22 H. HELLMANN und G. M. Scmm Bd. 642

Einwirkung von tertiaren Aminen auf o-metallierte Arylhalogenide, IV 1)

UMSETZUNGEN VON DIALKYL-ALLYL-AMINEN MIT O-FLUOR-PHENY LMAGNESIUMBROMID

von HEINRICH HELLMANN und GOTTHOLD MICHAEL S c m m

Aus dem Chemischen Institut der Universitat Tubingen

Eingegangen am 21..Oktober 1960

Einwirkung von Dimethyl-, Diathyl-, Dipropyl-, Diisopropyl- oder Dibutyl- allyl-amin auf o-Fluor-phenylmagnesiumbromid als Dehydrobenzol-Quelle fiihrt zur Bildung von N-Alkyl-N-[u-alkyl-aIlyl]-anilinen (VII) und N-Alkyl-N- phenyl-enaminen (X), die bei der Aufarbeitung Hydrolyse zu N-Monoalkyl- anilinen und Aldehyden erfahren. Im Falle des Dimethyl-allyl-amins entsteht dariiber hinaus N.N-Dimethyl-anilin. - Die Bildung der Amine VII und der Enamine X findet ihre Deutung in der Addition der Dialkyl-allyl-amine an Dehydrobenzol zu den Betainen 111, Prototropie zu den mesomeren Zwitterionen IV und deren innermolekularem Ladungsausgleich durch Wanderung eines

Alkylrestes vom Stickstoff zur u- bzw. y-Stellung des Allyl-Liganden.

In den friiheren Mitteilungen wurde iiber Umsetzungen von o-metalliertem Fluor- benzol mit tertiaren Aminen berichtet, deren Liganden mesomere Carbenium-Ionen bilden konnen. Die Untersuchungen wurden an Dialkyl-allyl-aminen

(R)zN*CHz*CH: CH2

fortgesetzt, bei deren Einwirkung auf o-Fluor-phenylmagnesiumbromid (I) mit folgenden Reaktionsmoglichkeiten gerechnet werden mul3te :

Weg A: Austausch des MgBr-Restes gegen eine Allylgruppe, ohne Beteiligung des Fluors, zu o-Allyl-fluorbenzol (V) (Analogie zur Umsetzung von I mit N-Alkoxy- methyl-aminen bzw. N.N-Dialkyl-aminomethyl-carbonamiden 1)).

Weg B: Umlagerung des durch Addition von Dialkyl-allyl-amin an Dehydro- benzol (11) entstehenden Betains I11 im Sinne einer o-Alkylierung zu o-Allyl-N.N- dialkyl-anilin (VI) (Analogie zur Umsetzung von I mit Methylen-bis-aminen 2)).

Weg C: Alkylierung (genauer Allylierung) des durch Prototropie aus dem Betain I11 entstandenen Ylids IV durch das Betain zu einem Ammoniumkation, das in Dialkylanilin (VIII) und Hexatrien (IX) zerfallt (Analogie zur Umsetzung von I mit tertiaren Benzylaminen3)).

1) 111. Mitteilung: H. HELLMANN und W. UNSELD, Liebigs Ann. Chem. 631, 95 (1960). 2) H. HELLMANN und W. UNSELD. Liebigs Ann. Chem. 631,89 (1960). 3) H. HELLMANN und W. UNSELD, Liebigs Ann. Chem. 631,82 (1960).

1961 Einwirkung von tertiiiren Aminen auf o-metallierte Arylhalogenide, IV 23

Weg D: Smvms-Umlagerung des Allylids IV zum tertiaren Amin VII (Analogie zur Umsetzung von I mit tertiaren Benzylaminen3)).

Neben der Bildung des Allylids IV1 aus dem Betain I11 (durch Prototropie) war awh d i e jenige eines Alkylids in Betracht zu ziehen. Die CH-Aciditiit der a-Stellung einer Alkylgruppc ist m a r geringer als diejenige einer Allylgruppe, so daB diese Prototropie gegeniiber der for- mulierten im Hintertreffen wiire, aber dem Alkylid bote sich im Ladungsausgleich durch die nachfolgende SmwNs-Umlagerung mit einem mesometen Allyl-carbenium-Ion eine giln- stigere Chance zur Stabilisierung, als sie dem Allylid IV zu Gebote steht.

1 Wcg B-E: J-+ (R)zN.CHz*CH:CHz

VI

R: a = CH3 b = C2H5 IX OCH.(CH?)yR c = n-C3H7 d = ~ s o - C ~ H ~

e = n-CdH9 XI1

Die heftige Reaktion zwischen Didthyl-allyl-amin und o-Fluor-phenylrnagnesium- bromid in absol. Tetrahydrofuran lieferte nach 1/2 Stde. 18% d. Th. an N-Athyl- N-[a-athyl-allyll-anilin (VII b) und iiberraschenderweise 53 % N-khyl-anilid Wb). VI1 b lie0 sich mit RAmwNickel zum N-Athyl-N-[a-athyl-propyll-anilin hydrieren, dessen =rat mit einer authent. Probe keine Schmelzpunktsdepression ergab. o-Allyl- fluorbenzol (V), o-Allyl-N.N-diathyl-anilin (VI b) und N-khyl-N-[a-allyl-2thyl]-anilin

Das Vorhandensein von VII b im Reaktionsgemisch zigt an, daD das Diiithyl-allyl- amin sich an das aus o-Fluor-phenylmagnesiumbromid entstehende Dehydrobenzol (11) zum Betain IIIb addiert, welches iiber eine Prototropie in das Allylid IVb und durch dessen SmNsUmlagerung in VIIb verwandelt wird (Reaktionsweg D). Es besagt ferner, da8 das nucleophile Zentrum am aromatischen Kern des Retains IIIb

, wurden hier nicht gefunden.

24 H. HELLEM” und G. M. SCHEYTT Bd. 642

eher ein Proton als ein Allyl-carbenium-Ion (nach B) zu sich heriiberzieht und dal3 dieses Proton der a-Stellung des Allylrestes und nicht derjenigen eines Athylrestes entnommen wird. Den Schliissel fur das Verstandnis der Bildung des N-Athyl-anilins liefert die Mesomeriefahigkeit des anionischen Allylrestes im Allylid IV1 b, denn ein Athylrest kann nicht nur uber den Weg D - im Sinne einer normalen STEVENS-Um- lagerung - vom Ammoniumstickstoff in die a-Stellung der Allylgruppe, sondern auch in deren y-Stellung (Zwitterion IV2b) wandern. So kommt es auf dem Wege E zur Bildung des Enamins Xb, welches wahrend der Aufarbeitung zu N-Athyl-anilin und n-Valeraldehyd (XI1 b) hydrolysiert wird. Der Valeraldehyd wurde in 33-proz. Ausbeute als 2.4-Dinitro-phenylhydrazon isoliert.

Die analoge Umsetzung von I mit Diisopropyl-allyl-amin ergab 28% d. Th. an N-Isopropyl-N-[a-isopropyl-allyll-anilin (VIId), das sich mit Pt/H2 zum 3-[N-Isopro- pyl-N-phenyl-amino]-2-methyl-pentan hydrieren 1aDt. Ferner entstanden 26 % N-Iso- propyl-anilin und 14 % 2-Methyl-pentanal (XI1 d).

Aus den Anstiizen mit Di-n-propyl-allyl-amin und Di-n-butyl-allyl-amin wurden 43 % d. Th. an N-Propyl-anilin bzw. 48 % an N-Butyl-anilin und 20% n-Hexanal (XIIc) bzw. 43 % ananthaldehyd (XIIe) als Bruchstiicke der Hydrolyse der Enamine Xc bzw. Xe isoliert. Die STEVENS-Umlagerung erfolgt hier jedoch in so geringem Ma&, daD die tertiaren Amine VIIc und VIIe nicht mehr isoliert, sondern lediglich nach- gewiesen werden konnten. Die Destillation der basischen Anteile ergab in beiden FaI- len eine Fraktion aus reinem sekundarem Amin (XIc bzw. XIe) und zwei Fraktionen aus Gemischen von VII und XI, deren IR-Spektren die NH-Bande bei 2.9 p und die Allyl-Bande bei 6.1 p zeigten.

Der Versuch, das ungesattigte Amin im Gaschromatographen abzutrennen, gluckte weder mit Carbowax noch rnit Silicon als Saulenmaterial. Im Falle der Propylamine lie13 das Chromatogramm zwar den Gipfel des Propylanilins erkennen, er war jedoch durch das unmittelbar folgende tertiare Amin verschmiert. Immerhin gestattete das Chromatogramm eine grobe Abschatzung der Anteile beider Amine.

Die Ausbeutebestimmung wurde durch Hydrierung der Gemische vorgenommen. Aus der Wasserstoffaufnahme ergab sich, daI3 die STEvENs-Umlagerung zu VIIc mit 2-proz., die zu W e mit 5-proz. Ausbeute stattgefunden hatte. Die Wanderung des Propyl- und des Butylrestes in die y-Stellung erfolgt ohne Isomerisierung, wie das Fehlen einer Verzweigung bei den aus der Enamin-Spaltung resultierenden Aldehyden beweist. Man braucht also wohl auch bei der STEvENs-Umlagerung keine Isomeri- sierung innerhalb der in die a-Stellung wandernden Gruppen (Bildung von VIIc und VIIe) zu befiirchten.

Nach Einwirkung von Dimethyl-allyl-amin auf o-Fluor-phenylmagnesinesiumbromid wurden 15 % d. Th. des erwarteten N-Methyl-N-[or-methyl-allyll-anilins (VII a) gefun- den. Es lieI3 sich zum N-Methyl-N-sek.-butyl-anilin hydrieren (Platinkatalysator), dessen Pikrolonat mit dem eines Vergleichspraparates aus N-Methyl-anilin und sek.-

1961 Einwirkung von tertiaren Aminen auf o-metallierte Arylhalogenide, 1V 25

Butylbromid identisch war. Die Ausbeute an dem aus der Hydrolyse des Enamins Xa stammenden n-Butyraldehyd betrug 13 %. Demgegenuber war die N-Methyl-anilin- Fraktion bei der Destillation des Amingemisches auffallend grol3. Den ersten Hin- weis fur eine Klarung dieser Diskrepanz brachte die Beobachtung, da6 das uber einen sehr weiten Temperaturbereich (125 - 156") schmelzende Pikrat (Qhmp. des N-Methyl-anilin-Derivats 132") unter dern Mikroskop zwei verschiedene Kristallformen zeigte, die sich nicht trennen liekn. Da nach Umsetzung der Aminfraktion mit p- Toluolsulfochlorid nur einheitliches N-Methyl-N-phenyl-p-toluolsulfonamid gefunden wurde, sollte dem N-Methyl-anilin ein tertiares Amin von gleichem Siedepunkt (192- 193") anhaften, das ein hoherschmalzendes Pikrat bildete. Die Suche nach einem solchen fuhrte zum N.N-Dimethyl-anilin, dessen Pikrat bei 163" schmilzt. Der Vergleich des IR-Spektrums des Amingemisches mit den Spektren der reinen Amine erlaubte die Banden jeweils einem der beiden Amine zuzuordnen. Die quantitative IR-Analyse wurde der Trennung nach HINSBERG vorgezogen, da sich die NH-Bande des N-Methyl-anilins bei 2.9 1.1 und die Bande des N.N-Dimethyl-anilins bei 10.6 p dafur anboten. Es ergab sich ein Verhaltnis von 47: 53 von Mono-:Dimethyl-anilin. Die Ausbeute an beiden Aminen belief sich auf je 18 % der Theorie.

Das Auftreten von Dimethylanilin in diesem Ansatz und das Fehlen von Dialkyl- anilinen bei der analogen Umsetzung der iibrigen Dialkyl-allyl-amine durfte seine Er- klarung in der grokren Haftfestigkeit der Methylgruppe am Stickstoff finden, welche dem Zwitterion IV Zeit IaDt, a u k den Umlagerungen nach den Wegen D und E eine andere Stabilisierungsmoglichkeit zu nutzen, und m a r wahrscheinlich diejenige uber den Weg C. Das Verhriltnis von a- zu 7-Umlagerung ist mit 15: 18 in diesem Falle grokr als bei den tertiaren Aminen mit Iangeren Alkylresten. Ob sterische Einfliisse das Wanderungsverhaltnis bestimmen, mu13 dahingestellt bleiben, denn in keinem der hier beschriebenen Fllle heBen die STUART-BRIEGLEB-KalOttenmOdelle eine deut- liche gegenseitige Behinderung der Liganden am Stickstoff erkennen.

Wir danken dem FONDS DER CHEMISCHEN INDUSTRIE fur finanzielle Unterstiitzung, den FARBENFABRIKEN BAYER, den FARBWERKEN HOECHST und der BADISCHEN ANILIN- & SODA- FABRIK fur die gro5zOgige Uberlassung von Chemikalien.

BESCHREIBUNG DER VERSUCHE

Umsetrungen von o-Fluor-phenylmugnesiumbromid I) Mit Diafhyi-ullyi-amin: In einem mit Stickstoff gefullten Vierhalskolben rnit 2 Tropf-

trichtern, Ruckflu5ktihler und Riihrer wurden nacheinander 3 g (0.125 g-Atom) Mugne- sium-Spane, 60 ccm absol. Tetrahydrofuran und 17.5 g (0.1 Mol) o-Fluor-brombenzol in 20 ccm absol. Tetrahydrofuran gebracht. Als nach 3 -4 Min. Erwarmung eingetreten war, wurde die Losung von 11.3 g (0.1 Mol) Diuthyl-allyl-umin (iiber Natriurn getrocknet) in 20 ccm absol. Tetrahydrofuran auf einmal zugegeben; die heftige Reaktion muBte zeitweilig durch Kuhlen gernaRigt werden. Sie klang nach 10 Min. ab und wurde durch I/z stdg.

26 H. H E L ~ A N N und G. M. SCHEY~T Bd. 642

Kochen zu Ende gefiihrt. Aus der rostbraunen L6sung schied sich beim Erkalten MgFBr ab. Das Gemisch wurde rnit Wasser versetzt und mit Ather ausgeschiittelt.

Die Amine wurden dem Atherextrakt mit 2 n HCI entzogen, rnit Kaliumcarbonat und Kali- lauge abgeschieden und wider in Ather aufgenommen. Die Destillation der vom Lasungs- mittel befreiten basischen Teile ergab :

Sdp.12 87-92", 4.85 g N-Athyl-anilin Sdp.12 92-1 17", 3.0 g Amingemisch Sdp.12 117- 120", 2.0 g N-~thyl-N-[a-arhyl-aIlylJ-anilin (VII b). Die mittlere Fraktion lieferte bei erneuter Destillation nach Zugabe von 2 g a-Naphthyl-

isocyanat weitere 1.5 g reines tertilres Amin VIIb als farbloses, schwach riechendes 61 vom Sdp.12 116-125". Cesamtausbeute an N-Athyl-anilin 6.35 g (53 % d. Th.), an VlIb 3.5 g (18 % d. Th.). - Das Pikrat von VIIb zeigt den Schmp. 112- 112.5".

C ~ ~ H ~ ~ N . C ~ H ~ N J O ~ (418.4) Ber. C 54.54 H 5.30 N 13.39 Gef. C 54.37 H 5.23 N 13.32

Katalytische Hydrierung von VIIb: Sie fiihrt rnit RANBY-Nickel in Tetrahydrofuran innerhalb 30 Min. bei AtmosphBrendruck in 75-proz. Ausbeute zu N-khyl-N-[a-athyl-propyll-anilin vorn Sdp.15 115-1 17". Identitatsbeweis durch Misch-Schmp. (90-92") des Pikrats rnit dem von authent. Material4).

Der von den Aminen befreite Atherextrakt, welcher die Neutralstoffe enthielt, wurde rnit Wasser und gesattigter NaHCO,-L&ung gewaschen, getrocknet und destilliert. Aus dem Ltherischen Destillat kristallisierte das n- Valeraldehyd-[2.4-dinitro-phenylhydrazonl nach Zugabe eines Uberschusses an 2.4-Dinitro-phenylhydrazin-Losung beim Einengen aus (Identifizierung durch Misch-Schmp.). Ausbeute 8.7 g (33 % d. Th.).

2) Mit Diisopropyl-allyl-amin: Die Destillation des Atherextraktes aus dem analog 1) be- handelten 0.1 m Ansatz ergab zwei Aminfraktionen:

Sdp.15 93-103", 3.5 g (26% d. Th.) N-Isopropyl-anilin Sdp.15 125 - 127, 6.0 g (28 % d. Th.) N-Isopropyl-N-[a-isopropyl-allyll-anilin (V11 d) N-Isopropyl-anilin wurde als Hydrochlorid durch Misch-Schmp. (175 - 177") identifiziert. N-Isopropyl-N-[a-isopropyl-allyll-anilin (VIId) bildet ein Pikrat vom Schmp. 113 - 11 6"

C I ~ H ~ ~ N . C ~ H ~ N ~ O ~ (446.5) Ber. C 56.49 H 5.87 N 12.55 Gef. C 56.39 H 5.50 N 12.56

Katalytische Hydrierung von VIId: Sie lieferte mit Platin in absol. Tetrahydrofuran innerhalb 10 Stdn. 3-[N-Phenyl-N-isopropyl-amino]-2-methyl-pentan vom Sdp.12 122- 132" in 66-proz. Ausbeute. - Pikrat: Schmp. 132- 135" (aus Athanol).

C I S H Z ~ N . C ~ H ~ N ~ O ~ (448.2) Ber. C 56.24 H 6.29 N 12.49 Gef. C 56.29 H 6.36 N 12.72

Nach Destillation des aminfreien Atherauszuges konnte an Neurralteilen der bMethy1- valeraldehyd als 2.4-Dinitro-phenylhydrazon vom Schmp. und Misch-Schmp. 92-94" (aus Benzin, Sdp. 60-80") in 14-prOZ. Ausbeute abgeschieden werden.

(aus Athanol).

CizHi6N404 (280.3) Ber. C 51.42 H 5.75 N 19.99 Cef. C 51.62 H 5.51 N 19.84 3) Mit Di-n-propyl-allyl-amin: Der Atherextrakt des 0.02 m Ansatzes ergab bei der Destil-

lation drei Aminfraktionen:

4) N. MAXIM und L. MAVRODINEANU, Bull. SOC. chim. France [5] 2, 591 (1935), und zwar s. 595.

1961 Einwirkung von tertiaren Aminen auf o-metallierte Arylhalogenide, 1V 27

Sdp.17 11 3 - 119", 0.7 g N-Propyl-anilin Sdp.17 120- 138", 0.5 g haupMchlich N-Propyl-anilin Sdp.17 141 - 147, 0.6 g Amingemisch Das N-Propyl-anilin (zusammen 42.5% d. Th.) wurde durch das IR-Spektrum und den

Misch-Schmp. (140- 142") seines Hydrochlorids identiliziert. Der aminfreie Atherextrakt lieferte bei der Destillation an Neutralreilen 0.4 g (20% d. Th.)

n-Hexanal (IR-Spektrum identisch mit authent. Probe; 2.4-Dinitro-phenylhydrazon vom Schmp. und Misch-Schmp. 100--102").

4) Mir Di-n-butyCally/-amin: Die fraktionierte Destillation der basischen Reaktionsprodukte des 0.1 m Ansatzes fihrte zu vier Fraktionen:

Sdp.12 74-114, 1.4 g Vorlauf Sdp.12 114--119", 7.1 g N-Butyl-anilin Sdp.12 120--157", 1.4 g Amingemisch Sdp.12 158-160", 1.0 g Amingemisch Das N-Butyl-anilin (Ausbeute 48 % d. Th.) wurde als Hydrochlorid durch Mischprobe

Bei der Destillation des aminfreien Atherextraktes wurden 4.9 g (43 % d. Th.) dnanthal-

5) Mir Dimethyl-allyl-amin: Die destillative Trennung der basischen Reaktionsprodukte

Sdp.12 79-94", 2.5 g Gemisch aus N-Methyl- und N.N-Dimethyl-anilin Sdp.12 106-110", 1.8 g (15% d. Th.) N-Methyl-N-[a-methyl-allyl]-anilin (VIIa) Aus dem Gemisch der ersten Fraktion, das trotz wiederholter Destillation nicht getrennt

werden konnte, wurde das N-Methyl-p-toluolsulfonanilid (Schmp. 87 4 9 " , Mischprobe) abgeschieden. - Die IR-Analyseergab 53 Tle. N.N-Dimethyl-anilin, entspr. 1.32 g (18 % d. Th.) und 47 Teile N-Methyl-anilin, entspr. 1 . I 8 g (1 8 % d. Th.).

Das N-Methyl-N-[a-methyI-allyll-anilin (VII a) bildet ein Pikrat vom Schmp. 99 - 102" (aus Athanol).

C I ~ H ~ ~ N - C ~ H ~ N ~ O ~ (390.4) Ber. C 52.30 H 4.65 N 14.35 Gef. C 52.40 H 4.95 N 14.34 Karalytische Hydrierung von VIIa: Mit Pt in Tetrahydrofuran werden 81 % d. Th. an

N-Methyl- N-sek.-butyl-anilin (vgl. unten) erhalten. Der Atherextrakt mit den Neutralstoffen wurde eingedampft, mit 2.CDinitro-phenyl-

hydrazin-L&ung kurz auf 60" erhitzt und i. Vak. bei Raumtemperatur eingeengt. Der aus Benzin umkristallisierte Niederschlag ergab 0.2 g (1 3 % d. Th.) n-Butyraldehyd-f2.4-dinitro- phenylhydrazonl vom Schmp. 112- 1 15" (Mischprobe).

N-Methyl-N-sek.-buryl-anilin. - 53 g (0.5 Mol) N-Methyl-anilin, 76 g (0.55 Moll sek.- Burylbromid und 37 g (0.3 Mol) Narriumcarbonar werden in 200 ccm Athanol + 100 ccm Wasser 10 Stdn. gekocht. Das Athanol wird i. Vak. abgezogen, das Amin nach Zusatz von Wasser abgetrennt und die waBrige L6sung mit Ather ausgeschuttelt. Amin und Ather- extrakte werden vereinigt, Uber KOH getrocknet und fraktioniert: Sdp.12 109-1 lo"; Aus- beute 20 g (25% d. Th.). Pikrolonat: Prismen vom Schmp. 136-139" (aus Aceton), ohne Depression mit dem entsprechenden Derivat des unter 5 ) beschriebenen Praparates.

identilkiert.

dehyd gewonnen (Identifizierung als 2.4-Dinitro-phenylhydrazon).

des 0.06 m Ansatzes ergab:

C I ~ H ~ ~ N ' C ~ O H ~ N ~ O ~ (427.5) Ber. C 59.00 H 5.90 N 16.39 0 18.72 Gef. 58.92 6.02 16.24 18.88