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Verfahren zur Herstellung von alicyclischen stickstoffhaltigen Verbindungen
mit Reduktonseigenschaften Nach Hodge und Rist (Journ. Amer. Chem. Soc., Bd. 75,
1953, S. 316) erhält man aus Glucose und anderen Hexosen durch Umsetzung mit Piperidin
eine Verbindung mit Reduktonseigenschaften, die z. B. Dichlorphenolindophenollösung
in saurer Lösung entfärbt und den Ti(IV)-Pyridin-Test auf Reduktone nach Weygand
und Csendes gibt (Chemische Berichte, Bd. 85, 1952, S. 45ff.). Die erhaltene Verbindung
ist das N-[l-Methyl-1,2,3 - trihydroxy - cyclopenten - (2> - yliden - (4)] -
piperidiniumbetain-(N + 3) der nachstehenden Formel:
Durch Wasserabspaltung und katalytische Hydrierung erhält man hieraus unter Aufnahme
von 1 Mol Wasserstoff die Verbindung der Formel
die, bezeichnet man die Verbindung I gemäß der Entstehungsweise - als Piperidinohexose-redukton,
ein Dihydro-anhydropiperidino-hexose-redukton ist.
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Die vorstehend angegebene Darstellungsweise ist jedoch nicht allgemein
anwendbar, wenn auch das Piperidin durch einige andere sekundäre Amine ersetzt werden
kann. Es gelingt aber beispielsweise die Herstellung von Verbindungen ohne Methylgruppen
aus Pentosen auf diesem Wege nicht. Da die Verbindungen wertvolle Antioxydantien
darstellen, besteht ein großes
Interesse an einem allgemein durchführbaren, in guter
Ausbeute verlaufenden Verfahren.
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Es wurde nun gefunden, daß man alicyclische stickstoffhaltige Verbindungen
mit Reduktoneigenschaften in einfacher Weise dadurch herstellen kann, daß man 1,2-Diketocyclopentane
oder -cyclohexane, die in a-Stellung zu einer Ketogruppe ein reaktionsfähiges Halogenatom
tragen, oder deren Enolisierungsprodukte mit sekundären organischen Aminen umsetzt.
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Die als Ausgangsverbindungen in Betracht kommenden 1 ,2-Diketocyclopentane
bzw. -hexane oder ihre Enolisierungsprodukte können in der von Hesse und Breig in
Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 592, 1955, S. 120 beschriebenen Weise hergestellt
werden. Von besonderem Interesse ist, daß sich auch das methylgruppenfreie 3-Chlor-1,2-diketocyclopentan
bzw. dessen Enolisierungsprodukt, das 3-Chlorcyclopenten- (2) -on- (1) -ol- (2)
(Dieckmann, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Bd. 35, 1902, S. 3201,
G. Hesse und Mitarbeiter, Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 192, 1955, S. 139 und
H. W. Wanzlik und Mitarbeiter, Chemische Berichte, Bd. 89, 1956, S. 1047) für das
Verfahren eignen.
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Als sekundäre organische Amine kommen die verschiedensten Basen der
aliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Reihe in Betracht. Im einzelnen
seien genannt: Diäthylamin, Methyloctadecylamin, Hexamethylenimin, N-Methylcyclohexylamin,
N-Methylanilin, Morpholin und Piperidin.
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Die Umsetzung der Reaktionsteilnehmer erfolgt zweckmäßig in Gegenwart
indifferenter Lösungs- und Verdünnungsmittel. Als solche kommen vor allen Dingen
aromatische
Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol oder Xylol, gegebenenfalls im Gemisch mit
aliphatischen Kohlenwasserstoffen, in Betracht. Die Umsetzungstemperatur kann in
weiten Grenzen schwanken. Normalerweise arbeitet man bei Temperaturen zwischen etwa
40 und 800 C. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, die Umsetzung bei höheren Temperaturen,
z. B. bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels, unter Rückfluß vorzunehmen. Auch
ist die Anwendung von Überdruck ohne weiteres möglich. Sie empfiehlt sich vor allen
Dingen, wenn es sich um den Einsatz leicht flüchtiger Amine handelt. Andererseits
ist es bei stark exothermen Verlauf der Umsetzung zweckmäßig, das Reaktionsgemisch
zu kühlen und die Umsetzungstemperatur zwischen 0 und 20"C und sogar noch darunter
zu halten.
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Die entstehenden Verbindungen sind in den als Lösungsmittel für die
Ausgangsverbindungen bevorzugt verwendbaren aromatischen Kohlenwasserstoffen meist
unlöslich und fallen somit bei fortschreitender Umsetzung aus. Der Niederschlag,
der durch gleichzeitig ausfallendes Salz der eingesetzten Aminbase verunreinigt
ist, wird durch Behandeln mit Wasser von den Verunreinigungen gereinigt. Durch Umkristallisieren
oder Sublimieren lassen sich die entstandenen alicyclischen stickstoffhaltigen Verbindungen,
die Reduktoneigenschaften besitzen, in einfacher Weise rein gewinnen.
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Beispiel 1 Zu der Lösung von 4,47 g l-Methyl-Schlor-cyclopenten-(1)-ol-(2)-on-(3)
in 30 ccm wasserfreiem Benzol werden unter Kühlen mit einer Eis-Kochsalz-Mischung
langsam 40 ccm Piperidin zutropfen gelassen. Nach zweistündigem Stehen des Reaktionsgemisches
bei Zimmertemperatur wird von der ausgefallenen Kristallmasse abgesaugt und das
Filtrat im Vakuum unter Stickstoff eingedampft. Der verbleibende Rückstand wird
mit Wasser verrieben, wobei das Piperidinhydrochlorid in Lösung geht. Nach dem Trocknen
wird der Rückstand aus einem Benzol-Ligroin-Gemisch (2:3 Volumteile) umkristallisiert.
Die Ausbeute beträgt mehr als 7501o der Theorie. Das N-[1-Methyl-2,3-dihydroxycyclopenten-(2)-yliden-(4)]-piperidiniumbetain-(N
3) ist im Hochvakuum sublimierbar und gibt die obengenannten Reaktionen auf Endiole.
Der Schmelzpunkt dieser Verbindung ist 153,50 C.
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Beispiel 2 Ein Gemisch aus 2,65 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2),
4,1 g Piperidin und 25 ccm Benzol wird 6 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre unter
Rückfluß erhitzt.
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Nach dem Einengen des Reaktionsgemisches im Vakuum wird der Rückstand
mit 25 ccm Wasser digeriert, wobei Piperidinhydrochlorid in Lösung geht. Die Ausbeute
an N-[1,2-Dihydroxy-cyclopenten- (1) -yliden- (3)] -piperidiniumbetain-(N > 2)
beträgt 2,94 g (= 8101o der Theorie); nach Umkristallisieren aus einem Gemisch von
Benzol-Benzin (Kp. = 50 bis 800 C) und Alkohol (40:20:3 Volumteile) beträgt die
Ausbeute 2,70 g, wovon 0,4 g durch Konzentrieren der Mutterlauge erhalten worden
waren. Die Verbindung besitzt einen Fp. von 178 bis 1800C.
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Beispiel 3 10 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2), 100 g absolutes
Benzol und 20 g Morpholin werden unter Stickstoff 1 Stunde auf 60"C erhitzt. Das
Reaktionsgemisch wird über Nacht stehengelassen und der ausgeschiedene Niederschlag
dann abgesaugt. Zur Entfernung des neben dem N-[1,2-Dihydroxy-cyclopenten (1) -yliden-
(3)] -morpholiniumbetain- (N + 2) anfallenden Morpholinhydro-
chlorids wird der Niederschlag
mit Wasser digeriert.
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Die benzolischen Mutterlaugen werden zur Verbesserung der Ausbeute
im Vakuum unter Stickstoff eingedampft, und der Rückstand wird ebenfalls mit Wasser
digeriert.
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Das in Wasser schwerlösliche Reaktionsprodukt kann durch Sublimation
im Vakuum gereinigt werden. Die Ausbeute beträgt 12,4 g (= 6701 der Theorie). Die
Verbindung schmilzt bei 233 bis 2350 C unter Zersetzung.
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Beispiel 4 Zu einer Suspension von 1,28 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2)
in 30 ccm absolutem Benzol werden 10 ccm Diäthylamin gegeben, und das Reaktionsgemisch
wird in einem Druckgefäß 8 Stunden auf 1000 C erhitzt. Nach dem Eindampfen im Vakuum
unter Stickstoff wird der Rückstand mit 20 ccm Wasser verrieben. Nach dem Dekantieren
und Trocknen verbleiben 0,84g (= 520in der Theorie) N-[1,2-Dihydroxy-cyclopenten-(l)-yliden-(3)]-diäthylammoniumbetain-(N
2).
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Nach dem Umkristallisieren aus Benzol unter Zusatz geringer Mengen
Aktivkohle schmilzt die Verbindung bei 1230 C. Nach der Sublimation im Vakuum liegt
der Schmelzpunkt dieser Verbindung bei 128°C.
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Beispiel 5 Ein Gemisch aus 1,3 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2),
25 ccm absolutem Benzol und 6,3 g Methyloctadecylamin wird 8 Stunden auf 60 bis
80"C erhitzt.
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Nach dem Abdestillieren des Benzols im Vakuum unter Stickstoff wird
der Rückstand mit 100 ccm Petroläther digeriert. Aus dem Rückstand wird durch kontinuierliche
Extraktion mit Petroläther das Reduktonderivat ausgezogen. Durch Eindampfen des
Petrolätherauszugs erhält man das N-[1 ,2-Dihydroxy-cyclopenten- (1) -yliden-(3)]-methyloctadecylammoniumbetain-(N
2). Die Verbindung wird zunächst aus Aceton in Gegenwart einer geringen Menge Aktivkohle
und anschließend aus Petroläther umkristallisiert. Der Schmelzpunkt der so gereinigten
Verbindung liegt bei 93 bis 950 C.
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Beispiel 6 2 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2), 3,4 g N-methyl-cyclohexylamin
und 40 ccm absolutes Benzol werden 32 Stunden auf 55 bis 75"C erhitzt. Nach dem
Abdestillieren des Benzols im Vakuum wird das in großen Kristallen abgeschiedene
Methylcyclohexylammoniumhydrochlorid mechanisch abgetrennt, worauf der Rückstand
mit Wasser digeriert wird. Das in Wasser unlösliche N- [1,2-Dihydroxy-cyclopenten
(1) (1) -yliden- (3)]-methyl-cyclohexylammoniumbetain-(N -t 2) wird in einer Ausbeute
von 1,36 g (= 440/, der Theorie) erhalten. Nach der Sublimation im Vakuum schmilzt
die Verbindung bei 183 bis 185"C.
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Beispiel 7 1,57 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2), 2,7 g N-Methylanilin
und 20 ccm absolutes Benzol werden 17 Stunden auf 70 bis 80" C erhitzt. Nach dem
Abdampfen des Benzols im Vakuum unter Stickstoff und digerieren des Rückstandes
mit Wasser, bis das Filtrat chiorionenfrei ist, erhält man das N-[1,2-Dihydro-cyclopenten-(l)-yliden-
(3)] -N-methylaniiiniumbetain- (N + 2) in einer Ausbeute von 0,89 g (=53 0/, der
Theorie). Nach der Sublimation im Vakuum schmilzt die Verbindung bei 172 bis 175"C.
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Beispiel 8 1,32 g 3-Chlor-cyclopenten-(2)-on-(1)-ol-(2), 2,25 g Hexamethylenimin
und 20 ccm absolutes Benzol werden unter Stickstoff 8 Stunden auf 40 bis 600 C erhitzt.
Nach
dem Aufarbeiten des Reaktionsgemisches in der im Beispiel 7
angegebenen Weise erhält man das N-[1 ,2-Dihydroxy- cyclopenten - (1)- - yliden
- (3)] -hexamethyleniminium-betain in einer Ausbeute von 1,3 g (= 67°/o der Theorie).
Beim Einengen der wäßrigen Lösung fallen noch 0,27 g (= 12°/o der Theorie) an der
genannten Verbindung an. Sie wird aus Benzol in Gegenwart von geringen Mengen Aktivkohle
umkristallisiert. Die Ausbeute beträgt dann 1,23 g (= 6301, der Theorie). Die Verbindung
hat einen Schmelzpunkt von 170 bis 1730 C.
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Beispiel 9 Die Lösung von 1,5 g 3-Chlor-cyclohexan-dion-(l ,2) in
14 ccm absolutem Benzol wird mit einer Lösung von 3,6 g Piperidin in 14 ccm absolutem
Benzol versetzt, und das Gemisch wird unter Stickstoff 6 Stunden unter Rückfluß
erhitzt. Nach dem Entfernen des ausgeschiedenen
Piperidinhydrochlorids durch Absaugen
oder Filtrieren und Abdestillieren des Benzols im Vakuum unter Stickstoff erhält
man 920/o rohes N-[1,2-Dihydroxy-cyclo hexen- (l)-yliden- (3)1-pipendinium-betain-
(N t 2). Durch Sublimation dieser Verbindung im Vakuum wird die Verbindung in Form
leicht gelblicher Kristalle vom Schmelzpunkt 83° C erhalten. Die Ausbeute beträgt
1,45 g (= 72,4 01o der Theorie).