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Verfahren zur Herstellung von Diäthinylchinolen
Es ist bereits bekannt, dass sich Alkalimetallverbindungen des Acetylens bzw. der monosubstituierten Acetylene in gleicher Weise wie Grignard- oder andere metallorganische Verbindungen an die Carbonylgruppe von Aldehyden oder Ketonen unter Bildung von sekundären oder tertiären Alkinolen anlagern lassen.
Es wurde nun gefunden, dass überraschenderweise auch die Carbonylgruppen der Chinone dieser Reaktion zugänglich sind und dass man Diäthinylchinole erhält, wenn man Chinone bei erniedrigter Temperatur in flüssigem Ammoniak mit einer Alkalimetallverbindung des Acetylens bzw. eines monosubstituierten Acetylens behandelt.
Als Chinone kommen für diese Umsetzung sowohl p-als auch o-Chinone in Frage, die sowohl mono-als auch polycyclisch sein können.
Beispielsweise seien genannt : p-Benzochinon, o-Benzochinon, Toluchinon, Xylochinon, Durochinon, Naphthochinon, Anthrachinon, Phenanthrenchinon, Pentacenchinon, Chloranil, Bromanil u. ähnl.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird zweckmässig in der Weise durchgeführt, dass man zunächst eine ammoniakalische Lösung einer Alkalimetallverbindung des Acetylens herstellt, indem man ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium oder Lithium, in flüssigem Ammoniak löst und gleichzeitig Acetylen einleitet oder Acetylen bzw. ein monosubstituiertes Acetylen mit einem Alkaliamid in flüssigen Ammoniak umsetzt. In diese Lösung trägt man das Chinon in fester Form oder in einem inerten Lösungsmittel, wie Äther, Dioxan, Tetrahydrofuran, Methylal, Toluol oder Xylol, gelöst ein, wobei man noch einen schwachen Gasstrom von Acetylen durch das Reaktionsgemisch leitet.
Die Umsetzung wird vorteilhaft bei stark erniedrigter Temperatur, z. B. unterhalb 0 C, vorzugsweise zwischen -60 und -30 0 C, vorgenommen. Nach beendigter Reaktion stoppt man die Acetylenzufuhr, neutralisiert die Mischung mit Ammoniumchlorid und lässt das Ammoniak verdunsten.
Die erfindungsgemäss erhaltenen Diäthinylchinole sind im neutralen und schwach alkalischen Medium im allgemeinen beständig, während sie mit Säuren mehr oder weniger leicht Umlagerungen erleiden. Die Konstitution der Verfahrensprodukte kann durch katalytische Hydrierung gesichert werden. Dabei entstehen gesättigte Diole, wobei der Wasserstoffverbrauch der theoretisch berechneten Menge entspricht.
Die Bildung der Diäthinylchinole bei der Einwirkung eines Alkalimetallacetylids auf ein Chinon in flüssigem Ammoniak war nicht zu erwarten.
Zahlreiche Versuche, metallorganische Verbindungen, insbesondere Grignard-Verbindungen, an Chinone anzulagern, zeigen, dass stets Monoanlagerungsverbindungen (Chinole) in geringer Ausbeute entstehen und auch nur dann, wenn es sich um substituierte Chinone, wie Toluchinon, Xylochinon oder Durochinon, handelt.
Vom p-Chinon selbst sind solche Anlagerungsverbindungen noch nicht hergestellt worden [vgl. E. Bamberger und L. Blangey, Ber. 36, 1625 (1903) ; H. M. Crawford und M. McDonald, J. Am. Chem. Soc. 71, 2681 (1949) ; D. E. Worrall und S. Cohen, J. Am. Chem. Soc. 58, 533 (1936)].
Allerdings gelingt die Anlagerung von zwei Molekülen der metallorganischen Verbindung an Chinone mit mehreren kondensierten Ringen, wie Antrachinon oder Phenanthrenchinon. Wegen der Ähnlichkeit der Alkalimetallacetylide mit andern metallorganischen Verbindungen, die z. B. in der eingangs erwähnten Reaktion mit Aldehyden und Ketonen zum Ausdruck kommt, war auch für sie eine Anlagerung an Chinone entsprechend dem Verfahren gemäss der Erfindung nicht zu erwarten.
Als einzige Reaktion eines Chinons mit einer Acetylenverbindung, die zu einem Diäthinylchinol führt, ist in der Literatur die unter Bildung von 9, l O-DiphenyIäthinyl-9, lO-dihydroxy-9, 10-dihydroanthracen verlaufende Umsetzung von Anthrachinon mit Phenyläthinylmagnesiumbromid beschrieben [C. Dufraisse, J. Mathieu und G. Rio, Compt. rend. 227, 937 (1948)]. Wie eigene Versuche ergeben haben, erhält man nach diesem Verfahren bei Verwendung einfacher Chinone keine Anlagerung an die Carbonylgruppen, sondern neben amorphen Produkten unter Reduktion lediglich Hydrochinon. Zu dem gleichen Ergebnis führt auch die Anwendung anderer Äthinierungsmethoden, beispielsweise die
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Behandlung des Chinons mit Lithiumacetylid in
Dioxan oder die Umsetzung mit Acetylen und
Kaliumhydroxyd in Methylal.
Es war also auch auf Grund dieser Versuche überraschend, dass gemäss der Erfindung die Bildung der Diäthinyl- chinole in flüssigem Ammoniak erfolgt, umso mehr als sich Chinon im alkalischen Medium leicht zersetzt und ausserdem mit Ammoniak nicht definierte amorphe Substanzen bilden kann.
Die Verfahrenserzeugnisse stellen wertvolle
Zwischenprodukte dar, die sich nach mannigfachen Reaktionen beispielsweise in Pharmazeutika überführen lassen.
Beispiel l : 1, 4-Diäthinyl-l, 4-dihydroxy-cyclo- hexadien- (2, 5) :
In 300 cm3 mit Methanol und Trockeneis auf -35 bis -400 C gekühltes Ammoniak wird unter Rühren ein Strom von trockenem Acetylen eingeleitet und portionsweise 11 g Natrium in der Weise eingetragen, dass man mit der Zugabe des nächsten Stückchens wartet, bis die jeweils auftretende Blaufärbung wieder verschwunden ist. Dann wird die Acetylenzufuhr bis auf einen schwachen Gasstrom gedrosselt und innerhalb von 20 Minuten eine Lösung von 24 g p-Benzochinon in 200 cm3 trockenem Toluol zugefügt, wobei die Temperatur zwischen -33 und -40 0 C gehalten wird. Es entsteht eine tiefbraune Lösung.
Man rührt noch 8-10 Stunden bei der gleichen Temperatur, neutralisiert dann durch vorsichtige Zugabe von 33 g Ammoniumchlorid und lässt das Ammoniak verdunsten.
Das Toluol wird abdekantiert und der Rückstand zweimal mit je 200 cm3 Essigsäureäthylester 30 Minuten lang auf dem Wasserbad erwärmt.
Die vereinigten Essigesterextrakte wäscht man mit 40 cm3 gesättigter Natriumchloridlösung, trocknet sie über Natriumsulfat, engt ein und digeriert den Rückstand mit 40 cm3 Äther.
Das darin nicht gelöste Produkt wird aus Wasser oder einem Gemisch aus Benzol, Ligroin und Dioxan im Verhältnis 1 : 1 : 1 unter Zugabe von Aktivkohle umkristallisiert und bei 80 C im Trockenschrank getrocknet. Man erhält 11-16 g eines bei 185-188 C schmelzenden Produktes, das noch durch etwas Hydrochinon verunreinigt ist, von dem es sich erst durch mehrfaches Umkristallisieren befreien lässt.
Das reine l, 4-Diäthinyl-l, 4-dihydroxy-cyclohexadien- (2, 5) bildet farblose Nadeln (aus Benzol-LigroinDioxan) oder Blättchen (aus Wasser) vom Schmelzpunkt 1960 C. Das Diacetat schmilzt bei 144-145 C.
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Nach der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift stellt man aus 5 g Natrium in 300 cm3 flüssigem Ammoniak eine Natriumacetylidlösung her, gibt unter Rühren bei-40 C 24 g festes Chloranil zu und rührt bei unveränderter Temperatur 6 Stunden nach. Anschliessend neutralisiert man mit 15 g Ammoniumchlorid und lässt das Ammoniak verdunsten. Der Rückstand wird mit 200 cm3 Wasser aufgenommen, vom Ungelösten (grösstenteils Ausgangsmaterial) abfiltriert und das Filtrat zweimal mit je 200 cm3 Essigsäureäthylester in der Wärme extrahiert.
Der Extrakt wird mit 20 cm3 gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen, getrocknet und eingeengt. Den Kolbenrückstand, der noch etwas Chloranil enthält, kristallisiert man zweimal aus Ligroin-Dioxan (l : l) unter Zugabe von Aktivkohle um, wobei das Ausgangsmaterial
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ein farbloses Kristallpulver vom Schmelzpunkt 2340 C (unter Zersetzung). Die Ausbeute beträgt 5 g.
Durch Hydrierung einer Lösung dieser Verbindung in Essigsäureäthylester mit PalladiumTierkohle und Umkristallisieren aus Ligroin
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vom Schmelzpunkt 136-138 C.
Beispiel 3 : 1,4-Diäthinyl-1,4-dihydroxy-1,4- dihydronaphthalin :
Zu einer Lösung von Natriumacetylid, die nach der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift aus 200 cm3 flüssigem Ammoniak und 5 g Natrium hergestellt wurde, gibt man unter Rühren bei - 55 bis-60 C 5 g 1, 4-Naphthochinon in fester Form zu. Man hält die Temperatur zunächst
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9stündiger Reaktionszeitwird mit 15 gAmmoniumchlorid neutralisiert und das Ammoniak entfernt. Den Rückstand extrahiert man auf dem Wasserbad dreimal mit je 50 cm3 Benzol, filtriert, engt das Filtrat unter vermindertem Druck auf etwa 20 cm3 ein, kocht mit Aktivkohle und filtriert abermals (Kolben und Filter mit etwas heissem Benzol nachwaschen). Zu dem erkalteten Filtrat gibt man 5 cm3 Pyridin und dann Ligroin bis zur Trübung.
Beim Rühren oder Animpfen scheiden sich noch bräunlich gefärbte Kristalle ab, die aus Benzol unter Zugabe von Kohle umkristallisiert werden. Das 1, 4- Diäthinyl-1, 4-di- hydroxy-1, 4-dihydronaphthalin bildet farblose, etwas hygroskopische Prismen, die bei 122 bis 123 C schmelzen.
Beispiel 4 : 9, 10-Diäthinyl-9, 10-dihydroxy- 9, 10-dihydroanthracen :
Aus 200 cm3 3 flüssigem Ammoniak und 5 g Natrium stellt man nach der in Beispiel 1 an- gegebenen Vorschrift eine Natriumacetylidlösung her, trägt bei-40 C 20 g 9, 10-Anthrachinon ein und rührt 20 Stunden bei dieser Temperatur.
Dann wird mit 15 g Ammoniumchlorid neutralisiert, der nach dem Verdunsten des Ammoniaks : erhaltene Rückstand mit 150 cm3 Wasser versetzt, abfiltriert und der Filterrückstand mit 150 cm3 Methanol erwärmt. Nach dem Abkühlen ungelöst bleibendes Ausgangsmaterial wird abgetrennt, das Filtrat unter vermindertem Druck : eingeengt und der Rückstand aus einem Gemisch von Benzol, Ligroin und Dioxan im Verhältnis 1 : 1 : 1 umkristallisiert. Man erhält das 9, 10-Di-
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äthinyl-9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydroanthracen in Form farbloser Blättchen oder Nadeln, die man bei 80 C trocknet. Sie schmelzen bei 199 C unter Zersetzung ; die Ausbeute beträgt 15 g.
Bei der Hydrierung einer alkoholischen Lösung
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thracen, welches aus Ligroin in Form farbloser Nadeln vom Schmelzpunkt 1700 C kristallisiert.
Beispiel 5 : 6, 13-Diäthinyl-6, 13-dihydroxy- 6, 13-dihydropentacen :
Zu einer Natriumacetylidlösung in flüssigem Ammoniak, die nach der in Beispiel 1 angegebenen Weise aus 2 g Natrium hergestellt wird, gibt man bei-40 C 2 g Pentacenchinon.
Nach 24stündiger Reaktionszeit wird das Reaktionsgemisch mit 6 g Ammoniumchlorid neutralisiert, der nach dem Verdunsten des Ammoniaks erhaltene Rückstand mit 100 cm3 Wasser versetzt und abfiltriert. Den Filterrückstand extrahiert man mit 400 cm Äther auf dem Wasserbad und filtriert von nicht gelöstem Ausgangsmaterial (l g) ab. Das ätherische Filtrat wird mit gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen, getrocknet und eingeengt, wobei man 0, 9 g eines rotbraun gefärbten, amorphen Rückstandes erhält. Nach wiederholtem Umfällen aus Essigsäureäthylester und Ligroin erhält man schliesslich ein mikrokristallines, aber noch immer bräunlich gefärbtes Produkt, dessen Schmelzpunkt oberhalb 360 C liegt.
Beispiel 6 : 9, 10-Diäthinyl-9, 10-dihydroxy-
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Zu einer Natriumacetylidlösung, die entsprechend der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift aus 400 cm3 flüssigem Ammoniak und 5 g Natrium hergestellt wird, gibt man bei-40 C 19 g Phenanthrenchinon. Dabei tritt anfangs völlige Lösung ein. Später fällt ein gelblich-weisser Niederschlag aus (vermutlich das Natriumsalz des Alkinols). Nach 20 Stunden wird mit 15 g Ammoniumchlorid neutralisiert, der Rückstand nach dem Verdunsten des Ammoniaks mit 100 cm3 Wasser versetzt und vom Ungelösten abfiltriert. Den Filterrückstand nimmt man in 200 cm3 Äther auf, filtriert abermals und trocknet die ätherische Lösung.
Der nach dem Abdestillieren des Äthers erhaltene Rückstand wird zunächst aus einem Gemisch aus Benzol, Ligroin und Dioxan im Verhältnis 1 : 1 : 1 und dann aus Benzol umkristallisiert. Die erhaltenen 12 g 9, 10-Diäthinyl-9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydrophe- nanthren bilden farblose bis schwach gelbliche Prismen vom Schmelzpunkt 1960 C.
Durch Hydrierung mit Raney-Nickel in Äthanol entsteht aus dieser Verbindung das 9, 10-Diäthyl- 9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydrophenanthren, das aus Benzol in feinen Nadeln vom Schmelzpunkt 121O C kristallisiert.
Beispiel 7 : 1, 4-Di- (phenyläthinyl) -1, 4-di-
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Eisen-III-nitrat und versetzt die erhaltene Lösung portionsweise mit insgesamt 5 g Natrium. Nach Verschwinden der Blaufärbung lässt man zu der Suspension des Natriumamid eine Lösung von 23 g Phenylacetylen in 50 cm3 Toluol zutropfen, rührt eine Stunde bei -35 bis -400 C und gibt dann bei dieser Temperatur eine Lösung von 10 g p-Benzochinon in 100 cm3 Toluol hinzu. Nach achtstündigem Rühren wird das dunkelbraun gefärbte Reaktionsgemisch mit 16 g Ammoniumchlorid neutralisiert und vom Ammoniak befreit. Den Rückstand nimmt man mit 200 cm3 Wasser auf, filtriert vom Unlöslichen ab, trocknet die Toluolschicht des Filtrates mit Natriumsulfat und erhitzt diese Toluollösung mit dem vorher abfiltrieren Produkt eine Stunde am Rückfluss unter Zugabe von Aktivkohle.
Nach dem Filtrieren und Abkühlen erhält man farblose Blättchen vom Schmelzpunkt 176-177 C. Der Filterrückstand wird nochmals in gleicher Weise mit Benzol behandelt. Die Ausbeute
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4-Di- <SEP> (phenyläthinyl) <SEP> -1, <SEP> 4-dihydroxy-cyclo-C22H1602 <SEP> (312, <SEP> 3) <SEP> Ber. <SEP> : <SEP> C <SEP> 84, <SEP> 58 <SEP> H <SEP> 5, <SEP> 16 <SEP>
<tb> Gef. <SEP> : <SEP> C <SEP> 83, <SEP> 71 <SEP> H <SEP> 5, <SEP> 22 <SEP>
<tb>
Beispiel 8 : a) Allgemeine Vorschrift :
In der von TH. Vaughn, R. R. Vogt und J. A.
Niewland in der Zeitschrift Journ. Amer. Chem.
Soc., Band 56 (1934), Seite 2120, angegebenen Vorschrift wird aus einem Mol Lithium in einem Liter flüssigem Ammoniak bei-40 C unter der katalytischen Wirkung von etwa 200 mg kristallwasserhaltigem Eisen-III-nitrat unter Rühren das Lithiumamid hergestellt. Die Bildung des Amids ist beendet, sobald die Blaufärbung verschwunden ist. Dann lässt man 1, 2 Mol des Acetylenderivates langsam zutropfen, rührt noch etwa eine halbe Stunde nach und gibt dann bei - 40 bis-42 C etwa 0, 4 Mol p-Benzochinon, gelöst in Äther oder einem andern inerten absoluten organischen Lösungsmittel, z. B. Toluol, innerhalb von etwa 15 bis 20 Minuten zu.
Nach beendeter Umsetzung-die Reaktionsdauer ist nachstehend bei den einzelnen Verbindungen angegeben-wird das Reaktionsgemisch auf - 500 C abgekühlt und mit 3 Mol Ammoniumchlorid (fest) neutralisiert. Das Ammoniak wird dann verdunsten gelassen. Den Rückstand nimmt man, sofern nachstehend unter den einzelnen Verbindungen keine andern Angaben gemacht sind, in 3/4 l Wasser auf, filtriert sofort ab und wäscht gut mit kaltem Wasser nach. Der trockene Filterrückstand wird in der jeweils angegebenen Weise weiter aufgearbeitet. b) 1. 1, 4-Dihydroxy-1, 4-bis-[4-methoxy-buten- (3)-in- (l)-yl]-cyclohexadien- (2, 5) : i Ansatz : 7 g Lithium,
95 g Methoxybutenin,
40 g p-Benzochinon, in Äther gelöst.
Reaktionsdauer : 5 Stunden. 1
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Das isolierte Rohprodukt wird aus Pyridin umkristallisiert. Es kristallisiert ausserdem gut aus Toluol, Benzol oder einer Mischung aus Äthanol und Essigsäureäthylester. Die Ausbeute beträgt 20%. Der Schmelzpunkt der Verbindung liegt bei 168-1700 C.
2. I, 4- Dihydroxy-I, 4-bis-[3-methoxy-propin- (l)-yl]-cyclohexadien- (2, 5) : Ansatz : 7 g Lithium,
80 g Propargylmethyläther,
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Reaktionsdauer : 3-4 Stunden.
Nach dem Verdunsten des Ammoniaks wird nicht mit Wasser aufgenommen, sondern der feste Rückstand zweimal mit Essigester auf dem Wasserbad extrahiert. Beim Einengen der Lösung kristallisiert das Cyclohexadienderivat aus. Nach dem Abfiltrieren des Niederschlages kann aus dem Filtrat der darin noch enthaltene Teil der Verbindung durch Ligroin-Zusatz ausgefällt werden. Die Verbindung ist leicht löslich in Alkohol, Aceton, Essigester, heissem Benzol, heissem Toluol und heissem Wasser, unlöslich in Äther und Ligroin. Die Ausbeute beträgt 27%, der Schmelzpunkt 105 C.
3. 1, 4-Dihydroxy-1, 4-bis- [buten- (3)-in- (1)-yl]- cyclohexadien- (2, 5) : Ansatz : 8 g Lithium,
55 g Vinylacetylen (gelöst in
100 cm3 Äther),
40 g p-Benzochinon in Äther gelöst.
Reaktionsdauer : 17 Stunden.
Nach dem Abdampfen des Ammoniaks wird der Rückstand mit Essigester auf dem Wasserbad extrahiert. Der Essigesterextrakt wird zur Trockne eingedampft und der feste Rückstand aus Toluol oder Chlorbenzol unter Zusatz von Aktivkohle umkristallisiert. Ausbeute : 60%. Schmelzpunkt der Verbindung 167 C unter Zersetzung (der Schmelzpunkt ist nur erkennbar bei vorherigem Erhitzen des Schmelzpunktapparates auf etwa 162-1640 C.