1919 H. He0 und H. Muss0 43 1

Liebigs Ann. Chem. 1979,431 - 437

Uber die absolute Konfiguration und optische Drehung von Ter- und Quaterphenylderivaten des Orcins

Heinrich HeJ und Hans Muss0 *) **)

Institut fur Organische Chemie der Universittit Karlsruhe, Richard-Willsttitter-Allee 2, D-7500 Karlsruhe 1

Eingegangen am 13. September 1978

Die relativen und absoluten Konfigurationen der beiden diastereorneren Terphenylderivate 3 A und 3 B sowie aller drei Quaterphenylderivate 4C-4E des Orcins (1) werden bestimmt, indern chirales 2 mit 1 zu 3 A und mit weiterem 2 zu 4C und 4E sowie chirales 3 mit 1 zu 4C und 4 D oxi- dativ verkniipft werden. Die Drehwerte der chromatographisch getrennten Enantiorneren 4C- 4E gestatten keine Zuordnung und deuten auf einen hohen negativen Beitrag zur optischen Drehung bei zentraler (R)-Konfiguration oder molekularer M-Helicittit.

The Absolute Configuration and Optical Rotation of Ter- and Quaterphenyl Derivatives of Orcinol The relative and absolute configurations of the two diastereoisomeric terphenyl derivatives 3 A and 38 and of all three quaterphenyl derivatives 4C- 4E obtained from orcinol (1) by oxidative coupling, have been determined. Thus coupling of chirai 2 with 1 or with 2 affords 3 A or 4C and 4E, respectively, while coupling of chirai 3 with 1 yields 4C and 4D. The optical rotations of the enantiorners 4C- 4E. resolved by chromatography, d o not allow any configurational assign- ments to be made, but indicate large negative contributions from the central (R)-configuration or the molecular M-helicity.

Bei Studien zum Mechanismus der Phenoloxidation') war es notwendig, die Konsti- tution und Konfiguration mdglichst vieler Oligophenyle zu bestimmen, die bei der Oxi- dation von Orcin (1) mit Kalium-hexacyanoferrat(II1) entstehen. In der vorangegange- nen Mitteilung2) konnte die Konstitution der Terphenylderivate 3 A und 3B sowie der Quaterphenylderivate 4C - 4E gesichert werden. An Hand der chromatographischen Wanderungsgeschwindigkeit, von thermischen Isomerisierungsversuchen und der Enantiomerentrennung von 3 A wurden fur 3 A - 4E die im Formel~chema~) angegebe- nen relativen Konfigurationen vorgeschlagen. Hier wird nun versucht, dies eindeutig zu beweisen und durch Korrelation mit dem in der Konfiguration bekannten Biphenylderi- vat ( +)-(R)-24) auch absolut zu bestimmen.

Bei den Terphenylderivaten konnte das racem. Isomere 3 A durch Chromatographie an Kartoffelstirke in die reinen Enantiomeren getrennt werden, die meso-Form 3 B nicht2). Nimmt man an, da8 sich die molare Drehung [@ID fur (R,R)-3A additiv aus den Beitrigen der beiden Chiralitatsachsen zusammensetzt, so miil3te diese doppelt so

*) Korrespondenz bitte an diesen Autor richten. **) Herrn Prof. Dr. Huns Erockmann zum 75. Geburtstag gewidmet.

0 Verlag Chemie, GmbH, D-6940 Weinheim, 1979

0170 - 2041/79/0303 - 0431 S 02.50/0

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groR sein, wie die von ( + ) - ( R ) - 2 . Nach den Daten der Tabelle 1 ist das auch etwa der Fall, so daL3 man dem ( + ) - 3 A die (R,R)-Konfiguration zuordnen muR.

HO

HO O H HO O H

1 (+ ) - fRI -2 ,

(-1 - IR,R.SI -4D

Zum gleichen Ergebnis fiihrt die gemischte Oxidation von (-)-(!+2 in Gegenwart von molaren Mengen Orcin (1). Dabei isoliert man in ca. 4proz. Ausbeute (-)-3A mit einer optischen Ausbeute von 74%; etwas rac-3A und 3 8 werden dabei durch Isomeri- sierung von ( - ) -3A und auch etwas durch ,,Trimerisierung" von 1 gebildet. Daneben isoliert man noch ca. 19'0 ( - )-4C (optische Ausbeute 65%) und ca. 5% (-)-4E (opti- sche Ausbeute 76%), die durch ,,Dimerisierung" des ( - )-(S)-2 entstanden sind.

Bei den Quaterphenylderivaten 4C - 4E stimmt die Additivitatsregel iiberhaupt nicht. Alle drei diastereomeren Racemate lieBen sich zwar glatt durch Chromatogra-

1979 Absolute Konfiguration von Ter- und Quaterphenylderivaten des Orcins 433

phie an Kartoffelstlrke in die Enantiomeren spalten5), die beobachteten Drehwerte las- sen sich aber nicht rnit den aus der Drehung von 3 A berechneten in Einklang bringen (Tabelle 1).

Tabelle 1 . Eigenschaften der Racernate und Enantiorneren von 2 und 3 A - 4 E

Absolute Konfiguration Konzentration [@ID Schrnp. und Verbindungsnumrner in Ethanol Gef. Ber. A[olDa) [oc]

rac-2 240 - 242 ( + )-(R)-2 + 40.0 3 + 98 <130 ( - )-(S)-2 - 41.3 3 <130

roc-3A 308-310 (+ )-(R,R)-3 A + 59.0 5 +217 +196 +21 300-302 ( - ) - ( X S ) - J A - 59.0 5 300 - 302

340 - 343 rac-4 C 294 - 298

( + ) - ( R 9 R , R ) 4 C + 6.4 3 +34 +324 -290 240-266 ( - )-(S,S,S)-4 c - 6.6 3 277 - 279

rac-4 D 205 - 207 ( - ) - (RAS) -4D - 48.9 3.8 -240 +lo8 -348 204-206 ( + )-(S, S, R)-4 D + 48.8 3.7 199-201

roc-4 E 322 - 324 ( + )-W, S, N-4 E + 117.4 3.4 316-317 ( - )-(S,R,S)-4E - 117.8 4.0 -577 -108 -469 315.5-318

rneso-(R, 8 - 3 B

a) Differenz zwischen gefundenern und berechnetern [@],-Wert.

Hier flihrten folgende Oxidationsversuche zum Ziel. Die gemischte Oxidation von (+)-(R,R)-3A rnit Orcin (1) ergibt (+) -4C (26%), das die (R,R,R)-Konfiguration ha- ben muB und (-)-4D (27Vo), dem somit die (R,R,S)-Konfiguration zukommt. Etwas (-)-(S,R,S)-4E wird auch gebildet, aber nur mit einer optischen Ausbeute von 9%. Die Gegenprobe rnit (-)-(S,S)-3A bestatigt dieses Ergebnis. Bei der Oxidation von meso-(R,S)-3B mit Orcin (1) entsteht praktisch kein 4C, was die relative Konfigura- tionszuordnung ebenfalls unterstreicht. Zuletzt wurde noch optisch reines ( -)-(S)-2 oxidiert, wobei wie bei der oben beschriebenen Oxidation von ( - ) - (S) -2 mit 1 die bei- den linksdrehenden Formen von 4 C und 4 E isoliert werden, fur die somit die (S,S,S)- bzw. die (S,R,S)-Konfiguration bestltigt wird. Die Bildung von 4 D konnte dabei, wie es seine (S,S,R)-Konfiguration erfordert, nicht beobachtet werden. Die Ausbeuten und optischen Ausbeuten aus diesen Versuchen sind in den Tabellen 2 und 3 im experimen- tellen Teil zusammengestellt. Da die absolute Konfiguration von ( - )-(S)-2 bereits friiher4) durch Verknupfung rnit ( - )-(S)-6,6’ -Dimethyl-2.2’ -biphenyldiol festgelegt worden ist, sind damit jetzt alle absoluten Konfigurationen von 3 A - 4 E bekannt; es gibt hierzu noch zwei Bemerkungen zu machen.

Einmal erkennt man in den Tabellen 2 und 3, da8 die optische Reinheit der Produkte und des zuruckgewonnenen Ausgangsmaterials stets unter der des eingesetzten Aus- gangsmaterials liegt, und d d z. B. bei der Verknlipfung von optisch aktivem 3 A mit 1 auch das nicht erwartete 4 E rnit geringer optischer Ausbeute entsteht. Wahrend der Oxidation findet also eine Isomerisierung statt, die bei Raumtemperatur liber Phen- oxylradikale verlaufen m d , und einen lhnlichen Effekt auf die Produktzusammenset-

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zung hat, wie die rein thermische Isomerisierung bei 300 OC2). Solange diese Isomerisie- rung aber einen sicher erkennbaren Anteil an optischer Aktivitat im Produkt ubrig lafit, ist das Ergebnis eindeutig, denn eine Inversion ist nicht mbglich.

Zum anderen uberrascht es zunachst, dal3 sich die optischen Drehungen der Quater- phenylderivate 4C - 4E nicht aus denen der Terphenylderivate 3 A berechnen lassen, wenn man annimmt, daR sich die Gesamtdrehung aus etwa gleichgroBen Beitragen um die drei Chiralitatsachsen zusammensetzt. Bildet man wie in Tabelle 1 fur alle Quater- phenylderivate mit (R)-Konfiguration an der mittleren Verknupfungsachse (+)-(R,R,R)-4C, (-)-(R,R,S)-4D und (-)-(S,R,S)-4E die Differenzen zwischen den beobachteten und berechneten Drehwerten, so erhalt man negative Beitrage von - 300 bis -400°C. Diese mussen darauf zuruckgefuhrt werden, daB von einem m- verkniipften Quaterphenyl ab eine zusatzliche molekulare Chiralitat oder Helicitat auf- tritt, wenn die Drehbarkeit um die mittlere Verkniipfungsachse aufgehoben ist. Des- halb md3 es bereits beim Quatermesityl Enantiomere mit Drehwerten in dieser GroBen- ordnung geben.

Eine Analyse der ORD- und CD-Spektren laBt in den Elektronenspektren vier op- tisch aktive Ubergange erkennen (um 200, 218, 228 und 284 nm)6) und zeigt, aus wel- chem Cotton-Effekt (CE) dieser negative Beitrag stammt. Die langwellige Bande um 282 - 285 nm verursacht bei uberwiegender (R)-Konfiguration stets einen schwach posi- tiven Cotton-Effekt, also bei ( + ) - ( R ) - 2 , ( + ) - ( R , R ) - 3 A , (+)-(R,R,R)-4C, ( - ) - (R,R,S)- 4 D und (+)-(R,S,R)-4E. Der negative CE um 218 nm ist bei ( + ) - ( R , R ) - 3 A noch schwach, so dal3 er die Additivitat der positiven Beitrage aus der 284-nm-Bande bei der Natriurn-D-Linie nicht beeintrachtigt. Bei allen Quaterphenylderivaten mit zentraler (R)-Konfiguration, also (+)-(R,R,R)-4C, (-)-(R,R,S)-4D und (-)-(S,R,S)-4E wird der CD bei 218 nrn so stark negativ, dal3 [a], bei (+)-4C sehr yein. bei ( - )-4D negativ und bei (+)-4E stark negativ wird. Weitere Einzelheiten dazu, sowie die Unterschiede in den IR-Spektren der festen Racemate und Enantiomeren sollen hier nicht vertieft werden6).

Dern Fonds der Cheniischen Industrie danken wir fur die grooziigige Unterstiitzung.

Experimenteller Teil

Spektrorneter: siehe Lit.2). - Drehwerte: Perkin-Elmer-Polarirneter 141 ; in Ethanol bei 20°C und 10-crn-Schichtdicke. - CD: Dichrographe 11 der Fa. Roussel-Jouan; bei Raumternp. und 5 rnm Schichtdicke in Wasser. - Prlparative Diinnschichtchrornatographie wurde an 40 x 20 crn groBen und 0.7 rnrn dicken Platten aus Kieselgel GF254 (Fa. Merck) ausgefiihrt. - Enantiome- rentrennung an Kartoffelstarke: Einzelheiten zur Herstellung der Trennsaulen aus kluflicher Kar- toffelstarke siehe Lit.6-8). Die Elutionsdiagrarnrne wurden bereits ~erbffentlicht~).

2',2",6.6' ' I- Tetramethyl- I , I ':3', I ':3", I ' I '-quaterphenyl-2,2' ' '.4,4'.4 l.4' ',6', 6' '-octaole2) 4C, 4D und4E

(+)-(R,R,R)-4C und (-)-(S,S.S)-4C: 200 rng 4C2) wurden in Wasser an einer (34 x 5.9-crn- Slule bei Raurnternp. chrornatographiert. Die Fraktionen ab 360 bis 1080 rnl enthielten alles (-)- 4C. Ab 900 rnl wurde dern Wasser kontinuierlich Methanol zugesetzt bis bei 70% in den Fraktio- nen ab 1700 bis 2200 ml (+)-4C austral. Die Eindarnpfriickstande beider Fraktionen wurden

1979 Absolute Konfiguration von Ter- und Quaterphenylderivaten des Orcins 435

durch Aufnahme in Aceton und Chromatogrphie an Kieselgelplatten mit Essigester/Chloroform (7:3) von Ioslicher Starke befreit und kristallisierten aus Ether/Chloroform bei 0°C als schwach rosafarbene Nadelbiischel. Man erhielt 80 mg (-)-(S,S,S)-4C und 60 mg (+)-(R,R,R)-4C; Daten siehe Tabelle 1.

(-)-(R,R,S)-4D und (+)-(S,S,R)-4D: Die Losung von 200 mg 4D2) in 0.5 ml Methanol wurde rnit 5.0 m10.4 M Natriumphosphatpuffer vom pH 7.0 verdunnt und warm auf eine (133 x2.0)-cm- Slule aufgetragen und bei 40°C rnit 0.4 M Puffer (pH 7.0), der 10 Vol-% Methanol enthielt, elu- iert, wobei ca. 7 ml/h aufgefangen wurden. Die Fraktionen ab 300 bis 460 ml enthielten reines (+) -4D; ab 520 ml gab man 15% Methanol zu und erhielt in den Fraktionen ab 900 bis 1200 ml reines ( -)-4D. Die Eluate wurden i. Vak. auf etwa ein Drittel des Volumens eingeengt und mit Essigester ausgeschiittelt. Die oligen Eindampfriickstande aus dem getrockneten Essigesterextrakt reinigte man wie oben an Schichtplatten. Aus den filtrierten Acetoneluaten erhielt man nach Zu- gabe von Benzol beim Einengen beide Enantiomere als schwach braunliche Flocken, die bei 80°C und 0.1 Torr iiber P20, getrocknet wurden. Man erhielt 80 mg (-)-(R,R,S)-4D und 80 mg (+)-(S,S,R)-4D; Daten siehe Tabelle 1.

(+)-(R,S,R)-4E und (-)-(S,R,S)-4E: Die Losung von 200 mg 4E2) in 45 ml Methanol wurde mit 400 ml 0.4 M Natriumphosphatpuffer (pH 7.0) verdiinnt und bei 60°C auf eine (132 x 5.2)-cm- Slule aufgetragen und bei 40°C mit diesem Puffer unter Zusatz von 10% Methanol mit etwa 50 ml/h nachgewaschen. die Fraktion ab 3200 bis 4600 ml enthielt (+) -4E, dann kam eine Misch- fraktion mit ca. 3% und a b 5500 bis 7700 ml folgte ( - ) -4E. Ab 5200 ml wurden 15% Methanol zugesetzt. Die Eluatfraktionen wurden auf '13 ihres Volumens i. Vak. eingeengt und mit Essig- ester ausgeschilttelt und die Eindampfruckstlnde getrennt erneut chromatographiert. Dabei wurde ( + ) - 4 E a b 3700 bis 4200 ml und ( - ) - 4 E ab 500 bis 7100 ml eluiert. Die aus diesen Eluaten durch Eindampfen und Ausschiltteln rnit Essigester gewonnenen reinen Enantiomeren wurden an Kie- selgelschichtplatten mit Essigester/Chloroform (9: 1) nochmals chromatographiert. Die Aceton- eluate der herausgekratzten Zonen dampfte man ein und ldste die Riickstande in wenig Methanol. Nach Zusatz von Wasser schieden sich bei 0°C langsam farblose Kristalle ab. Nach Aufarbeiten der Mutterlaugen wurden aus zwei Ansatzen 90 mg (+)-(R,S,R)-4E und 90 mg (-)-(S,R.S)-4E erhalten; Daten siehe Tabelle 1.

Gemischre Oxidurionen: Zuerst wurde festgestellt, da8 man die gewiinschten Produkte dann am giinstigsten isolieren kann, wenn man Losungen beider Partner einerseits und des Kaliumhe- xacyanoferrats andererseits im Molverhaltnis 1 : 1 :2 in sauerstofffreiem Wasser in einer Stromungsapparatur (18 x0.7 cm) fur ca. 1 Sekunde vereinigt und dann die Reaktion durch Ein- flieBenlassen in einen Uberschd 20proz. Natriumhydrogensulfit-Losung abbricht. Aus der Reak- tionslosung wurde das Produktgemisch kontinuierlich mit Essigester extrahiert und durch Schichtchromatographie auftrennt. Die reinen Komponenten wurden UV- und CD- spektroskopisch vermessen.

Tabelle 2. Ausbeuten und Daten der bei der Oxidation von ( - ) - (S)-2 und 1 erhaltenen Verbindungen

Ausbeute Qo optische % optische Verbindung mg Yo Reinheit Ausbeute

( - ) -3A 0.33 4 59 74

( - ) - 4 c 0.09 1.2 52 65

( - ) -4E 0.38 5 61 16

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43

1 26

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1.1

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0.

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0.03

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1.

5 17

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1.4

1.6

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(+)-

4D

2.

1 1.

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)-4

E

8.0

1.1

7 (-)-4E

1 .o

1.1

1 (+

)-4

E

1.9

1.3

1979 Absolute Konfiguration von Ter- und Quaterphenylderivaten des Orcins 437

(-)-(S)-6,6'-DimethyIbiphenyl-2,2',4.4'-tetraol[( -)-(S)-2] mi! Orcin (1): 8.0 mg (-)-(S)-22) mit 80proz. optischer Reinheit und 4.0 mg 1 in 30 ml Wasser wurden mit 16 mg K,Fe(CN), und 23 mg NaOH in 30 ml Wasser oxidiert. Das Produktgemisch wurde zuerst rnit Ether grob aufgetrennt und durch Rechromatographie rein erhalten, 3 A und 4 C mit Essigester/Chloroform (7:3), 4 E rnit Essigester. Daten siehe Tabelle 2.

(-)-(S.S)-2 ',6,6' '-Trimethyl-I. I ':3 I , I '-terphenyl-2.2' ',4,4',4' '.6'-hexaol [( - )-(S,S)-3A] mil Orcin (1): 445 mg optisch reines ( -)-(S,S)-3A2) und 150 mg 1 sowie 529 mg K,Fe(CN), und 2.22 g NaOH je in 1.5 I Wasser ergaben ein Produktgemisch, das zuerst an einer (34 x 5.7)-cm-Slule aus Kieselgel (<0.063 mm) mit Ether unter steigendem Acetonzusatz vorgetrennt wurde. Die Fein- trennung erfolgte an Schichtplatten: 3A/4C mit Ether/Essigester (8:2); 4C/3B rni t Essigester/Chloroform (7:3); 3B/4D mit FormaldehyddimethylacetaVEther (6:4); 4D/4E mit Essigester/Chloroform (8:2); 4 E von hbheren Oligophenylderivaten mit Essigester/Chloroform (9:l). Ausbeuten siehe Tabelle 3.

(+)-(R. R)- und mes~(R,S)-2',6,6"-Trimethyl-l, I ':3', I '-rerphenyl-2,2",4,4',4' ' ,6'-hexaol[( + )- (R,R)-3A bzw. meso-(R,$JB] jeweils mi! Orcin (1): Aus 90 mg ( +)-(R,R)-3A2) und 30 mg 1 in 300 ml sowie aus 149 mg meso-(R,S)-JB und 50 mg 1 in 0.5 I wurden analog der voranstehenden Vorschrift die in Tabelle 3 aufgefiihrten Verbindungen erhalten.

') W. S . Taylor und A. R. Batrersby, Oxydative Coupling of Phenols, 1. Aufl., S. 1, Dekker, New York 1967; H. Musso, Angew. Chem. 75,965 (1968); Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2, 723 (1968).

2, R. K . Haynes, H. HeJ und H. Musso, Chem. Ber. 107, 3733 (1974). 3, Siehe auch Formelschema auf S. 3737 in Lit.2). 4, H. Muss0 und W. Steckelberg, Liebigs Ann. Chem. 693, 187 (1966); Chem. Ber. 101, 1510 (1968). H. HeJ, G. Burger und H. Musso, Angew. Chem. 90, 645 (1978); Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 17, 612 (1978).

6, Weitere Einzelheiten siehe: H . HeJ, Dissertation Univ. Karlsruhe 1978. ') Eine Zuordnung dieser ubergange erfolgt in Lit.,) in Anlehnung an G. Hohlneicher, F. Dbrr,

N . Mika und S. Schneider, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 72, 1144 (1968). H. Musso, Chem. Ber. 91, 349 (1958); W. Steckelberg. M . Bloch und H. Musso, Chem. Ber. 101, 1519 (1968).

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