A NEW SYNTHESIS PATHWAY IN THE MUSCARINE GROUP.

Full text of DOI:10.1515/znb-1964-0820

N-OTIZEN
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in der Strichrichtung absteigend in Wasser entwickelt
(dabei wandern die markierten Vorläufer, während die
Furocumarine am Start verbleiben) und danach senk-
recht dazu in Hexan/Benzol/Methanol 100: 5: 5 3. Die
Furocumarinzonen wurden eluiert, Aliquots dienten zur
UV-spektroskopischen Konzentrationsbestimmung und
zur Messung der Radioaktivität nach S im o n et al. 6.
suchungen über die Biosynthese des Herniarins und
Cumarins in Lavendel.
p-Cumarinsäure wurde gut in Herniarin und schlecht
in Cumarin eingebaut. Bei der o-Cumarinsäure dagegen
waren die Verhältnisse umgekehrt. Für die Biosynthese
des Cumarins und des in 7-Stellung hydroxylierten
Cumarins gibt es daher offensichtlich verschiedene Wege,
die sich bei der Zimtsäure gabeln.
Ergebnisse
Die Herkunft der beiden zusätzlichen C-Atome des
Furanringes ist noch ungeklärt. Sie könnten aus den
C-Atomen 4 und 5 der Mevalonsäure stammen8. Ein
Versuch mit Mevalonsäure-[4-14C] war erfolglos, jedoch
ist es möglich, daß zur Zeit dieses Versuches keine Furo-
cumarin-Synthese stattfand. Weitere Versuche in dieser
Richtung sind geplant.
Die Tab. 1 zeigt, daß Zimtsäure in die Furocumarine
eingebaut wird, während Cumarin sehr schlecht verwer-
tet wird. Es ist daher anzunehmen, daß die Furocuma-
rine aus Zimtsäure entstehen, jedoch nicht auf dem
Wege über das Cumarin. Als bester Vorläufer erwies
sich das Umbelliferon. Wir schließen daraus, daß an der
Zimtsäure in der para-Stellung eine Hydroxylgruppe
eingeführt wird, bevor orf/io-Hydroxylierung erfolgt.
Entsprechende Ergebnisse erhielt B row n 7 bei Unter-
Wir danken Herrn Prof. Dr. F.
stützung dieser Arbeit, Herrn Doz. Dr. G.
A. a e r h e im -Sv e n d S e n , Oslo, für die Überlassung von Vergleichssubstanzen
W
e y g a n d , München, für die Unter-
B
il l e k , Wien, und Herrn Dr.
B
und der D e u t s c h e n F o r s c h u n g s g e m e i n s c h a f t für die Be-
reitstellung von Mitteln.
1 H. G ris e b a c h u. W . B a rz , Z. Naturforschg. 18 b, 466 [1963].
6 H. S im on, H. D a n ie l u . J. F. K le b e , Angew. Chem. 7 1 , 303
[1959] ; H. Sim on u . F. B e r th o ld , Atomwirtschaft 7 , 498
[1962],
2
S . A. B ro w n , Lloydia 26, 211 [1963].
3 A. B aerheim - Svendsen, in: Zur Chemie norwegischer Um-
belliferen, J. Grund Tanum Forlag, Oslo, 1954.
C . H. C la r k e u . F . F ra n c is , Ber. dtsch. chem. Ges. 44, 273
7 S. A. B ro w n , Science [New York] 1 3 7 , 977 [1962]; Photo-
chemistry 2, 137 [1963].
4
5
[1911].
8 R. A n e ja , S . K . M u k e r je e u . T. R. S e s h a d ri, Tetrahedron
[London] 4, 256 [1958].
F . W e y g a n d , H. Sim on, H.-G. F lo s s u. U. M o th e s , Z. Natur-
forschg. 15b, 765 [I960].
Ein neuer Syntheseweg in die Muscarinreihe
HC=C-C=C-C-R,
HC=C-CH=C
C-R,
I---- ■ '
K2C03 / Koh
Von? Dr. H. m e iS t e r ,
Ah
0^
12)
( 1)
Chemische Werke Hüls AG., Marl
(Z. Naturforschg. 19 b, 771—773 [1964]; eingegangen am 19. Juni 1964)
rS
A
yc=o
Die bekanntesten der bisher durchgeführten Mus-
carinsynthesen gehen von der Chitarsäure oder der r, - C- C s C - C b C - C- r,
2-Methyl-5-tetrahydroxybutyl-furan-3-carbonsäure aus,
einem Kondensationsprodukt von Glucose mit Acetessig-
ester *.
r 2
r 2
Ri
R?
C-R,
D-r
I
I
R t-C -C E C —CH-C
K2C03 , KOH
oh
oh
in
l
J
,3>
R2. R3. R±=H, Alkyl
Ausgangsstoffe der neuen Synthese sind 4-Äthinyl- Ri
methylen-1.3-dioxolane (2). Man erhält diese Verbin-
dungen durch Anlagerung von Carbonylverbindungen
an Diacetylenalkohole ( l) 2 im alkalischen Medium oder
vorteilhafter aus den in gleicher Weise aus Diindiolen (3)
hypobromit wird die Bromacetylen-Verbindung (5) er-
halten, die durch Hydrolyse in saurer Lösung in das
5-Brommethyl-2.3-dihydrofuranon-(3) (6) übergeführt
wird. Dieses läßt sich mit sekundären Aminen leicht zu
5-Dialkylaminomethyl-2.3-dihydrofuranonen-(3) (7) um-
setzen, aus denen dann durch Hydrierung die Norbasen
von D L - M uscarin en (8) erhalten werden:
zugänglichen
Hexen- (4) -in- (2) -triol- (1.5.6) -methylen-
äthern-(5.6) (4) durch Abspaltung eines Moleküls
Carbonylverbindung3 in Gegenwart basischer Mittel
nach folgendem Formelschema:
Aus den leicht zugänglichen 4-Äthinylmethylen-5.5-
Durch Bromierung von (2) (R3 = R4 = H) mit Alkali-
dialkyl-1.3-dioxolanen (2) ( Ri , R2 = Alkyl) lassen sich
3 Chem. Werke Hüls AG. (Erf. H. M e is te r ) , Dtsch. Bundes-
Pat. 1 156 418 vom 31. 1. 1961/31. 10. 1963, C. A. 60,
2935 D [1964],
1 Zusammenfassung in Advances in Organic Chemistry, Me-
thods and Results, Vol. 2, S. 427 ff., C. H. E u g s te r , The
Chemistry of Muscarin.
2 Chem. Werke Hüls AG. (Erf. H. M e is te r ) , Dtsch. Bundes-
Pat. 1 139 849 vom 7. 8. 1958/22. 11. 1962, C.A. 58, 11219d
[1963].
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772
NOTIZEN
Die Hydrierung von 5-Dimethylaminomethyl-2.2-di-
H ®/H}0
CH3OH
fr
C-ff,
BrCIC-C H=C
(2)
methyl-2.3-dihydrofuranon-(3) mit Raney- Ni ckel un-
ter Drude bei 50 —120° führt zu einem Isomeren-
gemisch vom Sdp.9: 102 —125°, das gaschromatogra-
phisch in 2 Isomere aufgeteilt wird. Durch Drehband-
destillation wird als Hauptfraktion eine niedrigsie-
dende, vermutlich aus dem cis-5-Dimethylamino-methyl-
2.2-dimethyl-3-hydroxyfuran bestehende Fraktion vom
Sdp.10: 99° (70%), Schmp. —3 bis —1° (raS: 1,4539;
BrCH-
(5)
es;
>
(8)
f7;
d
: 0,9684) sowie eine Fraktion (30%) vom Sdp.10:
ff, ff,, ffp-Alkyl j R ,- H , Alkyl
1 2 4 -1 2 5 °; Schmp. 19° (rag: 1,4617; d : 0,9805) er-
halten, die als die entsprechende frans-Verbindung an-
zusehen ist.
Das IR-Spektrum der niedrigsiedenden Fraktion zeigt
bei ca. 3,2 fl die durch eine intramolekulare Wasser-
stoffbrücke verursachte Bande, auf die C. H. E u g StEr
und Mitarbb. bei der Isolierung von a//o-Muscarin-
derivaten 6 hingewiesen haben.
über thermisch stabile und nur wenig oxydations-
empfindliche Zwischenprodukte die Racemate der 5-Di-
alkylaminomethyl-2.2-dialkyl-3-hydroxyfurane („Alkyl-
muscarine“) synthetisieren. Im folgenden ist die vom
2.7-Dimethyl-oktadiin-(3.5)-diol-(2.7) ausgehende sehr
glatt verlaufende Synthese des DL-5-Dimethylamino-
methyl-2.2-dimethyl-3-hydroxyfurans
= CH3), („Norba«e des Methylmuscarins“) näher be-
schrieben.
Zur Darstellung von (4), (Rj = R2 = CH3, R3 =
R4= H), wird 2.7-Dimethyloctadiin-(3.5)-diol-(2.7) mit
Paraformaldehyd in Gegenwart von Kaliumcarbonat in
Methanol oder Kaliumhydroxid in Methanol-Tetrahydro-
furan mehrere Stdn. unter Rückfluß gekocht. Ausbeute
85%; Sdp.t 102 —105°; Schmp. 37 —38° (aus Äther).
Die Spaltung dieser Verbindung mit Natriummethylat
(8),
(R1= R2
Analog läßt sich aus dem weniger leicht zugänglichen
4-Äthylenmethylen-5-methyl-1.3-dioxolan (2), (Rx = R3
= R4 = H, R2 = CH3) das DL-Muscarin synthetisieren.
Diese über leicht zersetzliche Zwischenprodukte laufende
und daher schwierigere Synthese haben wir bis zum
2-Methyl-5-dimethylaminomethyl-2.3-dihydrofuranon-(3)
(7), (R = Rt = CH3, R2 = H) durchgeführt; es erwies
sich als identisch mit der von E u g St E r und Mitarbb.’7
bei der vom 2-Methyl-5-tetrahydroxybutyl-furan-3-car-
bonsäure ausgehenden Muscarinsynthese erhaltenen
bei 150 —160° führt mit 90% Ausbeute zu (2), (Rt = R2 Verbindung.
= CH3, R3= R4= H) ; Sdp.8: 7 2 -7 4 ° ; nS: 1,4945;
Schmp. 14 —15° (aus Äther).
Das als Ausgangsstoff dienende 4-Äthinylmethylen-5-
methyl-1.3-dioxolan (2), (Rt = CH3, R2= R3= R4= H),
erhielten wir in geringer Ausbeute neben Octen-(5)-in-
(3)-triol-(2.6.7)-methylenäther-(6.7) (4), (Ri = R3= R4
= H, R2= CH3), Sdp.0.5: 95 —100°, durch Umsetzung
von Formaldehyd mit einem aus Hexadiin-(3.5)-ol-(2) 8
und Oktadiin-(3.5)-diol-(2.7) bestehenden Gemisch,
das durch Umsetzung eines bei der Acetylenherstellung
nach dem Lichtbogenverfahren anfallenden diacetylen-
haltigen Konzentrates mit Acetaldehyd nach Fa wor s ki
(KOH-Pulver, in Tetrahydrofuran bei —20°) gewon-
nen wurde.
Durch Spaltung von (4) (R1= RS= R4= H, R2= CH3)
in Gegenwart von Natriummethylat wird (2), Rt = H,
R2 = CH3, in ca. 30 —40% Ausbeute erhalten. Sdp.t :
3 4 -3 5 ° ; nS: 1,502; d : 1,057 (ca. 90-proz.).
Die Umsetzung von (2), (Rt = H, R2= CH3), mit
Natriumhypobromit (0°, 5 Stdn.) führt zum 5-[l -Brom-
äthin-(l')-ylmethylen]-4-methyl-1.3-dioxolan (5), Rt = H,
R2= CH3. Ausbeute 40-50% ; Schmp. 24°; rag: 1,5533;
Die Herstellung der Bromacetylen-Verbindung ge-
lingt nach S t r a u S und Mitarbb. 4 durch Umsetzung mit
Natriumhypobromit (0 —5°, 5 Stdn.). Ausbeute 68% d.
Th.; Schmp. 64 —65° (aus Methanol).
Die hydrolytische Ringöffnung der Bromacetylen-Ver-
bindung (5) zum 5-Brommethyl-2.2-dimethyl-2.3-di-
hydrofuranon-(3) (6) verläuft analog der nicht bromier-
ten Verbindung (2) 5, (Rt = R2= CH3, R3= R4= H),
durch Kochen in methanolischer Lösung in Gegenwart
von Wasser und katalytischen Mengen Schwefelsäure
unter Abdestillieren des gebildeten Dimethylformals.
Ausbeute 86%. Sdp.9 105 —107°; Schmp. 33 —34°. Das
in Allylstellung befindliche Bromatom der Verbin-
dung (6) reagiert bereits bei 10 —20° mit 40-proz.
wäßriger Dimethylaminlösung zum 5-Dimethylamino-
methyl-2.2-dimethyl-2.3-dihydrofuranon-(3); Ausbeute
75 —80 Prozent. Sdp.8)5: 96 —98°; Schmp. 12 —13°;
ud: 1,4736; d : 0,9866. Durch Umsetzung von (6) mit
Diäthylamin in Benzol wird 5-Diäthylaminomethyl-2.2-
dimethyl-2.3-dihydrofuranon-(3) erhalten, Sdp.9: 113
bis 117°; analog entsteht 5-Morpholinomethyl-2.2-di-
methyl-2.3-dihydrofuranon-(3); Sdp.8;5: 156 —160°;
Schmp. 28 —29°.
d
: 1,5175.
Die Hydrolyse der Bromacetylen-Verbindung führt
zum 5 -Brommethyl -2 -methyl- 2.3 -dihydrofuranon (6)
(Rt = H, Ro = CH3) , das wegen seiner geringen ther-
mischen Beständigkeit nur als Rohprodukt isoliert wer-
6
7
C . H . E u g s te r , F. H ä f lig e r , R. D euss u . E. G ir o d , Helv.
chim. Acta 41, 583 [1958].
4 F. S tr a u s , L. K o lle k u . W. H e in , Ber. dtsch. chem. Ges. 63,
1868 [1930].
5 Chem. Werke Hüls AG. (Erf. H. M e is t e r ) , Dtsch. Bundes-
Pat. 1 147 593 vom 30. 12. 1960/25. 4. 1963, C. A. 59,
11427 B [1963].
C . H. E u g s te r , F. H ä f lig e r , R. D euss u . E. G ir o d , Helv.
chim. Acta 41, 212 [1958].
8 W. C h o d k ie v ic z , Ann. Chimie [13] 2. 819 —869 [1957], C .
1961, 1166.
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NOTIZEN
773
den konnte. Durch Umsetzung mit Dimethylamin in
Äther bei 0 —10° wird 5-Dimethylaminomethyl-2-
methyl-2.3-dihydrofuranon-(3) (7) (Rt = H, R2= CH3)
erhalten. Ausbeute ca. 30%; Sdp.0,3—1: 65 —73°; die
Verbindung gibt, in wenig Petroläther gelöst, mit
Methyljodid das von E ugstEr beschriebene Methojodid
vom Schmp. 136—139° (Zers.) und zeigt im IR-Spektrum
die für das 5-Dimethylaminomethyl-2-methyl-2.3-dihy-
drofuranon-(3) charakteristischen Banden bei 1710 cm-1
(CO-Bande) und 1605cm-1 (Doppelbindung)7.
Hälfte erniedrigt und ist nur noch sehr flach ausge-
prägt. Nach dem Ende der Beleuchtungsperiode von
10 min zeigt die Dunkelatmung zunächst einen erhöh-
ten Wert und klingt über die früher bereits beschriebe-
nen drei Phasen 4 auf den stationären Wert ab, der je-
doch nur ca. 25% des unter normalen aeroben Bedin-
gungen gemessenen Atmungswertes entspricht (vgl.
Die Wirkung von Oa-Entzug auf die Induktions-
phase der photosynthetischen C02-Aufnahme
Von K arl E glE und güntEr D öhlEr
Botanisches Institut der Universität Frankfurt am Main
(Z. N aturforschg. 19 b, 773— 774 [1964] ; eingegangen am 26. März 1964)
%
_
____ _______
Die zahlreichen Beobachtungen über den Einfluß
des Oa-Entzuges auf die Photosynthese führten noch zu
keiner endgültigen Klärung der Rolle des Sauerstoffes
im Photosyntheseprozeß*. Da die bisherigen Unter-
suchungen vornehmlich an Algen-Supsensionen durch-
geführt wurden, erschien es uns aufschlußreich, die
Wirkung des 0 2-Entzuges bei Algen-Sedimenten zu ver-
folgen, nachdem es sich gezeigt hat, daß Sedimente ein-,
zelliger Grünalgen auf geeigneten Membranfiltern d ie'
Messung geringer und schnell erfolgender Änderungen 1
des C 02-Gaswechsels gestatten 2-5. Als Versuchsobjekt -
diente Chlorella vulgaris Beyerink (Stamm 211 —11 f
der Algensammlung im Pflanzenphysiologischen Insti-
tut der Universität Göttingen) ; die Messung des C 02-
Gaswechsels erfolgte mit Hilfe eines IR-Absorptions-
schreibers in einem Gasgemisch aus Reinststickstoff und
0,03 Vol.-% C 02 . Die geringen Beimengungen von
Sauerstoff im Reinststickstoff (ca. 0,004 Vol.-%) konnten
mit Hilfe einer Chrom (II) -chlorid-Lösung und des BTS-
Katalysators (BASF, Ludwigshafen) bis auf geringste
Reste von 0,0002 Vol.-% entfernt werden (gemessen mit
dem Sauerstoff-Spuren-Analysator Elcoflux der Firma
Dr. Thiedig & Co. KG., Berlin)*.
Die in Abb. 1 wiedergegebenen Registrierkurven ver-
anschaulichen die Wirkung des 0 2-Entzuges auf die In-
duktionsphase der Photosynthese und der Dunkel-
atmung. Kurve 1 zeigt die unter normalen aeroben Be-
dingungen (20 Vol.-% 0 2, 0,03 Vol.-% C 02) bekannten
Induktionsphänomene, die durch ein nach einer Belich-
tungszeit von 10 sec erreichtes, scharf ausgeprägtes
Zwischenmaximum der C02-Aufnahme charakterisiert
sind. Wird das gleiche Sediment mit einem Gasgemisch
aus Reinststickstoff + 0,03 Vol.-% C 02 durchströmt
(Kurve 2), so wird die Dunkelatmung bereits nach
wenigen min auf 30% ihres normalen Wertes verrin-
gert. Bei Belichtung des Sediments nach einem 0 2-Ent-
zug von 10 min Dauer ist eine deutliche Beeinflussung
der Induktionsphase der Photosynthese zu beobachten:
das Zwischenmaximum der C02-Aufnahme ist auf die
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Abb. 1. Registrierung der Aufnahme und Abgabe von Koh-
lendioxyd des gleichen Sedimentes von Chlorella vulgaris
(Trockensubstanz 29,4 mg) unter aeroben und anaeroben Ver-
suchsbedingungen. Kurve 1: unter normalen aeroben Bedin-
gungen (atmosphärische Luft mit 0,03 Xo\.-% C 02) ; Kurve 2:
nach 10 min 0 2-Entzug; Kurve 3: nach 5-stdg. Einwirkung
anaerober Bedingungen; Kurve 4: im Anschluß daran 5 min
unter aeroben Bedingungen. Die Licht- und Dunkelperioden
sind hell bzw. dunkel eingezeichnet. Auf der linken Ordinate
ist die C 02-Konzentration am Ausgang der Assimilations-
kammer, auf der rechten Ordinate die von den Algen aufge-
nommene bzw. abgegebene C 02-Menge angegeben.
Kurve 1). Nach 5-stdg. Einwirken der anaeroben Be-
dingungen (Kurve 3) wird die Induktionsphase der pri-
mären C 02-Aufnahme noch weiter erniedrigt; der sta-
tionäre Photosynthesewert wird zwar langsamer, aber
in der gleichen Höhe erreicht. Die Dunkelatmung zeigt
unter diesen — wie auch unter länger anhaltenden
anaeroben Bedingungen — zwar eine gegenüber dem
1
E . K e s s l e r , Handbuch Pflanzenphysiol. V/1, 935 [I960].
5 G. D ö h l e r u . K . E g l e , Z. Naturforschg. 19 b, 137 [1964].
* Wir danken der Firma Hartmann & Braun, Frankfurt a. M.
für die Überlassung des Gerätes.
2 G. D ö h l e r , Planta 60,158 [1963].
3 G. D ö h l e r u . K . E g l e , Beitr. Biol. Pflanzen 39, 123 [1963].
4
K . E g l e u . G. D ö h l e r , Beitr. Biol. Pflanzen 39, 295 [1963].
6
0 . W a r b u r g , G. K r i p p a h l , Kl. J e ts c h m a n n u . A. L e h m a n n ,
Z. Naturforschg. 18 b, 837 [1963].
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