1973 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1839 Liebigs Ann. Chem. 1973, 1839- 1850

Michael-Addition von 3-Oxoglutarsaureestern an 7-0x0-7H- benzocyclohepten-6,8-dicarbonsaureester : Synthese von benzanellierten O x a - h o m o a d a m a n t a n e n l )

Baldur Fohlisch *), Ursula Dukek, Irmelu GrueJle, Bernd Novotny, Eberhard Schupp, Giinther Schwaiger und Erika Widmunn

Institut fur Organische Chemie, Biochemie und Isotopenforschung der Universitat, D-7 Stuttgart 1, AzenbergstraBe 14

Eingegangen am 24. April 1973

Die 7-Oxo-7H-benzocyclohepten-6,8-dicarbonsaureester (4,5-Benzotropon-2,7-dicarbonsaure- ester) 3 reagieren mit den 3-Oxoglutarsaureestern 2 unter doppelter Michael-Addition zu den vollstandig enolisierten 7,10-Dihydroxy-8,9-dihydro-9,5-propeno-5H-benzocyclohepten- 6,8,10,12-tetracarbonsaureestern 6, die auch aus o-Phthaldialdehyd (1) und zwei mol 3-0x0- glutarsaureester zuganglich sind. Die Ester 6 lassen sich zum 5,6,8,9-Tetrahydro-5,9-propano- 7H-benzocyclohepten-7,1l-dion (8) verseifen und decarboxylieren. Das Diketon 8 reagiert mit einigen nucleophilen Reaktionspartnern (Wasser, Lithiumalanat, Natriumboranat, Methyl- magnesiumjodid, Nitromethan/Natriummethanolat) und mit Phosphorpentachlorid unter transannularem RingschluR zu den 6,7,8,9-Tetrahydro-7,11-epoxy-5,9-propano-5~-benzo- cycloheptenen (,,Oxa-benzohomoadamantenen“) 12a- e. Auch der Grundkorper 12f laBt sich herstellen. Die Wolff-Kishner-Reduktion yon 8 verlauft ebenfalls nngewohnlich: Trans- annulare C-C-Verkniipfung fiihrt zum 5,7,9-Propan-1,2,3-triyl-6,7,8,9-tetrahydro-5H-benzo- cyclohepten-7-ol(l6).

Michael Addition of 3-Oxoglutaric Esters to 7-Oxo-7H-benzocycloheptene-6,8-dicartmxy~c Esters : A Synthetic Entry to Benzo-annelated Oxahomoadamantanes l)

7-0xo-7H-benzocycloheptene-6,8-dicarboxylic esters (4,5-benzotropone-2,7-dicarboxylic esters) 3 react with 3-oxoglutaric esters 2 in a double Michael addition to yield the completely enolized 7,1O-dihydroxy-8,9-dihydro-9,5-propen0-5H-benzocycloheptene-6,8,10,12-tetracar- boxylic esters 6 which are also obtained from o-phthaldialdehyde (1) and two moles of 3-0x0- glutaric ester. The esters 6 can be saponified and decarboxylated to yield 5,6,8,9-tetrahydro- 5,9-propano-7H-benzocycloheptene-7,1 I-dione (8). With some nucleophilic reagents (water, lithium alanate, sodium boranate, methylmagnesium iodide, nitromethane/sodium methoxide) and with phosphorus pentachloride the diketone 8 undergoes transannular ring closure to 6,7,8,9-tetrahydro-7,11 -epoxy-5,9-propano-5H-benzocycloheptenes (“oxabenzohomoadaman- tenes”) 12a- e. The parent compound 12f of this series has likewise been synthesized. Wolff- Kishner reaction of 8 is also unusual: transannular formation of a C-C-bond yields 5,7,9- propane-l,2,3-triyl-6,7,8,9-tetrahydro-5H-benzocyclohepten-7-ol (16).

*) Korrespondenz bitte an diesen Autor richten. 1) Uber einen Teil dieser Arbeit wurde kurz berichtet: B. Fohlisch, E. Widmann und E. Schupp,

Tetrahedron Lett. 1969, 2355.

1840 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1973

7-Oxo-7H-benzocyclohepten-6,8-dicarbonsaure-diathylester 2) (3 b) wird nach Thiele und Schneiders) durch Kondensation von o-Phthaldialdehyd (1) mit 3-Oxoglutar- saure-diathylester (2b) in Gegenwart katalytischer Mengen Diathylamin dargestellt. Die Ausbeute nach diesem Verfahren betragt kaum mehr als 50%. Tarbell und Wargotz4) verwendeten Piperidinacetat als Katalysator und destillierten das gebildete Wasser mit Benzol azeotrop ab; sie isolierten dabei eine zweite Substanz vom Schmp. 146-148"C7 der sie Struktur 4b zuschrieben.

,COOR

1 'COOR 2 3

a ~ ~ = & - ~ - ~ ~ z ~ ~ ~ ~ ROOC 9

CH=(i-S-CHzCOOR ROOC 0

4

Bei einer sorgfaltigen Uberprufung des Thieleschen Verfahrend) konnten wir durch fraktionierende Kristallisation ein Nebenprodukt von ahnlichem Schmp. (143 bis 147°C) isolieren, dessen Elementaranalyse einem Kondensationsprodukt von 1 rnit zwei mol2b entsprach. Es ist offensichtlich mit der von Tarbell und Wargotz4) gefun- denen Verbindung identisch, deren Bildung wir bestatigen konnen und fur welche wir einen Schmp. von 141 -146.5"C fanden.

Obwohl Analyse und osmometrisch ermittelte Molekulmasse mit der Bruttoformel C26H30010 - entsprechend 4b - ubereinstimmen, sind die Spektren nicht rnit 4b in Einklang zu bringen. Es muB also ein Isomeres vorliegen. Dieselbe Substanz ent- steht, wenn man 3b rnit der aquimolaren Menge 2b in Gegenwart einiger Tropfen Di- athylamin reagieren lafit. Diese Bildungsweise laBt vermuten, da13 2b in einer Michael- Reaktion an 3b zum Tricyclus 5b addiert wurde.

Bertellis) hat bei der Umsetzung von Indan-5,6-dicarbaldehyd mit 2b ein Neben- produkt isoliert, dem er die 5 entsprechende Struktur zuschreibt. Die Spektren stehen jedoch auch damit nicht in Einklang.

Das 1H-NMR-Spektrum in CDCl3 (Abb. 1) zeigt ein scharfes Singulett bei T =

-3.32, dessen Integral zwei Protonen entspricht, und das nach Schutteln der Losung mit DzO verschwindet. Es ist somit zwei chelatbildenden Enolprotonen zuzuordnen.

2) Wir verwenden hier und bei den folgenden Verbindungen die Nomenklatur nach A . M. Patterson, L. T. Cape11 und D. F. Walker, The RingIndex, 2. A d . , S. 239, Amer. Chem. SOC. 1960; 3 wird haufig auch als 4,5-Benzotropon-2,7-dicarbonsaureester bezeichnet.

3) J. Thiele und J. Schneider, Liebigs Ann. Chem. 369, 294 (1909). 4) D. S. Tarbell und B. Wargotz, J. Amer. Chem. SOC. 76, 5761 (1954). 5 ) D. J. BerteZli, J. Org. Chem. 29, 3032 (1964).

1973 Michael-Add. : Oxoglutarsaure- an Benzocycloheptendicarbonsaureester 1841

HZC, COOR (c,H,),NH 4 c=o - -

f

ROOC COOR H&( COOR 10' 0

mCYR +

3 2 5 COOR

6A

2-7 I R

Ferner treten zwei:Methyl-Tripletts bei 7 = 8.53 und 9.04 (J = 7 Hz) auf. Ein Singulett bei 'F = 2.84 (4H) ist den vier Phenylenprotonen.zuzuordnen. Der Rest des Spektrums ist etwas uniibersichtlich; mehrere Peaks bei T = 5.3-6.3 (12H) liegen im Erwartungsbereich der 0 - CH2-Resonanzen, die durch Kopplung mit den Methyl- protonen als Quartett erscheinen miissen. Ein Doppelresonanz-Experiment (field- sweep) erhellte die Situation. Bei Einstrahlung einer Frequenzdifferenz von Av -= 177 Hz werden alle Methylprotonen entkoppelt ; die 0 -CHz-Signale erscheinen nun als zwei Singuletts, wahrend sich zwei Dubletts bei T = 5.32 und 6.18 (J = 5 Hz) deut- lich abheben. Das 1H-NMR-Spektrum 1aBt sich nur mit dem Dienol-Tautomeren 6b vereinbaren, wobei die beiden Dubletts dem AB-System der Protonen H-8 und H-9 sowie H-5 und H-12 entsprechen. Der verglichen mit einfachen Cyclanon-2-carbon- saureesterns) bei sehr tiefem Feld liegende 7-Wert fur das Enolproton deutet auf eine ungewohnlich starke Wasserstoff briicke hin7-9). 6) S. J . Rhoads, J. Org. Chem. 31, 171 (1966). 7) J. A. Pople, W. G . Schneider und H. J . Bernstein, Highresolution Nuclear Magnetic

Resonance, 1. Aufl., S. 400, McGraw-Hill, New York, 1959. 8) G. C. Pimentel und A . L. McClellan, The Hydrogen Bond, 1. Aufl., S. 143, W. H. Freeman,

San Francisco, 1959. 9) S. Forst%, F. Merenyi und M . Nilsson, Acta Chem. Scand. 18, 1208 (1964).

Liebigs Ann. Chem. 1973, Heft 11 120

1842 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1973

Es ist bemerkenswert, daB innerhalb der Nachweisgrenze der Protonenresonanz- Spektroskopie das isomere Dienol7 b oder das Keto-Tautomere 5 b nicht nachgewiesen werden kann. Es fallt aber auf, daR die Schmelzpunkte verschiedener analysenreiner Substanzproben relativ groBe Schwankungen zeigen, die moglicherweise auf Tauto- meriegleichgewichte in der Schmelze zuruckzufuhren sind.

Abbildung 1. 60-MHz-IH-NMR-Spektrum von 6 b in CDC13, Tetramethylsilan als innerer Standard

Fur 6 sind zwei stereoisomere Formen (Symmetriegruppe C2) 10) zu diskutieren : Beim Stereoisomeren 6A weisen die Alkoxycarbonylgruppen zum Benzolring, bei 6B liegt an C-8 und C-12 die entgegengesetzte Konfiguration vor. Nach Dreiding- Modellen betragt der Diederwinkel zwischen H-5 und H-12 sowie H-8 und H-9 bei 6A @ 5 , 3 = @g,9 = 35", bei 6B 85". Die gefundene Vicinal-Kopplungskonstante J S , ~ = J5,12 = 5 Hz IaiBt sich nach der Karplus-Beziehungl2) wohl mit 6A, nicht aber mit 6B in Einklang bringen.

Dreiding-Modelle zeigen, daB 6A durch Torsion in das Konformere 6A, 6B in 6B' ubergehen konnen. Der tSei 6 A vorliegende Diederwinkel Q9 = 110" 1aBt eine Kopplungskonstante J8 ,9 = J5,12 von 0.5 - 1.8 Hz erwartenlz); die Konformation 6A kann daher nur schwach besetzt sein. Die beobachtete vic.-Kopplungskonstante wurde auch mit dem Konformeren 6B' (@g,9 = @5,12 = 10') in Einklang [stehen; dieses Konformere durfte jedoch durch die abstoBende transannulare Wechselwirkung der beiden Alkoxycarbonylgruppen energetisch ungunstig sein. - Das 1H-NMR- Spektrum spricht also fur 6A.

Das Strukturelement eines chelatisierten p-Hydroxyacrylsaureesters laDt sich auch IR- und UV-spektroskopisch nachweisen. Im IR-Spektrum (KBr) tritt neben der scharfen vco-Bande des nicht H-verbruckten Estercarbonyls bei 1725 cm-l eine aufge-

10) Man kann die Molekiile von der Twist-Boot-Form (Cz-Symmetrie) des 1,5-Cycloocta- diensll) ableiten, wenn man sich dessen Positionen 3 und 7 durch den o-Phenylenrest iiberbriickt denkt.

11) G . Favini, F. Zuccarello und G . Bueni, J. Mol. Struct. 3, 385 (1969). 12) L. M. Jackman und S. Sternhell, Applications of Nuclear Magnetic Resonance Spectro-

scopy in Organic Chemistry, 2. Aufl., S. 280, Pergamon Press, Oxford 1969.

1973 Michael-Add. : Oxoglutarsaure- an Benzocycloheptendicarbonsaureester 1843

spaltene Bande bei 1650 cm-1 auf, welche fur die chelatisierte C=O-Gruppe charak- teristisch ist13-15). Die vc,c-Bande des Enols liegt bei 1616 cm-1. Im UV-Spektrum (Methanol) weist 6 b eine Bande bei A,,, = 253 nm (log E = 4.19) auf; diese Wellen- Iange und dieser Extinktionskoeffizient sind typisch fur chelatisierte P-Hydroxy- acrylsaureester15J6). - SchlieBlich gibt 6b mit Eisen(II1)-chlorid-Reagens eine rot- violette Enolreaktion, was Tarbell und Wargotz4) bereits bei einem Analogon des vermeintlichen 4 beobachteten. Der Tricyclus 6 b enthalt zweimal das Strukturelement eines enolisierten P-Oxocarbonsaureesters; die Verbindung sollte sich daher verseifen und zum Diketon 8 decarboxylieren lassen. Dies ist der Fall, wenn 6b mit Eisessig/ konz. Salzsaure gekocht wird. Zur Darstellung der Verbindung in groBerer Menge geht man jedoch besser vom Tetramethylester 6a aus, welcher aus 1 oder 3a und dem billigeren 3-Oxoglutarsaure-dimethylester gewonnen wird. Fur das Diketon 8 sind die Konformationen 8a, S p und 8y zu diskutieren. Russell und Keskell) haben gezeigt daB Bicyclo[3.3.2]decan-9,lO-semidion - eine Verbindung mit analogem Skelett - die Sessel-Boot-Konformation 9 bevorzugt. Zwar fehlen bei 8 die Transannularspan- nung verursachenden Wasserstoffatome an C-3 und C-7 von 9, doch nahern sich die beiden Carbonylsauerstoffatome in der Doppelsessel-Konformation 8 a nach dem Dreiding-Model1 auf einen Kernabstand von ca. 2.0 A, was eine AbstoBung der C=O-Dipole mit sich bringt. Daher sollte auch hier die Sessel-Boot-Konformation 8 bevorzugt sein. Allinger und Szkrybaldg) schlieBen aus Dipolmoment-Bestimmungen, daR beim 6,7,8,9-Tetrahydro-5H-benzocyclohepten-7-on (10) die Sessel-Konforma- tion um ca. 1.4 kcal/mol stabiler ist als die Bootform. Bei 8y tritt die ungunstigere Boot-Konformation gleich zweimal auf.

*-

9 10 11

13) K. Nakanishi, Infrared Absorption Spectroscopy, 1. A d . , S. 44, Holden-Day, San

14) N . J. Leonard, H. S. Gutowsky, W. J. Middleton und E. M. Peterson, J. Amer. Chem. SOC.

15) W. Hansel, R. Haller und K . W. Merz, Naturwissenschaften 54, 44 (1967). 16) S. J. Rhoads und C. Pryde, J. Org. Chem. 30, 3212 (1965). 17) G. A. Russell und R. G. Keske, J. Amer. Chem. SOC. 92, 4460 (1970). 18) N. L. Allinger und W. Szkrybalo, J. Org. Chem. 27, 722 (1962).

Francisco 1962.

74, 4070 (1952).

120.

1844 B. Fohtisch und Mitarbeiter 1973

Das 1H-NMR-Spektrum von 8 (60 MHz, [D~]Dimethylsulfoxid) zeigt auDer dem Pseudosingulett der Phenylenprotonen bei T = 2.61 (4H) ein symmetrisches Quin- tettl9) bei T = 6.62 (2H) der Bruckenkopfprotonen und ein Dublettl9) bei T = 7.30 (8H). Spin-Entkopplung der Bruckenkopfprotonen bewirkt ein Zusammenfallen des Dubletts bei 7 = 7.30 zu einem Singulett. Dies zeigt, daD die Methylenprotonen dieselbe chemische Verschiebung besitzen. Lage eines der Konformeren 8a -y allein vor, so ware dies schwer verstandlich, 'denn axiale und aquatoriale u-Methylenprotonen zeigen bei konformativ fixierten Cyclohexanonen in der chemischen Verschiebung deutliche Unterschiede 20).

Das sehr einfache NMR-Spektrum legt nahe, daD ein in der NMR-Zeitskala rasch oszillierendes Gleichgewicht mindestens zweier Konformerer vorliegt. Axiale und aquatoriale Protonen der Methylengruppen tauschen dabei ihre Platze und erfahren im Mittel dieselbe Abschirmung. - Wegen der geringen Loslichkeit von 8 in den meisten Solventien haben wir keine Versuche unternommen, das Konformeren-Gleichgewicht einzufrieren.

Eglinton und Mitarbeiter21) fuhren die mit 1729 cm-1 (CCl4) ungewohnlich hoch- frequente Carbonyl-Bande des Bicyclo[3.3.1]nonan-3,7-dions (11) auf eine dipolare Wechselwirkung der beinahe parallelen C = 0-Gruppen in der vermutlich bevorzugten Konformation 11 zuruck22). Wenn diese Erklarung zutrifft, wurde die C =0-Fre- quenz von 8 (1 702 cm-1 in CHC13)gegen ein Uberwiegen des Konformeren 8a sprechen.

Transannulare Reaktionen des Diketons 8

Das hervorstechende Merkmal des Diketons 8 sind transannulare Ringschlusse; bei der Umsetzung mit einer Reihe von nucleophilen Reagentien bildet sich das ,,Oxa- benzohomoadamanten"-Ringgerust 12.

12

a b

d e f

-

C

X Y

OH OH H OH CH, OH CHzNOz OH c1 c1 H H

19) Separation der Linien 4.5 Hz. 20) Vgl. Lit.lz), dort S. 238. 21) G. Eglinton, J . Martin und W. Parker, J. Chem. SOC. 1965, 1243. 22) Zahlreiche Arbeitenzza-d) zeigen, da8 beim Bicyclo[3.3.l]nonan die abgeflachte Doppel-

sessel-Konformation bevorzugt ist. Zwar steht fur 11 eine Konformationsbestimmung noch aus, doch zeigen Dreiding-Modelle, daR die C=O-Dipole von 11 weiter voneinander entfernt sind (0-0-Kernabstand 3.3 A) als bei 8a (2.0 A). Neuere Arbeiten, in denen friihere Literatur zitiert ist: 22a) R. A. Appleton, C. Egan, J. M . Evans, S . H . Graham und J. R. Dixon, J. Chem. Soc. C, 1968, 1110. - 2%) E. N. Marvel1 und R. S. Knutson, J.'Org. Chem. 35, 388 (1970). - 22c) M . R. Chaktrabarty, R . L. Ellis und J. L. Roberts, J. Org. Chem. 35, 541 (1970). - 22d) M . Fish, S. Smallcornbe, J . C. Gramain, M . A . McKervey und J. E. Anderson, J. Org. Chem. 35, 1886 (1970).

1973 Michael-Add.: Oxoglutarsaure- an Benzocycloheptendicarbonsaureester 1845

Dabei treten interessante Unterschiede zur Reaktivitat des von Stetter und Mit- arbeitern23-27) untersuchten Bicyclo[3.3.l]nonan-3,7-dions (11) auf. Bereits beim Umkristallisieren aus heiBem Wasser bildet sich aus 8 ein Dihydrat ; trocknet man dieses iiber Calciumchlorid, so wird 1 Molekiil Hydratwasser entfernt. Beide Hydrate zeigen im IR-Spektrum keine Carbonylbande. Dies und das von 8 sehr verschiedene 1H-NMR-Spektrum (vgl. experimentellen Teil) legen nahe, dab die Dihydroxy- verbindung 12a bzw. deren Monohydrat vorliegt. Beim Sublimieren oder scharfen Trocknen uber P4O10 i. Vak. wird auch das letzte Wassermolekiil unter Riickbildung von 8 abgespalten.

Bei der Reaktion von 8 mit Lithiumalanat in Tetrahydrofuran entsteht neben wenig 5,6,8,9-Tetrahydro-5,9-propano-7H-benzocyclohepten-7,ll-diol (der 8 entsprechende Dialkohol unbekannter Konfiguration) iiberwiegend das cyclische Halbketal 12b ; dieses bildet sich aus 8 mit Natriumboranat in Athanol/Wasser als einziges Reaktions- produkt. Bicyclo[3.3.l]nonan-3,7-dion (11) und dessen 9-Dichlormethyl-9-methyl- Derivat lassen sich dagegen mit Lithiumalanat ausschlieBlich zum envarteten Diol reduzieren23- 24); mit Wasserstoff/Raney-Nickel erhalt man jedoch auch aus 11 das 12b entsprechende Halbketal27). - Methylmagnesiumjodid reagiert rnit 8 zum Methyl- derivat 12c. Stetter und Mitarbeiter 25.26) erhielten aus 11 und dessen 9-Dichlormethyl- 9-methyl-Derivat mit Nitromethan unter Basenkatalyse 2-Nitroadamantan-l,3-diole. Demgegeniiber fiihrt die Umsetzung von 8 mit 'demselben Reagens wiederum zum Oxa-Tricyclus 12d.

Die Struktur der Oxa-Tricyclen folgt aus den Elementaranalysen, den 1H-NMR- und den IR-Spektren (s. Experimenteller Teil). Die Hydroxy-Funktionen der Verbin- dungen 12a- d wurden IR-spektroskopisch und NMR-spektroskopisch rnit der D20- Austausch-Technik nachgewiesen. Bei allen Verbindungen tritt im IR-Spektrum eine fur die Briickenather-Gruppierung charakterisitische Bande bei 1010 - 1030 cm-1 auf, die bei den hydroxyfreien Verbindungen 12e und 12f besonders deutlich zu erkennen ist.

Das Diketonll la& sich nach:Wolff-Kishner zumBicyclo[3.3.l]nonanreduzieren 27).

Verbindung 8 liefert aber unter Wolff-Kishner-Bedingungen einen tert.- Alkohol, dem wir nach Analyse und Spektren die Struktur 16 zuordnen. Agostu28) hat beim Versuch einer Wolff-Kishner-Reduktion des Diketons 17 einen tert. Alkohol ahnlicher Struktur erhalten. Nach der Argumentation Agostus28) sollte das Hydrazin-Addukt 13 29) in das Monooxohydrazon 14 iibergehen, das durch baseninduzierte prototrope Verschie- bung zum Diimid 15 cyclisiert; das Diimid zerfallt zu 16.

23) H. Stetter und J. Mayer, Chem. Ber. 92, 2664 (1959). 24) H. Stetter und P. Tacke, Chem. Ber. 96, 694 (1963). 25) H. Stetter und P. Tacke, Angew. Chem. 74, 354 (1962). 26) H. Stetter, H. Held und J. Mayer, Liebigs Ann. Chem. 658, 151 (1962). 27) H. Stetter, P . Tacke und J. Gartner, Chem. Ber. 97, 3480 (1964). 28) W. C. Agosta, J . Amer. Chem. SOC. 89, 3505 (1967). 29) Verbindung 8 bildet mit Hydrazin in Methanol ein schwerlosliches Addukt, das nach der

Analyse wohl iiberwiegend aus 13 besteht. Die Substanz konnte jedoch weder umkri- stallisiert, noch NMR-spektroskopisch untersucht werden.

1846 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1973

13 14 15

Da es uns nicht gelang, 8 nach Wolff-Kishner zum Kohlenwasserstoff zu reduzieren, setzten wir das Diketon rnit Phosphorpentachlorid um, in der Hoffnung, daB sich das 8 entsprechende Tetrachlorid oder das Dichloralken bilden wiirde. Diese sollten mit katalytisch erregtem Wasserstoff enthalogeniert werden. Wir erhielten jedoch mit Phosphorpentachlorid den Oxa-Tricyclus 12e, der sich mit Wasserstoff/Raney-Nickel zum Grundkorper 12f entchlorieren lieI3.

Die Bildung der Oxa-benzohomoadamantene 12 bei der Reaktion von 8 mit Nucleophilen lafit sich am einfachsten von der energetisch ungunstigen Konformation 8 a aus erklaren, bei der nur ein Angriff von der ,,AuDenseite" des Molekuls her mog- lich ist; dies wurde also bedeuten, daI3 8a im Konformeren-Gemisch vorliegt und wesentlich rascher reagiert als 8 p oder 8y. Da der Abstand der beiden Carbonyl-

8a

1973 Michael-Add. : Oxoalutarsaure an Benzocvcloheotendicarbonsaureester 1847

gruppen bei 8a kleiner ist als bei 1122), muB 8 eher zum transannularen RingschluB neigen, wie dies auch gefunden wird. Aber auch von Sp aus ist ein transannularer RingschluB denkbar, wenn man annimmt, daB der Angriff des Nucleophils aus aqua- torialer Richtung an der Carbonylgruppe des ,,Sesselteils" erfolgt. Rasche Inversion des ,,Bootteils" wurde anschlieoend den RingschluB einleiten. Dem ,,axialen" Angriff auf die Carbonylgruppe des Sesselteils stehen die beiden axialen Wasserstoffe H-6 und H-8 des Bootteils entgegen. Weniger wahrscheinlich ist auch der Angriff des Nucleo- phils an der Carbonylgruppe des Bootteils : Ein ,,axialer" Angriff aus der Innenseite des Bootes ist sterisch und wegen der abstoBenden Wirkung der x-Elektronen des Benzolringes ungiinstig ; ein ,,aquatorialer" Angriff des Nucleophils wurde den negati- vierten Sauerstoff gegen den Benzolring pressen, was eine erhohte Aktivierungs- energie dieses Schrittes zur Folge haben muR.

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Fonds der Chemischen Industrie danken wir fur die groRziigige Unterstiitzung dieser Arbeit.

Experimenteller Teil

1H-NMR-Spektren wurden mit den Geraten A 60 (in Verbindung rnit einem V-6058A- Spin-Decoupler) und T60 der Firma Varian aufgenommen. Als innerer Standard diente Tetramethylsilan. Die IR-Spektren wurden rnit dem Perkin-Elmer-Spektralphotometer 221, die UV-Spektren rnit dem Gerat Cary 14 registriert. - Die Schmelzpunkte sind unkorrigiert.

Umsetzung von o-Phthaldialdehyd (1) rnit 3-Oxoglutarsaure-diathylester (2b). - Nach Thiele und Schneider3) wurden 6.0 g 1 und 9.0 g 2b rnit 3 Tropfen Diathylamin auf dem Wasser- bad erhitzt. Nach 1.5 h fiigte man nochmals 2 Tropfen Diathylamin zu und lieR nach weiteren 2.5 h erkalten. Der feste, dunkelbraune Kristallkuchen wurde rnit wenig Ather digeriert und iiber Nacht im Kuhlschrank aufbewahrt. Das gebildete Kristallpulver wurde abgesaugt und rnit kaltem Ather gewaschen, bis es hellgelb geworden war. Das Rohprodukt (6.7 g) wurde aus Athanol umkristallisiert; man erhielt 5.19 g 7-Oxo-7H-benzocyclohepten-6,8-dicarbon- saure-diathylester (3b) in langen Nadeln vom Schmp. 94.5-95.5"C (Lit.3) 95.5"C). Aus der Mutterlauge isolierte man 1.24 g Substanz vom Schmp. 87-89"C, welche laut DC (Kieselgel GFz54, Fa. Merck; Benzol/Chloroform = 5: 1) aus 3b und d& Nebenprodukt 6b bestanden. Die Hauptmenge 6b enthielt der zum Digerieren und Waschen verwendete Ather. Durch fraktionierende Kristallisation des Atherriickstandes aus Athanol wurde eine Analysenprobe gewonnen (Schmp. 143 - 147°C). - Spektren siehe allgemeiner Teil.

C26H30010 (502.5) Ber. C 62.14 H 6.01 Gef. C 62.22 H 6.00 Mo1.-Masse 509 (osmometrisch in CHC13)

7, IO-Dihydroxy-8,9-dihydro-9,5-propeno-5H-benzocyclohepten-6,~, IO, 12-tetracarbonsaure-. tetraathylester (6 b)

a) 13.4 g (0.10 mol) 1 und 40.4 g (0.20 mol) 2b wurden in 200 ml khan01 gelost und rnit 0.5 ml Diathylamin versetzt. Nach wenigen Sekunden trat eine leichte Erwarmung ein. Uber Nacht bildeten sich Nadeln. Nach Kiihlen im Kiihlschrank wurde abgesaugt und rnit eiskaltem Athanol gewaschen. Ausbeute 35.6g (66%); Schmp. 131--134"C, die Substanz ist fur die Umsetzung zu 8 geniigend rein. Nach Umkristallisieren aus Athanol Schmp. 144- 147.5"C.

b) Z u einer Losung von 3.00 g (10 mmol) 7-Oxo-7H-benzocyclohepten-6,8-dicarbonsaure- diathylester (3b) in 30 ml Athanol wurden 2.42 g (12.2 mmol) 2b und 1 Tropfen Diathylamin gegeben. Nach 2stdg. Stehenlassen und Kiihlen iiber Nacht isolierte man 4.80 g (96%) 6b

1848 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1973

vom Schmp. 143-147°C. Spektren und Elementaranalyse der nach Verfahren a) und b) gewonnenen Substanzen waren identisch rnit denen des Nebenproduktes 6b aus dem voran- stehenden Versuch.

7,10-Dihydroxy-8,9-dihydro-9,5-propeno-5H-benzocyclohepten-6,8,10,12-tetracarbonsaure-~ tetramethylester (6a)

a) Analog der Darstellung von 6b nach Methode a) wurden 1.34 g (10 mmol) 1, 3.48 g (20 mmol) 2a in 30 ml Methanol und 5 Tropfen Diathylamin umgesetzt. Nach Abkuhlen im Kuhlschrank wurde abgesaugt und rnit eiskaltem Methanol gewaschen. Man erhielt 2.15 g (48 %) derbe Kristalle vom Schmp. 163 - 170'C. Nach Umkristallisieren aus 2-Butanon Schmp. 169--173°C.

C22H22010 (446.4) Ber. C 59.19 H 4.97 Gef. C 58.99 H 4.92

b) Man loste 54.5 g (0.20 mol) 7-Oxo-7H-benzocyclohepten-6,8-dicarbonsaure-dimethy~- ester (3a) in 450ml siedendem Acetonitril und fugte nach Entfernen der Heizquelle 35 g (0.20 mol) 2a und 1 ml Diathylamin zu. Man lieR iiber Nacht stehen, zog das Acetonitril i. Vak. ab und kristallisierte den Ruckstand aus 2-Butanon (ca. 250 ml) um. Wenn man die Mutterlauge rnit aufarbeitete, erhielt man 70.2 g (78 %) derbe Kristalle vom Schmp. 158 bis 169°C; diese sind rein genug fur die Darstellung von 8. Aus 2-Butanon Schmp. 163--171°C.

C2zHzzOlo (446.4) Ber. C 59.19 H 4.97 Gef. C 59.30 H 4.90

5,6,8,9-Tetrahydro-5,9-propano-7H-benzocycZohepten-7,I I-dion (8) a) 54.7 g (0.1 1 mol) 6b wurden rnit 300 ml Eisessig und 82 ml konz. HCl 12 h unter Riick-

flu0 erhitzt. Das Losungsmittel wurde im Rotationsverdampfer abgezogen und der halb- feste Ruckstand rnit Ather angerieben. Nach Stehenlassen uber Nacht im Kuhlschrank wurde abgesaugt und das getrocknete Produkt bei 1 6O0C/0.O01 Torr sublimiert. Ausbeute 18.0 g (77%); Schmp. 196--199°C. Aus absol. Benzol glanzende Blattchen vom gleichen Schmp. - 1H-NMR-Spektrum: siehe allgemeinen Teil. - IR in KBr: 1700 (C=O); in CHC13 1702 cm-1.

C14H1402 (214.3) Ber. C 78.48 H 6.59 Gef. C 78.61 H 6.86

b) Aus 44.6 g (0.10 mol) 6a erhielt man rnit 250 ml Eisessig und 70 ml konz. HCI analog a) 16.4 g (87%) 8 vom Schmp. 195--197°C.

6,7,8,9-Tetrahydro-7,11-epoxy-5,9-propano-SH-ben~ocyclohepten-7, II-diol (12a). - 1 .O g Diketon 8 wurde rnit 160 ml Wasser bis zur klaren Lbsung gekocht und filtriert. Beim Erkalten kristallisierten lange, farblose Nadeln aus. Nach Abkiihlen auf 0°C wurde abgesaugt, rnit eiskaltem Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet. Ausbeute 1.08 g (100%); Schmp. 197-199°C. - IR (KBr): breite OH-Doppelbande mit Maxima bei 3430 und 3260 cm-1, die C=O-Bande von 8 bei 1700 cm-1 ist verschwunden.

C14H1603 - H20 (250.3) Ber. C 67.18 H 7.25 Gef. C 67.36 H 7.10

Man trocknete die Substanz weiter uber CaC12. - IR (KBr): 3365 cm-1, breit (OH). - IH-NMR ([D6]Dimethylsulfoxid) : z = 2.86 (Pseudosingulett ; 4H, H-1 bis H-4), 4.84 (breites Signal; 2H, OH), 6.79 (m; 2H, H-5 und H-9), 7.85-8.7 (m; SH, H-6, H-8, H-10,

C14H1603 (232.3) Ber. C 72.38 H 6.94 Gef. C 71.91 H 6.88 H-12).

6,7,8,9-Tetrahydro- 7,Il -epoxy-5,9-propano-5H-benzocyclohepten- 7-01 (12b). - 2.0 g (9.35 mmol) 8 wurden in einer Mischung von 50 ml Wasser, 50 ml Athano1 und 0.5 g KOH gelost, rnit 0.2 g (5.3 mmol) NaBH4 versetzt und 15 h bei 70°C geruhrt. Die klare Losung wurde i. Vak. eingeengt, wobei ein weiDes Produkt auskristallisierte. Nach Kuhlen wurde abgesaugt

1973 Michael-Add. : Oxoglutarsaure- an Benzocycloheptendicarbonsaureester 1849

und rnit eiskaltem Wasser gewaschen. Ausbeute 1.56 g (77%) farblose Kristalle vom Schmp. 200- 202°C. Eine Analysenprobe wurde aus Ather umkristallisiert. - IH-NMR (CDCIj) : 7 = 2.90 (Pseudosingulett; 4H, H-1 -H-4), 5.43 (m, ,,Triplett"; 1 H, H-1 l), 6.49 (s; 1 H, OH), 6.82 (m; 2H, H-5, H-9), 7.5-8.6 (m; 8H, H-6, H-8, H-10, H-12). - IR (KBr): 3300 (OH); 1010 cm-1 (C-0-C).

C14H1602 (216.3) Ber. C 77.72 H 7.46 Gef. C 77.48 H 7.41

6,7,8,9-Tetrahydro-7,Il-epoxy-5,9-propano-SH-benzocyclohepten-7-ol (12b) und 6,7,8,9- Tetrahydro-5,9-propano-SH-benzocyclohepten-7,ll-diol: Zu 1.5 gT(39.5 mmol) LiAIH4 in 120 ml absol. Tetrahydrofuran tropfte man unter Riihren 3.0 g (14"mmol) 8 in 115 ml Tetra- hydrofuran. Nach 24 stdg. Riihren bei Raumtemperatur und anschliel3endem 1 stdg. RUckfluB- kochen wurde iiberschiissiges LiAIH4 mit Wasser zersetzt und der entstandene Niederschlag rnit 10proz. H2SO4 in Losung gebracht. In die filtrierte, farblose Losung riihrte man wasser- freies KzCO3 ein, worauf sich zwei Schichten bildeten. Die obere, organische wurde abgetrennt, mit weiterem K;?CO3 getrocknet und im Rotationsverdampfer bis auf wenige Milliliter einge- engt. Mit Ather fallte man 2.65 g eines farblosen kristallinen Pulvers. Beim zweimaligen Digerieren rnit eiskaltem CHC13 ging ein grol3er Teil der Substanz in Losung. Der schwerlos- liche Anteil wurde aus CHC13 umkristallisiert. Ausbeute 0.52 g (17 %) 6,7,8,9-Tetrahydro- 5,9-propano-5H-benzocyclohepten-7,1l-diol vom Schmp. 176- 177°C. - IH-NMR (CD3CN bei 70°C): T = 2.90 (Pseudosingulett; 4H, H-1 -H-4), 6.8-7.2 (m; 4H, H-5, H-7, H-9, H-ll), 7.5 - ca. 1.8 (m, vom CHDzCN-Signal teilweise verdeckt; H-6, H-8, H-10, H-12), 7.68 (breites Singulett, verschwindet nach Schiitteln rnit DzO; 2H, OH). - IR (KBr): 3290 cm-1 (OH).

C14H1802 (218.3) Ber. C 77.05 H 8.31 Gef. C 76.42 H 8.43

Die Chloroformlosung wurde i. Vak. zur Trockne eingedampft und der Riickstand aus Ather umkristallisiert. Ausbeute 1.71 g (56 %) 12b als farblose Kristallwiirfel vom Schmp. 201 bis 203 "C.

C14H1602 (216.3) Ber. C 77.72 H 7.46 Gef. C 77.22 H 7.41

II-Methyl-6,7,8,9-tetrahydro-7, Il-epoxy-5,9-propano-SH-benrocyclohepten-7-01(12~). - Zu einer Grignard-Losung aus 243 mg (10 mmol) Magnesium, 1.42 g (10 mmol) Methyljodid und 20 ml absol. Ather tropfte man die Losung von 1.28 g (6 mmol) 8 in 30 ml absol. Dichlor- methan, riihrte iiber Nacht bei Raumtemperatur und erhitzte anschliel3end noch 1 h unter RiickfluR. Man hydrolysierte rnit Wasser, loste das Magnesiumhydroxid mit etwas HCl und extrahierte die wal3rige Phase dreimal mit Ather. Die vereinigten organischen Phasen wurden rnit NaHCO3-Losung und rnit Wasser gewaschen und iiber Na2S04 getrocknet. Nach Abziehen des Losungsmittels wurde der Riickstand an Kieselgel (Fa. Merck) rnit Athylacetat chromato- graphiert. Man isolierte 1.23 g farblose Substanz, die aus Methanol/Wasser (1 : 2) umkristalli- siert wurde. Ausbeute 0.63 g (46 %) glanzende Blattchen vom Schmp. 167- 169°C. - 1H-NMR (CDC13): T = 2.87 (Pseudosingulett; 4H, H-1-H-4), 6.70 (s; l H , OH), 6.80 (m; 2H, H-5, H-9), 7.9-8.4 (m; 8H, H-6, H-8, H-10, H-12), 8.73 (s; 3H, CH3). - IR (KBr): 3290 (OH); 1020 cm-1 (C-0-C).

C15H1802 (230.3) Ber. C 78.22 H 7.88 Gef. C 78.01 H 7.78

I I-Nitromethyl-6,7,8,9-tetrahydro-7,I I-epoxy-5,9-propano-5H-benzocyclohepten-7-01(12d). - 2.0 g (9.35 mmol) 8 in 10 ml absol. Methanol wurden rnit 0.2 g (8.7 mmol) Natrium in 8 ml absol. Methanol versetzt. Unter Riihren tropfte man 1.0 g (16.4 mmol) Nitromethan zu und lie13 2 Tage bei Raumtemperatur stehen. Die gelbe Losung wurde rnit verd. HCI angesauert, i. Vak. zur Trockne gebracht, der Riickstand in Chloroform aufgenommen und die Losung iiber CaC12 getrocknet. Chromatographie an A1203 (Fa. Merck) mit Chloroform/~thylacetat (2 : 1)

1850 B. Fohlisch und Mitarbeiter 1973

ergab 1.89 g farbloses Produkt, das aus Tetrachlorkohlenstoff umkristallisiert wurde. Aus- beute 1.70g (66%) weil3e, derbe Kristalle vom Schmp. 135--136°C. - 1H-NMR (CDC13): T = 2.86 (Pseudosingulett; 4H, H-l-H-4), 5.58 (s; 2H, CHZNO~), 6.68 (m; 3H, H-5, H-9, OH),7.7-8.4(m;8H,H-6,H-8,H-lO,H-12). - IR(KBr): 3490(OH); 1565(NO2); 1020cm-1

C15H17N04 (275.3) Ber. C 65.43 H 6.22 N 5.09 Gef. C 65.35 H 6.09 N 4.83 (C-0-C).

7,1 I-Dichlor-6,7,8,9-tetrahydro-7,Il-epoxy-5,9-propano-5~-benzocyclohepten (12e). - I .O g (4.67 mmol) 8 wurden rnit I .94 g (9.35 mmol) PCls in 20 ml absol. Benzol 1 h bei Raumtemp. geriihrt und anschliel3end 1 h auf 70°C erwarmt. Man zog das Losungsmittel i. Vak. ab, nahm den Riickstand in Chloroform auf und chromatographierte an A1203 (Fa. Merck) rnit Chloroform. Man eluierte 1.31 g farblose Substanz, welche aus Hexan umkristallisiert wurde. Schmp. 158°C. Zur Analyse wurde bei 145"C/0.001 Torr sublimiert. Schmp. 160°C. - 1H-NMR (CDCI3): T = 2.83 (Pseudosingulett; 4H, H-l-H-4), 6.72 (m; 2H, H-5, H-9), 7.1 -8.0 (m; 8H, H-6, H-8, H-10, H-12). - IR (KBr): 1020 cm-1 (C--0-C).

C14H14C120 (269.2) Ber. C 62.47 H 5.25 C126.34 Gef. C 62.21 H 5.19 C126.07

6,7,8,9-Tetrahydro-7,I~-epoxy-5,9-propano-5H-benzocyclohepten (12f). - Eine Mischung aus 2.0 g (7.4 mmol) 12e, 0.6 g NaOH und 0.4 g MgO in 250 ml Methanol wurde uber Raney- Nickel (aus 20 g Legierung) hydriert. Nach 4 h war die Wasserstoffaufnahme beendet. Man filtrierte, sauerte das Filtrat rnit verd. HCl an, dampfte zur Trockne ein und nahm den Riick- stand in Chloroform auf. Man trocknete iiber CaC12, zog das Chloroform i. Vak. ab und sublimierte den Riickstand bei 7O0C/0.O01 Torr. Eine kleine Verunreinigung wurde durch praparative Schichtchromatographie an Kieselgel (PF254; Fa. Merck) rnit Chloroform abge- trennt. Ausbeute 0.72 g (48 %) weiBes, voluminoses Pulver rnit typischem Geruch; Schmp. 133°C. - 1H-NMR(CDCl3): T = 2.90 (Pseudosingulett;4H, H-1 -H-4), 5.82 (m. ,,Triplett"; 2H, H-7, H-ll), 6.99 (m; 2H, H-5, H-9), 7.3-8.5 (m; 8H, H-6, H-8, H-10, H-12). - IR (KBr): 1028 cm-1 (C-0-C).

Cl4HI6O (200.3) Ber. C 83.96 H 8.05 Gef. C 83.93 H 8.13

6,7,8,9-Tetrahydro-5H-5,7,9-propan-l,2,3-triylbenzocyclohepten-7-01 (16). - Zu einer Lo- sung von 6.72 g fein gepulvertem KOH in 30 ml Diathylenglykol fiigte man 3.21 g (15 mmol) 8 und 4.2 g 90proz. Hydrazin-hydrat und erhitzte 2 h auf 130°C. Dann destillierte man langsam iiberschiissiges Hydrazin-hydrat und Losungsmittel ab, wcubei ein Teil des Reaktionsproduktes im Kiihler auskristallisierte. Man erhitzte 4.5 h auf 195"C, loste den Ruckstand in Wasser und extrahierte mehrmals mit Ather. Nach Waschen der Atherlosung rnit 1 N HCl, NaHCO3- Losung und Wasser wurde iiber MgS04 getrocknet und der Ather abgezogen. Es blieben 2.2 g (79 %) farbloses Rohprodukt vom Schmp. 128 - 135°C zuruck, die aus Toluol umkristalli- siert wurden. Ausbeute 1.54 g (55%) farblose Nadeln vom Schmp. 133--135°C. - 1H-NMR (CDC13) : T = 2.92 (Pseudosingulett; 4H, Phenylenprotonen), 6.77 (,,Triplett"; 2H, H-5, H-9), 7.4-8.6 (m; IOH, restliche Protonen), ein das Multiplett iiberragendes Singulett bei T = 7.73 (OH) verschwindet nach D20-Austausch. - Durch Zugabe von Tris(2,2,6,6- tetramethyl-3,5-heptandionato)enropium(III) lieBen sich die zusammenfallenden Signale teil- weise auftrennen. - IR (CHCl3): 3600 (scharf ; ,,freies"OH), 3453 cm-1 (breit; assoziiertes OH).

CI4Hl6O (200.3) Ber. C 83.96 H 8.05 Gef. C 84.10 H 8.03

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