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Versuche zur Darstellung von Schwefel und Stickstoff enthaltenden Dreiringsystemen.

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304171
687
Versuche zw Darstellung von Dreiringsystemen
schlag unter Lichtausschld getrocknet. Ausb.: 0,s g (80 % d. Th.). Schmp. 140", nach Umkristallisation aus &thanol/Wasser.
C17H17NOSe (330,3)
Ber.:
Gef. :
C 61,82
C 61,90
H 5,19
H 5,lO
N 4,24
N 4,18
2,6-Diphenyl-l-sele~cyclohexanol-(4)(III)
Zu 0,2 g Lithiumalanat in 25 ml Ather wird eine Losung von 0,5 g I in 25 ml Ather getropft.
Unter LichtausschluB wird 2 Std. geriihrt. Das iiberschussige Lithiumalanat wird mit Eis zerstort, die atherische Losung abfiltriert, iiber Natriumsulfat getrocknet und i. Vak. eingeengt.
Es entsteht ein kristalliner Niederschlag, der im DC einheitlich ist. Auch in der Mutterlauge
wurde kein zweites Isomer gefunden (DC). Ausb.: 0,36 g (71 % d. Th.); Schmp. 125".
Cy7H 180% (31 7,3)
Ber.:
Gef. :
C 64,35
C 64,62
H 5,72
H 5,84
Anschrift: Priv.-Doz. Dr. R. Haller, 7800 Freiburg i. Br., Hermann-Herder-Str. 9
[Ph 9671.
R. Neidlein und J. Tauber
Versuche zur Darstellung von Schwefel und Stickstoff enthaltenden
Dreiringsystemen
Aus dem Institut fiir Pharmazeutische Chemie und Lebensmittelchemie der Universitat
Marbulg/Lahn und dem Pharmazeutisch-Chemischen Institut der Universitat Karlsruhe (TH).
(Eingegangen am 19. November 1970)
Durch thermischen Zerfall von 5-Amind ,2,3,4-thiatriazolen entstehen substituierte Cyanamide. Die Alkylierung von 5-Aryl-aminc-1,2,3,4-thiatriazolenfuhrt mit Diazomethan zu
4-MethyLS-arylirnine 1,2,3,4thiatriazolen, mit Dimethylsulfat zu 5-N-Aryl-N-methylamine
1,2,3,4-thiatriazolen. Thermisch bilden sich aus 4-Methyl-5-aryhino-1,2,3,4-thiatriazolen
substituierte N-Methylaminobenzthiazole, wobei Isomerengemische getrennt und ihre Strukturen aufgeklart worden sind.
Experiments for Reparation of Three-membered Rings with Sulfur and Nitrogen
Substituted cyanamides are obtained by heating S-amino-l,2,3,4-thiatriazolesBy alkylation
with diazomethane 4-methyl-5-arylimino-l.2.3,4-thiaof 5-aryl-amino-l,2,3,4-thiatriazoles
triazoles are obtained, with (CH-J.$O, however the 5-N-aryl-N-methyl-amino-l,2,3,4-thiatriazoles. Substituted N-methylamino-benzene-thiazolesare isolated after heating the 4-methyl5-aryl-imino-l,2,3,4-thiatriazoles;
mixtures of isomer were isolated and must be separated;
the structures of the molecules have been elucidated.
688
Neidlein und Tauber
Arch. Pharmaz.
Thiazirine (1) und Thiaziridinone (2) sind Dreiringe, in denen Schwefel und Stickstoff als Heteroelemente enthalten sind; sie sind unseres Erachtens formal mit den Oxazirinen bzw. Oxaziridinonen verwandt, wurden unseres Wissens bisher jedoch nicht beschrieben. Ebenfalls sind die den Diaziridinonen schwefelanalogen Thiadiaziridinonen (3) unseres Wissens bisher nicht bekannt geworden.
1
3
2
Im Rahmen unserer Untersuchungen uber Thiocarbamidsaureazide und Thiatriazole
haben wir uns daher eingehend mit der Frage beschaftigt, die Ringsysteme 1 und 2
durch Abspaltung von Stickstoff unter geeigneten Bedingungen aus Thatriazolderivaten zugiinglich zu machen.
Bei der Reaktion von Phenylisocyanat mit benzolischer Stickstoffwasserstoffsaurelosungl) erhalt man bekanntlich Phenylcarbamidsaureaid (4),
4
5
wird hingegen Phenylisothiocyanat mit Stickstoffwasserstoffsaure umgesetzt, so
bildet sich ein Produkt, das in der Literatur als Phenylthiocarbamidsaureazid bezeichnet worden ist. Dieselbe Substanz2) ist aus Phenylthiosemicarbazid und salpetriger Saure bzw. aus Phenylisothiocyanat und Natriumazid im Kohlensaurestrom
zuginglich. Wahrend 4 im IR-Spektrum eine charakteristische Azidbande bei 2 136
em- aufweist, fehlt diese bei der schwefelanalogen Verbindung. Rao4) ordnet daher
dem vermeintlichen Phenylthiocarbamidsaureazid eine Ringstruktur 5 zu und betrachtet es als Thiatriazol.
1 E. Oliveri-Mandal und F. Noto, C. 1913, 12024; ibid. 1922, I , 97.
2 M. Freund und H. Hempel, Ber. dtsch. chem. Ges. 28, 74 (1895).
3 R. Stolle und Fr. Hemke-Stark, J . prakt. Chemie 124, 261 (1930).
4 C. N. Rao, Chem. Appl. of Infr. Spects., Academic Press 1963, S. 270.
Versuche zur Darstellung von Dreiringsystemen
304171
689
Sowohl die aliphatischen als auch die aromatischen S-Amino-1,2,3,4-fhiatriazole
sind wenig stabil. Aliphatische Aminothiatriazole zerfallen bereits bei gelindem Erwirmen in Wasser oder verdiinnten Sauren, aromatische Aminothiatriazole beim
Erhitzen in indifferenten Lijsungsmitteln unter Abspaltung von Schwefel und Stickstoff zu Cyanamiden oder deren Polymerisationsprodukten (6)3)5):
6
Ein weiterer Hinweis fur die geringe Stabilitat des Ringsystems 5 ist sein Verhalten
gegenuber Akalien. So erfolgt nach Stolle3) unter Einfld von alkoholischer Natriumathylatlosung Umlagerung zum isomeren 5-Merkapto-1-phenyl-tetrazol(7),
wobei aufierdem durch eine Nebenraktion die Ausgangsubstanzen Phenylisothm
cyanat und Natriumazid zuriickgebildet werden.
5-Arylamino-l,2,3,4thiatriazole
waren in verschiedener Hinsicht f~ uns von Interesse. Einmal sollten sie als Ausgangssubstanzen fur die Synthese substituierter Tetrazole dienen, deren chemisches Verhalten und deren pharmakologische Eigenschaften untersucht werden sollten, andererseits war zu prufen, inwieweit die Stabilitat des Thiatriazolrings durch entsprechende Substituenten erhoht werden konnte. Wie bereits e r w h t , war das eigentliche Ziel die Isolierung bisher unbekannter
schwefel- und stickstoffhaltiger Dreiringe:
Sa) R
Sb) R
5c) R
Sd) R
= c&5-
8
la
= p-CH3-CsH4-
= p-Cl-C&= rn-Cl-C&-
l a sollte beispielsweise unter Abspaltung von N, aus 8 zugiinglich sein, 8 seinerseits
durch Alkylierung von 5 , Theoretisch konnen die einfach substituierten Aminothiatriazole 5 in mehreren tautomeren Formen, namlich 5a,5&5y vorliegen:
5 M. Freund und H. P. Schwarz, Ber. dtsch. chem. Ges. 29, 2491 (18953.
690
Neidlein und Tauber
Arch. Pharmaz.
Unter Beriicksichtigung dieser tautomeren Formen 5 - 5 7 war es zunachst von
Interesse zu prufen, welche Methylierungsprodukte durch Methylierung mit CH,N,
und Dimethylsulfat entstehen wiirden. Eine Methylierung der Arylaminothiatriazole 5 mit Methylhalogeniden war unter den gewtihlten Bedingungen nicht moglich.
Hingegen reagierten die Substanzen sowohl mit Diazomethan in atherischer Losung
als auch mit Dimethylsulfat in alkalischem Milieu zu Produkten, die sich in ihren
physkalisch -chemischen Eigenschaften deutlich voneinander unterschieden haben.
10
9
9a)
9b)
9C)
9d)
R = CsH,Schmp. 68-69"
R = p-CH3-C6H4-Schmp. 25-26'
R = P-Clec6H4R = ~I-C~-C,#-
II
"
10a) R = C6H5Schmp. 56-57"
l o b ) R = p-CH3-C6H456-58"
olig
52-54"
1 0 ~R
) = p-Cl-CGH410d) R = m-C1-C6H4-
I'
I'
70-72"
74-76"
Da die substituierten 5-Aminothiatriazole in mehreren tautomeren Formen (Sa,
5& 57) vorliegen konnen, miissen theoretisch drei Methylierungsprodukte erwartet
werden; es soll bereits jetzt erwtihnt werden, dat3 kein Methylierungsprodukt abgeleitet von Struktur 5y isoliert werden konnte.
Die Methylierung von 5a sowie 5b mit Diazomethan fuhrte zu reinem 9a bzw.
9b, jene von 5a-5d mit Dimethylsulfat zu 1Oa-1Od. Die Struktur der Verbindungen 9a-9d ergab sich aus der Struktur der nach Erhitzen oder Bestrahlen der Substanzen 9 erhaltenen Folgeprodukte; dies wird spater ausffirlich dargelegt werden.
Die Struktur der Verbindung 1Oa wurde durch Synthese derselben auf anderem
Wege erhartet:
11
12
13
14
N-Methyl-N-phenylthiocarbamidsaurechlorid(13)6) ist aus N-Methylanilin (1 1)
und Thiophosgen (12) leicht zugiinglich und kann mit Natriumazid in Aceton zu
5-N-Methyl-N-phenylamino-1,2,3,4-thiatriazol(l4)
umgesetzt werden. Die physi6 0.Billeter, Ber. dtsch. chem. Ges. 20, 1631 (1887).
304 J 71
Versuche zur Darstellung yon Dreiringsystemen
69 1
kalischen und chemischen Eigenschaften sowie die IR-Spektren der auf verschiedenen Wegen erhaltenen Substanzen 10a und 14 waren vollig ubereinstimmend.
Die Verbindungen 9a und 9b sowie 10a-lOd waren, wie die DC ergab, einheitlich.
Reaktionsverhalten von 5c und 5d gegenuber Diazomethan war hingegen unerwarteterweise anders; das DC der Reaktionsprodukte zeigte dies deutlich. Es koMten
hierbei sowohl die Substanzen 9c und 9d als auch die zu h e n isomeren Verbindungen 1Oc und 10d gewonnen werden.
+CHINI
5
4
R-Y-S-Y
H3C N.NSN
10
Fur die dc Trennungen wurden in der ublichen Weise hergestellte Kieselgelplatten
GF 254 ,,Merck"- und Tetrachlorkohlenstoff als Laufmittel verwendet.
10
-N,;-SOc
R-N-C-NI
CH3 15
15a) R = CsH,15b) R = p-CH3-C&14-
15~R
)
p-Cl-CGH415d) R = m-Cl-C6H4-
Die Verbindungen 10a-10d zersetzen sich, wie eingehende analytische Untersuchungen zeigten, unter Abspaltung von N, sowie Schwefel zu den entsprechenden
disubstituierten Cyanamiden (15).
9
9a) R = H-
16
9b) R = CH3-
16a) R = H16b) R i- CH3-
9c) R = C1-
1 6 c ) R = C1-
Die reinen Verbindungen 9a-9c wurden mehrere Stunden in Toluol auf 120-130"
erhitzt. Elementaranalysen und Mo1.-Gew.-Bestimmungen deuteten darauf hin, dai3
jeweils 1 Mol N, unter Verbleib des Schwefels abgespalten worden war; spektroskopische Untersuchungen erbrachten den Hinweis, daB substituierte Benzthiazole ge-
692
Neidlein und Tauber
Arch. Pharmaz.
bildet worden sein mu6ten. Die Struktur 16 wurde durch Synthese von 16c auf
einem anderen in der Literatur bekannten Wegp besMtigt:
1.)Br2
17
18
N-p-Chlorphenyl-N-methylthioharnstoff
wurde mit 1 Mol Brom in Chloroform
kurze Zeit erhitzt und das entstandene Zwischenprodukt mit schwefliger Saure zum
2-Methylamino-6-chlorbenzthiazol
reduziert . Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Verbindungen 16c und 18 waren vollig identisch.
Die thermische Zersetzung von 9d lieferte hingegen, wie gaschromatographsch
nachgewiesen werden konnte, zwei Isomere, nkdich 19 und 20, die sich uber eine
Kieselgelsaule mit Benzol/Essigester (80 + 20) auftrennen lieBen.
cQ1I R -
H
c H,
C'l
20
Das Reaktionsverhalten von 9d ist verstandlich, da die Cyclisierung zum N-Methylamino-benzthiazol sowohl in ortho- als auch in para-Stellung zum Chloratom erfolgen kann. Die Zuordnung und Struktur der Isomere 19 und 20 wurden durch
spektroskopische Untersuchungen gesichert. So wies 19 im IR-Spektrum eine ausgepragte Absorptionsbande bei 765 cm-' auf, die den CH-Schwingungen des aromatischen Rings der Verbindung 19 zuzuordnen war; das IR-Spektrum von 20
hingegen zeigte zwei scharfe Absoptionsbanden bei 919 cm-l und 844 cm-l,
die einer einzelnen CH-Schwingung bzw. zweier benachbarter CH-Schwingungen
im aromatischen Kern zuzuordnen waren. Die Struktur von 20 wurde auDerdem
noch durch die Analyse seines NMR-Spektrums erhartet, das die erwarteten Multiphitiiten und Kopplungskonstanten aufwieslo).
7 R. F. Hunter, J. chem. SOC.(London) 1926, 1394.
10 Dissertation J . Tauber, Marburg/Lahn 1969.
Versuche zur Darstellung von Dreiringsystemen
304171
693
Der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Fonds der Chemie danken wir sehr fiir die
Forderung unserer Untersuchungen.
Beschreibung der Versuche
Die angegebenen Schmp. sind nicht korrigiert, die IR-Spektren wurden mit PE 221 und PE 137
der Firma Perkin-Elmer erhalten.
Die Elementaranalysen wurden mit den Mikroautomaten von Heraeus und Coleman sowie
im Mikroanalytischen Laboratorium Ilse Beetz, Kronach/Oberfranken ausgefuhrt.
5 - Phenylamino-1,2,3,4-thiatriazol
(5a):
20,O g (300 m Mol) Natriumazid in 150 ml96proz. Athano1 suspendiert, werden unter starkem
Riihren und Durchleiten eines Kohlendioxidstromes mit 13,5 g (100 m Mol) Phenylisothiocyanat versetzt. Das nach kurzer Zeit erstarrende Reaktionsgemisch wird nach Zusatz von
150 ml Wasser noch weitere 1 0 Min. geriihrt, scharf abgesaugt und im Exsikkator getrocknet.
Schmp. 141' (Zers.). Ausbeute: 16,4 g = 92 % d. Th.
C,H6N4S (178,2)
Ber.: C 47,18
Gef.: C 46,68
H 3,40
H 3,44
N 31,44
N 31,19
S 17,99
S 18,i)O
N 29,14
N 28,99
S 16,68
S 16,37
N 26,35
N 26,49
S 15,07
S 15,43
N 26,35
N 27,03
S 15,07
S 15,37
Die Verbindungen 5b-5d wurden analog 5a dargestellt:
5 p-Tolylamino-l,2,3,4-thiatiiazoI
(5b):
Schmp. 146' (Zers.); Ausbeute: 17,8 g = 92,8 % d. Th.
C8H8N4S (192,3)
Ber.: C 49,96
Gef.: C 50,04
H 4,20
H 4,35
5-p-Chlorphenylamino-I,2,3,4-thiatriazol(Sc):
Schmp. 142' (Zers.); Ausbeute: 18,8 g = 88,7 % d. Th.
C7H5C1N4S (217,7)
Ber.: C 39,51
Gef.: C 39,87
H 2,37
H 2,72
S-m-Chlorphenylamino-1,2,3,4-thiat~azol
(Sd):
Schmp. 138" (Zers.); Ausbeute: 18,5 g = 87,4 % d. Th.
C,H,ClN,S
(212,7)
Ber.: C 39,51
Gef.: C 39,35
H 2,37
H 2,68
4-Methyl-5-phenylimino-1,2,3,4-thiatriazol
(9a):
5,34 g (30 m Mol) 5a werden in 20 ml Ather suspendiert, mit 10 ml Methanol/Wasser (9+1)
versetzt; es wird so lange atherische Diazomethanlosung in kleinen Anteilen zugegeben, bis das
Reaktionsprodukt sich unter Stickstoffentwicklung vollig gelost hat.
Sodann setzt man noch einen geringen UberschuD an atherischer Diazomethanlosung zu
und 1 s t 12 Std. stehen. Nach Entfernen des Losungsmittels erhalt man ein rotbraunes 01, das
a d Eis alsbald erstarrt; farblose Kristalle aus n-Hexan.
Schmp. 68-69' Ausbeute: 2,7 g = 46,9 % d. Th.
C8H8N4S (192,3)
Ber.: C 49,97
Gef.: C 49,42
H 4,20
H 4,24
N 29,14
N 28,75
S 16,68
S 17,08
694
Neidlein u n d Tau ber
Arch. Pharmaz.
4-Methyl-5-ptoIylirniii0-1,2,3,4-thiatri~zol
(9b):
Schmp. 25--26" Ausbcute: 2,6 g = 42,l % d. Th.
C9HloN4S (206,3):
Ber.: C 52,37
Gef.: C 52,90
H 4,89
H 5,05
N 27,16
N 25,96
S 15,55
S 15,239
N 24,71
N 24,93
S 14,15
S 14,06
N 24,71
N 25,09
S 14,15
S 13,97
5-pChlorphenylirnino-4-methyl-~,2,3,4-thiatriazol
(9c):
nD" 1,6312; Ausbeute: 3,15 g = 46,5 %
C8H,C'1N,S
(226,7)
Ber.: C 42,38
Gef.: C 42,20
H 3,11
H 3,07
5-m-ChIorphenylrrnino-4-rnethyl-l,2,3,4-thiatriazol(9d)
Sctimp. 52-54" Ausbeute. 3,2 g = 47,2 % d. Th.
C8H7CIN4S (226,7)
Bcr. C 42,38
Gef. C42,lO
H 3,11
H 3,21
5-N-Methyl-N-phenylarnino-l,2,3,4-thiatriazol
(1Oa).
3,56 g (20 ni Mol) 5a werden in 20 ml n NaOH suspendiert, mit 2,52 g (20 m Mol) Dimethylsulfat und dann mit 1 0 ml 30proz. Natronlauge unter Schutteln versetzt. Unter gelindem Erwarmen scheidct sich eine dlige Substanz ab, die i
m Kuhlschrank erstarrt. Die Kristalle werden
auf einer Clasfritte unter Anpressen trockengesaugt, mit wenig eiskaltem Athanol gewaschen
und sodann aus Athanol umkristallisiert.
Schmp. 56-57" Ausbeute: 2,3 g = 60 % d. Th.
C8HgV4S (192,3)
Ber.: C 49,97
tief.: C 50,02
H 4,20
H 4,28
N 29,14
N 29,56
S 16,68
S 17,04
N 27,16
N 27,21
S 15,55
S 15,43
N 24,71
N 24,89
S 14,15
S 13,89
N 24,71
N 25,24
S 14,15
S 14,04
S-N-Methyl-N-p-tolylamino-l,2,3,4-thiatriazol
(lob):
Schmp. 56-58" Ausbeute: 3,4 g = 55 % d. Th.
C9HloN4S (206,3)
Ber.: C 52,37
Gef.: C 52,59
H 4,89
H 4,85
5-N-pChlorphenyl-N-rnethylarnino-l,2,3,4-thiatriazol
(1Oc):
Schmp. 70-72" Ausbeute: 4,2 g = 62 % d. Th.
C,H,ClN4S (226,7)
Ber.: C 42,38
Gef.: C 42,07
H 3,11
H 3,04
5-N-m-Chlorphenyl-N-methylamino-l,2,3,4-thiatriazoI
(10d):
Schmp. 14-76" Ausbeute: 4,6 g = 68 % d. Th.
C,H,CIN4S
(226,7)
Ber.: C 42,38
Gef.: C 42,31
H 3,11
H 3,11
5-N-Methyl-N-phenylamino-l,2,3,4-thiatriazoI
(14):
5 3 5 g (30 m Mol) N-Methyl-N-phenylthiocarbarnidsaurechloridwerden in 30 ml Aceton mit
3,9 g (60 m Mol) Natriumazid auf 35" erwPmt und 36 Std. geriihrt. Danach wird von uber-
3041 71
Versuche zur Darstellung yon Dreiringsystemen
695
schiissigem Natriumazid abfiltriert, das Filtrat zur Trockne cingeengt und der Ruckstand aus
50proz. Methanol umkristallisiert.
Schmp. 55-57" Ausbeute: 3,2 g = 73 7% d. Th.
C8H8N4S (192,3)
Bcr.: C 49,97
Gef.: C 49,54
H 4,20
H 4,38
N 29,14
N 28,84
S 16,68
S 16,89
2-Edethylamino-benzthiazol(16a):
3,84 g (20m Mol) 4-Methyl-5-phenylimino-l,2,3,4-tliiatriazol
werden in 20 nil trockenern
Toluol auf dem Olbad auf 120" erhitzt. Nach Beendigung der Stickstoffentwicklung wird noch
1 Std. erhitzt, sodann die noch heiiAe Losung filtriert und bei Raumteinperatur der Krislallisation iiberlassen. Farblose Kristallr aus Toluol.
Schmp. 140-141" Ausbeute: 1,8 g = 55 7% d. Th.
C8H8N2S (164,2)
Ber.: C 58,53
Gef.: C 58,69
H 4,87
H 4,15
N 17,07
N 16,92
S 19,51
S 19,43
H 5,65
H 5,28
N 15,71
N 16,OO
S 17,98
S 18,16
H 335
H 3,68
N 14,lO
N 13,45
S 16,14
S 16,27
H 335
H 3,56
N 14,lO
N 14,27
S 16,14
S 16,03
H 3,55
H 3,73
N 14,lO
N 14,18
S 16,14
S 16,25
6-Methyl-2-methylamino-benzthiazol(l6b):
Schmp. 154-156" Ausbeute: 1,7 g = 48 7% d. Th.
C,H,$I,S
(178,3)
Ber.: C 60,62
Gef.: C 60,86
6-Chlor-2-methylamino-benzthiazol
(16c):
Schmp. 218-220" Ausbeute: 1,3 g = 43 %
' d. Th.
C,H,ClN,S
(198,7)
Ber.: C 48,35
Cef.: C 48,20
7-Chlor-2-methylamino-benzthiazoI(19):
Schmp. 153-155" Ausbeute: 1,8 g = 45 % d. 'Th.
C8H7CIN2S (198,7)
Ber.: C 48,35
Gef.: C 48,27
5-Chlor-2-methylamino-benzthiazol
(20):
Schmp. 176-178" Ausbeute: 1,9 g = 48 % d. Th.
C8H7CIN2S (198,7)
Ber.: C 48,35
Gef.: C 48,17
Anschrift: Prof. Dr. R. Neidlein, 75 Karlsruhe, Kaiserstr. 1 2
( P h 9661
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