NH-Valenzgrundschwingung und konformation von piperidinderivaten

Tetruhedron LettersNo.50,pp. 5901-5204, 1968. Pergmon Reas. Printedin Great Britain.

NH-VALSNZGWNDdCHWINGUNG

UND KONFORMATION VON PIPERIDIND~IVATEW

Friedrich Yell Pharmazeutisch-Chemisches Instifut der UniversitiitTubingen (Received in Germany5 September 1968;receivedin UK for publioetion 11 September 1968) Die bevorzugte Konformation von Piperidin und aeinen Derivaten ist in jiingsterZeit haufig Gegenstand von Diskussionen geweaen;

auf Grunavon

Kerr-

Konstenten-, NkR- und Yikrowellen-Untersuchungen hat sich ein wesentlicher Teil der Bearbeiter fiir eine axiale Lage der NH-Bindung entsohieden (1). Unsere Untersuchungen der NH-Valenzgrundschwingung ergaben in Verbindung mit Wasserstoffbriickenuntersuchungenden Nachweis einer bevorzugt liquatorialen Lage der NH-Bindung in Piperidin und einem Teil eeiner Derivate (2). Da in der Zwischenzeit iiber Untersuchungen der NH-Valenzoberechwingung berichtet wurde, die auf Grund von Analysen der Bandenform eu ahnlichen SchluQfolgerungen fuhrten (3), sollen im folgenden Kinzelheiten unserer in der Beweiafiihrungunabhangigen Untersuchungen mitgeteilt werden. Piirdie NH-Valenzgrundschwingung von Piperidin und eeinen

Derivaten erge-

ben sich, bei Aufnahme nach einer intermolekulare Wechselwirkungen ausschlieSenden Yethode (4), zwei Banden bzw. eine sehr inteneive Bande und eine Bandenschulter (in TAD.1 ist eine Auewahl der von uns untersuchten Piperidinderivate aufgefiihrt;Dibutylamin zeigt al8 8ekundlres aliphatieches Amin nur eine Bande). Bei Piperidin selbst, das in Losung eine inteneive Bande bei 3353 und eine Bandenschulter bei 3330 cm-' eeigt, erecheinen im gasfiirmigen Zustand die beiden Banden viilliggetrennt voneinander (5). Analog zu Cyclohexanen mit einem Substitventen X, bei denen die Bquatoriale CX-Bindung eine hohere Valenzschwingungsfrequenz ale die axial0 Bindung hat (6,7), iat die

5201

5202

No.50 TAB.1

NH-Valenzachwingungafrequenzen [cm-q von Piperidin und Derivaten, gemeaaen in CC14 und in C2C14, Konz.<10-2

M, 25'.

v(NH)

v(NfOa

E,/E,

Piperidin ( = p.)

3353

3330

290

2-Methyl-p.

3345

3325

196

2-Pithyl-p.

3350

3330

194

Conhydrin

3345

3328

098

3-Methyl-p.

3358

3328

291

3-Hydroxy-p.

3363

3333

393

3-Phenyl-3-hydroxy-p.

3365

3330

790

4-Methyl-p.

3355

3325

2,2

Morpholin

3358

3330

290

Camphidin

3360

3320

716

1,2,3,4-Tetrahydroiaochinolin

3363

3333

e

Di-n-butylamin

195 \

3335

Bande mit der hoheren Frequenz der aquatorialen, die mit der niedrigeren Frequenz der axialen NH-Bindung zuzuordnen. dine Sicherung dieaer Zuordnung nach den von Cyclohexanderivaten bekannten Methoden (6,7)

iat nicht moglich,

da bei Piperidinderivaten zu der Ring- die Stickatoff-Inversion tritt. Wie wir fanden, iat ein Beweie durch Untersucnung von Verbindungen moglich, bei denen aurch eine Waaaeratoffbindung zum einsamen Elektronenpaar am Stickatoff eine beatimmte Konformation stark begiinatigtwrd:

Bei 3-Hydroxypiperidin iet

die ala aolche bekannte OH***N - Briicke (8) im Sinne von Form A (ABR.1, R = H) nur bei aquatorialer Lage der NH-Bindung moglich. Im Konformationagleichgewicht des 3-Hydroxypiperidina liegt aber nur zu etwa zwei Dritteln diese Form A mit axialem Hgdroxyl vor; daneben eind im wesentlichen die Formen B, C und D (ABB.l, k = H) moglich. Wir haben daher 3-Phenyl-3-hydroxypiperidin dargeatellt, d&a wegen der starken aquatorialen Prlferenz der Phenylgruppe praktisch ausschlieI3lichin der Form A (ABB.1, R = C6H5) vorliegt:

No.50

5203

x

R 2 -

P 'H

B

11 R

I

m

R=H

N-t+

H/O

D

C

am -

3300

Ccm?

ABB..1 Konformationsgleichgewicht und IR-Spektren von 3-Hydroxypiperidin (ii= H) und 3-Phenyl-3-hydroxypiperidin (Ii= C6H5)

-1 liegende Schulter der v(OH)-Assoeiatiorisbande lediglich eine bei 3605 cm deutet auf einen sehr geringen Anteil, der im'Sinne von Form C (ABB.l, R = C6H5) und zwar mit einer OH*.*rc- Bindung vorliegt. 1st die obige Zuordnung der beiden NH-Banden richtig, so muu in dem Spektrum von 3-Hydroxyplperidin zu einem wesentlichen Anteil und in dem von 3-Phenyl-3-hydroxypiperidin nahezu vollstBndig die NH-Bande mit der hijherenFrequenz

vorliegen. Dies ist such

tatsachlich der Pall (ABB.l). Die Zuordnung ist damit gesichert, da eine moglithe Prequenzbeeinflussung der NH-Valenzschwingung durch

i n t r a moleku-

lare H-Bindung des Hydroxyls zum einsamen Elektronenpaar am Stickstoff noch geringer ist als die bei intermolekularer Wechselwirkung und daher hier vernachlassigt werden kann. Die NH-Valenzschaingungsbanden von Piperidin und seinen Derivaten kiinnen somit zur Konformationsanalyse herangezogen werden (TAB.1; liquivalentemolare hxtinktionskoeffizienten vorausgesetzt (6), geben die Werte von E,/E, Naherungswerte fiirdie Konformationsgleichgewichtskonstante bei 25'). Aus

No.50

5204

TAB.1 ergibt sich unter anderem, da0 Piperidin eelbet und 3-Methylpiperidin in CC14 und C2C14 mit Sicherheit iiberwiegendmit lquatorialer NH-Bindung vorliegen; Conhydrin dagegen stellt ein Beispiel fiirPiperidinderivate mit einem wesentlichen Anteil axialer NH-Bindung dar. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstiitztenForschungsprogrammee durchgefiihrt.

LITERATUR 1) F.G.Riddell, guat.Rev. 11, 364 (1967) 2) F.Moll, Vortr.Dtsch.Pharmaz.Ges. Marburg 18.12.1967;

Ref. Dtsch.Apo-

theker-Ztg. 108, --- 60 (1968); Pharmaz.Ztg. 111, 65 (1968) 3)

R.W.Baldock und A.R.Katritzky, Tetrahedron Letters 12$&g, 1159

4) F.Yoll und H.Auterhoff, Arch.Pharmaz. psg, 92 (1962) 5) G.Levi, C.R.Acad.Sci.,Paris 261, __- 4007 (1965) 6) E.L.Eliel, N.L.Allinger, S.J.Angyal und G.A.Morrison, Conformational Analysis, Interscience, New York (1964) 7)

M.Ha.nack,Conformation Theore, Academic Press, New York (1965)

8) (a) J.Sicher und M.Tichjr,Coll.Czech.Chem.Commun. 22, 2081 (1958); (b) G.Hite, E.E.Smissman und H.West, J.Amer.cher.Soc. 82, 1207 (1960)