JUSTUS LIEBIGS

ANNALEN DER CHEMIE 1978, HEFT 4

Ligandstruktur und Komplexierung, XXII 1)

2,6-Bis(aminomethyl)pyridin als Komplexligand und neues Kronen- ethersynthon

Egon Buhleier, Winfried Wehner und Fritz Vogtle *)

Institut fur Organische Chemie und Biochemie der Universitat Bonn, Max-Planck-StraDe I , D-5300 Bonn

Eingegangen am 16. Juni 1977

Die Darstellung der Titelverbindung 1 ermoglicht die Synthese neuer Metallsalz- Komplexe [mit CuC12, Ni(BF4)2, Mg(C104)2] sowie neuer cyclischer und nichtcyclischer Kronenether und Cryptanden, die auder Schwermetallion-Komplexen auch solche mit Erd- alkalimetallionen bilden. Die neuen offenkettigen Neutralliganden sind mit Donor-wirksamen Endgruppen versehen; wegen der Beziehung zu biologischen Molekulen wurden vor allem Saureamidgruppierungen eingefuhrt.

Ligand Structure and Complexation, XXII1). - 2,6-Bis(aminomethyl)pyridine as a Complex Ligand and New Building Block for Crown Ether Synthesis

The preparation of the title compound 1 permits the synthesis of new metal salt complexes [with CuCl2, Ni(BF&, Mg(C104)2] and of new cyclic and noocyclic crown ethers, which complex heavy metal salts as &I1 as alkaline earth metal ions. Some open chain crown ethers bear effective end groups; owing to their relevance for biological molecules, carboxamide groups have also been introduced.

A. Edeitung Heteroaromaten, insbesondere der Pyridinring wurden inzwischen mehrfach in

Kronenethersysteme eingefiihrt 2). Jene Kronenether enthalten in P-Stellung zum Pyridinkern entweder Sauerstoff- oder Schwefelatome; P-standige Stickstoffatome konnten bisher nur dann placiert werden, wenn von Pyridin-2,6-dicarbonsaure oder

*) Korrespondenz bitte an diesen Autor richten. 1) XXI. Mitteilung: W. RaJhofer, G. Oepen, W . M. Mulfer und F. Vogtle, Chem. Ber. 111,

1108 (1978). 2) Za) F. Vogtfe und E. Weber, Angew. Chem. 86, 126 (1974); Angew. Chem., Int. Ed. Engl.

13, 149 (1974). - 2b) E. Weber und F. Vogtle, Chem. Ber. 109, 1803 (1976). - zc) E. Weber und F. Vogtle, Liebigs Ann. Chem. 1976, 891. - 2d) W . Wehner und F. Vogtle, Tetra- hedron Lett. 1976, 2603. - 2 4 K. Frensch und F. Vogtle, Tetrahedron Lett. 1977, 2573.

Liebigs Ann. Chem. 1978,537-544 35

@ Verlag Chemie, GmbH, D-6940 Weinheim, 1978

538 E. Buhleier, W. Wehner und F. Viigtle 1978

-dialdehyd ausgegangen wurde, in u-Stellung sich also Carbonylkohlenstoffatome befinden, so daB insgesamt Saureamid-Funktionen vorliegen. Letztere konnten zwar an einigen wenigen Beispielen zur Pyridin-CHZNR-Funktion reduziert werdenZd), jedoch bereitet die gezielte Reduktion pyridinhaltiger Substanzen Probleme. Die Tatsache, daR in 2,6-Stellung mit CHzNR2-Gruppierungen versehene Kronenether bisher kaum existiered), ist darauf zuriickzufuhren, daB das als Baustein hierfur gunstige 2,6-Bis(aminomethyl)pyridin (1) wenig bekannt ist 3). Mit der hier beschriebenen Synthese eroffnen sich - abgesehen von der Komplexierung dieses Amins selbst - neue Moglichkeiten zur Verwendung als Synthon fur nichtcyclische und cyclische Kronenet her.

1: R = H 2. R = CIOICH,

RNH HNR 3: R = C(OlC6H5

4 5

2) Synthesen 2,6-Bis(aminomethyl)pyridin (1) wurde aus 2,6-Bis(chlormethyl)pyridincnach der

ublichen Gabriel-Methode uber das Phthalimid 4 erhalten. Die Schwierigkeit besteht darin, daR das Amin erwartungsgemaI3 aderst wasserloslich ist und Extraktionen aus waRriger Losung mit organischen Losungsmitteln unter ublichen Bedingungen scheitern. Die Isolierung des Diamins aus der bei der Gabriel-Synthese anfallenden waBrigen Losung gelingt nur durch mehrtagige kontinuierliche Extraktion.

Die Di- und Tetraacetylverbindungen 2 und 5 werden auf ublichem Wege erhalten; Iminkondensation und Umsetzung mit substituierten Benzoylhalogeniden fuhren zu den offenkettigen Schiffschen Basen 6, 7 und Amiden 3 und 8-11, deren Daten in Tabelle 1 zusammengestellt sind.

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10 H NQ2 3) 3 4 S. J . Leigh und I . 0. Sutherlund, J. Chem. SOC., Chem. Commun. 1975, 414. -

3b) F. Lions und K . V. Martin, J. Am. Chem. SOC. 79, 2733 (1957). - 3 4 G . Schwarzen- bach, J. Biisch und E. Egfi, J. Inorg. Nucl. Chem. 33, 2141 (1971).

1978 Ligandstruktur und Komplexierung, XXII 539

Die cyctischen Carbonsaureamide 12 -17 wurden durch Verdunnungsprinzip- Cyclisierungen von 1 mit den entsprechenden Dicarbonsauredichloriden erhalten.

12 13 OV0 17

3) Komplexbildung

Schon das freie Amin 1 bildet kristalline Komplexe, von denen stellvertretend fiir die zahlreichen Moglichkeiten diejenigen mit CuC12, Ni(BF&, Mg(C10& (18 -20) ausgewiihlt wurden (Daten siehe Tabelle 1).

21 22

Die offenkettigen, mit giinstigen Donor-EndgruppenW versehenen Liganden 6, 7 und 8 -11 bilden gleichfalls kristalline Metallion-Komplexe (z. B. 21). Die Cyclen 12 -16 haben Azakronenether-Charakter ; auch mit ihnen sind Metallion-Komplexe erhatlich (Tabelle 1).

Die Vergleichssubstanz 3, die lediglich Phenyl als nicht donorfahige Endgruppe enthat, bildet im Einklang mit dem Endgruppenkonzepts) keine kristallinen Metall- ion-Komplexe.

Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschafi und dem Fonds der Chemischen Industrie fur die Unterstutzung dieser Arbeit.

4) E. Weber und F. Vogtle, Tetrahedron Lett. 1975, 2415. 5 ) F. Vogtle und H. Sieger, Angew. Chem. 89, 410 (1977); Angew. Chem., Int. Ed. Engl.

16, 396 (1977).

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542 E. Buhleier, W. Wehner und F. VogtIe 1978

Experimenteller Teil 2,6-Bis(chlormethyl)pyridin6) aus 2,6-Bis(hydroxymethyl)pyridin: Zu 750 mi Thionylchlorid

werden bei 0°C 69.5 g (0.5 mol) Bis(hydroxymethy1)pyridin spatelweise zugegeben, wonach 4 h im siedenden Wasserbad erhitzt wird. Das Thionylchlorid wird i. Vak. entfernt, der Ruckstand mit 200 ml trockenem Benzol versetzt, das in Benzol unlosliche 2,6-Bis(chlormethyl)pyridini- umchlorid abfiltriert, rnit Benzol gewaschen und getrocknet. Durch Eintragen des Hydro- chlorids in 500 ml gesattigte, wal3rige NaHCOpLosung wird das 2,6-Bis(chlormethyl)pyridin freigesetzt, danach abfiltriert und getrocknet; Ausb. 61.6 g (70 %) farbloser Feststoff rnit Schmp. 76°C (Lit 6): Ausb. 64%; Schmp. 74-75°C).

2,6-Bis(phthulimidomethyl)pyridiH (4): In 200 ml trockenem DMF werden 32.2 g (185 mmol) 2,6-Bis(chlormethyl)pyridin und 68.5 g (370 mmol) Phthalimidkalium 6 h unter RuckfluB erhitzt. Das ausgefallene KCI wird heiB abfiltriert und mit 50 ml heiDem DMF gewaschen. Die DMF-Losung wird im Kiihlschrank zur Kristallisation gebracht. Die ausgefallenen Kristalle werden abgesaugt, 3mal rnit je 10 ml Methanol gewaschen und getrocknet; Ausb. 41.5 g (57%) 4 als farblose Kristalle (Daten in Tabelle 1).

2,6-Bis(aminomethyl)pyridin (1): In 600 ml Ethanol werden 64.0 g (0.16 mol) 2,6-Bis- (phthalimidomethy1)pyridin (4) und 20.3 g (0.32 mol) Hydrazin-hydrat (IOproz. in Wasser) unter kraftigem Riihren (KPG-Ruhrer) 2 h unter RiickfluD erhitzt. Zum entstandenen voluminosen Niederschlag tropft man 90 ml konz. Salzsaure, kocht weitere 2 h unter RiickfluD und filtriert anschliel3end in der Kalte das Phthalazin ab. Der Niederschlag wird rnit Ethanol gewaschen, die ethanolische Losung eingeengt, das zuriickgebliebene Hydrochlorid heiD in einen Extraktor iibergefiihrt, rnit 100 g KOH und 50 ml H20 versetzt und 2 Tage rnit Benzol extrahiert. Die Benzolphase wird mit wasserfreiem MgS04 getrocknet und anschliedend im Rotationsverdampfer eingedampft. Es bleibt ein hellgelbes 01 zuriick, das rnit 100 ml trocke- nem Benzol aufgenommen und 1 Tag uber Molekularsieb (3 A) getrocknet wird. Nach dem Verdampfen des Losungsmittels erhalt man 14 g (64 %) NMR-spektroskopisch [CDC13/ TMSint: 8 = 1.9 (s; NHz), 3.93 (s; Benzyl-CHz), 7.03, 7.17, 7.47, 7.57, 7.60, 7.77 (m; Pyri- din-H)] reines Diamin 1, das durch folgende Derivate charakterisiert wurde:

2,6-Bis(acetamidornethyl)pyridin (2): 137 mg (1 mmol) Diamin 1 in 50 ml trockenem Benzol wird tropfenweise mit 79 mg (1 mmol) Acetylchlorid in 20 ml absoi. Benzol versetzt. Das ausgefallene Hydrochlorid wird abgetrennt, das Benzol i. Vak. eingedampft und der Ruck- stand aus Ethanol umkristallisiert. Man erhalt 80 mg (72%) farblose Kristalle (Daten in Tabelle I).

2,6-Bis(diacetamidomethyl)pyridin (5): 137 mg (1 mmol) 1 werden in 100 ml Acetanhydrid 4 h gekocht und danach mit 20 ml Wasser versetzt. Der Niederschlag wird abgetrennt und aus Ethanol umkristallisiert. Man erhalt 260 mg (85 %) farblose Kristalle (Daten in Tabelle 1).

Allgemeines Verfahren zur Darstellung der Schiffschen Basen des Typs 6 und 7: In 15 ml wasserfreiem Dichlormethan werden 0.68 g (5 mmol) 2,6-Bis(aminomethyl)pyridin (1) vorgelegt und 10 mmol des entsprechenden aromatischen Aldehyds, gelost in 20 ml Diethyl- ether, zugetropft. Das entstehende Reaktionswasser wird durch Zusatz von Molekularsieb (3 A) gebunden. Nach Zstdg. Riihren bei Raumtemp. wird abfiltriert und das Losungsmittel verdampft. Die zuruckgebliebenen meist oligen Produkte werden umkristallisiert. Ausbeuten. physikalische Daten und Analysen sind in Tabelle 1 angegeben.

6) W . Baker, K. M. Buggle, J. F. W. McOmie und D. A . M. Watkins, J. Chem. SOC. 1958, 3594.

1978 Ligandstruktur und Komplexierung, XXII 543

Allgemeines Verfahren zur Darstellung der offenkettigen Kronenetheramide 8-11 A) 137 mg (1 mmol) des Diamins 1 in 50 ml trockenem Benzol werden tropfenweise rnit

1 mmol des entsprechenden Saurechlorids in 20 ml absol. Benzol versetzt. Das ausgefallene Hydrochlorid wird abfiltriert, das Benzol i. Vak. abdestilliert und der Ruckstand umkristalli- siert. Nach dieser Methode erfolgte die Darstellung der Verbindungen 2, 3 und 8; Daten siehe Tabelle 1.

B) 1.37 g (10 mmol) des Diamins 1 werden in 15 ml Pyridin gelost und anschliel3end rnit 20 mmol des entsprechenden Monocarbonsaurechlorids versetzt. Danach wird 15 min unter RuckfluD gekocht und das Reaktionsgemisch anschlieBend in 50 ml Wasser gegossen. Ausge- fallene feste Produkte werden abgesaugt, rnit Wasser gewaschen und umkristallisiert. 81ig anfallende Produkte werden in 20 ml Chloroform aufgenommen. Die organische Phase wird rnit Wasser gewaschen, uber Natriumsulfat getrocknet und das Losungsmittel abgezogen. Die Rohprodukte werden umkristallisiert oder - falls erforderlich - an neutralem Aluminium- oxid chromatographiert. Nach dieser Methode erfolgte die Darstellung der Verbindungen 9-11; Daten siehe Tabelle 1.

Allgemeines Verfahren zur Darstellung der cyclischen Amide der Typen 12-17: Unter 2C-VP- Bedingungen7) (1 1 trockenes Benzol, Zutropfdauer 7 h) werden 2.75 g (20 mmol) 2,6-Bis- (aminomethy1)pyridin (1) in 250 ml absol. Benzol und 10 mml des entsprechenden Dicarbon- sluredichlorids in 250 ml absol. Benzol bei Raumtemp. umgesetzt. Das ausgefallene Hydrochlo- rid wird abfiltriert, das Losungsmittel i. Vak. abdestilliert. Die zuruckgebliebenen meist amorphen Rohprodukte werden umkristallisiert. - Bei Umsetzungen mit aromatischen Dicarbonsauredichloriden werden nur dimere Produkte (15,16) erhalten. Ausbeuten, physi- kalische Daten und Analysen sind in Tabelle 1 aufgefuhrt.

Darstellung der Komplexe Komplexe des 2,6-Bis(aminomethyl)pyridins (1): In 10 mi Methanol werden 1.37 g (10 mmol) 1 gelost und mit 5 mmol des entsprechenden Salzes, gelost in 10 ml Methanol, versetzt. Bei den Ubergangsmetallsalzen andert sich die Farbe der Losung (Ni2+: violett; Cuz+: dunkel- blau). Die Reaktionslosung wird erwarmt, und 15 ml Losungsmittel werden abdestilliert. Beim Abkuhlen fallen die kristallinen Komplexe aus. Ausbeuten, physikalische Daten und Analysen von 18-20 sind in Tabelle 1 angegeben. Darstellung des Salicylimin-Komplexes 21: In 15 ml Methanol werden 1.37 g (10 mmol) 1 gelost und 2.20 g (20 mmol) Salicylaldehyd in 10 ml Methanol zugefugt. Man erwarmt 5 min zum Sieden und gibt dann 2.32 g (10 mmol) Nickelbis(tetrafluoroborat) in 5 ml Methanol hinzu. Nach 5 min. Kochen unter RuckfluD bilden sich orangefarbene Kristalle. Das Losungs- mittel wird zur Hiilfte abdestilliert, der Komplex kristallisiert beim Abkiihlen aus. Ausbeute, physikalische Daten und Analyse siehe Tabelle 1. Darstellung des Kronenetheramid-Komplexes 22: In 10 ml Methanol werden 280 mg (1 mmol) 13 und 223 mg (1 mmol) Magnesiumdiperchlorat gelost. Danach werden 9 ml Methanol abdestilliert und zur Losung 5 ml Essigester zugefugt. Beim Abkuhlen fallt ein farbloser, kristalliner Komplex aus. Er zersetzt sich ab 280°C; starkes Erhitzen fuhrt zur Verpuffung der Substanz; Ausbeute, physikalische Daten und Analyse siehe Tabelle 1.

Die in Tabelle 1 aufgefuhrten neuen Verbindungen haben folgende Bezeichnungen (Nomen- klatur der cyclischen Verbindungen nach Lit. 8)):

3: 2,6-Bis(benzoylaminomethyl)pyridin. 6: 2,6-Bis(2-hydroxybenzylidenirninomethyl)pyridin.

7) F. Vogtle, Chem.-Ztg. 96, 396 (1972). 8) F. Vogrle und P. Neumann, Tetrahedron 26,5847 (1970).

544 E. Bzihleier, W. Wehner und F. Vogtle 1978

7 : 2,6-Bis(4-nitrobenzylideniminomethyl)pyridin. 8 : 2,6-Bis(2-methoxybenzoylaminomethyl)pyridin. 9 : 2,6-Bis(2-nitrobenzoylaminomethyl)pyridin. 10: 2,6-Bis(4-nitrobenzoylaminomethyl)pyridin. 11 : 2,6-Bis(2-furanoylaminomethyl)pyridin. 12: 3,7-Dioxo-5-oxa-2,8-diaza[9](2,6)pyridinophan. 13: 3,10-Dioxo-5,8-dioxa-2,1 l-diaza[12](2,6)pyridinophan. 14: 3,8-Dioxo-2,9-diaza[lO](2,6)pyridinophan. 15: 1,12,19,30-Tetraoxo-2,11,20,29-tetraaza[3.3.3.3](2,6)pyridinophan. 16: 1,12,19,30-Tetraoxo-2,11,20,29-tetraaza[3](2,6)pyridino[3](1,3)benzeno[3](2,6)pyridino[3]-

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