-
Verfahren zur Herstellung neuartiger polycyolischer. heterocyclischer
Verbindungen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren-zur Herstellung
polycyclischer Verbindungen mit mindestens drei kondensierten Ringen, die erhalten
werden, indem man Quadratsaure oder ihre Ester mit aromatischen oder heterocycliechen
Diaminen umsetzt, deren 2 in o-oder peri-Stellung befindliche Aminogruppen gegebenenfalls
monosubstituiert sind.
-
Das erfindungsgemä#e Verfahren sel am Beispiel der Umsetsung von Quadratsäure
bzw. Quadratsäureäthylester mit o-Phenylendiamin erldutert :
worin X fUr H oder niedere Alkylgruppen steht.
-
Diese an den Stickstoffatomen unaubatituierte Verbindung ist als 1,
2, 3,8-Tetrahydro-1,2-dioxo-cyclobuta (b) chinoxalin su bezeichnen.
-
Das aus 1, 8-Naphthylendiamin und QuadratsEure bzw. ihren Estern erhaltene
Produkt trdgt nach den Nomenklaturvorechriften den Namen : 1, 2, 3, 10-Tetrahydro-1,
2-dioxo-cyclobutan (b)naphtho-(1, 8,-e, f) (1, 4)-diazepin
Beide Ringsysteme sind bicher unbekannt.
-
Die Reaktionskomponenten werden bevorzugt in etwa stöchiometrischem
Mengenverhältnis eingesetzt. Die Umsetzung erfolgt im Temperaturbereich von etwa
20 bis etwa 120°C, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 100°C. Die fUr die Durchfffhrung
des Verfahrens Verwendung findende Quadratsäurs bzw. deren Ester sind bekannt (Zeitschrift
für Angew. Chemie 78, Seite 927 (1966)) oignete derartige Verbindungen sind die
Quadratsäure selbst sowie ihre Ester mit niederen Alkoholen, also der Di-methyl-,
Di-äthyl-, Di-propyl-, Di-isopropyl-und Di-butyl-ester ; auch gemischte Ester wie
der Methyl-aethylester können eingesetzt werden.
-
Als geeignete aromatische Diamine der aromatischen oder heterocyclischen
Reihe seien beispielsweise genannt : o-Phenylen-diamin, N-Methyl-o-phenylen-diamin,
N-Aethyl-o-phenylen-diamin, N,N'-Dimethyl-o-phenylen-diamin, N-Dimethylaminoäthyl-
oder-propylo-phenylen-diamin,M-Piperidyl-propyl-o-phenylen-diamin, o-Phenylen-diamine,
die weitere Substituenten im Kern tragen, wie
Toluylen-o-diamine,
Chlorphenylen-o-diamine, weiterhin seien zum Beispiel genannt: o-Phenylen-diamin
mit SulfonsEure-oder Sulfonamidgruppen, o-Phenylen-diamin-carbonsäuren, Alkoxy-ophenylen-diamin,
o-Amino-diphenylamin und seine Substitutionsprodukte, 3, 4-Diaminodiphenyl, 1,2-,
2, 3- und 1, 8-Naphthylendiamine und ihre Substitutionsprodukte, 2, 3-Diaminopyridin,
5, 6-Diamino-pyrimidin, 2, 3-Diaminothiophen und viele andere.
-
Die Kondensation der Quadratsäure selbst mit den genannten Diaminen
wird oft vorteilhaft in Wasser vorgenommen. Es bilden sich meist zunächst die entsprechenden
Salze, die bei lSngerem Kochen zu den gewünschten Heterocyclen führen. Bei besonders
schwer loslichen Diaminen können auch organische Lösungsmittel oder Mischungen von
solchen Lösungsmitteln mit Wasser verwendet werden.
-
Die Quadratsäureester reagieren im allgemeinen leichter als die Quadratauren
selber. Man arbeitet hier vorteilhaft in organischen Maungsmitteln, wie Alkoholen,
aromatischen Kohlenwasserstoffen, Glykolmonomethylätheracetat, Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxid und andere. Bei weniger basischen o-Diaminen gelangt man bei Anwendung
von Quadratsäureestern schneller zum gewünschten Ziel. Auch brauchten in diesem
Falle die Komponenten nur kurzzeitig erwärmt zu werden.
-
Die nach dem erfindungsgemäBen Yerfahren erhEltlichen neuen polycyclischen,
heterocyclischen Verbindungen entsprechen der allgemeinen Formel
worin Ar fUr einen gegebenenfalls substituierten aromatischen Rest mit bis zu 14
Kohlenstoffatomen im Ringsystem sowie fUr einen gegebenenfalls substituierten 5-,
6-oder 7-gliedrigen heterocyclischen Rest mit Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel
als Heteroatom steht, und Y und Z fUr gleiche oder versehiedene Reste wie Wasserstoff,
einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen oder einen aromatischen Rest stehen.
-
Als gegebenenfalls substituierter Arylrest sei vorzugsweise der Phenyl-sowie
der Naphthylrest genannt, wobei der letztere auch partiel hydriert sein kann.
-
Als Substituenten am aromatischen Rest seien genannt : Halogen (vorzugsweise
Fluor, Chlor, Brom), Alkyl und Alkoxy mit 1-18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1-4
Kohlenstoffatomen, N02, OH, Soja, COOH, COOR (R aliphatischer Rest mit 1-18, vorzugsweise
1-4 Kohlenstoffatomen, sowie cycloaliphatischer Rest mit vorzugsweise 5 oder 6 Kohlenstoffatomen
im Ringsystem), S02-NH2 sowie die entsprechenden Mono-bzw. Dialkylsubstitutionsprodukte
(vorzugsweise 1-6 Kohlenstoffatome im Ringsystem), wobei die Alkylgruppen zusammen
mit dem Stickstoffatom auch Bestandteil eines 5-oder 6-gliedrigen Ringsystems sein
können, welches im Falle des 6-Rings als weiteres Heteroatom noch Sauerstoff, Schwefel
oder eine N-Alkylgruppe (vorzugsweise 1-4 Kohlenstoffatime im Alkylrest) enthalten
kann, Acylamino (alphatischer
Acylrest mit 1-18, vorzugsweise 1-4
Kohlenstoffatomen), Benzoylamino, Phenyl, Toluyl, Phenoxy, Benzyl sowie die Gruppierung
NHCOOR (R vorzugsweise niederer Alkylrest mit 1-6 Kohlenstoffatomen).
-
Als gegebenenfalls substituierte heterocyclische Reste seien solche
mit 5, 6 oder 7 Ringgliedern genannt, wobei der heterocyclische Rest gegebenenfalls
auch mit einem Benzolkern anelliert sein kann. Als Heteroatome seien vorzugsweise
Stickstoff; Sauerstoff und Schwefel genannt. Die heterocyclischen Reste können bis
zu 3f vorzugsweise 1-2 Stickstoffatome enthalten. Es sind jedoch auch solche Heteroverbindungen
zu verstehen, welche neben Stickstoff noch jeweils ein Sauerstoff-oder ein Schwefelatom
oder aber nur ein Sauerstoff-oder ein Schwefelatom enthalten.
-
Als Substituenten der heterocyclischen Reste seien niedere Alkylgruppen
sowie Alkoxy, Halogen und SulfonsEureamide zu verstehen.
-
Als aliphatische Reste (Y bzw. Z) seien Alkylreete mit 1-12, vorzugsweise
1-4 Kohlenstoffatomen sowie cycloaliphatische Reate mit 5 6 oder 7 Kohlenstoffatomen
im Ringsystem genannt, wobei der cycloaliphatische Rest gegebenenfalle auch niedere
Alkylgruppen tragen kann. Als Subetituenten am aliphatischen
Rest
seien Dialkylaminogruppen (vorzugsweise 1-4 Kohlenstoffatome pro Alkylrest) genannt,
wobei die Alkylgruppen gemeinsam mit dem Stickstoffatom auch Bestandteil einee heterocyclischen
5, 6 oder 7-Rings sein können, welcher im Falle des 6-Rings als weiteres Heteroatom
noch Sauerstoff, Schwefel oder die N-Alkylgruppe mit einem niederen Alkylrest enthalten
kann.
-
Als aromatischer Rest (Y bzw. Z) sei vorzugsweise Phenyl genannt.
-
Die neuen Verbindungen sind meist wohl kristallisiert und verhältnismäßig
schwer löslich in organischen Losungsmitteln. Sie e sind oftmals farbig, z. B. gelb
oder gelbbraun. Sie sind Zwischenprodukte zur Herstellung von Pflanzenschutzmitteln
und können als Kunststoffhilfsprodukte Verwendung finden.
-
Aus spektroskopischen Daten ergibt sich, da# die Quadrataäure bzw.
ihre Ester sich nicht mit den beiden benachbarten Carbonylgruppen an der Reaktion
beteiligen, sondern daB die neuen Verbindungen, die die in der oben genannten Formel
wiedergegebene Struktur haben, bei der an den verbrückenden Stickatoffatomen Wasserstoff
oder Alkyl- (bzw. Aryl-) gruppen stehen.
-
Es handelt sich also nicht um eine der üblichen Chinoxalin-Syntheaen
aus o-Dicarbonylverbindungen und o-Arylen-diaminen.
-
Daher ist es auch möglich, die Alkyl-oder Arylderivate der aromatischen
Diamine mit gleichem Erfolg in die Synthese einzusetzen.
-
Es ist zwar bekannt, daß sich Quadratsäure und Quadratsäureester mit
Monoamine umsetzen lassen. Dabei entstehen bei Einsatz von überschüssigem Amin aus
Quadratsäureestern Amide, die 2 Aminogruppen in o-Stellung zueinander tragen. Bei
der Quadratsäure selbst bilden sich dagegen Amide, deren Amidgruppen in 1, 3-Stellung
stehen. Es war daher nicht zu erwarten, da# die Ringschlußreaktionen gemäß vorliegender
Erfindung in dem beschriebenen Sinne ablaufen.
-
Beispiel 1 Eine Mischung von 114 Teilen Quadratsäure und 110 Teilen
frisch destilliertem o-Phenylendiamin wird in 1000 Teilen Wasser auf 90°C erhitzt
und der Ansatz eine Stunde bei dieser Temperatur belassen. Die Ausgangskomponenten
gehen dabei in Lösung ; sehr bald scheidet sich das Kondensationsprodukt als bräunliche
Kristallmasse aus. Man saugt heiß ab, wäscht mit heißem Wasser, Alkohol und Aether
und erhSlt so 156 Teile der Verbindung der Formel
die ohne weitere Reinigung analysenrein anfällt. Sie zersetzt sich langsam bei Temperaturen
über 310°C.
-
Beispiel 2 Eine warme Lösung von 17,7 Teilen 3,5-Dichlor-1,2-diaminobenzol
in 150 Teilen Alkohol gibt man langsam zu einer 70°C warmen Lösung von 11, 4 Teilen
QuadratsEure in 100 Teilen Wasser.
-
Es fällt sofort ein rehbrauner Niederschlag aus. Man kocht zwei Stunden
rUckflieBend, wobei sich der Niederschlag verändert. Die am Ende der Reaktionszeit
erhaltenen olivfarbenen feinen Nadeln werden heiß abgesaugt, mit Alkohol und Aether
gewaschen. Ausbeute 20, 6 Teile 4, 6-Dichlor-1, 2, 3, 8-tetrahydro-1, 2-dioxocyclobuta
(b)-chinoxalin, analysenrein ; ZerseFz. ungspunkt ab 313°C.
-
Beispiel 3 22, 1 Teile 4-Chlor-1, 2-diaminobenzol-5-sulfamid werden
mit einer siedenden Lösung von 12 Teilen Quadratsäure in 250 Teilen Wasser übergossen.
Dabei erfolgt kurzzeitige Lösung ; der Ansatz färbt sich orangefarben und wird langsam
dunkler. Man kocht eine Stunde lang rückflieBend und beobachtet nach ca. einer Viertelstunde
die Ausscheidung der neuen Verbindung. Die am folgenden Tag abgesaugte Verbindung
der Formel
wird in 200 Teilen Dimethylformamid kalt gelöst und durch vorsichtige Zugabe von
Wasser in Form orangefarbener Nadeln ausgeschieden, die bis 350°C nicht schmelzen.
-
Ausbeute 24, 2 Teile.
-
Beispiel 4 22, 8 Teile Quadratsäure und 31 Teile 3, 4-DiaminobenzoeoEure
werden in 300 Teilen Wasser suspendiert und die Mischung eine Stunde lang rUckflieBend
gekocht. Die Ausgangsmaterialien verschwinden ; statt dessen scheide sich braune
Kristalle ab, die bei 40°C abgesaugt, mit Wasser, Alkohol und Aether gewaschen und
getrocknet werden. Die gebildete 1, 2, 3, 8-Tetrahydro-1, 2-dioxocyclobuta (b) chinoxalin-5-carbonsäure
ist in rerdUnnter Natriumcarbonat-oder Natriumhydroxydlcisung mit orangebrauner
Farbe löslich. Sie schmilzt-nicht bis 360°C.
-
Beispiel 5 Die alkoholische Lösung von 17 Teilen Quadratsäurediäthylester
und 16 Teilen 1,2-Diaminonaphthalin wird langsam zum Sieden erhitzt ; schon bei
60°C scheidet sich das Kondensationsprodukt in Form orangeroter Kristalle aus. Man
kocht 5 Minuten lang rUckfließend und saugt nach längerem Stehen ab.
-
Ausbeute 19, 4 Teile der Verbindung der Formel
die sich dber 300°C langsam zersetzt und bei etwa 320°C im Schmelzpunktsrohr zusammenläuft.
-
Beispiel 6 11, 4 Teile QuadratsEure werden in 200 ccm Wasser siedend
gelest. Man fUgt 33, 2 Teile 1, 2-Diamino-8-hydroxy-naphthalin-3, 6-disulfonsHure
hinzu und kocht 6 Stunden lang rUckflieBend.
-
Dann wird von unldslichen Bestandteilen abfiltriert und das Filtrat
mit Kochsalz auagesalzen. Die so erhaltene braune Verbindung der Formel
wird abfiltriert und getrocknet. Sie ist wasserlöslich.
-
Beispiel7 Eine Mischung von 17 Teilen Quadratsäurediäthylester, 11
Teilen 2, 3-Diaminopyridin und 150 Teilen Alkohol wird zwei Stunden lang rückfließend
gekocht. Die ersten bräunlichen Kristalle scheide sich nach 20 Minuten ab. Man saugt
heiß ab und reinigt durch Auskochen mit wenig Dimethylformamid, worin das gebildete
bräunlich gelbe 4-Aza-1, 2, 3, 8-tetrahydro-1, 2-dioxocyclobuta (b) chinoxalin schwer
lcslich ist.
-
Ausbeute 17, 5 Teile ; F. : 310°C.
-
Beispiel 8 Zu einer Lösung von 17 Teilen Quadratsäur-liaethyleeter
in 100 Teilen Methanol wird eine Lösung von 12, 2 Teilen N-Methylo-phenylendiamin
in 50 Teilen Methanol getropft. Der Ansatz wird unter Stickstoff zum Sieden erhitzt
und 20 Minuten ruckfließend gekocht. Dabei scheidet sich das 3-Methyl-1, 2, 3, 8-tetrahydro-1,
2-dioxo-cyclobuta (b) chinoxalin in Form orangebrauner Nadeln ab.
-
Die gleiche Verbindung bildet sich durch zweistündiges Kochen äquimolarer
Mengen Quadratsäure und N-Methyl-o-phenylen-diamin in der zehnfachen Menge 50 %igem
wäßrigem Alkohol in einer Ausbeute von 70-80% der Theorie. Die Verbindung zersetzt.
sich langsam bei Temperaturen über 300°C.
-
Beispiel 9 13, 6 Teile N, N-Dimethyl-o-phenylendiamin werden zusammen
mit 17 Teilen Quadratsäurediaethylester in 150 Teilen Alkohol eine Stunde lang rückfließend
erhitzt. Man erhElt so 18, 4 Teile
3,8-Dimethyl-1,2, 3, 8-tetrahydro-1,2,-dioxo-cyclobuta(b)-chinoxalin
in Form gelbbrauner Kristalle, die sich bei etwa 320-330°C zersetzen.
-
Die Verbindung zeigt ein IR-Spektrum, das dem Typ der nicht bzw. monomethylierten
Verbindung gemäß den Beispielen 1 und 8 entspricht.
-
Beispiel 10 Aquimolare Mengen Quadratsäuredibutylester (oder auch
Quadratsäurediäthylester) und N-Dimethylaminopropyl-o-phenylendiamin werden in Alkohol
kurzzeitig zum Sieden erhitzt und dann langsam abgekühlt. Ein molarer Ansatz ergibt
so 243 Teile orangefarbenes 3-Diaminopropyl-1, 2, 3,8-tetrahydro-1,2-dioxo-cyclobuta
(b) chinoxalin vom Zersetzungspunkt 220-225°C.
-
In ähnlicher Weise lassensich die folgenden, basisch substituierten
Tricycle herstellen :
orange Zers.P. = 223 - 225°C
orange ZemP. = 238-240°C braunschwarz, violette Lösung in Dimethylformamid Zers.
P. = 212-213°C Beispiel 11 31, 6 Teile 1, 8-Diaminonaphthalin werden mit einer heißen
Lösung von 22, 8 Teilen Quadratsäure in 400 Teilen Wasser übergossen. Der Ansatz
wird 3 Stunden lang rUckfließend gekocht, wobei sich bräunliche bis fleischfarbene
Kristallmassen abscheide. Die Ausbeute beträgt 45, 3 Teile. Das so erhaltene Material
ist laut Elementaranalyse noch nicht sauber. Darum wird es in 400 Teilen Dimethylsulfoxid
aufgenommen. Die Verbindung der Formel
geht erst teilweise in Lösung und kristallisiert dann dick aus.
-
Durch Erwärmen und AbkUhlen 143t sich die Verbindung regelrecht umkristallisieren.
Die silbergrauen Stäbehen enthalten auf 2 Mol des Kondensationsproduktes C14 H8N202
1 Mol Dimethylsulfoxid. Das Kristall-Lösungsmittel kann durch Erhitzen auf 200°C
im Vakuum entfernt werden. Die Verbindung ist dann frei von Schwefel und ergibt
die erwartete Elementaranalyse.
-
Das beschriebene, Dimethylsulfoxid enthaltende Kondensationsprodukt
kann man direkt durch 3 1/2 stündiges Erhitzen von Quadratsäure oder Quadratsäureestern
mit 1, 8-Diaminonaphthalin in Dimethylsulfoxid auf 110°C erhalten.