301. B d 1968110 Metalkhelate pyhiyl-(2)-erCastituierter Piperidone und Piperidmale 741 R. Haller Metallchelate pyridyl-(2)-substituierter Piperidone und Piperidinole l) -411s dem Pharmazeutischen Institut der Universitllt Freiburg i. Br. (Eingegangen am 29. Februar 1988) Piperidone und Piperidinole mit Pyridyl(?)-Substituenten an C-2 und C-6 bilden Metallchelate mit Salzen zweiwertiger Ubergangsmetalle. I n den IR-Spektren dieser Chelate sind die vN-H- sowie die Y 88Banden des Pyridinrings in charakteristischer Weise verschoben. Daraus folgt, da0 dieae Verbindungen gegenuber dem Metallion als dreiziihnige Liganden reagieren. Riickschlusse auf die Konfiguration der Pyridylsubstituenten werden damit ermoglicht. Piperidones and piperidinols which have pyridyl-(2)-substituents a t C-2 and C-6 form metal chelates with salts of bivalent transition metals. In the 1R-spectra of these chelates, 9 N-H and 9 8a of the pyridine ring are shifted in a characteristic manner. Therefore. these compounds react aa tridentate ligands. From these results, conclusions can be drawn about t h e configuration of the pyridyl substituents. Mit Halogeniden,Nitraten und Thiocyanaten zahlreicher zweiwertigerubergangsinetalle (Mn2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Cd2+)bilden Piperidonez) und Piperidinoles) n i t Pyridyl-(2)-Substituentenan C-2 und C-6 (z. B. 1-111) kristalline Chelate der Zusammensetzung 1 : 1. Entsprechende pyridyl-(3)- und -(4)-substituierte Verbindungen ergeben unter denselben Bedingungen nur amorphe Fallungen. 2,6-BisIpyridyl-(2)]-l-thiacyclohexanondicarbomaureester4)reagieren mit diesen Metallsalzen nicht. Die Synthese entaprechend substituierter 1-Oxacyclohexanone war biaher nicht moglich. Gesicherte Angaben uber die Struktur dieser Chelate konnen bisher noch nicht gemacht werden*). Im Folgenden werden daher nur die bei Ausbildung koordinativer Bindungen zum Metall eintretenden Veriinderungen in den IR-Spektren der Liganden beschrieben, aus denen auf die Eigenschaften der Piperidone und Piperidinole als Chelatbildner geschlossen werden kann. Dadurch werden gleichzeitig Ruckschliisse auf die Konfiguration der Substituenten an C-2 und C-6 er- *) Die Ermittlung der magnetochembchen Eigenschaften sowie Leitf&higkeitsmessugen stehen noch nus. Abschnitt der Habilitationaschrift R. H&r, Freiburg i. Br. 1967. 2) K. W.Men und R . H&, Pharmac. Acta Helvetine 38,442 (1963). *) K . W.Merz und R. HaZkr, Arch. Pharmaz. 296,829 (1963). ') R . Haller, Arch. Pharmaz. 298,306 (1965). I) Baller 7 42 Archlv der Pharmade moglicht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse stimmen mit der an Hand der 1H-NMR Spektrens) getroffenen Konfigurationszuordg itberein. Die Fahigkeit zur Komplexbildung ist unabhangig devon, ob der Ligand als 8-Ketodicarbonsaureester(z. B. I) oder als eines seiuer Reduktionsprodukte, z. B. der epimeren Alkohole I1 und 111, vorliegt; I1 ist das trans(e)-, I11 das cis(a)-Epimer6). I I n den IR-Spektren*) bleiben bei der Chelatbildung die fur die /?-Hetoesterbzw. die /?-Hydroxyeater-Strukturcharakteristischen Banden unverandert. Dagegen werden die Frequenzen der N-H-Valenzschwingungen sowie der Valenzschwingungen dea Pyridinrings ( Y CC, CN) in charekteristischer Weise verschoben (Tab. 1). Am der gegeniiber den Spektren von 1-111 in den Spektren der Metallchelate (vgl. Abb. 1-3 sowie 1. c.')) festzustellenden stsrken Verschiebung der Y NH-Bande nach niedrigeren Frequenzen sowie aus einer damit verbundenen Erhohung ihrer Intensitat ist zu folgern, da13 zwischen Metallion und Stickstoff des Piperidinrings eine koordinative Bindung gebildet worden ist. Eine derartige Verschiebung, die im allgenieinen um 16Ocm-l betragt, ist an einer Vielzahl von Amminkomplexen festgestellt worden**) (vgl. die von Cotton*), Rm9)und Nakumt010)gegebenen Obersichten). Ihre Ursache iat nach Quagliano u. Mitarb. 11) 1 2 ) in der durch die koordinative M+ N-Bindung bedingten Schwachung der N-HBindung zu sehen. Die gleichzeitige Erhohung ihrer Polaritat fiihrt zu einetu Ansteigen der Extinktionswerte fiir die vN-H-Banden. Diese nehmen im Spektrum der Metallchelate somit eine Mittelstelluug ein gegeniiber den Spektren der freien *) Beckman-IR 5A-Spektrophotometer. **) Eine Zusammenstellnng findet sich in 1. c.1) 6, R. HaUw und H.F W Z i n . Z. Natnrfomch. 236. 650 (1968). B. Wibon, Phys. Rev. 45,706 (1934); b) C. H. Klline und J. Turkevich, J. chern. Phys. @) a) E. 12,300 (1944). R. Katritzky und A . P. Ambler, in A. R. Kdritzky, Physical Methods in Heterocyclic Chemiatry, Vol. 11,s.173f., S. 274ff., S. 281ff.; Academic Press, New York und London 1963. F. A. Co#on, in J . Lewia und R. c f . Wilkcne, Modern Coordination Chemistry, S. 361ff., S. 387ff., Interscience Pabl., New York und London 1960. C. N. R. Rao. Chemical Applications of Infrared Spectroscopy, S. 3Glff., S. 368ff.; -4cademic F'resa, New York und London 1963. lo)K. Nakamota, Infrared Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, S. 143ff.; J. Wiley and Sons. Inc., New York und London 1963. 11) Gr. 8tdo8. C. Carran und J. V . Quugiiano, J. h e r . chem. Soc. 77, 6159 (1955). I*) 8. Moteno, K. Dither und J . Y. &uasliano, Spectrochim. Acta 16, 1368 (19eO). ') A. Q , Amine und der entapreohenden A.nunonhunedm10) 13). Da die Spektren der Metellchelate von 1-111 nur im kriatdinen Znatand (in KBr) aufgenommen worden aind***), md3 beriiolrsiohtigt werden, daB die Lege der einzelnen Banden d m h intermolekulare Waaeemtoffbrticken beeinfld3t eein h e ) 11) I*), wenn auoh fur Chelate eeknndarer Amine keine d a d m h [email protected] Versohiebungen zu erwarten einda) 9. Tabelle 1 IR-Daten (om-') der Metallohelab dea 2,6-B~yridyl-(2)]-pipridom I s o h der Piperidinole I1 und III (in KBr) L=I vN-H 3106 3186**) 3086 1606 [email protected]**) 3156**) 20 Pyridyl-(2) 1679 3300 3086 1603**) 3048 3106 3166 1606 1603 1600 *) Bezeiohnung nach ~ 8 8 2 ) PyridYL(2) WdYW 3279 L = 111 vN-H v88*) L=II ~ 8 8 ~ vN-H ) I 1692 3300 1692 3146 1606 3166 1603 3106 1603 3136 1603 3166 1606 3186 1608 3077 3096 3136 1606 1608 1610 1606 3096 3096 3166 1606 3166 1606 3186 1606 lsos ') ; **) Ligmd [email protected] in der Enolform vor. [I swvvvlrv IP J' V *) In den ftir die IR-Spektmkopie geeigneten L&angsmitteln Bind diem Verbindungen nioht 18) 1') hdich. B. Daa S a m . K. R. Rav,R. E. &evere and J. C. Bailor. J. Amer. ohem. &0.86,14 (1964). J. ChaU, L. A. h n c c l ~ o n u n dL. bi. Venanzi, J. chem. Soo. (London)1966,4461; 1966,2712. Archiv der Ha ller i44 5000 LOO0 3000 2500 2000 100 Pharmazie 1500 1400 13001200 1100 1000 900 650 700 800 80 60 LO 20 0 2 3 5 4 6 7 8 9 10 11 12 13 1L 15 700 650 16 Abl). 2. IR-Spektrum von I1 CuCl, (in KBr) 5000 4000 3000 2500 2000 100 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 80 60 LO 20 0 2 mml 3 5 4 6 7 8 9 10 11 12 13 16 15 16 Abb. 3. IR-Spektrum von 111 * CuCI, (in KBr) - In den Chelaten I CoCI, und 1. NiCl, liegt der Ligand in der Enolform vor, wie aus den IR-Spektren hervorgeht : Die Bande der im konjugierten Chelat gebundenen Estercarbonylgruppe tritt jeweils bei 1658 cm-1 auf; die Bande bei 1631 cm-1 kann der konjugierten C=C-Bindung zugeordnet werden. N u in den IR-Spektren dieser beiden Chelate ist eine Aufspaltung (vgl. Is)) der vN-H-Banden zu beobachten (Tab. 1).Hingegen liegen die Chelatverbindungen von I mit MnCI, (Abb. l),CuCl,, ZnCI, und CdCl, in der Ketoform vor, die auch von I - wie allgemein von den am Ringstickstoff nicht substituierten PiperidondicarbonsaureesternlS)- sowohl in kristalliner Form als auch in Losung (CHCI,, CC1,) eingenommen wird. Ein Vergleich der IR-Spektren der verschiedenen Metallchelate (8. Tab. 1)zeigt, dab die Verschiebung der vN-H-Bande bei den Chelaten von 1-111 mit Kupfer(11)-chlorid ( 8 . Abb. 2 und 3) sowie von I1 und I11 mit Nickel(I1)-chlorid am grollten und mit 200 cm-l bemerkenswert hoch ist. Dagegen ist, diese Verschiebung bei Cheltiten des Mangan(11)-chloridsund vor allem der Cadmiurn(11)-halogenidewesentlich geringer ; bei Chelaten des Kobalt(I1)- und Zink(I1)-chlorids werden mittlere > Is) 11'. Hlnsel, R. Haller und K. W . Y e n , Naturwissenschaften 54,44 (196). Werte gefunden. Diese Ergebnisse stimmen mit der an verschiedenen Amminkomplexen gefundenen Reihenfolge ubereinls-lO). Nach HoopeP) und Sharma17) steigt die Verschiebung der vN-H-Bande im allgemeinen in der bekanntenzo) Reihenfolge zunehmender Stabilitiit von Komplexen zweiwertiger Metalle an. I m Vergleich zu den Spektren der vom Kobalt(I1)-chlorid abgeleiteten Chelate sind in den Spektren der enhprechenden Nitrata die vN-H-Banden um etwa 50 cm-1 weniger verschoben und auch weniger intensiv. Der EinfluD der Koordinationaufdie IR-Spektren der Liganden ist beiMetallkomplexen des Ppridins relativ gering') 21) m), und die beobachteten Veriinderungen bleiben hinter den bei Pyridiniumionen oder auch Pyridin-Bortrhlogenid-Komplexen gefundenen ziiriick?)zs) m). Bei vemchiedenen Metallkomplexen dea Pyridins oder einfacher Alkylpyridine wurden fiir die Komplexbildung charakteristischeVemchiebungen fatgeatellt ?) *I-=), welche fiir die Frequenzen der Valenzschwingungen dea aromatiechen Rings zu einer leichten Erhohung f h n . Diese wurde fiir die Bande urn 1600 om-' [v 8a; Bezeichnung nach ") ')I durchweg zu 10-30 cm-l gefunden. In den IR-Spektren der Metallchelate von 1-111 wurde diese Verschiebung ebenfalls festgestellt. Sie ist am deutlichsten bei der sehr scharfen, starken Bande um 1600 cm-1 (v8a) zu erkennen, fiir welche sie 11-18 cm-1 betragt (a. Tab. 1). Bei den weitmen, den Valenzschwingungen des Pyridinrings zuzuordnenden Banden ( v 8 b, v 19a, v 19 b) sind nach Komplexbildung die Veranderungen geringfugiger und weniger signifikant (vgl. 1. c.1)). N-Alkyl-piperidone und -piperidinole sind zur Bildung von Metallchelaten ebenso befahigt wie die vorwiegend untersuchten, am Ringstickstoff nicht subetituierten Verbindungen 1-111. Die eingetretene Chelatbildung kann ebenfalls an der Verschiebung der Y 8a-Rande - z. B. in den Chelaten von IV und V20) mit MnCI, von 1592 nach 1605 cm-1- erkannt werden. T.J . h n e , J . A . Durkin und R. J . Hooper. Spectrochim. Acta 20,1013 (1964);b) 1. NakaR. J . Hooper. J . L. W&r und T.J . Lane, ibid., 21, 1 (1966). V . 5.S h a m , H . B. Mathur und A . B. Bistws, Spectrochim. Acta 17,895 (1961);Indian J. la) a) gawa, li) Chem. 2,257 (1964). Y.P. Coakley, Appl. Speotmscopy 18, 149 (1964). lo) M . P . Springer und C. Curran, Inorg. Chemistry 2. 1270 (1963). 20) D. P . Melbr, in F . P . Dwyer und D. P . M d h , Chelating Agents and Metal Chelates, S. 47f.; Academic Press, Ncw York und London 1961. zl) X. S.GiU,R. H . NutkrU. D. E . Scaije und D. W. A. Sharp, J. inorg. nucl. Chem. 18,79 (1961). 22) M.G o W i n , E.P.Mooney, A . Andereon und H . A . Qebbie, Spectrochim. Acta 21, 105 (1965). 2a) P . C. H . MitcheU, J. inorg. nucl. Chem. 21,382 (1961). z4) P . Spacu, Y.T&mx und C. L e p d z t u , Rev. Roumaine Chim. 9, 39 (1964). 25) M.Allbutt, K . Feenun und G. W . A . Fowlea, J. less-common Metals 6,299 (1984). z 6 ) A . I . Popov. J . C. & f a r 8 w l p FB.8tuteund . W . B. Person, J. h e r . chem. 6oc. 83,3586 (1961). 27) H . Shindo, J . L. W&r und R. J . Hooper. J. inorg. nucl. Chem. 27.871 (1965). R . P. Yittpt und B. E. h u g k w , Inorg. Chem. 3, 1177 (1964). zo) R. Haller, Arch. Pharmaz. 300, 119 (1967). le) In den Spektren der von I-V gebildeten Metallchelate sind Baiiden von Valenzschwingungen freier Pyridinringe nicht zu erkennen. Es kann daraus geschlossen werden, daD in den Metallchelaten beide Pyridylsubstituenten gleich gebunden sind. 1H-NMR-spektroskopische Unter~uchungen~o) an I1 ZnCb und 111 ZnCL, haben diese Annahme bestatigt : AUSden Spektren folgt, daD in beiden Pyridinringen entaprechendc Protonen aquivalent sind. Da fur die Chelate von 1-111 durch die Verschiebung der Y N-H-Bande auch auf eine Koordination am Stickstoff des Piperidinrings zu schlieaen ist, stellen diese Verbindungen somit dreizahnige Chelatbildner mit Koordinationsstellen an den drei N-Atomen dar. - . Dieses Ergebnis spricht aus folgenden Grunden fiir eine c i s - K o n f i g u r a t i o n der Pyridylsubstituenten an C-2 und C-6 : Wie Modellbetrachtungen zeigen, ist zwar nicht nur bei cis-, sondern auch bei trans-Konfiguration eine Reaktion als dreizahniger Ligand moglich. In der Sesselkonformation des Piperidinrings muD bei trans-Konfiguration eine der Pyridylgruppen die axiale Lage einnehmen. Bei Bildung des Metallchelata wurden - da die Bindung zwischen Metall und PyridinStickstoff in der Ehene des Pyridinrings liegen mu13 - bei einer derartigen Struktur die im Chelat fixierten Pyridinrinpe in Bezug auf den Piperidinring in Stellungen gezwungen, die starke sterische Wechselwirkungen mit den benachbarten Alkoxycarbonylgruppen zur Folge hatten. Weiterhin ware eine Chelatbildung bei transKonfiguration nur dann moglich, wenn der Substituent am Ringstickstoff (vgl. IV, V) in die energetisch benachteiligte axiale Lage tibergehen und der Piperidinring somit zwei axiale Substituenten aufweisen wiirde. In der - bei Chelatbildung zwangdaufig fixierten - twist-Konformation des Piperidinrings, in welcher bei trans-Konfigurntion die Lage beider Pyridylsubstituenten der iiquatorialen Lage in einer Sesselkonformation weitgehend entspricht, ware nur die Rildung von Chelaten n i t etwas verzerrter Struktur moglich. Ferner wiirde diese twist-Konformation zu einer quasi-asialen Stellung einer Alkoxycarbonylgruppe fiihrcn*), da die beiden Substituenten an C-3- und C-5-cis-Konfiguration aufweisenl) 6 ) . Hingegen erlaubt bei cis-Konfiguration der Pyridplguppen ihre aquatoriale Lage in der Sesselkonformation die Bildung von Metallchelaten, in welchen sowohl der *) DaD dies in den Metallchelatentatsachlich uicht der Fall iat, bat sich den 'H-NdR-Spektreu von I1 ZnC4 und 111. Zncl, entnehmenM), die eine dquivalenz der Protoueu der beiden Ester-dthoxylgruppenzeigen. R. Hdler und H . Friebolin, uuveraffentlicht. Substituent am Ringstickstoff aquatorial steht, als auch die beiden Pyridinringe in Bezug auf den Piperidinring eine begiinstim Orientierung aufweisen: Bei 3,5-disubstituierten Piperidonen mit aquatorialen Aqlsubstituenten in 2,6-Stellung ist ein Minimum an sterischen Wechselwirkungen d a m gegeben, wenn die Ebene der Arylringe angeniihert.senkrecht zu der von den C-Atomen 2 , 3 , 5 und 6 gebildoten Ebene steht. Bei 2,6-Diphenyl-3,5-dimethylpiperidonen haben Le F h r e u. Mitarb.31) eine dcrartige Orientierung der Phenylgruppen an Hand der Dipol-Moniente und Ken-Konstanten nachweisen konnen*). Diese hevorzugte Ausrichtung kann bei Beteiligung von Pyridylsubstituenten an der Chelatbildung erhalten bleiben. Weiterhin kann bei cis-Konfiguration der Pyridylsubstituenten (im Gegeneatz zur trans-Konfiguration) durch eine geringe Deformation der Sesselform der M t NAbstand verringert sowie der Winkel zwiechen Metall und benachbarten Koordinationsstellen des Liganden vergrBI3ert und damit die Stabilitat des Chelats erhoht werden. Es kann daher fiir die Metallchelate der Piperidone und Piperidinole (dargestellt am Beispiel von I) eine allgemeine Teilstruktur VI angegeben werden (die beiden Chelat-Fiinfringe sind in der Zeichnung hervorgehoben) : Der Nachweis der cis-Koufiguration der Pyridylsubstituenten durch Chelatbildung wird durch die an pyridyl-(2)-substituierten3,7-Diaza-bicyclo-[3,3,l]-nonanonen erhaltenen E r g e b n i ~ s eergiinzt. ~~) Der bei Piperidonen, wie z. B. I, in 3,5Stellung ankondensiertc Piperidinring ermoglicht es, daB diem Verbindungen als vierziihnige Chelatbildner reagieren. Die Koordination zwischen Metall und jeweils zwei N-Atomen der Piperidin- und der Pyridinringe schlieBt eine trans-Konfiguration der P-yridyleubstituenten Bus. Der Deuteohen Fomchungsgemeinachaft und dem Fonds der Chemischen Industrie danke ioh fiir die Unterstiitzung dieeer Arbeit. *) Fiir daa am eingehendstenuntersuchte 1 -Methyl-2,(i-diphenyl-3,5-dimethylpiperidon-(4) wurde (in Cyclohexan) eine Neigung der beiden Phenylgruppen gegentiber der genennten Ebene im gleichen Sinn um 13' gefunden"). Damit stehen die Ebenen der aromatischen Ringe und die Weeserstoffatome an (2-2 und C-G annshernd ekliptiech. *I) hf.J . A r m y . C.- Y .Chen, R.J.W. LeFkvre und A . 1'. Singh, J. chem. Soc. (London), Phps.. Org., 1966, 98. R . Halkr, Arch. Pharmaz., i. Druck. Archiv der Hollur 740 pharmazlc BeBcbreiiuqlJIsr vsrmeba Allg. Methode znr Daretellung der Metallahelate Die he% Liisnng dea Piperidom I h. der Pipeaidinole 11-V (awurde i. allg. von 2,6m?dol anagegaqpn) in a b d . Athano1 wurde in iiqnimol. Verhbltnia mit der hefin, athanol. L&ung dea bekidfendenMevermtat und wenige Min. im Sieden phalten. Die entatanhen Metallahelate (a. Tab. 2) wurden am dieeer Liisnng in kristslliner Form erhalten,hiinfigatdhemd quantitativ. Die mit Halogeniden dea Kobalte, Niakeh und Kupfern gebildeten Chelate sind gut waseerl6sliab. Die in Tab. 2 zueemmengefa6tem Chelate remetrm a& durahweg bei h b k Temperatur; me weisen keiien aheraktmbthahen Sahmp.auf,mitAnenahmevonI~CuCl1(176'), vonII. Cuc1,undIII- CU&(je 242-246') h e von IV MnCl, (280') und V MnCl, (296') (Icafler-Mikroheiztiech). - - Tabelle 2 Metdohelate dea Pipridone I und der Piperidinole 11-V Analyeen Bneb. Summenformel Verbindung (Mo1.-Clew.)+) Farbe % 1. Th. Ber. Gef . C H 96 I . COCI, bleSgelb violett I . NiCl, griin 39 I . cucl, blau 66 I . ZnCl, weis 93 I . cdcl, mi6 90 43,e 3,w 43,63 4.17 I1 * Mncl, wei6 92 4,oZ 47,W IT. cd;ll viOl0tt 91 rot 89 bmm- 89 I . Mncl, II . NiCl, 11 Co(NOa), a3 eela 11. CUCI, blau 84 zncl, wei6 94 W0iB 89 I1 * 11. CdBr, 4 8 3 4.43 N Cl 8,03 48.72 4,M 7,96 41.04 4,40 7.97 47,73 4,m 8,27 47,w 4,40 7,97 47.72 4,U 7,70 47,42 4,30 7,W 47,66 4,m 7,88 4 7 s 4 , s 7,07 47,62 440 8,12 7,!?4 7,lb 4.80 8,OO 13,W 4,W 8,02 13106 47,M 4,76 7,94 13,aO 48.16 4,W 7.91 13,36 4331 4.33 12,os 43,41 4.61 12,W 47,W 4,76 7.94 47.94 4,82 7,73 473.4 4,72 7,87 47,22 4,W 7,73 47,08 4,70 1,84 4737 4,W 7*94 37.66 3,76 0 s 37.69 3,QO 6,Se 13,40 13.32 13,% 13,02 Sol. Bd. lsB8/10 749 Meodlchelate p yrid yl-(2) -subetituierter Piperidone und Piperidinole Fortsetzung von Tabelle 2 I Auab. Verbindung Summenformel (Mo~.-&w.)*) Farbe I d.Th. oh Analysen Ber. Gef. h’ ~ CI ~~~ weiu vz 48,02 4,80 8,OO 13.50 47,86 4,69 7.99 13,68 violett 95 47.65 4,76 7.94 13,40 47,75 4,91 7,77 13.30 I11 * Co(NO,), rot 85 43,31 4,33 12,03 43,35 4,32 12,12 I11 . NiCl, griingelb 79 I11 * CUCI, bleu 76 47,68 47,41 47,24 47,15 III ZnCl, weiD 95 47,08 4.70 7,84 13,24 46,91 4,79 7.85 13,ll 111. CdBr, weiD 86 IV * MnCl, wei0 70 37,55 3,75 6,26 37,53 3 , s 6,42 53,17 4,63 7.15 53,02 4,88 7,03 wei0 70 - v * MnCI, *) bereohnet fiir die monomere 4,76 7.94 4,84 7,88 13.40 13.48 4,72 7,07 4.81 7,74 53.17 4.63 7.15 52,M 4.79 7.11 Form. Amohrift: Priv..Dor. Dr. B. Haller. 7800 Prelbu- I. Br.. Hermano-Herder-Str.8. [Ph 6621
1/--страниц