Bemerkungen zur Stereochemie: Mit einem Anhang: Synthesen von Derivaten aktiver Aminosäuren [Reprint 2019 ed.] 9783111561240, 9783111190471

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Sitzungsberichte

der Heidelberger Akademie

der Wissenschaften

Stiftung Heinrich Lanz

Mathematisch-naturwissenschaftliche Klasse *) Jahrgang 1921 erschien im Verlage von Carl Winters in Heidelberg.

Universitätsbuchhandlung

Im Verlag von Walter de Gruyter & Co. vormals G. J. Göschen'sehe Verlagshandlung — J. Guttentag, Verlagsbuchhandlung — Georg Reimer — Karl J. Trübner — Veit & Comp., Berlin, erschienen:

Abteilung A. Mathematisch-physikalische Wissensehaften. J a h r g . 1 9 2 2 : 3 Hefte. — J a h r g . 1 9 2 3 : 5 Hefte. — J a h r g . 1 9 2 4 : 11 Hefte.

Abteilung B. Biologische Wissenschaften. Jahrgang

1 9 2 3 : 1 Heft.

Von Jahrgang 1925 ab findet die Trennung in Abteilung A und B nicht mehr statt. Vom Jahrgang 1925 sind 15 Hefte erschienen. Jahrgang 1 9 2 6 . 1. KRULL, WOLFGANG. Theorie und Anwendung der verallgemeinerten Abelschen Gruppen. Reichsmark 1.70 2 . K L E B S , G E O R G . Über periodisch wachsende tropische Baumarten. Rm. 1 . 2 0 3 . M Ü L L E R , M A X . Über die Oberfläche von Flächenstücken. Reichsmark 1 . 2 0 4. ERNST, MAX. Über Anlagen von Organen, die nicht zur Ausbildung gelangen. Reichsmark 0.50 5. E R N S T , E M I L . Die optischen Eigenschaften des Andesins von Bodenmais. Reichsmark 1.10 6 . L I E P M A N N , W I L H E L M . Leichengeburt bei Ichthyosauriern. Reichsmark 0 . 9 0 7 . K L E B S , G E O R G . Über die Längenperiode der Internodien. Reichsmark 2 . 4 0 8. J O S T , L., U. V. U B I S C H , G. Zur Windefrage. Reichsmark 0.80 9 . SALOMON, W I L H E L M . Gibt es Gesteine, die für bestimmte Erdperioden charakteristisch sind? Reichsmark 0.30 10. ROESER, ERNST. Der reelle Übergang zwischen den beiden nichteuklidischen Geometrien und ihrem Parallelenbegriff. Reichsmark 1.20 1 1 . SALOMON, W I L H E L M . Kugelförmige Absonderung. Reichsmark 0 . 8 0 1 2 . SALOMON. Felsenmeere und Blockstreuungen. Reichsmark 0 . 8 0 1 3 . SALOMON. Die Gruppendefinitionen in der Paläontologie. Reichsmark 0 . 9 0 Jahrgang 1 9 2 7 . 1. LOEWY, ALFRED. Neue elementare Begründung und Erweiterung der Galoisschen Theorie. Reichsmark 1.60 2 . L I E B M A N N , H E I N R I C H . Rhombische Geradennetze im Raum. Reichsmark 1 . — 3 . V O L K , O T T O . Über geodätische Dreiecknetze auf Flächen konstanten Krümmungsmaßes. Reichsmark 1.80 4 . P Ü T T E R . A . Chemische Reizwirkung und Giftwirkung. Mit einem mathematischen Anhang: Ein Diffusionsproblem von E. T R E F F T Z . Reichsmark 2 . 4 0 6 . REMBS, EDUARD. Die Verbiegung des verlängerten Rotationsellipsoids. Reichsmark 1.60 6. MAYER, ADOLF. Naturwissenschaftliche Ästhetik. Reichsmark 0 . 9 0 7 . M A Y E R , A D O L F . Naturwissenschaftliche Volkswirtschaftslehre. Reichsm. 0 . 8 0 8 . B A E R , R., K A P F E R E K , H., K R U L L , W . , S C H M I D T , F. K . Beiträge zur Algebra. Nr. 5—10. Reichsmark 6.20 9 . M Ü L L E R , M A X . Über die Eindeutigkeit der Integrale eines Systems gewöhnlicher Differentialgleichungen und die Konvergenz einer Gattung von Verfahren zur Approximation dieser Integrale. Reichsmark 2.50 1 0 . F R E U D E N B E R G , K A R L . Intramolekulare Umlagerung optisch-aktiver Systeme. Reichsmark 1.— 1 1 . R O E S E R , E R N S T . Abbildung der hyperbolischen Ebene auf die Kugel mittels der Beziehung zwischen Lot und Parallelwinkel. Reichsmark 1.— (Fortsetzung

siehe 3.

UmtcMageette)

*) Bestellungen auf solche Veröffentlichungen der math,-naturw. Klasse, welche früher im Verlag von Carl Winters Universitätsbuchhandlung in Heidelberg erschienen sind, n i m m t auch der Verlag Walter de Gruyter & Co., Berlin, entgegen.

Sitzungsberichte d e r H e i d e l b e r g e r A k a d e m i e der W i s s e n s c h a f t e n Mathematisch-naturwissenschaftliche

Klasse

Jahrgang 1931. 9. Abhandlung

Bemerkungen zur Stereochemie1} Mit einem Anhang:

Synthesen von Derivaten aktiver Aminosäuren von

Karl Freudenberg in Heidelberg

Eingegangen am 21. Oktober 1931

Berlin und Leipzig 1931 W a l t e r de G r u y t e r Sc C o . vormals G. J . Göschen'sche Verlagshandlung / J. Guttentag, Verlagsbuchhandlung / Georg Reimer / Karl J. Trübner / Veit & Comp.

Bei der Niederschrift des Abschnittes „Konfigurative Zusammenhänge optisch aktiver Verbindungen" für ein demnächst erscheinendes Handbuch der Stereochemie 2) sind verschiedene Angaben gemacht worden, deren nähere Begründung an jener Stelle nicht möglich war. Die Beweisführung soll im folgenden zugänglich gemacht werden. 1 ) 15. Mitt. über Ster. Reihen; 14. Mitt. Ber. 64, 703 (1931); 13. Mitt. Journ. Soc. ehem. Ind. London 50, 287 (1931); 12. Mitt. diese Sitz.-Berichte

1980,

14. A b h . ; 2

11. Mitt. Ber. 63, 2380

(1930).

) Herausgegeben von K. FREUDENBERG, Wien, Verlag Deuticke, 1932.

Archiv-Nr. 52 04 31 Druck von Walter de Gruyter & Co., Berlin W 10

1. Secundare Carbinoles Bekanntlich hat L. T S C H U G A J E F F festgestellt 1 ), daß in analogen Verbindungen solche chemischen Veränderungen einen geringeren Einfluß auf das molekulare Drehungsvermögen ausüben, die in weiterer Entfernung vom asymmetrischen Kohlenstoffatom vorgenommen werden. Dieser Entfernungssatz, der sich aus der Vizinalregel heraus entwickeln läßt 2), hat inzwischen von W E R N E R K U H N seine theoretische Deutung erhalten 2). Ein Sonderfall des Entfernungssatzes ist die gleichfalls von T S C H U G A J E F F aufgefundene Regel 3 ), daß die molekulare Drehung homologer Verbindungen mit steigendem Molekulargewicht einem Grenzwert zustrebt. Berücksichtigt man dabei das Vorzeichen, z. B. in den Carbinolen I, so ergibt sich bereits aus dem Vergleich von 2 beliebigen Carbinolen ch3 HCOH R I

R1 HCOH R II

dieser Reihe (z. B. R = GH3, [M] = 0 verglichen mit R = C2H5, [M] = + 10,3; oder R = nC4H7, [M] = + 12,0, verglichen mit R = nC10H 2it [M] = + 14,5), daß mit der Verlängerung der Kette die Drehung einem positiven Grenzwert zustrebt. P. A . L E V E N E 4 ) wendet diese Vorzeichenregel ungefähr im Sinne der folgenden Formulierung an: Wenn in Carbinolen der Konfiguration II Reinen normalen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, so strebt bei jeweils gleichbleibendem R 1 die Drehung mit wachsendem R einem weniger nach links oder mehr nach rechts drehenden Grenzwert zu. Tatsächlich erhält man für R 1 = C2H5 folgende Werte: R = CHS, Mit [M] = — 10,3; C2H5 = 0,; nC3H7 = + 2; nC4H9 = + 9,4. !) Ber. 81, 1775 (1898). 2 ) WERNER KUHN, Ber. 68, 190 (1930). 3 ) Ber. 31, 360 (1898). 4 ) z. B. P. A. LEVENE U. R. E. MARKER, J o u m . biol. Chem. 9 0 , 669 (1931).

4

KARL

Recht teilt CH

P.

. (CH3)2;

A.

R

LEVENE

=

CHS,

1

FREUDENBERG:

) den Carbinolen mit R 1 =

[M]

=

- 2 1 , 7 ;

C3H

7

=

- 1 6 , 3 ;

— C

C H 4

H

9

2

. =

die gleiche Konfiguration I I zu, obwohl alle Drehwerte, einschließlich des Grenzwertes, auf der negativen Seite liegen (vgl. Tabelle 3). Im Falle der Isopropylreihe, R 1 = —CH(GH 3 ) 2 ist die Bestimmung des Anfangsgliedes jedoch zweideutig. P . A. L E V E N E ) schreibt den rechtsdrehenden Carbinolen sämtlich die Konfiguration III zu, auf Grund der ansteigenden Reihe: R = CH3, [M] = + 4,3; C2H5 = + 15,4; C3H7 = + 24,7; C4H9 = + 33,3; C10H21 = + 34,5 (Endwert). In diesem Falle muß jedoch bedacht werden, —

13,8;

C

5

H

U

=

—

11,3

2

R1

iG,H7 HCOH

HCOCOC6H4COOH

R

R

III

IV

daß auch das antiloge Anfangsglied ( — 4 , 3 ) in diese Reihe paßt. Tatsächlich trifft die Konfiguration III (R = CH3) für dieses linksdrehende Garbinol zu, und zwar aus folgendem Grunde. Die sauren Phtalester 3 ) der Carbinole (IV) folgen gleichfalls dem Entfernungssatz; bei ihnen steigt die Drehung im selben Sinne wie bei den Carbinolen. Tab. 1, Saure Phtalester. R1 CH 3 C2H5 C3H7

C6H5

R = CH 3 0 — 87 ± 9 8 — 67

C2H5 + 87 0 — 10 + 5,7

C3H7 C4H9 + 95 + 118 + 9 , 4 + 52,3 + 22 + 36 + 2 5 , 6 + 41,5

C10H21 + 144

(Endwert)

+ 62 + 6 1

Die Zahlen der ersten 2 Horizontalreihen sind durch chemische Übergänge sichergestellt. Es ergibt sich, und zwar für die ersten 2 Zahlen der 2. Reihe notwendigerweise, eine Verschiebung der Äthylreihe gegen die Methylreihe um rund 70—90° nach links. In der Isopropylreihe ist das Vorzeichen des ersten Gliedes zweifelhaft. Man sieht aber sofort, daß —98 der richtige Wert für den Ebenda 91, 673 (1931). 2

3

)

P . A . LAVENE

U.

R . E . MARKER,

1. c .

) Die optischen Angaben sind hauptsächlich den Arbeiten von und seinen Mitarbeitern im Journ. Chem. Soc. entnommen.

KENYON

5

Bemerkungen zur Stereochemie

Phtalester des Carbinols III (R 1 = CH3) ist; dieses Carbinol selbst, das den sauren Phtalester bildet, dreht —4,3°, und die Reihe lautet weiter: R = C2H5 + 15,4 etc. (Tab. 3). Daß die oben angeführte Vorzeichenregel der Carbinole lediglich eine einzelne Aussage innerhalb eines im obigen bereits angedeuteten, allgemeiner zu formulierunden Verschiebungssatzes ist, zeigt sich am Beispiel der Acetate (V). Ri C6H5 HCOCOCH3 R

R V

Tab. 2. R1 CH3 C2H5

R = CH3 0 -29 5

HCOH VI

Acetate.

C2H5 C3H7 C4H9 + 29 5 + 22 3 + 17 0 0 —08 — 7,4

+ 11 9

(Endwert)

denn die für die Carbinole gültige Vorzeichenregel versagt hier, die Drehung durchläuft in beiden Fällen ein Maximum, die Kurven sind nahezu parallel. Damit ist das gesamte Beobachtungsmaterial auf eine einfache. Variante des optischen Verschiebungssatzes x) zurückgeführt, der in vereinfachter Fassung lautet: „Zwei analoge Verbindungen gleicher Konfiguration erleiden eine entsprechende Änderung ihrer Drehung, wenn in beiden ein Substituent in gleicher Weise verändert wird". Wird in Verbindungen II, in denen R einen normalen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, R 1 verändert indem z. B. R 1 = CH3 durch R 1 = C2H5 ersetzt wird, so erleiden alle Formen mit gleichem R eine sehr ähnliche Veränderung ihrer Drehung, die sich in einer parallelen Anordnung der Kurven zu erkennen gibt, die in weniger günstigen Fällen zum mindesten den gleichen Charakter zeigen. Für den Sonderfall homologer Reihen läßt sich demnach aus dem Verschiebungssatze folgende Regel ableiten: Parallele oder wenigstens analoge, asymptotisch verlaufende Kurven werden erhalten, wenn man nach steigendem Molekulargewicht die molekularen Drehwerte einträgt von gleich konfigurierten Verbindungen Cabch und Ca'bch, in denen mit h homologe Substituenten von ansteigendem Molekulargewicht bezeichnet werden. Ber. 56, 193 (1923); Ber. 63, 2381 (1930).

6

KARL

FREUDENBERG:

Diese Betrachtung läßt sich auch auf die Phenylcarbinole VI und ihre Phtalester (Tab. 1) anwenden. Damit ist auch deren x Konfiguration bestimmt ). Sämtliche besprochenen Carbinole sind in der Tabelle 3 zusammengestellt: Tab. 3. R1 CH 3 C2H5 iC 3 H 7 iC 4 H 9 C6H5

Carbinole (Formel I I )

C2H5

R = CH 3 0 — 10,3

+ 10,3 0

4,3 — 21,7 + 68,0

+ 15,4 — 24,6 + 75,5

nC 3 H 7

nC 4 H n

+ + + — +

+ 12,0 + 9,4 + 33,3 — 13,8

12,1 2 24,7 16,3 85,8

+ 14,5 + 12,4 + 34,5

Diese Ableitung wird durch eine weitere Anwendung des Verschiebungssatzes kontrolliert. Ändert man in allen Carbinolen der Konfiguration I das Hydroxyd ab, indem man es in den sauren Phtalester überführt, so erleiden alle Verbindungen dieses Typus eine gleichsinnige, starke Verschiebung ihrer Drehung, und zwar nach rechts. In diesem Falle kann R sogar Phenyl, Cyclohexyl, Isopropyl, Vinyl oder sonst irgend ein KohlenwasserstofTrest sein. In entsprechender Weise ist bereits früher ein Vergleich der homologen Alkylester der Mandelsäure, Hexahydro-mandelsäure und Milchsäure durchgeführt worden 2 ). Auf die theoretischen Grundlagen des optischen Verschiebungssatzes braucht hier nicht eingegangen zu werden; es mag der Hinweis genügen, daß er im Wesen der optischen Aktivität als zirkularer Doppelbrechung und der hieraus abgeleiteten Vizinalregel fest begründet ist 3 ).

2» Konfigurative Zusammenhänge in der Reihe der Terpene. Wenn man mit P. A. LEVENE 4 ) die willkürliche Annahme macht, daß das rechtsdrehende Methyläthyl-propyl-methan die Konfiguration 1 hat, so bedeutet dies im Sinne einer Festsetzung

2)

x)

Vgl. P. A. LEVENE U. P. G. Ber. 68, 1756 (1925).

3)

W . KUHN,

STEVENS,

Journ. Biol. Chem.

K . FREUDENBERG, I . W O L F ,

Ber. 63,

2367

89,

(1930);

471 (1930).

hier auch

frühere Literatur. 4)

P . A . LEVENE U.

R. E.

MARKER,

Journ. biol. Chem. 91, 77, 405

(1931).

7

Bemerkungen zur Stereochemie

/

j \.

\

i

\

/

/

von E. F I S C H E R daß die Tetraederkante von H nach CH3 vor der von C2H5 nach C3H7 führenden liegt (Fig. 1). Mit dem Kohlenwasserstoff 1 haben P. A. L E V E N E sowie W. M A R C K W A L D ) , ferner v. R O M B U R G H 3) auf chemischem Wege die rechtsdrehenderi Verbindungen 2 und 3 verknüpft. Von diesen Substanzen ist noch kein chemischer Übergang zum Glycol 4 gefunden. Da in Carbinolen, z. B. CH3 • HCOH • C2H5 das Vorzeichen der Drehung erhalten bleibt, wenn CH2 • CH3 in CH2 • CH2OH verwandelt wird, und da fernerhin weitgehende Analogien zwischen dem optischen Verhalten der Garbinole und tertiären Kohlenwasserstoffe bestehen, so liegt kein Grund gegen die Annahme vor, daß das rechtsdrehende Glycol 4 die hier angegebene Konfiguration besitzt. 2

c h

h c c h 33

3

c

1) ( + ) Methyläthylpropylmethan. c h

2

h c c h c h

2) ( + ) Methyloctylalkohol

h c c h

3

c h

2

4) ( + ) 2-Methylbutan-(l,4)diol

3

2

COOH

5) ( + ) Methylbernsteinsäure

) Ber. 24, 2683 (1891).

2

) W . MARCKWALD, B e r .

3

) Ree. trav. Chim. Pays. Bas. 5, 214 (1886).

37,

1046

(1914).

2

h

5

3) ( + ) Methyläthylcarbin-Carbinol

COOH

o h

CH2OH

1

o h

2

COOH HCGH

3

(CH2)2 COOH

6) ( + ) Methyladipinsäure

8

KARL FREUDENBERG:

HCO

OG

CH2

CH2

CH2

HCCHG

HCCH3

HCCH3

(CH 2 ) 2

(CH 2 ) 2

(CH2)2

CH

GH

G

II

II

II

A

CH3 7)

CH2OH

A

CH3

A

CHG CH3

( + ) CITRONELLAL

8)

( + ) CITRONELLOL

GHG C H 3 9)

( + ) PULEGON

COOH

CHOH-

CH2

CH2

HCCHJ

HGCH3

(GH 2 ) 2

(CH 2 ) 2

CO

A s .

CH3

CH

A \

CH3

CH3

10 Oxymenthylsäure

CH3

11) (—(Menthol

Mit diesem Glycol haben J. v. B R A U N und E. J Ö S T E S die Methylbernsteinsäure und Methyladipinsäure (5 u. 6) durch chemische Übergänge verknüpft, und mit diesen wieder verschiedene Terpene und Terpenderivate (4—11). Die beiden Gruppen von konfigurativ zusammengehörigen Verbindungen (1—3) einerseits und 4—11 andererseits) stimmen auch untereinander überein. Diese Ableitung, die sich auf das optische Verhalten des Paares 3, 4 stützt, wird befestigt durch die Tatsache, daß der ß-Methyloctylalkohol der Konfiguration 2) ebenso wie das mit ihm vergleichbare Citronellol (8) nach rechts dreht.

3. Die Konfiguration der aktiven Mesoweinsäuremono-methylester. Gültigkeit der Superposition vorausgesetzt, wäre die Drehung des Mesoweinsäureesters I aus den Beiträgen + A und — B zusammengesetzt, wenn die Beiträge des d-Weinsäure-monomethyl!) Ber.

59,

1444 (1926);

J.

v.

BRAUN U. G . WERNER,

Ber.

62,

1050 (1929).

9

Bemerkungen zur Stereochemie

esters II aus + A und + B bestehen. Nimmt man weiter an (was nur angenähert der Fall sein kann), daß die beiden Hälften des d-Weinsäure-dimethylesters III sich nicht beeinflussen, so besteht dessen Drehung aus A + A ; die der d-Weinsäure IV aus B + B.

COOCH3

HCOH HCOH COOH

+

_

COOCH3

+

+

HCOH HOCH COOH

I

COOH

COOCH3

+

+

HCOH HOCH COOCHg

II

III

+

+

HCOH HOCH COOH IV

Tatsächlich läßt sich II erstaunlich gut aus III und IV berechnen: [M]D in Wasser freie Säure d-Weinsäure-monomethylester (II) ber. + 28,6° gef. +30,7« Mesoweinsäure„ (I) ber. + 8,3° + 8,7° » » gef— 8,7°

Ammonsalz + 50,5° +50,6« —14,0° — 38,0« + 38,0°

Die Berechnung 1 ) des sauren Esters I ergibt, daß er in freiem Zustande nach rechts, als Ammoniumsalz nach links drehen soll. Dies trifft tatsächlich für den einen Antipoden zu, wenn auch die zahlenmäßige Übereinstimmung beim Ammoniumsalz nicht gut ist. Das Versagen der Superposition läßt sich hier ebenso wie beim Vergleich von a, ß Glucose mit