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WasserstoffbrUcken bei Conhydrin Pseudoconhydrin und N-Methylconhydrin.

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Archiv der
Phannazfe
Nolt und A u t e r h o f f
52
2060. F. Moll und H. Auterhoff
WasserstofFbriickenbei Conhydrin, Pseudoconhydrin
und N-Methylconhydrin
Am dem Institnt fiir Pharmazeutische Cbemie und Lebensmittelchemie
der Techniechen Hochschule Braunschweig
(Eingegangenam 14. April 1961)
Die Friichte von Conium maculatum enthalten neben dem bei normalen Bedingungen oligen Hauptalkaloid Coniin (I) vier Nebenalkaloide: N-Methylconiin (11)
und y-Conicein (111) sind olig, Conhydrin (IV) und Pseudoconhydrin (VIa) fest.
m
IR-H
IIR=CH,
IVR=H
VR=CH,
I
H
H
VIa
VIb
Die Stereochemie wurde bei Pseudoconhydrin im Sinne einer trans- und diaquatorialen Stellung von Hydroxyl- und Propyl-Gruppe (VIb) geklartl). Die vorliegende
Untersuchung soll Aufschlrd uber die Ursachen des verschiedenen Aggregateastandes der einzelnen Alkaloide geben.
Bei der Umsetzung verschiedener Alkaloide mit Formaldehyd stellten wir auch
N-Methylol-conhydrindar2). Wahrend sich bei Benzylamin, Emetin und Cephaelin
die N-Methylol-Derivate durch einen gegeniiber der Stammsubstanz erhohten
Schmelzpunkt auszeichnen, entsteht aus dem kristallinen, bei 120" schmelzenden
Conhydrin durch N-Hydroxymethylierung eine flussige Substanz. N-Methyl- und
N-xthyl-conhydrin sind ebenfalls flussig (Tab. 1).
Tabelle 1
Schmelz- und Siedepunkte von Conium-Alkaloiden
N-Methyl-
&hp.
NP.
1
- 2,5"
168"
I
120,5"
224"
I
106"
236"
l) R . K . HiU, J. h e r . &em. SOC.80, 1011 (1968); H. S. Yam; und
hedron 6, 103 (1959).
8 , R. Auterhoff und F . Moll, Arch. Pharmaz. 293, 132 (1960).
?
~
209"
W. N.Lip.swmb, Tetra
295.
EM.
lB62 Nr. 1
53
Wasseratof fbriicken bei Conhydrin und Pseudoconkydrin
Der Wechsel des Aggregatzustandes beim Ubergang von Conhydrin zu sehen NAlkyl-Derivaten konnte auf einer Molekiilassoziation beruhen, die bei N-Substitution unterdruckt oder eingeschriinkt wird.
Zum Nachweis der Assoziationwurden kr y o sk o pi so he Mole k u l a r g e wic h t s bes t i m m u n g e n in Losungen verschiedener Konzentration durchgefiihrt. Untersuchungen dieser A r t zum Nachweis der Assoziation von Phenolen Bind in neuerer
Zeit von Davism3)und von Hiickel und Rothkge14) beschrieben worden. I n Benzol
kann nach dieser Methode das Molekultlrgewicht des Conhydrins wegen dessen
Schwerloslichkeit nur uber einen sehr beschriinkten Konzentratiombereich hinweg
gemessen werden; es zeigte sich aber auch hierbei ein Ansteigen des Molekulargewichts mit wachsender Konzentration (Abb. 1).
-I
3.0
c
0
Conhydrin (mol/kg Benzoi)
-
Abb. 1. Adationsgrad yon Conhydrin
in Benzol
Conhydrin (mollkg Naphthalin)
-
Abb. 2. Mstionsgrad von Conhydrin
in Naphthslin
Im gebriiuchlichen Camphen konnten wegen der praktkchen UnlosIichkeit von
Conhydrin keine Bestimmungen durchgefiihrt werden; es erwies sich aber Naphthalin als gutes Losungsmittel. Abb. 2 zeigt ein deutliches Ansteigen des Molekulargewichts mit steigender Konzentration. Die in Naphthalin bei ca. 80" fiir niedere
Konzentrationen gefundenen Molekulargewichtswerteweichen, vermutlich infolge
der Temperaturabhiingigkeitder Assoziation, von den in Benzol bei ca. 4" erhaltenen Werten ab. Als Ursache der Assoziation sind von der Hydroxylgruppe ausgehende Wasserstoffbrucken anzunehmen. Des Aminostickstoffs wegen ist neben
den zwischenmolekularen auch mit intramolekularen Wasserstoffbriicken zu rechnen; die zwischenmolekularenH-Briicken konnen als 0-H
0-, 0-H
. Nund evtl. auch als N-H . . . O- oder N-H . N-Brucken ausgebildet sein. Zur
Entscheidung zwischen intra- und zwischenmolekularer Wasserstoffbriickewurden
die I n f r a r o t s p e k t r e n von Conhydrin und N-Methylconhydrin (V) miteinander
verglichen. Im N-Methyl-conhydrin fallen durch die N-Substitution die Moglichkeiten einer N-H
-0und einer N-H
N-Briicke weg. Das Infrarotspektrum
des N-Methyl-conhydrina (Abb. 3a) zeigt im Hydroxylbereich eine ihrer Wellenzahl
..
..
.. .
s, J . A. Daviaon, J. h e r . chem. Soo. 67,228 (1945).
4, K. EtZekel und W.Rothkegd, Chem. Ber. 81, 76 (1948).
...
..
v der
Pharmazie
M
Moll u d Auterhoff
54
nach konzentrationeunabhangige Bande bei ca. 3500 om-1; sie ist gegeniiber der
Bande dea freien Hydroxyls um ca. 120 om-1 verschoben. Nach der Konzentrationsunabhiingigkeitliegt hier eine intramolekulare H-Briicke vor. Das Infrarotspektrum
des Conhydrins selbst (Abb. 3b) ist dagegen im Hydroxylbereich konzentrationsabhlingig. Bei niederen Konzentrationen erscheint hier ebenfalls die Bande bei
ca. 35OOcm-l und zwar in annlihernd gleicher Intensitat wie die Bande bei ca.
3330 ome1. Bei hoheren Konzentrationen tritt die Bande mit der hoheren Wellenzahl hinter der mit der niedrigeren Wellenzahl zuriick, denn die bei starker Verdiinnnng auftretenden intramolekularen H-Briicken werden bei hoheren Konzentrationen durch zwischenmolekulare H-Briicken ersetzt. Ebenso wie Conhydrin
besitzt auch Pseudoconhydrin*) eine Bande bei ca. 3330 cm-l (Abb. 30);bei natiir-
4
woo
4
I
100
100
t
t
t'
50
50
1rl
-
[PI
Abb. 3a
N-Methylconhydrin
(-0,06 m
- - - - 0,11 m
. . . .0,20 m
in CCI,)
-
Abb. 3 b
Conhydrin
(-
0,05 m
O
n
L
5025
lrl
-
Abb. 3c
Pseudoconhydrin
(0,lO m in CCI,)
- - - -0,lOm
. . . .0,20 m
in CCI,)
Abb. 3. Hydroxylbemioh der Infrarotspektren von Conium-Ahloiden
*) Herr Prof. Dr.H. W. Berach iiberlie5 uns freundlicherweiseeine Probe von E . Spcilh stam-
mender Originakubstanz.
295. Bd.
1962 Nr. 1
5€i
Waaseratoffbrilclcenbei Conhydrin und Pseudownhydrin
lichem Pseudoconhyh kann aus stereochemischen Griindenl) und durch Vergleich mit seinen synthetischen Isomerens) eine intramolekulare H-Briicke ausgeschlossen werden.
Festkorperspektren in Kaliumbromid von Conhydrh (Abb. 4) und Pseudoconhydrin (Abb. 5) zeigen neben der Brtnde des freien Hydroxyls bei ca. 3280 om-1 die
des gebundenen Hydroxyls bei ca. 3100 bzw. 3120 om-1. Dal3 die OH-Banden von
Festkorperspektren in Kaliumbromid gegeniiber denen in Losung starker langwellig
verschoben sein konnen, ist von Phenolen bekannts).
3000
4
4
m
80
60
t
t
fO
90
20
20
+
-
Y
0
I
10
-
30
w
lP1
Abb. 4
Hydroxylbereich des IR-Spektrums
von Conhydrin in KBr
(%a ~ 4 3 0 mg
0 KBr)
Abb. 5
Hydroxylbereich des IR-Spektrums
vgn Pseudoconhydrinin KBr
(2,Qmg/300 mg KBr)
Die experimentellen Befunde beweisen, daD Conhydrin und Pseudoconhydrin
ihren festen Aggregatzustand z wi s chenmole k u l a r e n Wasserstoffbriicken verdanken. Ob es sich dabei um 0-H
N- oder um 0-H
. . 0-Briicken handelt,
.. .
.
__
j) €
W.
I
Bermh
.
und W. Thiel. unveroffentl.; W. Thkl, Diss. Braunschweig 1959.
6, H.Muss0 und 9. u. Qruneliue, Chem. Ber. 92, 3105 (1959).
Archiv der
M o l l und Auterhoff
56
Pharmazie
kann a d Grund der durchgefiihrten Untersuchungen nicht entsohieden werden.
Durch N-Methylierung wird, wie dies auch aus Untersuchungen an cyclischen Iminen7) hervorgeht, die Fiihigkeit des Stickstoffs, als Acceptor ftirwasserstoffbriicken
zu dienen, erhoht. Dies erkliirt, warum bei N-Methylconhydrin die i n t r a m o l e k u lare Wasserstoffbriicke so stabil ist, daD sich das Hydroxyl nicht an zwischenmolekularen Wasserstoffbriicken beteiligt. Da sich Substanzen mit intramolekularen Wasserstoffbriicken stets durch besonders niedrige Schmelz- und Siedepunkte
auszeichnen, ist damit eine Erkliirung fiir den flussigen Aggregatzustand der NAlkyl-Derivate des Conhydrins gegeben.
Der Vergleich der Spektren von Conhydrin und Pseudoconhydrin einerseite und
N-Methylconhydrin andererseits zeigt weiter, daD hier intra- und zwischenmolekulare H-Briicken nicht nur a d Grund der Konzentrationsabhiingigkeit,sondern
auch nach der Wellenzahl unterschieden werden konnen (Tab. 2).
Tabelle 2
~ r a r o t a b ~ ~ t i o n s b a n dvon
e n Conium-Alkdoidenin CCl,
cm-1
Zuordnung
3620
3500
3330
OH frei
OH intramol. geb.
OH zwisohenmol.geb.
3610
3310
3500
OH frei
OH zwirmhenmol.geb.
OH intrtlmol. geb.
~
COnh~drin
Pseudooonhydrin
N-Methylconhydrin
.. .
Die Wellenzahl einer intramolekularen 0-H
N-Briicke liegt in Tetrachlorkohlenstoff bei ca. 35OOcm-l, die einer zwischenmolekularen H-Briicke bei ca.
3330 cm-'.
Beide Werte finden ihre BestiLtigung durch hltere Untarsuchungen an anderen Subetanzen; die intremolekuhre H-Briicke in 3-Piperidinolen zeigt eine B a d e bei 3497 bis
3639 cm- a), die zwischenmolekularen H-Briicken bei Cyclohexanol ergeben eine h d e
bei ca. 3350 cm-18), die zwischen Akoholen und N-Methylpipridin eine Bande bei ca.
3330 cm-'
Wir danken der Deutachen Forschungsgemeinachaft fiir die tfberlassung eines IR-
Spektrographen.
k h r e i i u n g der Versnche
Die Messung der Infrerotspektren erfolgte mit einem Beckman-Inframtapektrographen IR 5*). Fiir die in Usung gemeasenen Spektren wurde bemnders gereinigter
Tet r a,c hlor ko hlenst of f verwendet. Rieinster Tetmchlorkohlenstoff wurde dazu mehr*) Die.Messungen wurden von Herrn Dr. Chr. S c h m d i. uns. Inst. vorgenommen.
5.Searlw, M. Tamrw, F. Block und L. A . Quarterman, J. Amer. chem. SOC.78,4917 (1966).
8 ) CJ. Hite, E . E. Smkmun und R. Wwt, J. Amer. &em. SOC.82, 1207 (1960).
O) R . N . Jonea und G. A'andwfy in W . West, Chemical Applications of Spectroscopy, New Pork
7)
1956.
295. Bd.
1962 Nr. 1
0,0227
0,0289
O,O400
0,0441
0,0479
Conhydrin
3,0464
3,0027
3,5088
3,0424
3,6083
0,052
0,067
0,080
0,101
0,112
143
164
249
321
348
0,265
0,300
0,233
0,230
0,231
1300
1,15
1,74
2924
2,43
Molekuhrgewichttimmungen nach Rmt in Naphthalin :
Naphthafin
Mo = 143
g
1,33
4,50
6,55
9,30
11,30
14,20
67
Waeserstoffbriicken bei Conhydrin und Pseudoconhydrin
50,15
53,6
6094
49,2
56,4
52,3
0,188
0,587
0,759
1,321
1,402
1,899
1
137
187
258
326
418
851
Darstellung von N-Methylconhydrin nach H e j und EichePO)
2,350 g reinea Conhydrin (0,0165 Mol) d e n mit 2,15 ml 35proz. Fomldehydijsung
(0,025 Mol), 0,85 g wasee&eier AmeieeMure und 5,65 ml Wtlsser im h h r 8 SM. auf
130-140° erhitzt. Der br&unlich verfiirbte Rohrinhdt zeigt beim &en
atarken Druck.
Das beim BlkaJisieren mit v e r d h t e r Natronlauge sich ctbacheidende Reaktioqrcdukt
d
e in Ather gelast, die Usung iiber Mach gegliihtem Kaliumkarbonet getrocknet und
i. Vak. unbr Stickstoff destilliert. S ~ P 104-106",
. ~ ~
olbadtempemtur 133-138'.
Ambeute: 0,934g N-Methylconhydrin, Mikrosdp. naoh Biwo2oboff (DAB6): 209--210°.
*) Wir dsnken der Firma 1.Merck AQ, Darmstadt, fiir die Uberlaseung von Roh-Conhydrin.
K. He/l und A. Eichel, Ber. dtsch. ohem. Ges. 50, 1402 (1917).
lo)
dnachrift: Dr. F. Moll, Braunschweig. Pockelsstr. 4.
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