Verfahren zur Herstellung von Diäthinylchinolen
Es ist bereits bekannt, dass sich Alkalimetallver- bindungen 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 daJ3 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 monoals auch polycyclisch sein können. Beispielsweise seien genannt : p-Benzochinon, o-Benzochinon, Toluchinone, Xylochinone, Durochinon, Naphthochinone, Anthrachinone, Phenanthrenchinone, Penthacenchinone, Chloranil, Bromanil und ähnliche.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird zweckmässig in der Weise durchgeführt, dass man zunächst eine ammoniakalische Lösung einer Alkalimetallver- bindung 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 bis-30 C, vorgenommen.
Nach beendigter Reaktion stoppt man die Acetylenzufuhr, neutralisiert die Mischung mit Ammoniumchlorid und lässt das Ammoniak verdunsten.
Die erfindungsgemäss erhaltenen Diäthylchinole 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 [vergleiche E. Bamberger und L. Blangey, Ber. 36, 1625 (1903) ; H. M. Crawford und M. Mcdonald, J. Am. Chem.
Soc. 71, 2681 (1949) ; D. E. Worral und S. Cohen, J. Am. Chem. Soc. 58, 533 (1936)]. Allerdings gelingt die Anlagerung von zwei Molekülen der metallorganischen Verbindung g an Chinone mit mehreren kondensierten Ringen, wie Anthrachinon oder Phenanthrenchinon. Wegen der Ahnlichkeit der Alkalimetallacetylide mit anderen metallorganischen Verbindungen, die z. B. in der ein gangs 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, 10-Diphenyläthinyl-9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydro- anthracen 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 g anderer Athinierungsmethoden, beispielsweise die Behandlung des Chinons mit Lithiumacetylid in Dioxan oder die Umsetzung mit Acetylen und Kalium hydroxyd in Methylal. Es war also auch auf Grund dieser Versuche überraschend, dass gemäss der Er findung die Bildung der Diäthinylchinole in flüssigem Ammoniak erfolgt, um so 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 über- führen lassen.
Beispiel 1 1, 4-Diäthinyl-1, 4-dihydroxy-cyclohexadien- (2, 5)
In 300cm3 mit Methanol und Trockeneis auf -35 bis-40 C gekühltes Ammoniak wird unter Rüh- ren 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-400 C gehalten wird. Es entsteht eine tiefbraune Lösung.
Man rührt noch 8 bis 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 Rück- stand zweimal mit je 200cm3 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 Ather. 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 bis 16 g eines bei 185 bis 188 C schmelzenden Produktes, das noch durch etwas Hydrochinon verunreinigt ist, von dem es sich erst durch mehrfaches Umkristallisieren befreien lässt. Das reine 1, 4 Diäthinyl-1, 4-dihydroxy-cyclohexadien- (2, 5) bildet farblose Nadeln (aus Benzol-Ligroin-Dioxan) oder Blättchen (aus Wasser) vom Schmelzpunkt 196 C.
Das Diacetat schmilzt bei 144 bis 145 C.
Beispiel 2
2, 3, 5, 6-Tetrachlor-1, 4-diathinyl-1, 4-dihydroxy- cyclohexadien- (2, 5)
Nach der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift stellt man aus 5 g Natrium in 300 cm3 flüssigem Ammoniak eine Natriumacetylid'lösung 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 (1 : 1) unter Zugabe von Aktivkohle um, wobei das Ausgangsmaterial ungelöst bleibt. Das 2, 3, 5, 6-Tetrachlor-1, 4 diäthinyl-1, 4-dihydroxy-cyclohexandien- (2, 5) bildet ein farbloses Kristallpulver vom Schmelzpunkt 234 C (unter Zersetzung). Die Ausbeute beträgt 5 g.
Durch Hydrierung einer Lösung dieser Verbindung in Essigsäureäthylester mit Palladium-Tierkohle und Umkristallisieren aus Ligroin erhält man das 2, 3, 5, 6-Tetrachlor-1, 4 diäthyl-cyclohexan-diol-(l, 4) in Form farbloser Nadeln vom Schmelzpunkt 136 bis 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-600 C 5 g 1, 4-Naphthochinon in fester Form zu. Man hält die Temperatur zunächst 2 Stunden bei-55 bis -60 C und lässt sie dann langsam auf-40 C ansteigen. Nach insgesamt 9 stündiger Reaktionszeit wird mit 15 g Ammoniumchlorid 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 wer den. Das 1, 4-Diäthinyl-1, 4-dihydroxy-1, 4-dihydro naphthalin bildet farblose, etwas hygroskopische
Prismen, die bei 122 bis 123 C schmelzen.
Beispiel 4
9, 10-dia"hinyl-9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydroanthracen
Aus 200cm3 flüssigem Ammoniak und 5 g Natrium stellt man nach der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift eine Natriumacetylidlösung her, trägt bei -40 C 20 g 9, 10-Anthrachinon ein und rührt 20 Stunden bei dieser Temperatur. Dann wird mit
15g 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 Ver hältnis 1 : 1 : 1 umkristallisiert.
Man erhält das 9, 10 DiÏthinyl-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 dieser Substanz mit Raney-Nickel erhält man das 9, lO ; Diäthyl-9, 10dihydroxy-9, 10-dihydroanthracen, welches aus Ligroin in Form farbloser Nadeln vom Schmelzpunkt 170 C kristallisiert.
Beispiel 5 6, 13-Didthinyl-6, 13-dihydroxy-6, 13-dihydropentacen
Zu einer Natriumacetylidlosung 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 cm3 Ather auf dem Wasserbad und filtriert von nicht gelöstem Ausgangsmaterial (1 kg) 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-Didthinyl-9, 10-dihydroxy-
9, 10-dihydrophenanthren
Zu einer Natriumacetylidlosung,. 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 gelblichweisser 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 Ather auf, fitriert abermals und trocknet die ätherische Lösung.
Der nach dem Abdestillieren des Athers 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-DiÏthinyl-9, 10-dihydroxy-9, 10-dihydro- phenanthren bilden farblose bis schwach gelbliche Prismen vom Schmelzpunkt 196 C.
Durch Hydrierung mit Raney-Nickel in Athanol entsteht aus dieser Verbindung das 9, 10-Diäthyl-9, 10 dihydroxy-9, 10-dihydrophenanthren, das aus Benzol in feinen Nadeln vom Schmelzpunkt 121 C kristallisier.
Beispiel 7 1, 4-Di-(phenylÏthinyl)-1,4-dihydroxy cyclohexadien-2, 5
Man gibt in etwa 300 cm3 flüssiges Ammoniak 200 mg feingepulvertes, kristallwasserhaltiges Eisen- III-nibrat und versetzt die erhaltene Lösung portionsweise mit insgesamt 5 g Natrium. Nach Verschwinden der Blaufärbung lässt man zu der Suspension des Natriumamids eine Lösung von 23 g Phenylacetylen in 50 cm3 Toluol zutropfen, rührt eine Stunde bei-35 bis 409 C und gibt dann bei dieser Temperatur eine Lösung von 10 g p-Benzochinon in 100 cm3 Toluol hinzu. Nach achtstündigem Rühren wird das dunkel- braun 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 abfiltrierten Produkt eine Stunde am Rückfluss unter Zugabe von Aktivkohle. Nach dem Filtrieren und Abkühlen erhält man farblose Blättchen vom Schmelzpunkt 176 bis 177 C. Der Filterrückstand wird nochmals in gleicher Weise mit Benzol behandelt. Die Ausbeute an 1, 4-Di (phenyläthinyl)-1, 4-dihydroxy-cyclohexadien-2, 5 beträgt 7 g (24 I/D der Theorie).
C22H16O2 (312, 3) Ber. C 84, 58 H 5, 16
Gef. C 83, 71 H 5, 22
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 Vor- schrift 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 zu tropfen, ruhrt noch etwa 1/Stunde nach und gibt dann bei-40 bis-420 etwa 0, 4 Mol p-Benzochinon, gelöst in Ather oder einem anderen 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-50 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 anderen Angaben gemacht sind, in 3/41 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 (I)-yl]-cyclohexadien- (2, 5)
Ansatz : 7 g Lithium
95 g Methoxybutenin
40 g p-Benzochinon in Ather gelöst.
Reaktionsdauer : 5 Stunden.
Das isolierte Rohprodukt wird aus Pyridin umkristallisiert. Es kristallisiert ausserdem gut aus Toluol, Benzol oder einer Mischung aus Athanol und Essigsäureäthylester. Die Ausbeute beträgt 20 ?. Der Schmelzpunkt der Verbindung liegt bei 168 bis 170 C.
2. 1, 4-Dihydroxy-1, 4-bis- [3-methoxy-propin- (I)-yfl- cyclohexadien- (2, 5)
Ansatz : 7 g Lithium
80 g Propargylmethyläther
40 g p-Benzochinon in Äther gelöst.
Reaktionsdauer : 3 bis 4 Stunden.
Nach dem Verdunsten des Ammoniaks wird nicht mit Wasser aufgenommen, sondern der feste Rück- stand 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 Ligroinzusatz ausgefällt werden. Die Verbindung ist leicht löslich in Alkohol, Aceton, Essigester, heissem Benzol, heissem Toluol und heissem Wasser, unlöslich in Ather und Ligroin. Die Ausbeute beträgt 27 II/D, der Schmelzpunkt 105 C.
3. 1, 4-Dihydroxy-1, 4-bis- [buten- (3)-in- (1)-yl]-cyclo- hexadien- (2, 5)
Ansatz : 8 g Lithium 55 g Vinylacetylen (gelöst in 100 cm3
Ather)
40 g p-Benzochinon in Ather gelöst.
Reaktionsdauer : 17 Stunden.
Nach dem Abdampfen des Ammoniaks wird der Rückstand mit Essigester auf dem Wasserbad extra hiert. Der Essigesterextrakt wird zur Trockne eingedampft und der feste Rückstand aus Toluol oder Chlorbenzol unter Zusatz von Aktivkohle umkristallisiert. Ausbeute : 60"/e. Schmelzpunkt der Verbindung 167 C unter Zersetzung (der Schmelzpunkt ist nur erkennbar bei vorherigem Erhitzen des Schmelzpunktapparates auf etwa 162 bis 164 C.