1,4,5,8-Tetraazafulvalenes - Synthesis of sulfur-containing derivatives and classification of the chromophor

Article abstract of DOI:10.1515/znb-2004-0408

In order to obtain sulfur-containing tetraazafulvalenes the derivatives 1-3 were cross-coupled with different types of acetylenes via palladium-catalyzed reactions. Starting from the tetrabromoaryl derivative 3a, four bromine atoms could be replaced by 2-

Full text of DOI:10.1515/znb-2004-0408

1,4,5,8-Tetraazafulvalene – Darstellung schwefelhaltiger Derivate
und Zuordnung des Chromophors*
1,4,5,8-Tetraazafulvalenes – Synthesis of Sulfur-Containing Derivatives and Classification
of the Chromophor
Christiane Ku¨hna, R. Beckerta, U.-W. Grummtb, C. Ka¨pplingera und E. Bircknerb
a Institut fu¨r Organische und Makromolekulare Chemie, Friedrich-Schiller-Universita¨t,
Lessingstr. 8, D-07743 Jena
b Institut fu¨r Physikalische Chemie, Friedrich-Schiller-Universita¨t, Lessingstr. 10, D-07743 Jena
Sonderdruckanforderungen an Prof. R. Beckert. E-mail: c6bera@uni-jena.de
Z. Naturforsch. 59b, 406 – 413 (2004); eingegangen am 9. Januar 2004
Herrn Prof. Dr. E. Dinjus, GFZ Karlsruhe, zum 60. Geburtstag gewidmet
In order to obtain sulfur-containing tetraazafulvalenes the derivatives 1 – 3 were cross-coupled
with different types of acetylenes via palladium-catalyzed reactions. Starting from the tetrabromoaryl
derivative 3a, four bromine atoms could be replaced by 2-ethynylthiophene. Under analogous con-
ditions, the methylsulfanyl esters 7 – 11 could be obtained by employing 4-ethynylbenzoic acid 4-
(methylsulfanyl)butylester 6. Lipoic acid could be integrated into tetraazafulvalenes successfully in a
two step reaction. First, the Sonogashira coupling method yielded the compound 12 possessing two
(4-anilino)ethynyl residues which were then condensed with lipoic acid to give derivative 13.
Whereas the NMR data suggest the predominance of prototropic form A, UV/vis spectra of the
deeply colored tetraazafulvalenes are in favor with structure B rather than with structure A. DFT cal-
culations at the B3LYP/6-31G(d) level showed that tautomeric form B is about 60 kJ/mol more stable
than A. In addition, time-dependent density functional theory calculations support the substructure
of two crossed diazaheptamethinemerocyanines.
Key words: Tetraazafulvalenes, Cross-Coupling Reactions, Lipoic Acid, Chromophoric System
Einleitung
Fu¨r Tetraazafulvalene der Typen 1 und 2 wurden in
letzter Zeit mehrere Synthesen vorgestellt [1 – 5], die
den Zugang zu einer strukturellen Vielfalt dieser Sys-
teme ermo¨glichen. Generell ko¨nnen derartige Systeme
den lang bekannten und intensiv untersuchten Tetra-
thiafulvalenen als elektronisches Pendant in Gestalt ei-
nes Zwei-Elektronen-Akzeptors [3] gegenu¨ber gestellt
werden.
Die langwelligen Absorptionen in den UV/vis-
Spektren der Derivate 1 und 2, deren reversibles
Redoxverhalten sowie die Multifunktionalita¨t sind
wichtige Eigenschaften, die diese Verbindungen fu¨r
die Schaffung neuer Materialien interessant machen.
Wir berichten im Folgenden u¨ber Cyclisierungs- und
Kreuzkupplungsreaktionen der Tetraazafulvalene 1
Scheme 1.
und 2 mit dem Ziel, schwefelhaltige Funktionen, die
beispielsweise Immobilisierungen erlauben, zu instal-
lieren.
* Die Ergebnisse wurden teilweise bei der 6. Tagung u¨ber
Iminiumsalze (ImSaT-6), Stimpfach-Rechenberg, 16. – 18.
September 2003, vorgestellt.
c
0932–0776 / 04 / 0400–0406 $ 06.00 ꢀ 2004 Verlag der Zeitschrift fu¨r Naturforschung, Tu¨bingen · http://znaturforsch.com
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C. Ku¨hn et al. · 1,4,5,8-Tetraazafulvalene
407
Scheme 2.
Synthesen schwefelhaltiger Tetraazafulvalene
Modellartig wurde zuna¨chst versucht, durch die
schon erfolgreich erprobte Sonogashira-Reaktion [6]
den Thiophen-Ring im Moleku¨l von 1 zu integrie-
ren. Dazu wurde zuna¨chst das Bromderivat 1b mit
Triethylorthoformiat zum bicyclischen Tetraazafulva-
lenderivat 3a transformiert. Dieses kann in sehr guten
Ausbeuten als schwer trennbares syn/anti-Gemisch ei-
ner roten in Lo¨sung intensiv gelbgru¨n fluoreszierenden
Substanz isoliert werden. Analog lassen sich die Ver-
bindungen 3b und 3c (E/Z- und syn/anti-Isomere) aus
den entsprechendenden Tetraazafulvalenen vom Typ
1 synthetisieren. Eine Kreuzkupplung von 3a mit 2-
Ethinylthiophen (4) [7] ergab schließlich Verbindung
5. Mittels FAB-MS konnte der Molpeak fu¨r Verbin-
dung 5 bei m/z = 1033 detektiert werden. Im Vergleich
zur Ausgangssubstanz 3a absorbiert das Kupplungs-
produkt nur geringfu¨gig bathochromer bei 528 nm. Im
Emissionsspektrum werden zwei Maxima bei 534 und
577 nm beobachtet, die Fluoreszenzquantenausbeute
liegt bei 68 %.
Scheme 3.
Ermutigt durch die glatte Kupplung von Thiophen
zu Derivat 5 wurde nun versucht, Schwefel in Ge-
stalt einfacher Thioether in den Tetraazafulvalenen
zu installieren. Dazu wurde entsprechend Schema 3
4-Ethinylbenzoesa¨ure-4-(methylsulfanyl)butylester 6
◦
synthetisiert. Bei niedrigen Temperaturen (40 C) lie-
ßen sich die Tetraazafulvalene 1c, 1e und 2c bei
allerdings relativ langen Reaktionszeiten mit die-
sem Acetylenderivat zu den neuen Kupplungsproduk-
ten 7–9 umsetzen. Die Struktur der neuen Deriva-
te wurde durch FAB-MS und NMR-Spektroskopie
gesichert. Alle drei Verbindungen weisen in ihren
UV/vis-Spektren Absorptionsmaxima zwischen 560
und 590 nm mit hohen Extinktionskoeffizienten auf.
Analog lassen sich aus 3b und 3c die ringkondensier-
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Zusa¨tzlich wurde ein an den exocyclischen Amino-
stickstoffatomen mit 15N angereichertes Derivat vom
Typ 1g [2, 3] synthetisiert. Dubletts im 15N- als auch
1
im H-NMR-Spektrum (δ = −258.1 ppm und δ =
10.1 ppm, J(1H,15 N) = 87.1 Hz) waren ein weiterer
Beleg fu¨r die Dominanz des Protropen A bei Raum-
temperatur. Struktur B, die als Chromophor zwei ge-
kreuzte Meropolymethine beeinhaltet, wird wieder-
um durch das bei Deprotonierung/Methylierung leicht
erha¨ltliche Tetramethyl-produkt 15 reflektiert.
Eine weitere Frage widmet sich dem Einfluss von
Arylsubstituenten sowie von Substitutionen und Cyc-
lisierungen an den exocyclischen N-Atomen auf das
chromophore System der Tetraazafulvalene 1. Schon
das mit vier Tolylresten substituierte Derivat 1a zeigt
im UV/vis-Spektrum gut strukturierte Banden im
sichtbaren Spektralbereich, deren la¨ngstwellige ein
Maximum bei 542 nm aufweist. Das eine m-sta¨ndige
Trifluoromethylgruppe tragende Tetraazafulvalen 1f
zeigt im UV/vis-Spektrum die la¨ngstwellige Absorp-
tion bei 528 nm (lgε = 4.8). Eine Hypsochromie von
52 nm wird beim aus 1f erha¨ltlichen Tetramethyl-
Derivat 15 [2] beobachtet. Durch die Methylierung
wird eine Bindungsanordnung erzielt, die der im Pro-
totropen B entspricht. Ein beidseitiger Ringschluss
mit Diiodmethan ergibt Derivat 16, welches im Ab-
sorptionsverhalten dem Ausgangsprodukt 1f nahesteht
λmax = 523 nm (lgε = 5.0). Durch die zunehmen-
de Planarisierung zeigt 16 allerdings eine deutliche
gelbe Fluoreszenz bei λEM = 535 nm (ϕFL = 0.33).
Ein dazu analog durch Ringschluss mit Triethylor-
thoformiat zuga¨ngliches Derivat 17 [2] zeigt dage-
gen einen hypsochromen Shift der la¨ngstwelligen Ab-
sorption (λmax = 493 nm, lgε = 5.2). Von diesem
Derivat konnte von der anti-Form eine Einkristall-
Ro¨ntgenstrukturanalyse angefertigt werden, die neben
der Planarita¨t der zentralen Substruktur des Tetraaza-
fulvalens die Bindungsverha¨ltnisse im Tautomer A wi-
derspiegelt. Auffallend bei dieser ebenfalls relativ stark
fluoreszierenden Verbindung ist der in THF gemesse-
ne sehr kleine Stokes-Shift von nur 3 nm, der sich beim
Scheme 4.
ten Vertreter 10 und 11 erhalten, die sich erwartungs-
gema¨ß durch ihre starke Fluoreszenz und einen gerin-
gen Stokes-Shift auszeichnen.
Unla¨ngst wurden Pseudorotaxane auf Goldober-
fla¨chen in Form von SAM’s immobilisiert [8]. Die Haf-
tung auf der Metalloberfla¨che wurde dabei durch D,L-
α-Liponsa¨ure realisiert. In weiteren Synthesen wur-
de von uns dieses Prinzip ebenfalls angewandt. Da-
zu wurde Derivat 3c zuna¨chst durch Kupplung mit
4-Ethinylanilin zu 12 und dieses nachfolgend mit
D,L-α-Liponsa¨ure zum Bis-Amid 13 umgesetzt. Die-
ses neuartige Konjugat zwischen Liponsa¨ure und ei-
nem Tetraazafulvalen wurde umfassend durch FAB-
MS, NMR- sowie UV/vis- und IR-Spektroskopie cha-
rakterisiert. Im Vergleich zum schwachfluoreszen-
ten Bis(amin) 12 zeigt 13 zwei Emissionsmaxima
bei 518 und 559 nm bei einem Stokes-Shift von
nur 8 nm sowie hohen Fluoreszenzquantenausbeuten
(ϕFL = 0.79).
Zuordnung des Chromophors
¨
Ubergang zu Toluol und Ethanol als Lo¨sungsmittel auf
Das Auftreten verschiedener prototroper Formen ist
bei Amidinen eine Doma¨ne und gleichzeitig die Vor-
aussetzung fu¨r die Ausbildung unterschiedlich konju-
gierter Systeme und damit verbundener Chromophor-
eigenschaften.
16 nm vergro¨ßert. Andererseits verschieben Akzeptor-
substituenten wie z.B. die 4-Ethoxycarbonylfunktion
in 1d das la¨ngstwellige Maximum bathochrom nach
606 nm. Starke Donor-Gruppen tragende Tetraaza-
fulvalene des Typs 1 sind durch Hartwig-Buchwald-
Die einfachen Signalsa¨tze in den NMR-Spektren Aminierung aus 1b u¨ber vorangehende Ethylierung
der Tetraazafulvalene 1 dienen als wichtiges Indiz zuga¨nglich [9]. So absorbiert das Morpholinoderivat
fu¨r die Berechtigung von Struktur A (Schema 5). 14 bei 552 nm.
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409
Scheme 6.
Standardbasissatz 6-31G(d). Nullpunktsenergien fu¨r
die Berechnungen der thermodynamischen Funktionen
blieben unskaliert. Die angegebenen Unterschiede der
thermodynamischen Stabilita¨t sind um die Nullpunkt-
energie korrigierte Freie Standardenthalpien. Im Er-
gebnis der Rechnung ist das Tautomer B (Schema 5)
um 59,9 kJ/mol stabiler als Tautomer A. Um den Re-
chenaufwand bei Aggregaten zu verringern, haben wir
die hypothetischen Tautomere T1 bis T4 als Modell-
verbindungen einbezogen.
Scheme 5.
Starke Verschiebungen zum langwelligen Bereich
weisen sowohl das Pyrazinoderivat 18 [10] (λmax
658 nm, lgε = 4.9) als auch der cyclische Thioharn-
stoff 19 [3] (λmax = 580 nm, lgε = 4.7) auf.
=
T1 ist das stabilste Tautomer in dieser Reihe. Die
Tautomere T2, T3 und T4 sind um 32,5, 32,4 bzw.
119,1 kJ/mol instabiler.
Prototropie
Um den Widerspruch aufzukla¨ren zwischen den
NMR-spektroskopischen Ergebnissen, die das Vor-
Fu¨r die beiden hypothetischen Dimere D1 und
herrschen des Tautomers A nahe legen, und dem Re- D2 wird eine Freie molare Bildungsenthapie aus
aktionsverhalten, welches das Tautomer B wahrschein- den Monomeren von ∆G(D1) = −19,4 kJ/mol bzw.
lich macht, haben wir orientierende DFT-Rechnungen ∆G(D2) = −20,0 kJ/mol berechnet. Diese Werte
(Dichtefunktionaltheorie) zur relativen Stabilita¨t der sind nicht BSSE-korrigiert. D1 besteht aus zwei T1
Prototropen angefertigt. Einbezogen wurden weiter- Moleku¨len, D2 aus je einem T1 und T2. In bei-
hin u¨ber H-Bru¨cken gebundene Dimere, bei denen den Dimeren ist die Stabilisierung durch Wasserstoff-
mo¨glicherweise ein schneller Protonenautausch in Ag- bru¨ckenbindung deutlich gro¨ßer als die mittlere ther-
gregaten die genannte Diskrepanz erkla¨ren kann. Alle mische Energie von 2,5 kJ/mol. Mithin scheint die Hy-
Rechnungen wurden mit Hilfe des Gaussian 98 Pro- pothese des Protonenaustausches in Aggregaten durch-
grammpaketes [11] ausgefu¨hrt. Die Strukturen wur- aus plausibel. Weitere theoretische Untersuchungen
den vollsta¨ndig optimiert und durch Frequenzrech- an ho¨heren Aggregaten und zur Tautomerisierungs-
nungen als echte Minima besta¨tigt. Verwendet wur- frequenz in den H-Bru¨cken sowie NMR-Experimente
de das bewa¨hrte Hybridfunktional B3LYP mit dem bei verminderter Temperatur werden folgen. Wir konn-
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ten keine Potentialminima fu¨r sandwichartige Dimere (409 und 410 nm): Die Rechnungen ergeben λmax
=
finden; derartige Strukturen relaxierten stets zu was- 437 nm fu¨r die 4-Aza-Struktur und λmax = 392 nm fu¨r
¨
serstoffbru¨ckengebundenen, na¨herungsweise planaren die 7-Aza-Verbindung in vo¨lliger Ubereinstimmung
Moleku¨lgeometrien.
mit den aus den Farbregeln [12] abgeleiteten Erwar-
ꢀ
tungen. Vom Stickstoffatom N4 ist als π-Donor an Po-
sitionen 2 und 5 zugleich ein hypsochromer und ein
Das Chromophorsystem
bathochromer Effekt zu erwarten. Das π-Donoratom
ꢀ
Nach TDDFT (time-dependent density functional
theory)-Rechnungen sind fu¨r das unsubstituierte Te-
traazafulvalen keine erlaubten Elektronenu¨berga¨nge
im sichtbaren Spektralbereich zu erwarten.
N7 sollte zu hypsochromer Verschiebung der Absorp-
tion fu¨hren. Man erwartet folglich nach dem Polyme-
thinkonzept fu¨r eine hypothetische Verbindung, in der
ꢀ
ꢀ
die N4 H- und N7 H-Gruppen durch Methylen ersetzt
sind, eine la¨ngerwellige Absorption, was durch die
Rechnung besta¨tigt wird: λmax = 541 nm. Auch geben
Berechnungen der Ladungen die vom Polymethinkon-
zept vorhergesagte π-Ladungsalternanzqualitativ rich-
tig wieder. Insofern besta¨tigen die Modellrechnungen
die Interpretation des Chromophorsystems mit Hilfe
des Polymethinkonzepts als durchaus sinnvoll, wobei
das Diazaheptamethinmerocyanin von einem idealen
Polymethin wegen seiner unsymmetrischen Struktur
erheblich abweicht.
Wa¨hrend man bei Indigoiden charakteristische
Merkmale des Chromophorsystems auf den aus zwei
heterocyclischen Fu¨nfringen bestehenden Pyrrolurin-
digo [12] zuru¨ckfu¨hren kann, ist das Chromophorsys-
tem der von uns untersuchten Verbindungsklasse of-
fenbar nicht auf eine vergleichbar kleine Strukturein-
heit zu reduzieren. Essentiell fu¨r die langwellige Ab-
sorption sind die exocyclischen N-Atome, deren freie
Elektronenpaare in das π-System einbezogen sind.
Dies ergibt sich bereits aus der nahezu planaren Geo-
¨
metrie des σ-Bindungsgeru¨sts in Ubereinstimmung
der Ro¨ntgenstrukturanalysen [2, 3, 13] mit den quan-
tenchemischen Geometrieoptimierungen.
Experimenteller Teil
Materialien und Methoden
Arylsubstituenten an den exocyclischen N-Atomen
sowie die Verbru¨ckung je zweier N-Atome zu den
Pyrazinoderivaten des Typs 18 [10] haben einen
Alle Reagenzien wurden kommerziell bezogen. Lo¨-
sungsmittel wurden nach Standard-Techniken getrocknet
deutlichen bathochromen Einfluss auf die Absorp- und gereinigt. Alle Reaktionen wurden durch Du¨nn-
schichtchromatographie (TLC) verfolgt Dabei wurden DC-
Fertigplatten Polygram SIL G/UV254 bzw. Polygram ALOX
N/UV254 der Firma ROTH verwendet. Fu¨r die pra¨parative
Sa¨ulenchromatographie dienten als stationa¨re Phase Kiesel-
gel 60 (Korngro¨ße: 0.040 – 0.063 mm) bzw. Aluminiumoxid
90 (Korngro¨ße: 0.063 – 0.0209 mm; Aktivita¨tstufe: 5) der
Firma MERCK. Die Schmelzpunkte wurden am Gera¨t Galen
III (Boetius System) der Firma Cambridge Instruments ge-
messen und sind unkorrigiert. UV/vis: Perkin Elmer Lambda
19 Spektrophotometer. IR: Nicolet Impact 400. NMR: Bru-
ker DRX 400 (400 MHz) bzw. Bruker AC 250 (250 MHz).
MS: Finnigan MAT SAQ 710 (CI: chemische Ionisati-
on, DCI: direkte chemische Ionisation, EI: Elektronenstoß-
Ionisierung, DEI: direkte Elektronenstoß-Ionisierung, dmba:
3,4-Dimethoxybenzylalkohol).
tion, so dass auch das Tetraamino-tetraazafulvalen
20 (einschließlich seiner Tautomere) nur bedingt als
Grundchromophor aufzufassen ist. Man kann versu-
chen, 20 in der stabileren tautomeren Form als aus
zwei u¨berlagerten Diazaheptamethinmerocyaninenbe-
stehend zu beschreiben: Eines der Diazamerocyanin-
Scheme 7.
strukturelemente ist fett hervorgehoben, das andere ist
C2-symmetrisch zu dem ersten. Die Azasubstituenten
N4 und N7 befinden sich an Positionen niedriger bzw.
hoher π-Ladungsdichte; ihr Effekt auf die Lage der
la¨ngstwelligen Absorption ist also gegenla¨ufig. Mo-
dellrechnungen an dem fett hervorgehobenenTeilchro-
mophor (R = Phenyl) sagen vollsta¨ndige Kompensati-
on voraus, d.h. die Diazastruktur und das Carbaanalo-
Die Tetraazafulvalene 1a – 1g [2, 3, 9], 2a – 2c [1, 9], 3a
[9], 3b [6] und 3c [13] wurden nach Literaturvorschriften
synthetisiert.
Kreuzkupplung des Tetraazafulvalens 3a mit 2-Ethinylthio-
phen zu Verbindung 5
Zu einer entgasten Lo¨sung von 150 mg (0.16 mmol) 3a,
gon absorbieren bei nahezu der gleichen Wellenla¨nge 22 mg (5 mol%) Bis(triphenyl-phosphan)-palladiumdichlor-
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411
id sowie 10 mg (10 mol%) Kupfer(I)-iodid in 15 ml DMSO und es fiel ein weißer volumino¨ser Niederschlag an. Nach
wurden zuna¨chst 2 ml Triethylamin, dann 71 mg (0.64 mmol) 5 h wurde abfiltriert, der Niederschlag gru¨ndlich mit THF
2-Ethinylthiophen gegeben. Nach 24-stu¨ndigem Erwa¨rmen gewaschen und das Filtrat im Vakuum eingeengt. Der o¨lige
¨
der◦ Reaktionsmischung bei einer Olbadtemperatur v◦on Ru¨ckstand wurde in 15 ml THF aufgenommen und trop-
60 C wurde die Reaktion noch weitere 24 h bei 100 C fenweise unter Ku¨hlung mit 1.5 ml einer 1M Tetra-n-
¨
Olbadtemperatur fortgefu¨hrt. Nach dem Abku¨hlen wurde butylammoniumfluorid-Lo¨sung in THF versetzt. Nach kur-
tropfenweise mit 20 ml Wasser versetzt und das ausgefallene zem Ru¨hren bei R.T. wurde das Lo¨sungsmittel im Vakuum
Rohprodukt abgesaugt. Dieses wurde nach dem Waschen mit entfernt. Das Rohprodukt wurde sa¨ulenchromatographisch
reichlich Wasser und etwas kaltem n-Heptan im Vakuum ge- gereinigt (Kieselgel, Toluol): 280 mg (75 %) farblose Kristal-
trocknet und dann sa¨ulenchromatographisch gereinigt (Kie- le. – UV/vis (CHCl3): λmax (lgε) 259 (4.4), 293 nm (3.3). –
selgel, Toluol/Heptan 3:1, dann reines Toluol). Man erhielt IR (ATR): ν = 3251 (CH, C≡C), 2946 (m), 2106 (w) (C≡C),
40 mg (24 %) eines gru¨n-gla¨nzenden Feststoffs, Gemisch aus 1702 (s) (C=O), 1288 (s), 1127 (s), 764 cm−1 (s). – 1H-
3
2 Isomeren, Schmp: 213 ◦C. – UV/vis (DMSO): λmax = 331, NMR (250 MHz, CDCl3): δ = 7.92 (d, J = 6.7 Hz, 2H),
494, 528 nm. – Fluoreszenz (Toluol): λmax,em = 534,6 nm, 7.48 (d, 3J = 6.7 Hz, 2H), 4.28 (t, 3J = 6.2 Hz, 2H, OCH2),
3
Φ = 0.68. – 1H-NMR (250 MHz, [D6]-Aceton): δ = 8.19 (s, 3.16 (s, 1H, Ethinyl), 2.5 (t, J = 7.1 Hz, 2H, CH2S), 2.04
1H), 8.16 (s, 1H), 7.74 – 7.15 (m, 28 H, aromat. + Thiophen), (s, 3H, SCH3), 1.82 (m, 2H, CH2), 1.7 (m, 2H, CH2). –
3.64 (t, 4H, OCH2), 1.08 (m, 6H, CH3). – MS (FAB in dm- 13C-NMR (63 MHz, CDCl3): δ = 165.9 (CO), 132.1, 130.3,
ba): m/z (%) = 1033 (3) [M+], 979 (1), 505 (15), 439 (30). – 129.4, 126.7 (aromat.), 82.8, 80.1 (C≡C), 64.8 (OCH2), 33.8
C60H40N8O2S4 (1033.3): ber. C 69.75, H 3.90, N 10.84, (CH2S), 27.8, 25.6 (alkylCH2), 15.5 (SCH3). – MS (DCI mit
S 12.41; gef. C 70.02, H 3.73, N 10.69, S 12.28.
Wasser): m/z (%) = 249 (96) [M++H], 103 (100).
4-Ethinylbenzoesa¨ure-4-(methylsulfanyl)butylester 6
Allgemeine Arbeitsvorschrift fu¨r die Kreuzkupplung der
a) 4-Brombenzoesa¨ure-4-(methylsulfanyl)butylester
Tetraazafulvalene vom Typ 1-3 mit dem Ester 6
Zu einer Lo¨sung von 600 µl (5 mmol) 4-Methylsulfanyl-
butanol und 2 ml Triethylamin in 10 ml THF wurde unter
Eisku¨hlung langsam 1.1 g (5 mmol) 4-Brombenzoesa¨ure-
chlorid, gelo¨st in 10 ml THF, zugegeben. Die Mischung
wurde bei Raumtemperatur 4 h geru¨hrt, wobei ein weißer
Niederschlag anfiel. Nach Filtration und Waschen des Fil-
terru¨ckstandes mit THF wurde das Filtrat im Vakuum einge-
engt und der o¨lige Ru¨ckstand sa¨ulenchromatographisch ge-
reinigt (Kieselgel, Toluol).
Das jeweilige Tetraazafulvalen wurde in 15 ml DMSO
gelo¨st und nach Entgasen der Lo¨sung werden 5 mol% Bis(tri-
phenylphosphan)-palladiumdichlorid, 10 mol% Kupfer(I)-
iodid sowie 1 – 3 ml Triethylamin zugegeben und noch-
mals 15 Minuten mit Argon gespu¨lt. Anschließend wurde 4-
Ethinylbenzoesa¨ure-4-(methylsulfanyl)butylester (6) (a¨qui-
molar entsprechend den vorhandenen Halogenarylresten am
Tetraazafulvalen) gelo¨st in 3 ml DMSO u¨ber ein Sep-
tum zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 12 – 24 h
¨
◦
1.4 g (92 %) farbloses Ol. – IR (ATR): ν = 2918 (w),
¨
bei 40 C Olbadtemperatur im geschlossenen Schlenkgefa¨ß
2860 (w), 1717 (s) (C=O), 1590 (m), 1482 (w), 1397 (m),
geru¨hrt. Je nach Reaktivita¨t wird nach einiger Zeit nochmals
4-Ethinyl-benzoesa¨ureester hinzugegeben (DC-Kontrolle).
Nach dem Erkalten wird die Reaktionsmischung langsam un-
ter Ku¨hlung mit 10 ml Wasser versetzt, das ausgefallene Roh-
produkt abgesaugt und gru¨ndlich mit Wasser und n-Heptan
gewaschen. Es folgt eine sa¨ulenchromatographische Reini-
gung.
1267 cm−1 (s). – 1H-NMR (250 MHz, CDCl3): δ = 7.82 (d,
3
3
3J = 6.7 Hz, 2H), 7.50 (d, J = 6.7 Hz, 2H), 4.26 (t, J =
3
6.2 Hz, 2H, OCH2), 2.49 (t, J = 7.1 Hz, 2H, CH2S), 2.03
(s, 3H, SCH3), 1.82 (m, 2H, CH2), 1.68 (m, 2H, CH2). –
13C-NMR (63 MHz, CDCl3): δ = 165.9 (CO), 137.9, 131.1,
129.3, 125.3 (aromat.), 64.8 (OCH2), 33.8 (CH2S), 29.8,
27.8 (alkylCH2), 15.52 (SCH3). – MS (DEI): m/z (%) =
302 (25) [M+], 183 (32), 102 (100).
Verbindung 7: 85 mg (47 %). Aus 100 mg (0.12 mmol) 1b,
Reinigung: durch Chromatographie (Al2O3, Toluol/Aceton
◦
1:2). – Schwarz-blauer Feststoff, Schmp: 178 C. – UV/vis
b) Kupplung mit Triisopropylsilylacetylen und Desilylierung
(DMSO): λmax (lgε) = 272 (4.8), 307 (4.8), 398 (4.7), 540
Nach dem Entgasen einer Suspension aus 440 mg (4.7), 576 nm (4.8). – IR (ATR): ν = 3327 (w), 2913 (w)
(1.5 mmol) 4-Brombenzoesa¨ure-4-(methylsulfanyl)butyl- (CHaromat), 2212 (w) (C≡C), 1712 (s) (C=O), 1525 (s),
ester, 50 mg (5 mol%) Bis(triphenylphosphan)-palladium- 1263 (s). – 1H-NMR (250 MHz, CD2Cl2): δ = 7.89−7.5 (m,
dichlorid und 27 mg (10 mol%) Kupfer(I)-iodid in 20 ml 32H, aromat.), 6.88 (s, NH), 4.24 (m, 8H, OCH2), 2.49 (m,
Triethylamin wurden unter Argonatmospha¨re u¨ber ein Sep- 8H, CH2S), 2.01 (s, 12H, SCH3), 1.69 (m, 16H, CH2CH2). –
tum tropfenweise 320 mg (1.8 mmol) Triisopropylsilylacety- MS (FAB in dmba): m/z (%) = 1483 (3) [M++H+], 1375 (2),
◦
¨
len zugegeben. Beim Erwa¨rmen auf 70 C Olbadtemperatur 1362 (5), 1241 (3). – C86H80N8O84 (1480.5): ber. C 69.70,
verfa¨rbte sich die Lo¨sung rasch von gelb-gru¨n nach schwarz H 5.44, N 7.56, S 8.66; gef. C 69.86, H 5.53, N 7.69, S 8.78.
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C. Ku¨hn et al. · 1,4,5,8-Tetraazafulvalene
Verbindung 8: 100 mg (57 %). Aus 140 mg (0.16 mmol) CH2CH2), 1.43 (s, 18H, tert-Butyl), 1.16 (t, 6H, CH3). – MS
1e, Reinigung: durch Chromatographie (Kieselgel, Tolu- (ESI in Toluol/n-Propanol + 2µl HCl): m/z (%) = 1213.2 (3)
ol/Ethanol 1:1). – Schwarz-blauer Feststoff, Gemisch aus [M+], 1157.1 (20), 386 (100). – C72H76N8O6S2 (1216.6):
2 Isomeren, Schmp: 185 ◦C. – UV/vis (DMSO): λmax ber. C 71.26, H 6.31, N 9.23, S 5.28; gef. C 71.12, H 6.43,
(lgε) = 326 (4.7), 526 (4.3), 560 nm (4.3). – IR (ATR): ν = N 9.49, S 5.17.
3285 (w), 2955 (m) (CHaromat), 2211 (w) (C≡C), 1715 (s)
(C=O), 1511 (s), 1264 (s), 1102 cm−1 (m). – 1H-NMR
Synthese von 12 durch Kreuzkupplung von 3c mit
(250 MHz, CD2Cl2): δ = 7.95 − 7.10 (m, 24H, aromat.),
4-Ethinylanilin
4.23 (m, 4H, OCH2), 2.48 (m, 4H, CH2S), 2.01 (s, 6H,
Nach dem Entgasen einer Lo¨sung von 150 mg
SCH3), 1.77-1.67 (m, 8H,CH2CH2) – MS (FAB in dmba):
(0.15 mmol) Tetraazafulvalen 3c, 5 mol% Bis(triphenylphos-
m/z (%) = 1102 (2) [M++H+], 982 (4), 891 (1), 861 (2). –
phan)-palladiumdichlorid, 10 mol% Kupfer(I)-iodid und
C66H68N8O4S2 (1101.4): ber. C 71.97, H 6.22, N 10.17,
1 – 2 ml Triethylamin in 15 ml DMSO wurden unter Inert-
S 5.82; gef. C 72.02, H 6.31, N 10.29, S 5.58.
¨
gas 45 mg 4-Ethinylanilin (2.5 Aquivalent◦e) zugegeben. Im
nach 12 Stunden die Zugabe weiterer 15 mg 4-Ethinylanilin
erfolgte (DC-Kontrolle). Nach dem Abku¨hlen wird die Re-
aktionsmischung langsam unter Ku¨hlung mit 10 ml Wasser
Verbindung 9: 45 mg (30 %). Aus 100 mg (0.1 mmol)
Schlenkgefa¨ß wurde 24 Stunden auf 40 C erhitzt, wobei
2c, Reinigung: durch Chromatographie (Al2O3, Tolu-
ol/Aceton 1:2). – Schwarz-blauer gla¨nzender Feststoff,
Schmp: 135 ◦C. – UV/vis (DMSO): λmax (lgε) = 327 (4.8),
558 (4.3), 596 nm (4.3). – IR (ATR): ν = 3281, 3081,
versetzt, dann das ausgefallenene Rohprodukt abgesaugt und
2913 (w) (CHaromat), 2211 (w) (C≡C), 1712 (s) (C=O),
gru¨ndlich mit Wasser und n-Heptan gewaschen. Es folgt eine
sa¨ulenchromatographische Reinigung. Man erhielt 100 mg
(70 %) rot-braunes Pulver, Gemisch aus 4 Isomeren, Reini-
gung: durch Chromatographie (Kieselgel, Toluol/Essigester
1
1497 (s), 1268 (s), 1107 cm−1 (m). – H-NMR (250 MHz,
[D8]-THF): δ = 8.04−7.36 (m, 32H, aromat.), 4.32 (m, 8H,
OCH2), 2.56 (m, 8H, CH2S), 2.07 (s, 12H, SCH3), 1.85 –
1.7 (m, 16H, CH2CH2). – C88H82N8O8S4 (1507.9): ber.
C 70.09, H 5.84, N 7.43, S 8.51; gef. C 70.29, H 5.73, N 7.61,
S 8.38.
◦
1:1), Schmp: > 340 C. – UV/vis (DMSO): λmax (lgε) =
326 (4.6), 487 (4.7), 518 nm (4.8). – IR (ATR): ν = 3466 (w,
br), 3340 (w, br), 2926 (w), 2209 (w) (C≡C), 1597 (s), 1517,
1429, 1071 cm−1 (s). – 1H-NMR (250 MHz, [D8]-THF):
δ = 7.9 (m, 8H), 7.7 (s, 2H, Aminal-H), 7.58 (m, 8H), 7.2 (d,
3J = 8.4 Hz, 4H, CH ), 6.55 (d, 3J = 8.6 Hz, 4H,CH), 4.88
(s, 4H, NH2), 3.4 (m, 4H, OCH2), 1.29 (s, 18H, tert-Butyl),
1.06 (t, 6H). – MS (FAB in dmba): m/z (%) = 951 (17) [M+],
849 (5), 457 (22), 219 (100). – C60H58N10O2 (951.2): ber.
C 75.76, H 6.15, N 14.73; gef. C 75.72, H 6.03, N 14.69.
Verbindung 10: 35 mg (17 %). Aus 150 mg (0.13 mmol)
3b. Reinigung: durch Chromatographie (Al2O3, Tolu-
ol/Aceton 200:1). Orange-braunes Pulver, Gemisch aus
2 Isomeren, Schmp: 180 ◦C. – UV/vis (DMSO): λmax
(lgε) = 292 (4.8), 489 (4.8), 522 nm (4.9). – Fluoreszenz
(Toluol): λmax,em = 523, 567 nm, Φ = 0.65. – IR (ATR):
ν = 2923, 2854 (m) (CHaromat), 2213 (w) (C≡C), 1712 (m)
1
(C=O), 1591 (s), 1428, 1264.1, 1071 cm−1 (s). – H-NMR
(250 MHz, CD2Cl2): δ = 7.98−7.38 (m, 32H + 2H, aromat.
+ Aminalester-H), 4.28 – 4.24 (m, 8H, OCH2), 3.15 (m, 4H,
OCH2), 2.48 (m, 8H, CH2S), 2.04 (s, 12H, SCH3), 1.81 –
1.70 (m, 16H, CH2CH2), 1.01 (t, 6H, CH3). – MS (ESI
in Toluol/n-Propanol + 2µl HCl): m/z (%) = 1593.7 (15)
[M+], 1472.5 (40), 1416.5 (35), 1352.4 (25), 1296.4 (40),
801.0 (100); Isotopenmuster M (C92H88N8O10S4) ber.
1592.6 (90), 1593.6 (100), 1594.6 (70), 1595.6 (40), 1596.6
(20), 1597.6 (10), 1598.6 (5) gef. 1592.7 (90), 1593.7 (100),
1594.7 (60), 1595.6 (40), 1596.6 (30).
Kondensation von 12 mit D,L-α-Liponsa¨ure zum
Amidderivat 13
Das in 10 ml Dichlormethan gelo¨ste Derivat 12 70 mg
(0.07 mmol) wird unter Ru¨hren zuna¨chst mit einer katalyti-
schen Menge (5 mg) 4-Dimethylaminopyridin sowie 30 mg
(0.14 mmol) DCC versetzt. Unter Ru¨hren wurden 30 mg
(0.14 mmol) D,L-α-Liponsa¨ure gelo¨st in 5 ml Dichlorme-
than zugetropft und anschließend 10 Stunden bei R. T. unter
Feuchtigkeitsausschluss geru¨hrt. Der ausgefallene N,N’-Di-
Verbindung 11: 89 mg (67 %). Aus 110 mg (0.11 mmol) cyclohexylharnstoff wurde abfiltriert und mit reichlich Di-
3c. Reinigung: durch Chromatographie (Al2O3, Tolu- chlormethan gewaschen. Der Ru¨ckstand des im Vakuum ein-
ol/Essigester 20:1◦). Oranges Pulver, Gemisch aus 4 Isome- geengten Filtrats wurde sa¨ulenchromatographisch aufgear-
ren, Schmp: 115 C. – UV/vis (DMSO): λmax = 326, 483, beitet. Man erhielt 40 mg (43 %) eines roten Feststoffes, Ge-
518 nm. – Fluoreszenz in Toluol: λmax,em = 517, 559 nm, misch aus 4 Isomeren, Reinigung: durch Chr◦omatographie
Φ = 0.95. – IR (ATR): ν = 3291, 2956, 2866 (w) (CHaromat), (Kieselgel, Toluol/Aceton 7:1), Schmp: 172 C. – UV/vis
2213 (w) (C≡C), 1715 (m) (C=O), 1591 (s), 1428, 1267, (DMSO): λmax (lgε) = 300 (4.65), 325 (4.62), 483 (4.74),
1093 cm−1 (s). – 1H-NMR (250 MHz, CD2Cl2): δ = 8.05− 517 nm (4.81). – Fluoreszenz (Toluol): λmax,em 518, 559 nm,
7.67 (m, 24H, aromat.), 4.39 (m, 4H, OCH2), 3.73 (m, 4H, Φ = 0.79. – IR (ATR): ν = 3301 (w, br) (NH), 2962, 2929,
OCH2), 2.5 (m, 4H, CH2S), 2.14 (s, 6H, SCH3), 1.86 (m, 8H, 2856 (m) (CH), 1689 (w) (C=O), 1593 (s), 1515 cm−1 (s)
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413
(Amid): – 1H-NMR (250 MHz, [D8]-THF): δ = 9.27 (s, Dank
Amid-NH, 4H), 8.13 – 7.42 (m, 24H, aromat.), 7.8 (s, 2H,
Aminalester-H), 3.58 (m, 4H, CH), 3.5 (m, OCH2, 2H), 3.1
(m, CH2), 2.45 (m, CH2), 1.94 (m, CH2), 1.8 – 1.6 (m, br,
CH2, 24H), 1.2 (s, 18H, tert-Butyl). – MS (FAB in dmba):
m/z (%) = 1328 (2) [M+], 412 (50), 287 (100).
Die finanzielle Unterstu¨tzung dieser Arbeit erfolgte durch
die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 436) und Roche
Diagnostics GmbH, Werk Penzberg.
seman, V. G. Zakrzewski, J. A. Montgomery (Jr.), R. E.
Stratmann, J. C. Burant, S. Dapprich, J. M. Millam,
A. D. Daniels, K. N. Kudin, M. C. Strain, O. Farkas,
J. Tomasi, V. Barone, M. Cossi, R. Cammi, B. Men-
nucci, C. Pomelli, C. Adamo, S. Clifford, J. Och-
terski, G. A. Petersson, P. Y. Ayala, Q. Cui, K. Moro-
kuma, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavacha-
ri, J. B. Foresman, J. Cioslowski, J. V. Ortiz, A. G.
Baboul, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Pi-
skorz, I. Komaromi, R. Gomperts, R. K. Martin, D. J.
Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nana-
yakkara, C. Gonzalez, M. Challacombe, P. M. W. Gill,
W. Johnson, M. W. Chen, J. Wong, L. Andres, C. Gon-
zalez, M. Head-Gordon, E. S. Replogle, J. A. Pople,
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