiv.KOH

CH3OH-H20 (10:1)

16 Std. / Rückfluss

HOOC (CH2)10-CON(C2H5)2C

HOOC (CH2)9 -CH = CH2

Rohprodukt konnte nicht kristallisiert wer¬

den; nach dünnschichtchromatographischem

Verhalten ausschliesslich Dicarbonsäure.

Die Synthese der Amide XLHI und XLIV sowie die Versuche zu deren Hydrolyse

wurden in unseren Laboratorien von Herrn H. Büchi ausgeführt. Ich möchte ihm

für die Ueberlassung obiger Resultate bestens danken.

- 52 -

einem andern Wege (vgl. Schema 10). Durch Einwirkung von Triäthyloxonium-tetra-45-46)

fluorborat auf das Diester-amid XL in absolutem Methylenchlorid bei Zimmer¬

temperatur und nachfolgende Hydrolyse des rohen Reaktionsproduktes mit 0,1-n Salz¬

säure in Dioxan bei Raumtemperatur wurde der Triester XLII erhalten, welcher

durch alkalische Hydrolyse in die Modellsubstanz XXXII übergeführt werden konnte.

Schema 10

CH-OOC (CHJin-CON(CH.)<c „ , Q©BF © CHLOOC (CH,)1Q-CC© *

93

\^y2 10 3 2

(C2H5)3° BF4^3

\/2 10

^N(CHg)2BF4

CH3OOC/ X(CH2)g-CH = CH2 CH2C12 abs-/25° CHjOOC^ (CH2)9-CH = CHj

XL XLI

0,1-n HCl/Dtoxan25°

HOOCx /(CH2)10-COOH ^KOH CHgOOC^ /(CH2)1()-COOC2H5/C\ CH,OH/H,0 /C\

HOOC (CH2)9-CH = CH2 CHgOOC x(CH2)g-CH = CH2

xxxn xm

Der Verlauf der Hydrolyse des Immoniumsalzes XLI ist, wie in Vorversuchen

gefunden wurde, praktisch unabhängig vom pH der Reaktionslösung (untersucht durch

Hydrolyse mit 0,1-n Salzsäure, Pufferlösung vom pH 4 und Pufferlösung vom pH 8).

Die Ausbeute an rohem Triester XLH betrug nach einmaliger Umsetzung von XL

mit dem Oxoniumsalz ca. 70 % (ca. 30% des Rohproduktes waren Ausgangsmaterial;

die Prozentzahlen wurden anhand der Integrationskurve des NMR. -Spektrums des Roh¬

produktes ermittelt). Eine nochmalige Behandlung dieses Produktes mit dem Oxonium¬

salz ergab einen Triester, der noch mit ca. 15% Ausgangs-amid XL verunreinigt

war. Durch Chromatographieren an Silicagel konnte die Verbindung gereinigt werden.

Man erhielt das ölige l-Carbäthoxy-ll,ll-dicarbomethoxy-21-docosen (XLII), dessen

IR. - und NMR. -Spektrum keine Banden, bzw. Signale einer Amidgruppe mehr zeigten,

in einer Ausbeute von 79%. (Bei der chromatographischen Auftrennung wurden 16%

des Diester-amides XL zurückgewonnen).

- 53 -

Da die durch Hydrolyse des Triesters XLII erhaltene rohe Tricarbonsäure XXXII

*)nicht kristallisierte

, reinigte man die Säure über deren Bariumsalz. Die rohe Tri¬

carbonsäure XXXII wurde in 0,1-n Natronlauge (3 Molaequiv. Natriumhydroxyd) ge¬

löst und aus der klaren Lösung durch Zugabe von 1 Molaequiv. Bariumchlorid einweisser

Niederschlag ausgefällt. Man nimmt an, dass dabei die Tricarbonsäure als schwer¬

lösliches Salz des Typus XLV ausfällt und somit von möglichen Decarboxylierungspro-

dukten abgetrennt wird.

OOC. (CH,), «-COONa

OOC (CH2)9-CH = CH

XLV

Die Rückführung des getrockneten Niederschlages in die Tricarbonsäure er¬

folgte mit konz. Schwefelsäure in Aether bei 0 ; das so gereinigte Produkt konnte

danach zur Kristallisation gebracht werden. Man erhielt das l,ll,ll-Tricarboxy-21-

docosen (XXXII; Smp. 66-67°) in 77-proz. Ausbeute (bez. XLII). Die spektroskopischen

Daten sind mit der angenommenen Struktur vereinbar: Das IR. -Spektrum zeigt u.a.

Banden bei 1705s (mit Schulter bei 1750 cm"1), 1642w, 993w und 910m cm"1. Im

NMR. -Spektrum erscheinen die den drei Protonen der Vinylgruppe entsprechenden

Signale als Multiplett bei 6 = 6,12-4,74; bei 6 = 11,25 tritt ein drei Protonen ent¬

sprechendes Singlett-Signal auf, das mit den Protonen der Säuregruppen vereinbar ist.

Die Mikrotitration der Tricarbonsäure in Methylcellosolve-Wasser ergab für die erste

und zweite Dissoziationsstufe einen pK^rc I/n-Wert von 3,97 (4,00)/7,42 (7,31);

der pK?.c„-Wert der dritten Dissoziationsstufe war nicht mehr exakt messbar:

pKt-csm~ll,5 (geschätzt). Von diesen Werten sind der pK^-gl (3,97) und der

pK?._,0III (~11,5) den geminalen Carboxylgruppen der Tricarbonsäure XXXn zuzu-

* 39)ordnen (vgl. die pK^-p.-Werte der substituierten Malonsäure XLVI

,die im unten¬

stehenden Formelbild angegeben sind); der primären Carboxylgruppe entspricht somit

der pKf.cg-Wert der zweiten Dissoziationsstufe (pK,.-,-!! = 7,42).

) In Vorversuchen wurde beobachtet, dass eine Kristallisation der Tricarbonsäure

aus Lösung nur dann möglich war, wenn die Säure rein vorlag; bereits geringeVerunreinigungen genügten, um die Kristallisation zu verhindern.

- 54 -

<uxm~ll>* Kicsn=,^ fMCS= 11>53

HOOC (CH2)10-COOH HOOC (CH2)g-CH = CH2c^ c

HOOC (CH2)g-CH = CH2 HOOC (CH2)g-CH = CH2

t. t^cs1 =(J;;2, pKmcs^'04

XXXH XLVI39^

Aus der Tatsache, dass die pKÎ^cg-Werte der drei Dissoziationsstufen der

Tricarbonsäure XXXII deutlich voneinander verschieden sind und den einzelnen Car-

boxylgruppen eindeutig zugeordnet werden können, ergibt sich eine Möglichkeit, den

Reaktionsverlauf der Jodlactonisierung der Tricarbonsäure in wässerig-alkalischer

Lösung auf einfache Weise zu untersuchen. Da eine Bildung des eingangs erwähnten

Jodlactons XXXIII in wässerigem Milieu unter Partizipation der primären Carboxyl-

gruppe erfolgen würde, wäre zu erwarten, dass im Verlaufe der Reaktion diese Disso¬

ziationsstufe (pKMr„n = 7,42) verschwindet, während die erste und dritte Dissozia¬

tionsstufe sich unwesentlich ändern würden. Durch Mikrotitration des rohen Reaktions¬

produktes ist das Ausmass einer solchen Reaktion rasch und ohne grossen Aufwand

bestimmbar. Würde bei der Jodlactonisierung von XXXH nur teilweise Jodlacton

XXXHI gebildet, so müsste bei der Titration des Rohproduktes das für die zweite

Dissoziationsstufe gefundene Aequivalentgewicht viel grösser sein als dasjenige der

entsprechenden Stufe der Tricarbonsäure; die Werte der für die erste und dritte

Dissoziationsstufe gefundenen Aequivalentgewichte wären hingegen kaum verschieden

von denjenigen der entsprechenden Dissoziationsstufen der Tricarbonsäure.

Die Versuche zur Jodlactonisierung der Modellsubstanz XXXII wurden in wässe¬

riger Kaliumbicarbonatlösung in zwei verschiedenen Verdünnungen durchgeführt:

in 0,1-m und in 0,001-m Lösung. Die genauen Reaktionsbedingungen sowie die exakte

Durchführung werden im Teil "Experimentelles" beschrieben. Die rohen Reaktions¬

produkte der Jodlactonisierungsversuche wurden jeweils im Sinne obiger Erläuterun¬

gen durch Mikrotitration in Methylcellosolve-Wasser untersucht. Dabei konnte ein

Verhalten, wie es oben besprochen wurde, nicht beobachtet werden: Die zweite

Dissoziationsstufe (pK^-p-II = 7,42) war in keinem der untersuchten Reaktionspro¬

dukte verschwunden, und das für diese Dissoziationsstufe gefundene Aequivalentgewicht

lag bei allen Reaktionsprodukten in der Grössenordnung, in welcher dasjenige der

entsprechenden Dissoziationsstufe der Tricarbonsäure liegt.

- 55 -

*)Experimentelles

11-Brom-undecansäurechlorid (XXXVII)

70 g (0,264 Mol) 11-Brom-undecansäure (XXXVI; Fluka purum; Smp. 47-49°)

wurden in 213 g (1,79 Mol) Thionylchlorid während 5 Std. unter Rückfluss erhitzt.

Hierauf entfernte man das überschüssige Thionylchlorid am Wasserstrahlvakuum und

destillierte das Rohprodukt aus einem Vigreuxkolben am Hochvakuum. Man erhielt

das 11-Brom-undecansäurechlorid als leicht gelbliche Flüssigkeit vom Sdp.Q i Torr

146-147° in einer Ausbeute von 61,9 g (82%).

11 -Brom-undecansäure-N,N-dimethylamid (XXXVHI)

In einem Zylindergefäss wurden 120 ml einer 5-n Sodalösung, 300 ml Methylen¬

chlorid und 300 ml Aether vorgelegt, mit einer Eis-Kochsalzmischung gekühlt und

unter starkem Vibrieren mit 20 g (0,445 Mol) in einer Isopropanol-Trockeneismischung

vorgekühltem Dimethylamin versetzt. Dann wurde die Eis-Kochsalzmischung durch

ein Eisbad ersetzt, 62,8 g (0,222 Mol) 11-Brom-undecansäurechlorid (XXXVII) wäh¬

rend 20 Min. zugetropft und das Reaktionsgemisch nach dem Entfernen der Kühlung

während 1 Std. bei Zimmertemperatur weitervibriert.

Zum Aufarbeiten versetzte man mit Wasser, extrahierte mit Methylenchlorid-

Aether (1:4), wusch die organische Lösung einmal mit Wasser, einmal mit 2-n Schwe¬

felsäure und fünfmal mit gesättigter Kochsalzlösung. Das Lösungsmittel wurde nach

dem Trocknen mit Natriumsulfat verdampft und das Rohprodukt (64,2 g) einmal aus

Methylenchlorid-Pentan umkristallisiert, wobei 58,7 g (91%) 11-Brom-undecansäure-

N,N-dimethylamid vom Smp. 58-60 erhalten wurden.

Das Analysenprodukt schmolz nach vier weitem Umkristallisationen aus Methylen¬

chlorid-Pentan bei 59-61°.

Ber. N 4,79 %Gef. N 4,80 %

v (-CO-N(CH3)2) = 1635s cm"1; keine Bande in der

V (OH/NH)-Region

C13H26ONBr

IR. -Spektrum:

*) Vgl. "Allgemeine Bemerkungen" Seite 34.

- 56 -

11 -Jod-undecansäure-N, N-dimethylamid (XXXV)

Man löste 103 g (0,687 Mol) Natriumjodid in 650 ml Methanol, gab dazu eine

Lösung von 50 g (0,171 Mol) 11 -Brom-undecansäure-N,N-dimethylamid (XXXVin)

in 250 ml Methanol und kochte das Reaktionsgemisch während 16 Std. unter Rück-

fluss. Danach wurde die orangefarbene Lösung am Wasserstrahlvakuum eingeengt,

der breiige Rückstand mit wenig Wasser verdünnt und mit Methylenchlorid-Aether

(1:4) ausgeschüttelt. Die organische Lösung wusch man einmal mit 1-n Natrium-

thiosulfatlösung und zweimal mit gesättigter Kochsalzlösung, trocknete mit Natrium¬

sulfat und verdampfte das Lösungsmittel. Nach zweimaligem Umkristallisieren des

Rohproduktes aus Methylenchlorid-Pentan wurden 51,4 g (89%) 11-Jod-undecan¬

säure-N, N-dimethylamid als farblose Kristalle vom Smp. 59 erhalten.

Zur Analyse war eine fünfmal aus Methylenchlorid-Pentan umkristallisierte

Probe eines andern Ansatzes gelangt. Smp. 59-61.

C„H ONJ Ber. C 46,01 H 7,73 %Gef. C 45,77 H 7,95 %

IR. -Spektrum: v (-CO-N(CHg)2) = 1635s cm"1

1,1-Dicarbomethoxy-ll-dodecen (XXXIX)

In einem mit Stickstoff gespülten Zylindergefäss wurden 98 ml (78,5 mMol)

einer 0,8-n benzolischen Kalium-tert. -amylat-Lösung'

vorgelegt, hierauf 50 ml

des Benzols abdestilliert und nach dem Erkalten mit 100 ml absolutem Monoglym

(Aethylenglykoldimethyläther) versetzt. Unter Rühren und Stickstoffatmosphäre

tropfte man dann 14 g (106 mMol) Malonsäure-dimethylester (Fluka puriss. ;

Sdp.10 To

68-69 ) während 10 Min. bei Zimmertemperatur zu, wobei der Kalium-

malonester als weisser Niederschlag ausfiel. Man verdünnte das Reaktionsgemisch

mit 20 ml abs. Monoglym und erwärmte auf 83 (Badtemp. ). Danach wurden 20 g*)

(71,4 mMol) 11-Jod-l-undecen (XXXIV) während 15 Min. zugetropft und anschlies¬

send unter Stickstoffatmosphäre während 18 Std. bei 83° weitergerührt.

*) Hergestellt nach P. Laug

- 57 -

Zum Aufarbeiten wurde die Reaktionsmischung nach dem Abkühlen auf Eis ge¬

gossen, mit konz. Phosphorsäure angesäuert und mit Aether extrahiert. Die ätheri¬

sche Lösung wusch man einmal mit 1-n Natriumthiosulfatlösung, zweimal mit 2-n

Natriumbicarbonatlösung und zweimal mit gesättigter Kochsalzlösung, trocknete mit

Natriumsulfat und verdampfte das Lösungsmittel. Die Destillation des rohen Alky-

lierungsproduktes aus einem Vigreuxkolben am Hochvakuum ergab 17,25 g (85%)

rohes 1,1-Dicarbomethoxy-ll-dodecen vom Sdp.Q

*

Torr116-120

,das direkt

weiter verwendet wurde.

1 -Dimethylaminocarbonyl-11,11 -dicarbomethoxy-21-docosen (XL)

In einem mit Stickstoff gespülten Zylindergefäss wurden 105 ml (61 mMol)

einer 0,58-n benzolischen Kalium-tert. -amylat-Lösung vorgelegt und anschliessend

80 ml Benzol abdestilliert. Zur erkalteten Lösung gab man unter Rühren zuerst

120 ml abs. Monoglym und dann 17,26 g (60,7 mMol) 1,1-Dicarbomethoxy-ll-dodecen

(XXXDC) und erwärmte das Reaktionsgemisch auf 80° (Badtemp. ). Bei dieser Tempe¬

ratur wurde eine Lösung von 20,8 g (61,4 mMol) ll-Jod-undecansäure-N,N-dime-

thylamid (XXXV) in 20 ml abs. Monoglym während 15 Min. zugetropft und unter

Stickstoffatmosphäre während 16 Std. bei 80° weitergerührt.

Zum Aufarbeiten wurde das Reaktionsgemisch auf Eis gegossen, mit konz.

Phosphorsäure angesäuert und mit Aether ausgeschüttelt. Man wusch die Aetherlösung

einmal mit gesättigter Kochsalzlösung, einmal mit 2-n Natriumbicarbonatlösung

und dreimal wieder mit gesättigter Kochsalzlösung, trocknete mit Natriumsulfat und

verdampfte das Lösungsmittel. Zweimalige Destillation des Rohprodukts (30,51 g)

aus einem mit Asbestschnur isolierten Claisenkolben am Hochvakuum lieferte 25,10 g

(84%) 1-Dimethylaminocarbonyl-11,11-dicarbomethoxy-21-docosen als dickflüssiges

Oel vom Sdp.QQ2 Torr

240-250°. n£2 = 1,4714.

C,QH„0,.N Ber. C 70,26 H 10,78 N 2,83 %*

Gef. C 70,41 H 10,86 N 3,02 %

IR.-Spektrum: v(COOCH3) = 1727s cm-1, v (CON(CHg)2) = 1635s cm"1;1 (-CH=CH2) = 995W, 912W cm"1

NMR.-Spektrum: S = 6,12 - 4,76 (m/3,2H/-CH=CH2); 3,68 (s/6,1 H/-OCHg);2,99 und 2,92 (2s/Z6,0 H/-CO-N(CH3)2);2,41-1,0 (Signalhaufen mit (CH0) -Single« bei & = 1,27/Z

37,8 H) (inCDClg)

- 58 -

l-Carbäthoxy-ll,ll-dicarbomethoxy-21-docosen (XLII)

Man löste 32,2 g (65 mMol) l-Dimethylaminocarbonyl-ll,ll-dicarbomethoxy-

21-docosen (XL) in 100 ml absolutem Methylenchlorid, gab dazu 48 ml (81 mMol)*)

einer 1,69-m Lösung von Triäthyloxonium-tetrafluorborat in abs. Methylenchlorid

und liess unter Feuchtigkeitsausschluss während 3 Std. bei Zimmertemperatur

stehen. Danach wurde die homogen gebliebene Reaktionslösung am Wasserstrahlvakuum

vom Methylenchlorid befreit, der Rückstand in 80 ml Dioxan gelöst und mit 35 ml

0,1 -n Salzsäure während einer Stunde bei Zimmertemperatur gerührt.

Zum Aufarbeiten verdünnte man die Reaktionslösung mit 50 ml Wasser, schüttelte

mit Aether aus und wusch die Aetherlösung mit Wasser neutral. Nach dem Trocknen

mit Natriumsulfat und dem Entfernen des Lösungsmittels resultierten 32 g öliges Roh¬

produkt. Dieses enthielt noch ca. 30% Ausgangsmaterial: v(CO-N(CH3)„) =1635mcm-l;

6(-CO-N(CH3)2 = 2,87 und 2,96 (2s/51 ca. 1,8H) (in CC14).Das erhaltene Rohprodukt wurde in 160 ml absolutem Methylenchlorid gelöst

und nochmals mit 38 ml (65 mMol) der 1,69-m Triäthyloxonium-tetrafluorborat-

Lösung in abs. Methylenchlorid versetzt; dann wurde wie bei der vorangehenden Um¬

setzung verfahren und aufgearbeitet. Das Rohprodukt (31,866 g) enthielt nach IR. - und

NMR. -Spektrum schätzungsweise noch 15% Ausgangsmaterial (XL).

Man chromatographierte in zwei Ansätzen je die halbe Menge des öligen Produktes

an der 70-fachen Menge Silicagel mit 15% Wasser (Pro Ansatz: 1120 g Silicagel;

Säule 5 cm/71 cm, aufgezogen mit Hexan; Substanz in Hexan gelöst aufgetragen;

Elutionsvolumen pro Fraktion 2,6 1). Mit Benzol (erste und zweite Benzol-Fraktion)

wurden in den beiden analog ausgeführten Ansätzen insgesamt 25,20 g (79% bez. ein¬

gesetztes Amid XL) l-Carbäthoxy-ll,ll-dicarbomethoxy-21-docosen als farbloses

Oel eluiert.

IR.-Spektrum: V (COOCHg und COOC^Hg) = 1725s cm"1;

V(-CH=CH2) = 1640w cm"1,

&(-CH = CH2) = 995W, 910W cm"1.

*) Hergestellt nach H. Meerwein und Mitarbeiter

- 59 -

NMR. -Spektrum: 6=5,83-4,75 (m/3,0H/-CH=CH2);4,26-3,89 (q, J = 7, 5 cps/2,0H/-O-CH_-CH3);3,67(s/6,0H/-O-CH3), 2,5-1,0 (b, überlagert durch

starkes (CH2)n-Singlett bei 6= 1,29 und (O-CHg-CHg)-Triplett bei 6=1,25 (J ~ 7 cps) / X 41,0 H) (in CC14)

Aether eluierte in zwei Fraktionen insgesamt 5,03 g (16%) 1-Dimethylamino-

carbonyl-ll,ll-dicarbomethoxy-21-docosen (Ausgangsmaterial XL) als gelbes Oel

(identifiziert durch IR. -Spektrum und NMR. -Spektrum).

l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen (XXXII)

25,04 g (50, 5 mMol) l-Carbäthoxy-ll,ll-dicarbomethoxy-21-docosen (XLII)

wurden in 200 ml Aethanol gelöst und mit 17 g (303 mMol) Kaliumhydroxyd in

20 ml Wasser unter Stickstoffatmosphäre während 16 Std. unter Rückfluss erhitzt.

Nach dem Erkalten verdünnte man die Reaktionslösung mit 200 ml Wasser, schüttelte

mit Aether aus und extrahierte die ätherische Lösung dreimal mit je 100 ml 2-n

Natronlauge. Die alkalischen Auszüge vereinigte man mit der wässerigen Reaktionslö¬

sung, säuerte mit eiskalter Salzsäure (1:1) an und extrahierte mit Aether. Dann wur¬

de die Aetherlösung mit gesättigter Kochsalzlösung neutral gewaschen, nach dem

Trocknen mit Natriumsulfat vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand am Hoch-

o *)Vakuum während 16 Std. bei 35 (0,05 Torr.) getrocknet '. Man erhielt danach 22,21g

(*» 100%) rohe Tricarbonsäure als gelbliches Oel, das nicht zur Kristallisation ge¬

bracht werden konnte. plC-^gl/ü = 4,02/7,42; Aequivalentgewicht I/II:

gef. 488/440, ber. je 440.

Zur Ueberführung in das Bariumsalz wurden 22,2 g obigen Rohprodukts (22,2 g

Tricarbonsäure XXXn = 50,5mMol) in 1515ml (151,5mMol) einer 0,1-n wässerigen

Natriumhydroxydlösung unter Erwärmen gelöst. Zu der klaren, heissen Lösung gab

man dann eine ebenfalls heisse Lösung von 12,32 g (50,5 mMol) Bariumchlorid

(BaCl-^HnO) in 200 ml Wasser, wobei ein voluminöser, weisser Niederschlag aus¬

fiel. Man Hess 16 Std. bei Zimmertemperatur stehen, nutschte dann ab, wusch den

*) Das Produkt hielt hartnäckig Lösungsmittel zurück.

- 60 -

Niederschlag auf der Porzellannutsche mit Wasser nach und trocknete anschliessend

während 24 Std. bei 50°/0,05 Torr. Das Bariumsalz XLV wurde als amorph er¬

starrte, weisse Masse in einer Ausbeute von 27,36 g gewonnen.

Zur Rückführung in die Tricarbonsäure kühlte man 13,40 g (137 mMol) kon¬

zentrierte Schwefelsäure in 2 1 Aether auf 0°, gab unter Rühren 27,31 g (45, 8 mMol)

obigen Bariumsalzes hinzu und rührte bei der gleichen Temperatur während 4 Std.

30 Min. weiter. Dann wurde vom ausgeschiedenen Bariumsulfat abfiltriert, die äthe¬

rische Lösung mit gesättigter Kochsalzlösung neutral gewaschen und mit Natriumsul¬

fat getrocknet. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels trocknete man das Rohprodukt

während 16 Std. bei 35°/0,03 Torrund erhielt danach 17,61 g Tricarbonsäure als

zähflüssiges Oel (pK^-çgl/lI = 4,04/7,31 (442/398)), das man zum Kristallisieren in

wenig Essigester löste und bei einer Temperatur von 40 bis zur beginnenden Trübung

mit Heptan versetzte. Dann gab man unter gleichzeitigem Abkühlenlassen tropfenweise

wieder Essigester hinzu, bis die Trübung eben verschwand und impfte (Impfkristalle

aus einem Vorversuch, bei dem die auf analoge Weise hergestellte Säure ohne Lösungs¬

mittel nach 3 Tagen bei Zimmertemperatur teilweise auskristallisierte, die rohen

Kristalle mechanisch vom Oel getrennt und viermal aus Aether-Pentan umkristallisiert

wurden) die klare Lösung bei Raumtemperatur an. Die Kristallisation setzte erst

beim Abkühlen auf 0 langsam ein; man Hess 2 Tage im Kühlschrank auskristallisie¬

ren, trocknete das isolierte Produkt während 20 Std. bei 35 /0,03 Torr und erhielt

15,79 g (71%) l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen in Form farbloser, in kugeligen Ro¬

setten angeordneter Kristalle vom Smp. 66-67,die sich als analysenrein erwiesen

(vgl. Analyse unten). Die Mutterlauge wurde nochmals über das Bariumsalz gereinigt

und ergab nach zweimaliger Umkristallisation des dabei erhaltenen Oeles aus Essig-

ester-Heptan weitere 1,268 g (6%) kristallines Produkt, dessen Mischprobe mit dem Pro¬

dukt der Hauptmenge bei 66-67 schmolz. Die Gesamtausbeute an kristalliner Tri¬

carbonsäure XXXII betrug somit 77% (bez. Triester XLII; 60% bez. eingesetztes

Amid XL).

C9«;H440fi Ber- c 68>15 H 10»07 %*'

Gef. C 68,18 H 9,98 %

Thermoelektrische Molekulargewichtsbestimmung (in Essigester):

gef. 436,0 ; ber. 440,6

IR. -Spektrum: v (COOH) = 1705s cm-1 mit Schulter bei 1750m cm"1,v(-CH=CH2) = 1642W cm"1, 6 (-CH=CH2) = 993W, 910m cm"1

- 61 -

NMR.-Spektrum: S> = 11,25 (s/3,0H/-COOH); 6,12-4,74 (m/3,0H/-CH=CH2);2,57-1,0 (b/38,0H) (in CDClg).

pK^cgl/n = 3,97(4,00)/7,42(7,31); Aequivalentgewicht l/U:

gel. 475(441)/448(399); ber. je 440

pKT-po HI geschätzt: ~ 11,5 (nicht mehr exakt messbar).

Versuche zur Jodlactonisierung von l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen (XXXII)

in wässeriger Kaliumbicarbonatlösung

yersuche_in__0,l-m Lösung_

Verhältnis der Reaktionskomponenten für alle Versuche:

0,1 mMol l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen

0,6 mMol Jod

0,9 mMol Kaliumjodid

0,9 mMol Kaliumbicarbonat

Die Versuche wurden mit unterschiedlichen Reaktionszeiten, jedoch unter sonst gleich¬

bleibenden Bedingungen durchgeführt; auch die Aufarbeitung und die Untersuchung der

Rohprodukte war für jeden Versuch gleich. Nachfolgend wird ein Versuch (Jodlactoni¬

sierung 1) beschrieben.

44 mg (0,1 mMol) 1,11, ll-Tricarboxy-21-docosen wurden in 0,5 ml einer

1,8-m wässerigen Kaliumbicarbonatlösung bei Zimmertemperatur gelöst. (Die Säure

löste sich sehr langsam und war erst nach ca. 2 Std. vollständig gelöst). Dazu gab

man 0,5 ml einer wässerigen Jod-Kaliumjodid-Lösung (1,2-m bez. Jod/1,8-m bez.

Kaliumjodid) und liess die Reaktionslösung im Dunkeln während 15 Min. bei Zim¬

mertemperatur stehen. Danach wurden zur Zerstörung des Jods 7 ml einer 0,1-n

Natriumthiosulfatlösung zugegeben (Entfärbung; Reaktion gestoppt) und hierauf die

Reaktionslösung mit 13 ml eiskalter 0,1-n Salzsäure angesäuert '.

Zum Aufarbeiten wurde das Reaktionsgemisch sofort mit Aether ausgeschüttelt

und die Aetherlösung mit gesättigter Kochsalzlösung/Eis neutral gewaschen. Nach

*) In Vorversuchen wurde beobachtet, dass durch Ansäuern der Reaktionslösung vor

dem Zerstören des Jods durch Natriumthiosulfat die Doppelbindung inXXXII ver¬

mutlich sehr rasch jodiert wird.

- 62 -

dem Trocknen mit Natriumsulfat und dem Entfernen des Lösungsmittels erhielt man

54 mg Rohprodukt. Beilsteinprobe: positiv.

pK^ I/H = 4,06/7,41; Aequivalentgewicht i/H: gef. 630/546;

Alle Versuche sind in Tabelle (S. 63) zusammengefasst.

Versuche in 0^001-m Lösung

Verhältnis der Reaktionskomponenten für alle Versuche:

0,1 mMol l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen

60 mMol Jod

90 mMol Kaliumjodid

90 mMol Kaliumbicarbonat

Auch in dieser Verdünnung blieben die Versuchsbedingungen mit Ausnahme der Reak¬

tionszeiten für alle Versuche gleich. Nachfolgend wird ebenfalls ein Versuch (Jod-

lactonisierung 5) ausführlich beschrieben.

44 mg (0,1 mMol) 1,11, ll-Tricarboxy-21-docosen wurden in 50 ml einer 1,8-m

wässerigen Kaliumbicarbonatlösung bei Zimmertemperatur gelöst und mit 50 ml einer

wässerigen Jod-Kaliumjodid-Lösung (1,2-m bez. Jod/1,8-m bez. Kaliumjodid) ver¬

setzt. Man Hess im Dunkeln während 15 Min. bei Zimmertemperatur stehen. Hierauf

gab man zur Reaktionslösung 61 ml einer 1-n Natriumthiosulfatlösung (Entfärbung)

und säuerte dann mit 100 ml eiskalter 1-n Salzsäure an.

Zum Aufarbeiten wurde mit Aether extrahiert, die ätherische Lösung mit gesättig¬

ter Kochsalzlösung neutral gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und das Lösungs¬

mittel verdampft: Rohprodukt 58,8 mg. Beilsteinprobe: positiv.

pKMCSI/,n = 4>02/7,45; Aequivalentgewicht I/H: gef. 588/517;

Alle Versuche sind in Tabelle (S. 63) zusammengefasst.

- 63 -

Zusammenstellung der Resultate

Versuche in 0,1-m Lösung

Jodlacto-

nisierungReaktionszeit

Rohprodukt/Beilsteinprobe P^CS ** Aequivalentge-

wicht I/n gef.

1 15 Min. 54 mg/ J+ 4,06/7,41 630 / 546

2 22 Std. 54 mg/ J+ 4,17/7,43 1174/459

3 11 Std. 58,9 mg/J+*) 4,47/7,57 1499 / 447

4**) 12 Std. 45,9 mg/ J- 4,05/7,42 507 / 435

Versuche in 0,001-m Lösung

Jodlacto-

nisierungReaktionszeit

Rohprodukt/Beilsteinprobe pKmcs1711

Aequivalentge-wicht i/n gef.

5 15 Min. 58,8 mg/ J+ 4,02/7,45 588 / 517

6 3 Min. 61,6 mg/J+ 3,95/7,08 723 / 510

7 5 Min. ' 66,7 mg/ J+ 3,95/7,42 722 / 609

8 4 Std. 53,4 mg/J+ 4,18/7,49 728 / 597

9 15 Std. 28,8 mg 4,21 /7,33 852 / 737

10 ' 17 Std. 59,0 mg/J+ 4,01 /7,42 733 / 593

*) Thermoelektrische Molekulargewichtsbestimmung des Rohproduktes (aus einem

andern genau gleich durchgeführten Ansätze): gef. 978,9 (in Essigester).**) Dieser Versuch wurde zum Vergleich mit 0,1 mMol 1,11,11-Tricarboxy-

docosan (Produkt aus der Hydrierung von l,ll,ll-Tricarboxy-21-docosen)durchgeführt.

***) Im Kühlschrank.

***) Verhältnis der Reaktionskomponenten wie bei den Versuchen in 0,1-m Lösung.

- 64 -

Die Analysen wurden in der mikroanalytischen Abteilung des Organisch-Chemi¬

schen Institutes der E.T.H. unter der Leitung von Herrn W. Manser ausgeführt,

wofür hier bestens gedankt sei.

Die UV. -Spektren, IR. -Spektren und NMR. -Spektrenwurden im Laboratorium

von Herrn P.-D. Dr. W.Simon aufgenommen; im gleichen Laboratorium wurden

auch die elektrometrischen Mikrotitrationen sowie die thermoelektrischen Molekular¬

gewichtsbestimmungen ausgeführt. Dem Leiter dieses Laboratoriums und seinen

Mitarbeitern möchte ich dafür bestens danken.

Die Aufnahme des NMR. -Spektrums der Verbindung VI (Figur 5a, Seite 28)

verdanke ich Herrn Dr. A. Mêlera (Varian AG. Zürich).

Ferner danke ich Fräulein Dr. D. M eu che und Herrn Dr. W. von

Philipsborn für die wertvollen Ratschläge bei der Berechnung der A„X„-Systeme

in den NMR. -Spektren der Verbindungen VI und XVHI.

Schliesslich möchte ich Herrn Dr. M.Pesaro für die vielen praktischen An¬

regungen und Ratschläge im Laufe der Synthese der Verbindung VI recht herzlich

danken.

- 65 -

ZUSAMMENFASSUNG

Es wird eine von oi-Pyron, bzw. Cumalinsäure ausgehende Synthese von Bi-

cyclo-[4,l,0]-hepta-2,4-dien-l,6-dicarbonsäureanhydrid, einer Verbindung mit dem

Strukturelement des Norcaradiens, beschrieben.

Im Zusammenhang mit der Frage nach der Bildung hochgliedriger Kohlenstoff-

Ringe in wässeriger Lösung wird in einem Anhang die Darstellung von 1,11,11 -Tri-

carboxy-21-docosen und das Verhalten dieser Modellverbindung unter den Reaktions¬

bedingungen einer Jodlactonisierung in wässerig-alkalischer Lösung beschrieben.

- 66 -

LITERATURVERZEICHNIS

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J.prakt.Chemie 2 154, 83 (1940).

LEBENSLAUF

Am 28. April 1933 wurde ich in Chur geboren. Nach sechs Jahren Primar¬

schule trat ich im Herbst 1946 in das Gymnasium der Bündner Kantonsschule ein

und legte dort im Frühling 1953 die Maturitätsprüfung (Typus A) ab. Im Herbst 1955

begann ich mein Studium an der Abteilung für Naturwissenschaften (chemisch-physi¬

kalische Studienrichtung) der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, wo

ich im Herbst 1959 das Diplom als Naturwissenschafter erwarb. Seither arbeitete

ich im Laboratorium für organische Chemie unter der Leitung von Herrn Prof. Dr.

A. Eschenmoser unter anderem an der vorliegenden Promotionsarbeit.

Zürich, im Januar 1963 Roland Darms