DE3814213A1

DE3814213A1 - Chinochinoline und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3814213A1
Application number: DE19883814213
Authority: DE
Inventors: Heinz A Prof Dr Staab; Michael Zirnstein; Thomas Dr Saupe
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1988-11-17

Description

Die Erfindung betrifft neue Chino[7,8-h]-chinoline, die eine ungewöhnlich hohe Basizität aufweisen und als Hilfsbasen für chemische Reaktionen dienen können.

Über Chinochinolin der Formel I

wurde zwar schon mehrfach in der Literatur berichtet (I. Iwai, S. Hara, J. Pharm. Soc. Japan 70 (1950) 32; K. Shibata, Bull, Chem. Soc. Japan 24 (1951) 187; M. Dufour, N. P. Buu-Hoi, P. Jaquignon, J. Chem. Soc. C 1967, 1415). In allen Fällen haben sich diese Angaben jedoch als unrichtig erwiesen, wie dies durch die Veröffentlichung von A. Edel, P. A. Marnot und J. P. Sauvage, Tetrahedron Letters Vol. 26, No. 6, pp. 727-728 [1985] belegt wird, so daß die Verbindung der Formel I bisher noch nicht hergestellt werden konnte und deshalb als neu gelten muß.

Es wurde nun gefunden, daß man die Verbindungen der Formel I,

in der R Wasserstoff oder Halogen, insbesondere Chlor bedeutet, erhält, wenn man die Verbindung der Formel IV

mit einem Halogenierungsmittel zu der Verbindung der Formel I, in der R Halogenatome bedeutet, umsetzt und zur Gewinnung der Verbindung der Formel I, in der R Wasserstoff bedeutet, katalytisch hydriert.

Im einzelnen führt man die Synthese der Verbindungen der Formel I so durch, daß man von 1,8-Bis[(Z)-1,2-bis-(methoxycarbonyl) vinylamino] naphthalin der Formel II ausgeht, das in Abwandlung einer Vorschrift von K. Honda, H. Nakanishi, A. Yabe, Bull. Chem. Soc. Japan 56 (1983) 2338 aus 1,8-Diaminonaphthalin und Acetylendicarbonsäuredimethylester erhalten wird. Thermische Cyclisierung der Verbindung der Formel II ergibt 2,11- Bis(methoxycarbonyl)-4,9-dioxo-1,4,9,12-tetrahydrochino[7,8-h]chinol-in der Formel III

Alkalische Hydrolyse des Diesters der Formel III, R¹=Me, liefert die entsprechende Dicarbonsäure III, R¹=H (Fp=314-315°C, Zers.: 93% Ausb.), die zu 4,9-Dioxo-1,4,9,12-tetrahydrochino[7,8-h]chinolin IV decarboxyliert wird. Umsetzung von IV mit Phosphorylchlorid ergibt 4,9-Dichlorchino[7,8-h]chinolin der Formel I, R=Cl, das durch katalytische Hydrierung in I, R=H, umgewandelt wird.

Die neuen Verbindungen der Formel I sind "Protonenschwämme" mit ungewöhnlicher Basizität.

Als "Protonenschwamm"-Verbindungen werden Bis(dialkylamino)arene mit räumlich eng benachbarten Dialkylamino-Gruppen bezeichnet (R. W. Alder, P. S. Bowman, W. R. S. Steele, D. R. Winterman, J. Chem. Soc. Commun. 1968, 723; H. A. Staab, T. Saupe, C. Krieger, Angew. Chem. 95 (1983) 748; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 22 (1983) 731; T. Saupe, C. Krieger, H. A. Staab, Angew. Chem. 98 (1986) 460; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 25 (1086) 451).

Die ungewöhnliche Basizität dieser Verbindungen wird auf die destabilisierende Überlappung der einsamen Stickstoff-Elektronenpaare, auf die Ausbildung besonders starker Wasserstoffbrücken in den monoprotonierten Diaminen und auf die hydrophobe Abschirmung dieser Wasserstoffbrücken zu rückgeführt.

Aufgrund von Umprotonierungsversuchen mit der Verbindung der Formel I, R=H, wurde der pKa-Wert zu etwa 12.8 abgeschätzt. Demnach ist die Basizität gegenüber Chinolin (pKa=4,91) um nahezu acht Zehnerpotenzen, also um 100 Millionen mal, höher.

Die neuen Verbindungen der Formel I eignen sich aufgrund ihrer extrem starken Protonenschwamm-Eigenschaften als Hilfsbasen bei Reaktionen, wie Alkylierungen oder Dehydrohalogenierungen, bei denen man üblicherweise klassische Hilfsbasen wie NEt₃ einsetzt.

Beispiel 1 a) 4,9-Dioxo-1,4,9,12-tetrahydrochinolino[7,8-h]-chinolin-2,11-dicarbon- säure

40,0 g (105,7 mmol) 2,11-Bis(methoxycarbonyl)-4,9-dioxo-1,4,9,12- tetrahydrochinolino[7,8-h]chinolin (III, R¹=CH₃) wurden in 1400 ml 4%iger Kalilauge gelöst und insgesamt 8 Stunden unter Rühren und Rückfluß erhitzt. Etwa eine Stunde vor Reaktionsende wurden 5 g Aktiv kohle hinzugegeben und anschließend noch heiß abgesaugt. Um die freie Decarbonsäure auszufällen, wurde zu 5 l 1,1%iger Salzsäure bei 70 bis 80°C die alkalische Reaktionslösung unter gutem Rühren während 3 Stunden zugetropft. Der helle, flockige Niederschlag wurde abgesaugt und mit ca. 1,5 l siedendem Wasser salzsäurefrei gewaschen. Zur weiteren Reinigung wurde die Dicarbonsäure in 3 l Wasser etwa 3 bis 4 Stunden gekocht, wieder abgesaugt und mit ca. 1,5 l heißem Wasser nachgewaschen.

Ausbeute:34,5 g (93%) Schmelzpunkt:314 bis 315°C (Decarboxylierung)

b) 4,9-Dioxo-1,4,9,12-tetrahydrochinolino[7,8-h]-chinolin (IV)

2,00 g (5,7 mmol) der gut getrockneten, pulverisierten Dicarbonsäure gemäß a) wurden in eine Sublimationsapparatur gefüllt, die - auf ca. 10^-5 mbar evakuiert - in ein auf 350°C vorgeheiztes Wood′sches Metallbad abgesenkt wurde. Nun wurde kontinuierlich während 20 Minuten auf eine Badtemperatur von 360 bis 370°C erhitzt. Während der Decarboxylierung sublimierte bereits gebildetes Produkt (IV). Nach beendeter Reaktion wurde (IV) von der Kühlglocke mechanisch entfernt. Ausbeute: 1,14 g (76%) Rohprodukt mit dem Schmelzpunkt 370 bis 373°C (Zersetzung)

c) 4,9-Dichlorchinolino[7,8-h]-chinolin (I, R=Cl)

Eine Suspension von 4,00 g (15,3 mmol) (IV) in 18 ml POCl₃ wurde unter Rühren möglichst schnell zum Sieden erhitzt. Die Badtemperatur betrug 130°C. Nach sieben Minuten Reaktionsdauer wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der Ansatz auf eine Mischung von ca. 150 g Eis und ca. 50 ml Wasser gegossen. Dabei bildete sich eine tiefgelbe Lösung und ein feiner heller Niederschlag. Mit konzentrierter Kalilauge wurde unter Rühren und Eiskühlung alkalisch gemacht. Anschließend wurde die Suspension dreimal mit je 100 ml Dichlormethan extrahiert, die Dichlormethan-Extrakte vereinigt und dreimal mit je 50 ml Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über Natriumsulfat wurde auf ca. 60 ml Lösungsvolumen eingeengt und bis auf -78°C abgekühlt. Das Kristallisat wurde abgesaugt und mit sehr wenig eiskaltem Dichlormethan gewaschen.

Ausbeute:3,73 g (81%) Schmelzpunkt:234,5 bis 235°C (Zersetzung)

Beispiel 2 Chinolino[7,8-h]chinolin (I, R=H)

In Abwandlung einer Prozedur nach C. E. Kaslow et al wurden 2,55 g (8,5 mmol) (I, R=Cl) gelöst in 75 ml Eisessig, 1,80 g (21,9 mmol) wasserfreies Natriumacetat und 0,48 g Pd/C (10%, oxidische Form) unter einem H₂-Druck von 1,2 bar bei Raumtemperatur geschüttelt. Nach 2 Stunden wurde vom Katalysator abfiltriert und der Eisessig im Vakuum bei 70°C Badtemperatur möglichst vollständig abdestilliert. Der Rückstand wurde in 50 ml Dichlormethan fein suspendiert. Diese Suspension wurde zusammen mit 30 ml Wasser, dem 1 ml konzentriertes Ammoniak zugesetzt war, geschüttelt. Die nun klaren Phasen wurden so lange mit 2N Kalilauge versetzt, bis auf weiteren Laugenzusatz keine Fällung mehr auftrat. Der feine helle Niederschlag, welcher aus der wäßrigen Phase jeweils ausfiel, wurde durch Ausschütteln in der organischen Phase gelöst. Nach dem Abtrennen der wäßrigen Phase wurde diese zweimal mit je 50 ml Dichlormethan extrahiert und die vereinigten organischen Lösungen mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels wurde der Rückstand in 850 ml Cyclohexan unter Stickstoff am Rückfluß erhitzt, noch heiß abgesaugt und das Filtrat auf ca. 10°C abgekühlt. Das Produkt kristallisierte ¹H-NMR rein aus (360 MHz, CDCl₃).

Ausbeute: 1,36 g (70%).

Beispiel 3 Mono-Hydroperchlorat von 4,9-Dichlorchinolino[7,8-h]chinolin (I, R=Cl · HClO₄)

8 ml einer methanolischen Lösung von 95 mg (0,32 mmol) (I, R=Cl) wurden mit 0,06 ml (0,70 mmol) 70%iger wäßriger Perchlorsäure versetzt. Sofort fiel ein heller Niederschlag aus. Durch Zugabe von 10 ml Diethylether erfolgte eine Nachfällung. Der Niederschlag wurde abgesaugt, mit Wasser gewaschen und aus Wasser umkristallisiert.

Ausbeute:97 mg (76%) Schmelzpunkt:317 bis 318°C (Zersetzung)

Beispiel 4 Mono-Hydroperchlorat von Chinolino[7,8-h]chinolin

Zu einer Lösung von 100 mg der freien Base (I, R=H) in 10 ml Methanol wurden 0,10 ml (1,16 mmol) 70%iger wäßriger Perchlorsäure zugegeben. Sofort fiel ein weißer Niederschlag aus, dessen Fällung durch Zugabe von 10 ml Diethylether vervollständigt wurde. Der abgesaugte Niederschlag wurde mit Wasser gewaschen. Umkristallisieren aus Wasser ergab (I, R=H · HClO₄) als weiße Nadeln.

Ausbeute:119 mg (84%) Schmelzpunkt:282 bis 285°C (Zersetzung)

Für die erhaltenen Verbindungen belegen die korrekten Elementaranalysen und die spektroskopischen Daten unter Berücksichtigung des Synthesewegs eindeutig die Struktur der Formel I. Im Massenspektrum treten neben m/z 230 (M⁺, 100%) und 115 (M⁺⁺, 13%) keine Fragmentionen mit I_rel <5% auf. Für das ¹H-NMR-Spektrum (CDCl₃, 360 MHz) führt der Vergleich mit Chinolin zu den folgenden Zuordnungen: w=7,60 (dd, J=4,3 und 8,1 Hz, 2 H; 3,10-H), 7,98 (′s′, 4 H; 5,8-H und 6,7-H), 8,32 (dd, J=1,9 und 8,1 Hz, 2 H; 4,9-H), 9,43 (dd, J=1,9 und 4,5 Hz, 2 H; 2,11-H).

Mit überschüssiger Perchlorsäure bildet die Verbindung der Formel I, R=H, wie andere "Protonenschwamm"-Verbindungen nur ein Monoperchlorat (farblose Nadeln, Fp=282-285°C). Die Struktur der Formel I, R=H, mit einer sehr starken N. . . H . . . N-Wasserstoffbrücke folgt aus dem ¹H-NMR-Spektrum, das mit einem verbreiterten Singulett bei δ=19,38 das bisher am stärksten tief feldverschobene Protonenresonanz-Signal einer N . . . H . . . N-Wasserstoffbrücke enthält (in Dimethylsulfoxid). Ganz analog wird aus der Verbindung der Formel I, R=Cl, das Monoperchlorat (Fp=317-318°C, Zers.) erhalten, für das die Absorption des Wasserstoffbrücken-Protons bei δ=1934 beobachtet wird.

Claims

1. Chinochinoline der Formel I, in der der Rest R Wasserstoffatome oder Halogenatome bedeutet.

2. Chinochinoline gemäß Anspruch 1 der Formel I, in der R Wasserstoff oder Chlor bedeutet.

3. Verfahren zur Herstellung von Chinochinolinen der Formel I, in der R Wasserstoffatome oder Halogenatome bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindung der Formel IV mit einem Halogenierungsmittel zu der Verbindung der Formel I, in der R Halogenatome bedeutet, umsetzt und zur Gewinnung der Verbindung der Formel I, in der R Wasserstoffatome bedeutet, katalytisch hydriert.