Redukce ethylesteru a -oximino- ß-kyanß-fenylpyrohroznove JAROSLAV STANEK
kyseliny
JAROSLAV URBAN
Z hlediska e x p e r i m e n t á l n í organické chemie by musil b ý t i aajímavou l á t k o u 1, 2, 4-triamiinobutain, jemž nebyl zatím syntheti»ován p ř í s t u p n o u cestou. Dle A. Windause, W. Dóirriese a H . Jeneena (1) vzniká t a t o l á t k a p ů s o b e n í m isovalerylchloridu na hista mín za p ř í t o m n o s t i h y d r o x y d u draselného a dále h y d r o g e n a c í rea k č n í h o p r o d u k t u za p ř í t o m n o s t i P d - č e r n i . Vzniklý tri-isovalerylamino-1, 2, 4-butain o b . t. 196° С se štěpí kyselinou chlorovodíko vou v zatavené t r u b i c i za vzniku t r i h y d r o c h l o r i d u 1, 2, 4-triaminobutanv. o b . t. 209—210° С Dala by se zajisté odvoditi t h e o r e t i c k y ř a d a s y n t h e t i c k ý c h m e t h o d , jimiž by bylo možno 1, 2, 4-triamiixobutan p ř i p r a v i t i ; jed na z nich vychází z e t h y l e s t e r u kyseliny r-kyanpyiriohroznove, k d e j a k o k e t o - t a k i k a r b e t h o x y - skupina m o h o u b ý t i r e d u k c í p ř e v e d e ny n a skupiny alkoholické, jež by bylo lze p ř e v é s t i na skupiny amiHÍcké; k r o m ě toho j a k keto- t a k i karbethoxysfcupina m o h o u býti p ř e v e d e n y v deriváty d u s í k a t é , jež r e d u k c í p o s k y t n o u p r a v d ě p o d o b n ě skupiny a m m i c k é . Vzhledem k p r e p a r a t i v n í m potížím zatí žili jsme m o l e k u l u m o d e l o v é s u b s t a n c e j e d n í m a r o m a t i c k ý m j á d r e m , vycházejíce z e t h y l e s t e r u kyseliny ^-fenyl-Z^kyampyrohroznové: C,.H,
— CH . СО
СООС 2 Н Г )
CN T a t o l á t k a vzniká ve velmi d o b r é m výtěžku k o n d e n s a c í beaizylkyanidu s oxalatem e t h y l n a t ý m za p ř í t o m n o s t i a l k o h o l á t u sod ného (2). T v o ř í b e z b . k r y s t a l k y o b . t. 130° C a alkaliemi i amonia k e m se rozkládá (3). Kyselinami se nejprve zmýdelňuje nitrilová skupina za vzniku e t h y l e s t e r u amidu kyseliny fenyloxaloctové (b. t. 98—100° C), jehož cyklisací vzniká dále 2, 4, 5-trioxo-3 fenylpyrrolidin o b . t. 218° C, k o n e č n ý m p r o d u k t e m tolíolo r o z k l a d u p a k je kyselina fenylpyrobroznová (4):
QHs-CH.C0.C0aC2Hs _ _ ^ CN W-CH-co ' - co co s
C,HS-сн.со.соо.сл C0NHx *"
сбн-снг.со.соон —*~
/
NH 3
357
V této práci jsme se zabývali pokusy o r e d u k c i ethylesteru oximu kyseliny ^-ienyl-/j-kyanpyrohroznové; tuto látku popsal E. Erleľrmayer (5), její r e d u k c í se nezabýval n i k d o . Očekávali jsme, že při r e d u k c i vznikne ethylester a, /-diamino-^-fenylmáselné ky seliny- p o k u d by se karboethoxy-skupina n c r e d u k o v a l a ssebou, což je na platinovém katalysatoru n e p r a v d ě p o d o b n é . R e d u k c e byla p r o v á d ě n a v r o z t o k u ledové kyseliny octové za příUmincsti P t - k a t a l y s a t o r u cUe A-dam.se (6); s p o t ř e b a vodíku pro bíhala zprvu velmi rychle, později \šak, jak se těžko r o z p u s t n ý p r o d u k t vylučoval v krystalické formě, klesala rychlost spotřeby vodíku, až ustala na cca 2 3 % (počítáno na i H 2 -mirožství p o t ř e b n é na r e d u k c i skupiny nitrilové a oximinové). Krystalický podíl, kte rý se vyloučil z ledové kyseliny octové, byl rekrystalován z etha ne lu a získán ve formě žluto-oranžových krystalků o b . t. 253° C, jež svým vzhledem velmi upomínaly na isatin-ß-oxim. Analysou bylo nalezeno, že tento p r o d u k t odpovídá svým složením 4-fenyl-3oximinop>rrolidonu-2, vzniklému dle r e a k c e :
Щ-СН.С.СООСЛ CN NOH
2Нг
CtHs-CH-C--N0H
-СД-ОН
СНг CO NH
cyklisací vzniklého ethylesteru /-amino-^-fenyl-a-isonitrosomáselné kyseliny za odštěpení molekuly ethanolu. K o n s t i t u c e této látky byla p o t v r z e n a p ř e v e d e n í m na N-methylderivát o b . t. 183° С a N-acetylderivát o b . t. 239° C. Shodný N-acetyiderivát vznikl ta k é r e d u k c í ethylesteru oximu kyseliny ß-femyl-ß-kyanpyrohroznove p r o s t ř e d í a c e t a n h y d r i d u (tato r e d u k c e byla p r o v á d ě n a ve snaze zvýšiti rozpustilost r e d u k c í vznikajících p r o d u k t ů ) ; r e d u k c e v ace t a n h y d r i d u však p r o b í h a l a m n o h e m rychleji a s lepším výtěžkem. N e p o d a ř i l o se najíti jiné v h o d n é rozpustidlo a nepodařilo se též provésti hlubší r e d u k č n í zásah do molekuly r e d u k o v a n é látky. O b d o b n é chování se p ř i r e d u k c i pozorovali již H. R u p e а Б . P i e p e r (7), k t e ř í r e d u k c í ethylesteru kyseliny ß-ienyl-ß-kyanpyroh r o z n o v é v e t h a n o l u na Raney-niklu získali 4fenyl-2, 3-dioxopyrrolidin s \ ý t ě ž k e m 9 5 % t h e o r i e . Lze tedy říci všeobecně, že u lá tek t o h o t o typu p r a v d ě p o d o b n ě dojde vždy к cyklisaci dle schématu:
C6H5-CH-C0 CN С00СЛ
358
2HZ -CH-OH
#
C^H-CH-CO CHZ co NH
Ch. F. W'iiians a H. Adkins (8) r e p r o d u k o v a l i pokusy p r á v ě z m í n ě n ý c h a u t o r ů a získali 4-fenyl-2, 3-dioxopyrrolidin s výtěžkem pouze 2 6 % t h e o r i e . Zcela jinaik paik p r o b í h á r e d u k c e eithylesteru kyseliny ß-fenyi-ßnkyanpyrohrozniove na Pt^katalysatoxu, jak b u d e o tom referováno v n ě k t e r é z dalších prací. Aby byl u m o ž n ě n žádaný r e d u k č n í p r ů b ě h a aby bylo zabrá něno součastně probíhající cyklisaci, byla skupina k a r b e t h o x y l o v á z a m ě n ě n a za skupinu amidickou. Zatím co ethylester kyseliny ßfenyl-č-kyanpyrohroznové se p ů s o b e n í m a m o n i a k u rozkládá (3) za v z n i k u benzylkyanidu a kyseliny oxalové resp. oxamidu, podařilo se n á m nalézti r e a k č n í p o d m í n k y , za nichž lze ethylester oximu kyseliny ß-feinyl-ß-kyanpyriohroznove převésti na oxim amidu ky seliny /2-fenyl ß k y a n p y r o h r o z n o v é . Děje se tak zahříváním výcho zí látky s alkoholickým r o z t o k e m a m o n i a k u v zatavené trubici. J e vsak n u t n o velmi pečlivě d o d r ž e t i r e a k č n í t e p l o t u i dobu zahřívání, ježto jinak vznikají velmi snadno žluté zabarvené vedlejší p r o d u k ty. Získaný oxim amidu kyseliny ß-fenyl-ß-kyanpvrohroznove krystaluje z e t h a n o l u v dlouhých jehlách o b . t. 151—152° С K a t a l y t i c k á r e d u k c e tohoto amidu byla p r o v á d ě n a v r o z t o k u e t h a n o l i e k é m p ř i t e p l o t ě 35° C, aby se amid udržel v r o z t o k u , zia použití Pl-katalysatoTu. Ochlazením se vyloučivší k r y s t a l k y po odssátí velmi rychle větrají a tvoří p a k sypký p r á š e k o b. t. 243° С za rozkl. Analysou bylo dokázáno, že r e d u k č n í m p r o d u k t e m je amid kyseliny 3 amino-2-fenyl-l-isonitro;sopropankarbonové, k t e r ý se v a r e m s vodou ihned»rozkládá za vzniku mol. a m o n i a k u a 4-fenyl3-oximmopyrrolidonu-2, t o t o ž n é h o s oním, kteTý byl získán reduk cí oximu ethylesteru kyseliny ß-fenyl-ß-kyanpyrohroznove:
'
5
CN C0NHs
CHzC0NHk NHZ
ЩС0 NH
S
Amid kyseliny 3-amino-2-fenyl-l-isonitrosopropankarbonové se samovolně stáním m ě n í na l á t k u o b . t. 171° С (za rozkl.) totož ného složení, jež se liší od p ů v o d n í látky pouze tím, že t e p r v e del ším v a r e m s vodou se cyklisuje za odštěpení a m o n i a k u dle výše u v e d e n é rovnice. U v á ž i l i se možné stereoisomermí formy, p o d m í n ě n é p ř í t o m n o s t í dvojné vazby, p a k ú t v a r I. je «tabilisován vodí k o v ý m i m ů s t k y za vzniku dvou šestičlenných cyklů a náleží prav d ě p o d o b n ě látce s nižším b . t., zatím co ú t v a r I I . , k t e r ý může vy tvořiti jen cyklus pětičlenný k r o m ě n e p r a v d ě p o d o b n é h o cyklu sed m i č l e n n é h o , náleží zřejmě látce labilnejší o vyšším b . t. Ü t v a r I I . je možno malou z m ě n o u převésti na" formulaci I I I . , z k t e r é je zřejmo, že o d š t ě p e n í m a m o n i a k u se k a r b o x y l a p r i m . aminická skupina dostane do sterické blízkosti v h o d n é p r o vytvoření cyklu: 359
н
V
н
V
b'"
"N
Я
CH, Д N-H CH có
If
^IOH
N-N
CHZ Д N-* CH со
Q/t
W
S
N-*H N " N
X
Л
C/i vy Sást experimentálni, 4-Penyl-8<-o*iminopyrrolidon-2 CHRCH-C'NOH CN
СООЩ
QH-CH-C-NOH CH,
CO
\H Ve t r e p a c í baňce bylo z r e d u k o v á n o 0,1 gr P t 0 2 v 10 ccm le dové kyseliny octové (spotřeba 300 ccm vodíku). K v y r e d u k a v a n é suspensi platinové černi byl přidán r o z t o k 7 gr (cca 0,03 mol) ethylesteru oximu kyseliny ß-fenyl-ß-kyaiipyrohroznove (b. t. 120° C) v 80 ccm ledové kyseliny octové. R e d u k c e byla p r o v á d ě n a p ř i t e p l o t ě 18° С; již po přijetí 300 ccm vodíku počaly se vylučovati z r o z t o k u žluté krystalky, jejichž množství stále přibývalo. P o 6 h o dinách ustala s p o t ř e b a docela za stavu 750 ccm s p o t ř e b o v a n é h o vodíku (cca 2 7 % t h e o r i e , počítáno na 4 H 2 ) . Krystalky, jež se vy loučily (3,5 gr., t. j . 6 1 % , byly oďsisáty a rekrystalovámy z e t h a n o lu. Čistý p r o d u k t byl získán ve formě žlutooranžových k r y s t a l k ů o b . t. 225° C. J e r o zp u stn ý .za studena toliko v pyridinu, za h o r k a v kyselině octové, a ce to n u , s obtížemi v ethanolu, n e r o z p u s t n ý j e v benzinu, e t h e r u , c h l o r o f o r m u a ve vodě. 360
Analysa: 11,1b mg látky 19 t 84 mg látky
39,63 mg C0 2 , 8,04 mg H 2 0 2,61 ccm N (22° C, 751 mm)
Vypočteno pro C j 0 H 1 0 O 2 N 2 Nalezeno
63,14% C, 5,30% H, 14,73% N 63,02% C, 5,24% H, 14,93% N
i
I4-methyl-4-fenyl-3-oximinopyrrolidon-2.
-CH-C-NOH i
i
снг co \ /
N i
1 gr 4-fenyl-3-oximinopyrrolidonu-2 byl zahříván na vadní láz ni 10 hodin e roztokem alkoholátu sodného, připraveného rozpuště ním 0,12 gr sodíku v 100 ccm absolutního ethanolu. К vyloučené eodné soli byl po vychladnutí přidán methyljodid (1,5 gr, 100% přebytek) a reakční směs vařena 3 hodiny pod zpětným chladičem až Ло iiplného rozpuštění pevných podílů. Po ochlazení byla reakč ní »měs zředěna vodou, vyloučený produkt odssát a promyt vodou. P o rekrystalovaní z ethanolu byl získán ve formě žlutých krystalků a b . t. 183° С. Analysa: 17,61 mg látky 18,48 mg látky Vypočtení pro C n H 1 2 0 2 N 2 Nalezeno
41,52 mg C0 2 , 9,33 mg H 2 0 2,23 ocm N (18,5° C, 752 mm) 64,69% C, 5,92% H, 13,72% N 64,34% C, 5,93% H, 13,90% N
Redukce ethyle&teru oximu kyseliny nové v acetanhydridu
Щ'СН-C^NOH CA1 С00Щ
ß-fenyl-ß-kyanpyrohroz-
^ CeH-CH~C=N0H /ЩС0/г0 CK CO
v
,C0CH3 Byb. vyredukována Pt-čerň z 0,05 gr P t 0 2 v 10 ccm acetanhyd ridu; po přidání 2,3 gr (0,01 mol) ethylesteru oximu kyseliny ßfenyl-^-kyanpyrohroznové, rozpuštěného v 20 ccm acetanhydridu, bylo redukováno při teplotě 35° C. Po 3 hodinách ustala spotřeba Todíku za stavu 380 ccm, L j . 4 2 % , počítáno na 4 H 2 . Po vlití do 361
vody vyloučená sraženina byla odssáta, p r o m y t a na filtru e t h a n o lem a rekrysťalována ze směsi octanu e t h y l n a t é h o a ledové kyseli ny octové. Čistý p r o d u k t b y l isolován ve formě žlutého iprášku o b . t. 239° С Získaný N-acetylderivát 4fenyl-3-«oximinopyrrolidonu-2 je d o b ř e r o z p u s t n ý v e t h y l a c e t a t u a acetonu za varu, m é n ě snadno je r o z p u s t n ý v ledové kyselině octové, n e r o z p o u š t í ise v e t h a n o l u a e t h e r u . J e shodný s p r o d u k t e m , k t e r ý vzniká acetylací 4-fenyl3 oxiniinopyrrolidonu 2 a c e t a n h y d r i d e m za p ř í t o m n o s t i bczv. octa nu sodného. Analysa: 14,21 mg látky 14,80 mg látky
34,57 mg C 0 2 , 6,86 mg H 2 0 2,20 ccm N (21° C, 749 mm)
Vypočteno p r o C^HJLOOSNO Nalezeno
6 6 , 6 5 % C, 5 . 5 9 % H, 12,96% N 66,39 % C, 5 , 4 0 ^ EL 1 3 . 0 8 % N
Amid kyseliny ß-femyl-ß-kyaiii СД-Т
CH — С
i
«-oximinopyrohroznové.
COŇH.,
II
CN NOH 5 gr esteru oximu kyseliny ß-fenyl-ß-kyanpyrühroznove bylo rozpuštěno v 5 ccm ethanolicikého roztoku a m o n i a k u a 10 ccm vodného r c z t o k u a m o n i a k u ; r e a k č n í směs pak byla zahřívána v za tavené trubici 30 m i n u t na 140° C. (Zmenšení množství rozpustidla, zvýšení teploty a prodloužení doby zahřívání vede ku vzniku žlutě zabarvených vedlejších p r o d u k t ů , p r a v d ě p o d o b n ě derivátů pyrrolidinu.) P o ochlazení r e a k č n í směsi byl získán r e a k č n í p r o d u k t , amid kyseliny ß-fenyl-в k y s i r " oximinopropionové ve výtěžku 2,5 gr, t. j . 5 7 % t h e o r i e . P o n ě k o l i k a n á s o b n é m p ř e k r y s t a l o v á n í z e t h a n o l u z ř e d ě n é h o 1:1 vodou byl získán ve formě bezbarvých jehlic o b . t. 151—152° С (za rozkl). L á t k a je d o b ř e rozpustná v acetonu, za varu v ethanolu a ve vodě, tížeji v kyselině octové, n e r o z p u s t n á v etheru. Analysa: 19,36 mg látkv 21.01 mg látky Vypočteno pro C „ H , O . N , Nalezeno
41,96 mg C 0 2 , 7,96 mg ELO 3.81 ccm N (22° C, 740 mm) 59,10% C, 4 , 4 7 % H, 2 0 , 6 8 % N 5 9 Д 5 % С, 4,60% H, 2 0 , 9 1 % N
щ-сН-с=М0Н
C€HfCH-C=N0H CN CONK
362
^
CK.COMK NH2
0,05 gr P t 0 2 bylo z r e d u k o v á n o v 10 ccm e t h a n o l u a k vyred u k o v a n é P t č e r n i p ř i d á n r o z t o k 1,5 gr amidu kyseliny ß-fenyl-ßkyan-rc-oximinopyrohroznové, r o z p . za tepla v 30 ccm e t h a n o l u . P o dobu hydrovámí byla r e a k č n í směs zahřívána n a 3 0 — 3 5 C, aby se amid udržel v roztoku. R e a k č n í směs přijala za prvých 25 m i n u t 160 ccm vodíku, za další 2 hodiny ještě 80 com vodíku, p o t é bylo ipokračováno bezvýsledně. P o o d s t r a n ě n í z b y t k ů k a t a l y s a t o r u byil p r o d u k t isolován silným ipodchlazením, čímž byly získány b e z b a r v é krystalky, po odssátí na vzduchu rychle větrající ( p r a v d ě p o d o b n ě obsahující mol. vázaný ethylalkohol). Čistá l á t k a tvoří bezbarvý sypký p r á š e k , k t e r ý p ř i zahřívání v k a p i l á ř e žloutne nad 100° C, temní p ř i 175° С a taje p ř i 243° C. S p o t ř e b a vodíku odpovídá 7 2 % (počítáno na 2 H 2 ) , získáno bylo 1 gr čistého p r o d u k t u , t. j . 6 5 % theorie. L á t k a je r o z p u s t n á v acetonu, ledové kyselině octoivé, za tepla v alkoholu a ve vodě, n e r o z p u s t n á je v e t h e r u . Analysa: 17,07 mg látky 36,32 mg C 0 2 , 9,55 mg H 2 0 16,50 mg látky . . 3,00 ccm N (22° C, 738 mm) Vypočteno p r o C 3 o H 1 3 0 2 N 8 5 7 , 9 5 % C, 6 , 3 2 % H , 2 0 , 2 8 % N Nalezeno . . . 58,06% C, 6 , 2 6 % H , 2 0 , 4 1 % N T a t o forma (labilní) výše u v e d e n é h o amidu p ř e c h á z í několika denním s t á n í m n a stabilní formu o b . t. 171—172° C za r o z k l a d u . Cyklisace amidu kyseliny 3-amino-2-fenyl-l-isomitrosopropankarbonové:
QHS- CH-C=N0H
Щ СО i
t
ГЦ NHt
CtHs~CH-C^N0H
Щ \
CO /
+ Щ
3
NH
0.1 gr výše uvedeného amidu o b . t. 243 С bylo k r á t c e povařeno s 5-ti ccm vody; j a k m i l e voda ipočala vříti a s u s p e n d o v a n á látka se rozpustila, počaly s a ihned vylučovati žlutooranžové krys talky 4~fenyl-3-oximinopyrrolidonu-2 za silného vývoje a m o n i a k u . Cyklisace p r o b ě h n e k v a n t i t a t i v n ě v n ě k o l i k a m i n u t á c h . Získaný p r o d u k t byl rekrystalován z e t h a n o l u . Analysa: 18,25 mg látky 42,73 mg C 0 2 , 8,52 mg H 2 0 15,46 mg látky . 1,99 ccm N (24° C, 738 mm) Vypočteno p n C , „ H 1 0 O 2 N 2 6 3 , 1 4 % C, 5,30% H , 1 4 , 7 3 % N Nalezeno . 6 3 , 8 9 % C, 4,99% H , 1 4 , 8 9 % N P r o d u k t je n a p r o t o totožný s oním, k t e r ý byl získán r e d u k c í etliylesteru oximu kyseliny ^-fenyl-^-kyanipyrohroznove; použije-li se níže tající forma výše u v e d e n é h o amidu (b. t. 171—172° C), je n u t n o vařiti vodný r o z t o k po několik h o d i n pod z p ě t n ý m chladi čem, aby se uvolnil k v a n t i t a t i v n ě a m o n i a k za vzniku 4-fenyl-3oximinopyrrolidonu-2 363
S o u h г n. Bylo nalezeno, že r e d u k c e oximu ethylesteiru kyseliny /?-fenylß k y a n p y r c h r o z n o v é na P t v led. kyselině octové p r o b í h á za tvorby Pyrrolidinového cyklu za vzniku 4-fenyl-3-oximmopyTrolidonu-2; N-xnethyl a N a c e t y l d e r i v á t y t é t o látky byly p ř i p r a v e n y . Reduikcí a m i d u oximu kyseliny ß-fenyl-ß-kyanpyrohroznove za těchže pod m í n e k v e t h a u o l u vzniká amid kyseliny 3-amino-2-fenyll-isonitroh c p r o p a n k a r b o n o v é , k t e r ý byl získán ve dvou isomerních f o r m á c h ; zahříváním ve v o d n é m r o z t o k u odštěpuje posléze u v e d e n á látka mol. a m o n i a k u a p ř e c h á z í n a výše zmíněný 4-fenyl-3-oximinopyrrolidon-2 Literatúra i. 2. 5. 4. 5. 7. 7. 8.
A. Windaus, W. Dörries a H. Jensen: В. В. 54 (1921), 2751. Org. Syntheses. Coll. Vol. II. (1947) 287. J. Volhard: L. A. 282 (1894), 80. H. Gault a R. Weich: C. r. 170 (1920), 1392. E. Erlenmayer: В. В. 33 (1900), 2594. Organic Syntheses, Col. Vol. I (1941), 463. H. Rupe a B. Pieper: Helv. chim. Acta 12 (1929), 637. Ch. F. Winans a H. Adkins: J. Am. chem. Soc. 55 (1933), 4167.
Poznámky k národohospodárskemu významu chemickej ochrany rastlín (Prednesené na doškolovacom kurze ROH pre vyššie kádre technické v Ban skej Štiavnici r. 1950.) MIKULÁŠ FURDÍK J e d i n e č n ý je zástoj p r o d u k c i e rastlinnej pre ľudstvo. Od nej závisí p r o d u k c i a živočíšna i naša výživa a n e s p o č e t n é odvetvia prie myselné, opierajúce sa o ň u ako o surovinovú b á z u . J e základným k ľ ú č o m k životnému š t a n d a r d u . D l h ý je historický vývoj, k t o r ý m prešlo ľudstvo, než sa nau čilo z túžby a vôle po nezávislosti na náhodilých rastlinných zdro joch p r í r o d n ý c h pestovať v h o d n é rastlinné d r u h y , zlepšovať ich, zošľachťovať a chrániť ich p r e d nepriaznivými vplyvmi či už po v e t e r n o s t n ý m i , p ô d n y m i alebo p r e d škodcami a c h o r o b a m i . N e b u d e m e tu rozoberať dôležitosť agrochemie pod zorným u h l o m rozvinutia teórie o výžive rastlín a jej aplikáciu zavedením umelých hnojív v XIX. storočí, čo viedlo k n e v í d a n é m u r o z m a c h u , k zintenzívneniu p ô d o h o s p o d á r s t v a , k r e l a t í v n e m u zabezpečeniu výživy p r i p r u d k o stúpajúcej populácii, z a m i e r i m e však našu po364
