Synthese von 2,4-Dimethyl-5,6-bis(4-tolylimino)-4H,5H-1,3,4-oxadiazin durch Ringtransformation

Um die Reaktion und die eigentliche Syntheseroute zu substituierten 4H,5H-1,3,4-Oxadiazinen nachvollziehen zu können, ist es von Vorteil zuvor ein wenig die Chemie des gebildeten Hauptintermediates näher zu beleuchten.
Das Vierringsystem mit zwei Stickstoffatomen ist seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt und wurde seitdem allgemein als ‚Diazetidin‘ bezeichnet, und wurde erstmals durch Dimerisierung von Phenylisocyanat in Gegenwart von Triphenylphosphin hergestellt. Eine weitere Synthese war die Reaktion von Diphenylketen mit Azobenzol, bei sich durch eine [2+2]-Cycloaddition ein 1,2-Diazetidin bildete.

Nach der aktuellen IUPAC-Nomenklatur wurde diese Vierringsysteme mit jeweils zwei vincalen Stickstoffatomen in drei Grundtypen eingeteilt, wobei der Name vom Sättigungsgrad bestimmt wird.



(a) Diazetidine
(b) Diazetine
(c) Diazete

Die Diazetine werden je nach Lage der Doppelbindung im Ring in Δ¹-1,2-Diazetine (b₁), Δ²-1,2-Diazetine (b₂), Δ³-1,2-Diazetine (b₃) unterteilt.
In der Literatur existieren nur wenige synthetische Beispiele für die ungesättigten Vertreter, so werden diese überwiegend photochemische Ringkontraktionsreaktionen von Fünf- und Siebenringsystemen erhalten.


[Aus Quelle übernommen]

Neuere Wege für die Synthese von Δ²-1,2-Diazetinen (1) erfolgten durch zufällige Entdeckung bei dem Versuch Bis-aryloxalimidoylchloride (2) mit Benzamidrazon (10) umzusetzen wobei sich in die eigentlich zum Ziel gesetzten 1,2,4-Triazinderivate nur intermediär bildeten und unter Fragmentierung von Benzonitril zu den Δ²-1,2-Diazetinen zerfielen. Wie sich zeigte, ließen sich die Δ²-1,2-Diazetinen auch kontrolliert durch Hydrazinolyse in Gegenwart von Triethylamin (TEA) als Hilfsbase herstellen. Im Falle der Verwendung von N,N‘-Bislalkyl-hydrazinen lassen sich die 1,2-Dialkyldiazeitidine zugänglich machen.
Falls Δ²-1,2-Diazetinen mit unterschiedlichen Arylsubstituenten benötigt werden, wird das asymmetrische Bis-aryloxalimidoylchlorid stufenweise durch Reaktion von Ethoxalylchlorid mit den entsprechenden Arylaminen dargestellt.

[Aus Quelle übernommen]

Durch Acylierungsreaktionen der mit Methylhydrazin hergestellten Δ²-1,2-Diazetinen mit Carbonsäureanhydriden oder –halogeniden am nicht N-methylierten Stickstoff wird die Strukturgrundlage für eine thermische (intramolekulare) Ringtransformation zu den gesuchten Oxadiazinen ermöglicht. Dabei wird das Δ²-1,2-Diazetinen in hochsiedenten Lösungsmitteln wir 1,4-Dichlorbenzol nahezu quantitativ zum thermodynamische stabilieren 1,3,4-Oxadiazin.



Das für diesen Versuch verwendete Edukt wurde aus 1-Methyl-3-(4-methylphenylamino)-4-(4-methylphenylimino)-Δ²-1,2 Diazetin in THF bei -78 °C mit DMAP und Acetylchlorid gewonnen.

Geräte:

Schlenkkolben, Magnetheizrührer, Ölbad, Möglichkeit zur Vakuumfiltration, Destillationsanlage

Chemikalien:

1-Acetyl-2-methyl-3,4-bis-(p-tolylimino)-1,2-diazetidin (?)


1,4-Dichlorbenzol (N, Xn)


n-Heptan (F, N, Xn)


Chloroform (Xn)


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2,4-Dimethyl-5,6-bis(4-tolylimino)-4H,5H-1,3,4-oxadiazin (?)




Hinweis: Es liegen keine toxikologischen Befunde vor!

Durchführung:

70 mg des 1-Acetyl-2-methyl-3,4-bis-(p-tolylimino)-1,2-diazetidins werden in 5 ml 1,4-Dichlorbenzol gelöst und in einem Schlenkkolben im Ölbad für 2 h bei 120 °C erhitzt. Es reicht vollkommen aus, den Schlenkhahn geöffnet zu lassen und den Schliff mit einem Stopfen zu verschließen, da das Lösungsmittel bei weitem nicht bis zum Siedenerhitzt wird. Nach Entfernung des Lösungsmittel im Vakuum wird der verbleibende Rückstand aus n-Heptan/Chloroform 3:1 umkristallisiert und getrocknet. Die Ausbeute ist nahezu quantitativ, jedoch bei den kleinen Mengen mit einer herkömmlichen Waage nur ungenau zu bestimmen. Die beiden Strukturisomere lassen sich durch eine Analyse des Schmelzpunktes gut identifizieren. Das Edukt schmilzt bei 94,5 °C und das Produkt bei 108,5 °C und bildet dunklere Kristalle als das Edukt.

Entsorgung:

Die Lösungsmittel werden dem halogenhaltigen Lösungsmittelabfall zugegeben und das Produkt aufgehoben oder verworfen.

Erklärung:

Wie oben schon beschrieben findet eine thermische Ringtransformation statt, die die Bildung des 1,3,4-Oxadiazins zulässt



Bilder:


Edukt im Schlenk


Lösung im 1,4-Dichlorbenzol


Reaktionsgemisch im Wasserbad


Farbunterschied nach etwa einer Stunde


Nach dem Entfernen das Lösungsmittels


Abgesaugtes Produkt


Produkt nach Trocknem im Vakuum


Nahaufnahme (Die schwarzen 'Partikel' sind Reste der ehem. Beschriftung unter dem Probegläschen)


Farbvergleich zwischen Produkte (li.) und Edukt (re.)

Quelle: Jan Fleischhauer - Beiträge zur Heterozyklensynthese basierend auf Ringtransformationsreaktionen der Δ²-1,2-Diazetine, Jena
Einige Textpassagen wurden dem Original sehr ähnliche gestaltet.