L i t e r a t u r

[l] Richter, M.; Richter, W.: Wiss. Z. Pad. Hochschule ,,N. K. Krupskaja" Halle; a) XXIV M2/8 (1986) 1 7 ; b) XXII 2 (1984) 33

[2] DD-WP COT D 307 304/1 (1987); Richter, M.; Richter, W.; Weise, B.

[3] Augustin, M.; Schmidt, W.; Rudorf, W.-D.: Z. Chem. 17 (1977) 209

[4] Schroth, W.: Wiss. Z. Martin-Luther-Univ. Halle-Wittenbcrg, math.-naturwiss. R. X X X 8 1 M, H. 4, 44

[5] Mayer, R.; Schhfer, K.: J. prakt. Chem. 26 (1964) 279 [6] Ried, W.; Erle, H.-E.: Chem. Ber. 119 (198%) 475 [7] DD-WP C07 C 307 891/3 (1987); Richter, W.; Richter, M.;

Pallas, M.; Weise, B.

eingegangen a m 11. April 1988 ZCM 9371

3,6-Bis(acylamino) -3H, 6H-isothiazolo (4,3- c) (1,2) -isothiazole; Darstellung und Eigenschaften

Hans Ulrich Kibbel, Christine Knebusch

Wilhelm-Pieck-Universitat Rostock, Sektion Chemie, Rostock, DDR-2500

Die Synthese von 3-Acylaminoisothiazolen bzw. 3-Acylamino- 1,2-benzoisothiazolen, die als Ausgangsprodukte fur potentiell biologisch aktive Substanzen von Interesse sind, gelingt durch Umsetzung der entsprechenden 3-Acylimino-1,2-dithiole mit Hydroxylamin bzw. Ammoniak [l. 21. Unter vergleichbaren Reak- tionsbedingungen konnten nun auch die aus Natriumcyanodithio- formiat NaSC(S)CN .3DMF in einfacher Weise zuganglichen 3,6-Bis(acylimino)-3H, 6H-dithiolo[4,3-c] [I, 2ldithiole (1) [3, 41

mit Hydroxylamin in die entsprechenden 3,6-Bis(acylamino)- 3H, GH-isothiazolo[4,3-c] [1, 2]isothiazole (2) uberfiihrt werden (Tab. 1). Als Losungsmittel bewahrten sich dabei besonders Al- kohole bzw. Pyridin fur die schwerer loslichen Verbindungen l (R = CH,, Aryl). Die Darstellung der Isothiazoloisothiazole 2 gelingt auchdurchUmsetzung der Dithiolodithiolel mit Ammoniak in Alkoholen als Losungsmittel. Diese Verfahrensweise ist fur schwerer loslichel wenigergeeignetund fuhrt insgesamt zu schlech- teren Ausbeuten. Wahrend bei Einsatz von Hydroxylamin Schwe- fel entsteht, verlaufen die Reaktionen mit Ammoniak nach einem anderen Mechanismus unter Bildung von Schwefelwasserstoff. Die farblosen bis schwach gelben Isothiazoloisothiazole 2 zersetzen sich oberhalb 250°C ohne vorheriges Schmelzen. Eine Ausnahme bildet die Verbindung 2h, die wahrscheinlich wegen der groBen aliphatischen Reste R ohne Zersetzung bei 238°C schmilzt. Das Losungsverhalten der Verbindungen 2 wird wesentlich von der Art der Substituenten R beeinfluBt. Fur R = Aryl bzw. niedere Alkylgruppen losen sich die Produkte nur in aprotisch dipolaren Losungsmitteln, wie DMF oder DMSO, ausreichend. Die Los- lichkeit in Alkoholen bzw. Ketonen nimmt aber fur R = Alkyl mit wachsender Molmasse der Alkylgruppen deutlich zu. Die Verbindungen des Typs 2 losen sich in konzentrierter Schwefel- saure und sind durch Zusatz von Wasser unverandert wieder fall- bar. Kristalline Salze lieBen sich durch Umsetzung von 2 mit star- ken Mineralsauren trotz weitgehender Variation der Reaktions- bedingungen nicht darstellen. Die Entacylierung der lsothia- zoloisothiazole 2 fuhrt zum 3, G-Diamino-isothiazolo[4,3-c][1,2] isothiazol (3). Die Lage charakteristischer IR-Banden der Verbindungen 2 (vgl. Tab. 1) entspricht den Erwartungen. Im Gegensatz zu den Aus- gangsprodukten 1 [3,4], in denen nichtbindende Wechselwirkun- gen zwischen der Carbonylgruppe und den Schwefelatomen des Dithiolrings zu einer starken Verschiebung der C=O-Valenz- schwingung zu niedrigeren Wellenzahlen fuhren, finden sich fur 2 die entsprechenden Banden in dem fur Saureamide charakteristi- schen Bereich. Zahl und Lage der N -H-Valenzschwingungen deuten darauf hin, daB in der KBr-Verreibung noch intermole- kulare Wasserstoffbrucken vorliegen. Fur die Verbindungen 2 mit R = Alkyl tritt in den lH-NMR-Spektren (DMSO-d6) das Signal des N-H-Protons um 11,5 ppm auf. Der Verlauf der massenspektrometrischen Fragmentierung der Verbindungen 2 ist abhangig von der Art der Substituenten R.

Tabelle 1 Daten zur Darstellung der Isothiazoloisothiazole 2

Verb. 2 R5) Summenformel/ Ausbeute/ Charakterist. IR-Banden Molmasso Yob) vjcm-' (KBr)

a CH, C8H8N402S2 69 3275,3205, 3080,1698, 1578

3 275, 3 205, 30S0,1705,1580 256,304

284,356 57 b CZH, C10H12N402S2

C n-C3H, C12H16N402S2 50 3 13,408

3280, 3205,3075,1710,1585

d i-C,H, C1ZH16N402S2 77 3 275,3 210,3075,1700,1575

e n-C,H, C14H20N402S2 51 3285, 3210, 3080,1735, 1585 312,408

340,460 f

h

i-C,H, C14H20N402S2 30 340,460 C20H32N402S2 71

C2LlH32N*02S2 47 421,616

484,616

3270, 3210, 3080, 1698,1580

3275, 3210, 3080,1710,1590

3270, 3205, 3080,1700,1555

i C6H5CH=CH C2ZH14PI'402S2 10 3270,3210, 3OG5, 1685,1585

j C6H5 C18H12N402S2 20 3250, 3195, 3070, 1685, 1570

I, 4-CH3 - CSH4 C?.0H16N402S2 20 3255,3200,3075, 1680,1555

430,492 (C=C: 1635)

380,436

408,488

a) Die durch Elementaranalyse ermittelten C, H, N, S-Werte entsprechen im Rahmen der Fehlergrenzen don berechneten Werten; b, beaogen auf Umsetzungen mit NH,OH . HCI

Fur R = Alkyl treten neben dem Molpeak eine Reihe Fragment- peaks mittlerer Intensitat auf, die Produkten der Massen [M-R], [M-Keten] sowie 172 (M-2 Keten = Verbindung 3 ) entsprechcn, wobei letzteres Produkt stufenweise zweimal NH, abspaltet (Mas- senzahlen 15G bzw. 140) und danii unter Abspaltung von zwei Mol Cyanamid ein offenbar recht stabiles Fragment der Massenzahl 88 (C,S,) bildet. Fur R = Aryl werden neben dem Molpeak Peaks geringerer Intensitat fur Fragmente [M-R], [M-RCO] sowie rnit den Massenzahlen 172, 156 und 88 beobachtct. Typisch fur alle 2 sind die starken Fragmentpeaks der Acylreste RCO und ein Peak der Massenzahl43, der einem Fragment der Summenforrnel HNCO zugeordnet wird.

E x p e r i m e n t e l l e s

Darstellung der Isothiuzoloisothiuzole 2: a) 0,Ol mol 1 wird in einer Losung von 0,04 mol NH,OH. HCl und 0,04 mol Natrium- acetat * 3 H,O in 200 ml Ethanol bzw. Pyridin 4-8 h am Ruck- fluW erhitzt. Nach dcm Eiiiengen und Abkuhlen der Losung wird abgesaugt, der Ruckstand mit Rasser, Methanol und CS, ge- wasclien und aus DMF umkristallisiert. Die Ausbcuten wurdcii nicht optimiert (vgl. Tab. 1). b) In eine Lijsung von 0,005 mol 1 in 30 ml Ethanol wird uber 4 h im langsamen Strom NH, einge- leitet. Nacli dem Einengen wird der Kiederschlag abgesaugt, mit Methanol gewaschen und umkristallisiert. Ausbeuten: 2e 18%; 29 16%; 2h 14%.

Dem VEB Chemiekombinat Bitterfeld danken wir fur die Unter- stutzung der Untersuchungen.

L i t e r a t u r

[I] Boshugen, H.; Geiger, 1V.: Liebigs Ann. Chem. 1977, 20 ['L] Wooldridge, K . II. R.: Recent Advances in the Chemistry of

Mononuclear Isothiazoles in Adv. Heterocyclic Chemistry 14 (1972) 1-41

[3] Reiter, A.; Hunsen, P.; Kibbel, H . U.: Z. Chem. 17 (1977) 221 [4] Kibbel, H . U.; Wohl, D.; Iiansen, P.; Reiter, A.: Ii'iss. Z.

Univ. Rostock, math.-naturwiss. R., im Druck

eingegungen am 21. Marz 1988 ZCM 9336

llloglicher Beweis fur Dikat ion-~~echanismus der Wallach-Umlagerung

Hermann Kolck

ICECHIM, Forschungszentrum fur Plastmaterialc, Laboratorium Timigoara, 1900 Timigoara, SR Rumanien

Zur Erklarung der Tatsache, daR bei der Umlagerung aromatischer Azoxyverbindungen in stark saurem Medium [Gl. (I)] die OH- Gruppe bei symmetrisch substituierten Phenylgruppen rnit der- selben Wahrscheinlichkeit in beide Kerne nukleophil eintreten kann, muW angenommen werden, daR wahrend der Umlagerung die Asymmetrie der Azoxygruppe aufgehoben wird. Als mogliche

A r - N - N - A : m X yo Ar-N-N-A<-Ol+(p) + (1) (10o-X)X A<-N-N-Ar-OH(p)

Zwischenprodukte wurdcn das Monokation 2 [l-31 und das Dikat- ion 3 [l, 4-G] angesehen, letzteres auch bei der etwas unterschied- lich verlaufenden Umlagerung des 2,2', 4,4', 6, G'-Hexamethyl- azoxybenzens [T, 81. Obzwar die Existenz der Dikationen 3 und 4 durch KMR-Studien in supersaurem Medium nachgewicsen werden konnte [9], fchlt zur Zeit noch immcr cin direkter Beweis fur ihre I'rLsenz uiid Rollc bei der Wulluch-Umlagerung [loll). Die kineti- schen Studien zur Ct'alluch-Umlagerung erfolgten gewohnlich in waoriger [4] odcr 20 Val.-% Alkohol enthaltender Schwefclsaure [5, 111. Da andererscits die Benzidinumlagerung durch Poly-

I ) ausfuhrliche Diskussion zum Mechanismus der Wallach-Um- lagcrung in [lo]

styrensulfonsiure in waBriger LBsung katalysiert werden konnte [12] und der Katalyse mittels stark saurcr Kationenaustauscher (gleichzusetzen mit vernctzter PolystyrensulfonsSure) wachsende Bedeutung zukommt [13-15], war es naheliegend, den Versuch zu unternehmen, die Wulluch-Umlagerung in Gegenwart eines solchen Harzes durchzufuhren.

I4 . . OH o+ OH

/ \ I + i\r = N - k -Ar'c=Ar-N-N-Ar&Ar-N-N-Ar'

L

HO + I

Ar - N= N- Ar' &N=N -L-A~*

3 A + 4

Aus absoluteni odcr wiI3rigcm Alkohol und Azoxybenzen wurden 2 . molare Iiisungen hcrgestellt und diese uber bis zur (h- wichtskonstanz getrocknetes makroporoscs Kationenaustau- sc1ierhmz2) gcgosscn urid in einem mit Glasstopfen versehenen Erlenmeyerkolben kraftig geschuttelt. Periodisch wurden der Liisung Proben entnommen und bei 30800 cm-I, dem 3tl-+nl*- Absorptionsmaximum der Azoxyverbindung, photometriert. I m Palle der wasserfreien Losung blieb die Extinktion im Verlauf mehrerer Stunden unverandert, bzw. es fand keine physikalischc oder chemische Adsorption statt. Die 20 Val.-% Alkohol enthal- tende wal3rige Losung entfarbte sich nach Zusatz des Austauscher- liarzes innerhalb von 10 min, die nur 3 Val.-% Alkohol enthaltende Lijsung nach weniger als 3 min. Im letzten Fall wurde das Harz mit der entfarbten Losung 3 h lang unter RuckfluR erhitzt und uber Nacht stehengelassen. AnsehlieBend wurde versucht den adsorbierten Rtoff zu eluieren bzw. das Harz zu regenerieren. Dies geschah in einer gewohnlichen ~boraustauschersaule, in der die Harzschicht init Glnsfibcrgewebe fixiert war. Der beladene lonen- austauscher wurde erst mit Wasser, d a m mit Schwefelsaure stei- gender Konzentration (25-, 50-, 75- und 95'33g) gewaschen. Erst bei Verwendung 95yoiger Schwefelsaure war das Eluat farbig, fand also Desorption statt. Durch Kuhlung und krlftiges Ruhrcn im AuffanggefiO wurde dafur gesorgt, daR das neu hinzukommende Eluat sofort und ohne nennenswerte ErwSirmung verdunnt wird, um dadurch die fur die Umlagerung gunstigen Bedingungen so rasch wie moglich zu beseitigen. Das Elektronenspektrum diescs etwa 50% Schwefelsaure enthaltenden Eluats zeigte das charak- teristische n,+n:-Absorptionsrnaximum des monoprotonierten Azoxybenzens (26000 cm-l) und nicht etwa das des protonicrten p-Hydroxy-azobenzens (21 GOO em-l). Die unter sonst gleichen Bedingungen gomessenen Blindproben (ohne Azoxyverbindung) dientcn als Bczuglosungen. Um die Moglichkeit der photochemi- schen Umlagerung auszuschliefien, wurde in Abwesenheit direktcn Liclites gearbeitet. Zur Deutung der Versuchsergebnisse wurdcn in erster Linie die Eigenheiten makroporoser Harze in Betracht gezogen. Bc- kanntlich [16] beeintriichtigt die wegen des hohen Vernetzungs- grades starre Struktur dieser Harze eine optimale Anordnung zweier benachbarter Ankergruppen um ein adsorbiertes Molekiil. Auch die bei der Katalyse mittels Kunstharzionenaustauschers ebcnfalls zu beriicksichtigende Wechselwirkung zwischen dem apolaren Teil des Reaktanten und der Austauschermatrix [14] kiinnte einer gunstigen Ausrichtung des Azoxybenzenmolekuls bei der zweiten Protonierung entgegenwirken. Dieser Wechsel- wirkung ist es ubrigens zu verdanken, daB bei Verwendung einer stark wBSrigen Alkohollosung die Azoxyverbindung in die Poren dcs Harzcs eindringen kann, wahrend diese Tendenz im Falle von wasserfreiem Alkohol, einem guten Losungsmittel des Reak- tanten, nicht bcsteht. Durch die Gegenwart des Wassers wird jedoch nicht nur der Verteilungskoeffizicnt der Azoxyverbindung

2, Vionit CS-34C, ein vom Combinatul Chimic Victoria (Or. Vic- toria, SR Rumanien) erzeugter stark saurer Ionenaustauscher :- Austauschkapazitat 1,85 mval/ml ; KorngroBe 0,3O-1,25 mm; Po- rositat 41Yo ; spezifische Oberflachc 35 m2/g; PorengrijOenvertei- lung: 7-10 nm . . . 15%, 10-30 nm . . . 52%, > 30 nm . . . 33% ; etwva 16 h bei 100°C getrocknet