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Verfahren zur Herstellung neuer Verbindungen mit 2 bis 5 linear verknüpften
Bicyclo-[2, 2, 1 ]-heptanringen Diese Erfindung betrifft die Herstellung neuer Verbindungen
mit überraschend hoher insektizider Wirkung, insbesondere von halogenierten polycyclischen
Kohlenwasserstoffen und deren Derivaten, die nicht allein hohe und lange anhaltende
insektizide Wirksamkeit besitzen, sondern auch überraschend stabil gegenüber alkalischen
Mitteln sind, die normalerweise die Wirksamkeit der bisher bekannten organischen,
halogenhaltigen insektiziden Verbindungen herabsetzen.
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Erfindungsgemäß werden Verbindungen, die 2 bis 5 linear verknüpfte
Bicyclo-[2, 2, z]-heptanringe enthalten, hergestellt, und zwar dadurch, daß ein
halogeniertes, cyclisches Dien und ein polycyclisches dienophiles Dien miteinander
zu einer polycyclischen Verbindung umgesetzt werden, in der die Verknüpfung durch
die zweigliedrigen Kohlenstoffbrücken der bicychschen Ringe erfolgt, so daß eine
Verbindung mit zwei endständigen fünfgliedrigen Ringen erzeugt wird.
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Die Herstellung von Verbindungen mit höherem Molekulargewicht aus
zwei insbesondere aliphatischen Verbindungen nach der Synthese von Diels-Alder ist
an sich bekannt. Man hat auch schon substituierte, z. B. halogenierte Verbindungen
miteinander in gleicher Weise umgesetzt.
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Vor Jahren wurde eine Anzahl halogenierter Kohlenwasserstoffe oder
Kohlenwasserstoffderivate, insbesondere cyclischer Kohlenwasserstoffe gefunden,
die
eine hohe Toxizität gegen verschiedene Lebensformen von Insekten besitzen. Man hat
auch bereits vorgeschlagen, nach der Diensynthese cyclische ungesättigte Kohlenwasserstoffe
an Hexachlorcyclopentadien anzulagern. Alle diese Verbindungen sind halogenhaltig,
- und einige davon sind gegen Alkali nicht beständig. -Die neuen erfindungsgemäßen
Verbindungen enthalten das Kohlenstoffgrundskelett von nicht mehr als 5 linear miteinander
verknüpften Bicyclo-[2, 2, i]-heptanringen, wobei die Verknüpfung durch die aus
2 Koblenstoffatomen bestehenden Brücken des bicyclischen Systems zustande kommt,
so daß eine Verbindung mit 2 endständigen, fünfgliedrigen Kohlenstoffringen gebildet
wird. Das Kohlenstoffgrundskelett entspricht also der folgenden Formel:
Einer der beiden endständigen, fünfgliedrigen Kohlenstoffringe enthält eine Doppelbindung
und trägt an seinen Kohlenstoffatomen nur Halogenatome, die im allgemeinen gleich
oder aber voneinander verschieden sein können, z. B. Chlor und bzw. oder Brom.
in welcher X ein Halogenatom, n eine ganze Zahl von o bis 3 (einschließlich o und
3), m und p je eine ganze Zahl von o bis q. (einschließlich o und ¢), Y undZ unabhängig
voneinander einwertige Atome oder Reste, wie -H, -R, -C1, - Br, -J, -OH,
- O R, =SH, -SR, -NH2, -NHR, -N(R)2, -N(R)3, R-CO-, R-COO-, -COOH, -COOR oder -
C - N, bedeuten, und a und b Bindungen bezeichnen, an denen diese einwertigen Atome
oder Reste sitzen oder die miteinander verkettet sind. Wenn a und b miteinander
verkettet sind, so tritt natürlich eine zweite Doppelbindung in das polycyclische
Ringsystem ein. R ist ein gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoffrest oder
dessen substituiertes Derivat; R'- und R2 bedeuten Halogenatome oder entsprechen
R.
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Die Werte von m und P definieren die Zahl der Substituenten in jedem
Ring. Da in diesen Ringen jedes Kohlenstoffatom entweder einen Substituenten oder
i Wasserstoffatom tragen muß, ist die Zahl der verbleibenden, an den Kohlenstoffatomen
gebundenen In der obigen Formel enthält der zweite endständige, fünfgliedrige Kohlenstoffring
mindestens eine einwertige Gruppe an jedem der beiden Kohlenstoffatome der nicht
verknüpften, zweigliedrigen Kohlenstoffbrücke, es können jedoch auch zwei solcher
einwertigen Gruppen mit je einem dieser beiden Kohlenstoffatome verbunden sein.
Diese beiden Kohlenstoffatome können auch durch eine Doppelbindung an Stelle einer
einfachen Bindung verbunden sein. In diesem Fall kann jedes dieser Kohlenstoffatome
zusätzlich natürlich nur eine einwertige Gruppe tragen.
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Die beiden Kohlenstoffatome der einen Teil des zweiten endständigen,
fünfgliedrigen Kohlenwasserstoffringes-bildenden zweigliedrigen Kohlenstoffbrücke
können ferner mit einem Ep-oxyd-Sauerstoffatom, einem Schwefelatom oder einem Imid-Stickstoffatom
verbunden sein, beispielsweise mit folgenden Atomen und Atomgruppen, sofern diese
mit 2 benachbarten Kohlenstoffatomen einer Kohlenstoffkette oder eines Kohlenstoffringes
verbunden sind: O, S, S = O, N H, N R, in denen R irgendeines der einwertigen
Atome oder Radikale, die an solche Schwefel- und Stickstoffatome angehängt werden
können, beispielsweise Alkylgruppen, Arylgruppen oder ähnliche Gruppen, einschließlich
ihrer ungesättigten und substituierten Derivate bezeichnet.
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Die neuen Verbindungen können durch die folgende ebene Strukturformel
dargestellt werden: Wasserstoffatome jedes fünfgliedrigen Kohlenstoffringes durch
den Wert (4-7-n) gegeben.
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In der obigen Formel können G und T ebenfalls H, Halogen, - R und
= R darstellen. - R wird hier im gleichen Sinne wie oben angewendet. = R bezeichnet
einen gesättigten oder ungesättigten Alkyliden- oder Cycloalkylidenrest oder dessen
substituiertes Derivat. Ein Alkylidenrest ist ein Rest der allgemeinen Formeln
in der R die bereits angegebene Bedeutung besitzt. Ein Cycloalkylidenrest besitzt
die Formel
in der n eine beliebige ganze Zahl darstellt, die gleich oder größer
als i sein kann.
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Die Alkyliden- und Cycloalkylidenreste können durch Verwendung von
Fulvenen bei der Herstellung der polycyclischen dienophilen Verbindungen eingeführt
werden.
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Durch die Auswahl der einwertigen Atome oder Atomgruppen erhält man
in gewissen Fällen Verbindungen, die im allgemeinen beständig sind, weil sie in
tautomeren Formen vorkommen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Y eine Hydroxylgruppe
darstellt und die Bindungen a und b unter Bildung einer neuen Doppelbindung untereinander
verbunden sind. In diesem Fall wird die durch die angegebene Formel dargestellte
Verbindung ein Keton sein.
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Diese neuen und interessanten Verbindungen lassen sich leicht nach
verschiedenen Verfahren herstellen. Viele dieser Verbindungen können leicht nach
der "Diels-Alder-Diensynthese« unter Verwendung eines Hexähalogencyclopentadiens
und einer geeigneten polycyclischen dienophilen Verbindung, beispielsweise eines
Bicycloheptens oder eines Tetracyclododecens, eines Bicycloheptadiens, eines Tetracyclododecens,
eines Tetracyclododecadiens oder deren Derivaten hergestellt werden.
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Die Diensynthesen können in einfacher Weise so ausgeführt werden,
daß man die Komponenten in einem geeigneten Reaktionsgefäß unter einem Druck bis
zu 5,6o bis 10,50 kg/cm2 = bis 2o Stunden auf eine 225° nicht übersteigende Temperatur
erhitzt.
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In den meisten Fällen verlaufen die Reaktionen leicht und schnell
bei Temperaturen von 8o bis 15o° und bei Drucken, die den Atmosphärendruck nur wenig
übersteigen. In Wirklichkeit wird der Arbeitsdruck durch den Dampfdruck der am niedrigsten
siedenden Komponente bestimmt, und wenn der Siedepunkt dieser Komponente über 8o°
liegt, so kann die Synthese gewöhnlich bei Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Wenn der polycyclische Reaktionsteilnehmer im Temperaturbereich siedet, in welchem
die Reaktion durchgeführt wird, so muß natürlich eine Rückflußvorrichtung angewendet
werden.
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Die Umsetzung kann auch in Gegenwart geeigneter Lösungsmittel durchgeführt
werden, im allgemeinen ist aber dann eine längere Reaktionszeit erforderlich, während
andererseits die Reaktionstemperatur etwas leichter kontrolliert werden kann. Es
kann eine große Zahl von Lösungsmitteln für die Ausführung dieser Synthese verwendet
werden.
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Die Reaktionsgeschwindigkeit ist am größten, wenn ein Lösungsmittel
mit einem über 8o° liegenden Siedepunkt gewählt wird, vorteilhaft z. B. Chlorbenzol,
Xylol, Dibutyläther. Gewünschtenfalls kann man jedoch auch Benzol, Toluol, Butylalkohol,
Dioxan verwenden, allerdings auf Kosten der Reaktionsgeschwindigkeit.
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Im allgemeinen kann die Diels-Alder-Synthese in den meisten Fällen
zweckmäßig unter Verwendung praktisch äquimolekularer Mengen der einzelnen Komponenten
durchgeführt werden. Wird jedoch eine polycyclische dienophile Verbindung verwendet,
so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mindestens 2 Mol der polycyclischen dienophilen
Verbindungen je Mol des Diens zu verwenden, und oft ,hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, einen noch größeren molekularen Überschuß der dienophilen Komponente anzuwenden.
Der Grund, warum die Reaktionen in dieser Weise ausgeführt werden, liegt darin,
daß jedes Mol der polycyclischen dienophilen Verbindung mit 2 Mol des Diens reagieren
kann; daher besteht das Reaktionsprodukt, sofern kein Überschuß der dienophilen
Komponente verwendet wird, aus einem Gemisch des Mono- und des Di-Adduktes der dienophilen
Komponente mit dem Dien. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Anwendung eines Überschusses
von mindestens einem Mol der dienophilen Dienverbindung die Bildung des Reaktionsproduktes
mit 2 Mol des Diens derart unterdrückt wird, daß sich nicht mehr als etwa 5 °/"
dieses Di-Additionsproduktes bilden. Beispiel i Äquimolekulare Mengen Bicyclo-[2,
2, i]-2-hepten und Hexachlorcyclopentadien werden 5 Stunden auf 115° erhitzt und
hierauf ungefähr =6 Stunden stehengelassen. Die erhaltene viskose Flüssigkeit wird
durch Abkühlen zum Kristallisieren gebracht und dann die Kristalle abfiltriert.
-Durch Umkristallisieren des abgeschiedenen, öligen, festen Produktes aus heißem
Methylalkohol erhält man weißes kristallines Hexachlortetracyclododecen, das bei
77 bis 78° schmilzt und vermutlich folgende Strukturformel hat
Analyse für C12 H10 Cl, Berechnet: Cl = 57,98°/0; gefunden: Cl = 58,=q.
% btw. 58,210/,.
Beispiel 2 Äquimolekulare Mengen Bicyclo-[2, 2, i]-2-hepten
und Hexachlorcyclopentadien werden in ungefähr der dreifachen Menge Xylol, bezogen
auf das gesamte Gewicht der Ausgangsmaterialien, gelöst und die Lösung =q. Stunden
unter Rückfluß erhitzt. Das Lösungsmittel wird hierauf durch Destillation bei =o
bis 2o mm Hg Druck entfernt und der entstandene ölige, viskose Rückstand in siedendem
Äthanol gelöst und die Lösung langsam abgekühlt. Nach =6 Stunden wird das weiße
kristalline Produkt abfiltriert, welches, aus Methylalkohol umkristallisiert, bei
77 bis 78° schmilzt und mit dem Produkt vom Beispiel i identisch ist.
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In ganz ähnlicher Weise kann ein Hexahalogenhexacycloheptadecen erzeugt
werden. In diesem Fall verwendet man als Dienophil das bisher noch nicht bekannte
Tetracyclododecen. Dieser Kohlenwasserstoff entsteht bei der Addition von i Mol
Cyclopentadien
an = Mol Bicyclo-[2, 2, i]-2-hepten nach Diels-Alder,
vgl. Josherund Butz, an anderem Ort.
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Beispiel 3 Ein Gemisch aus Tetracyclododecen, Kp." = 1o2° und Hexachlorcyclopentadien,
enthaltend einen io°/oigen molaren Überschuß der ersten Verbindung, wird 21/2 Stunden
auf 16o° erhitzt. Beim Kühlen erstarrt die Masse, die nach zweimaliger Umkristallisierung
aus heißem Hexan weiße Kristalle vorn F. = 173 bis r75° liefert.
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Analyse für C" His CIs Berechnet: Cl = 49,13 °/a; gefunden: Cl = 49,98°/o,
49,90°/0.
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Die erhaltene Verbindung ist das Hexachlorhexacycloheptadecen mit
vermutlich folgender Strukturformel
Es ist nicht erforderlich, die erhaltenen Verbindungen zu reinigen, sie können auch
im ungereinigten Zustand als insektizide Mittel verwendet werden. Es wurde festgestellt,
daß die Verbindung, welche durch Umsetzung eines Hexahalogencyclopentadiens mit
einer aus Äthylen und Cyclopentadien, Dicyclopentadien oder deren Gemisch nach der
Methode von Joshel und Butz oder Thomas (Ind. und Eng. Chem@-Bd. 36, 1944, S. 31o
bis 311) erhalten wurde, die gleiche insektizide Wirkung wie die des Beispiels i
hat.
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Beispiel 4 55 g Hexachlorcyclopentadien und 27,5 g eines rohen Bicycloheptenr8aktionsgemisches
(nach Diels-Alder aus Cyclopentadien oder Dicyclopentadien mit Äthylen erhalten)
werden in einem rostfreien Stahldruckgefäß 3 Stunden auf z45° erhitzt. Das erhaltene
rohe, dunkelbraune, viskose- 0l ist äußerst insektizid wirksam und besitzt 92 °/o
der Wirkung des Produktes nach Beispiel i.
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Aus der bei 159 bis 164° und etwa 3 mm Hg Druck bei der Destillation
des rohen Reaktionsproduktes erhaltenen wachsartigen Fraktion werden durch Umkristallisierung
aus heißem Methanol weiße Kristalle vom F. = 77 bis 78° erhalten. Dieses kristalline
Produkt ist mit dem des Beispiels i identisch. Beispiel 5 8o g Hexachlorcyclopentadien
(io°/oiger Überschuß) und 40 g 5-Acetoxybicyclo-[2, 2, i]-2-hepten (Alder und Richert,
Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 543, 1939 S. i bis 27) werden unter gelegentlichem
Rühren 21/2 Stunden auf 15o° erhitzt. Beim Kühlen erstarrt das Gemisch. Das feste
Produkt wird in siedendem Hexan (etwa 4oo em3) gelöst, diese Lösung mit Entfärbungskohle
behandelt und abgekühlt, wobei weiße Kristalle erhalten werden, die bei 17o bis
z72° schmelzen.
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Analyse für C14 H12 Cls OZ Berechnet: Cl = 5o,2 °/o; gefunden: Cl
= 51,6 °/o.
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Die erhaltene Verbindung ist das 6-Acetoxyhexachlortetracyclododecen
der mutmaßlichen Strukturformel
Das Acetoxyhexachlortetracyclododecen kann in das entsprechende Oxy- und Chlorderivat
übergeführt werden.
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27 g Acetoxyhexachlortetracyclododecen werden in Zoo cm3 5°/oigem
wäßrigem Natriumhydroxyd und iio cm3 95%igem Äthanol 3o Minuten unter Rückfluß erhitzt.
Hierauf wird die Lösung in 3oo cm3 Wasser gegossen und die verdünnte Lösung mit
Äther extrahiert. Der Ätherextrakt wird mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet, der Äther verdampft und der feste Rückstand aus siedendem
Heptan umkristallisiert; wodurch das 6-Oxyhexachlortetracyclododecen vom F. = 132
bis z34° kristallin erhalten wird. Analyse für C12 Hio 0 CIs Berechnet: Cl = 55,6°/a;
gefunden: Cl = 54,1 Es hat vermutlich folgende Strukturfonriel:
5 g 6-Oxyhexachlortetracyclododecen und 5 g Phosphorpentachlorid werden in iio cm3
Hexan eingetragen und das Gemisch 3o Minuten unter Rückfuß erhitzt, wobei die Suspension
beinahe klar wird. Am Schluß dieser Behandlung wird das Gemisch gekühlt, auf Zoo
g Eis gegossen und stehengelassen, bis alles Eis geschmolzen ist, worauf die Hexanschicht
abgetrennt wird. Die wäßrige Schicht wird einmal mit frischem, heißem Hexan extrahiert,
und die vereinigten Hexanextrakte werden nach dem Trocknen auf 2o cm3 eingeengt,
wodurch kfiistallines Heptachlortetracyclododecen erhalten wird, welches zwischen
152 und i53° schmilzt. Analyse für C12 H 9 Cl, Berechnet: Cl = 61,9°/0; gefunden:
Cl = 61,o°/0.
Das erhaltene 6-Chlorhexachlortetracyclododecen hat
vermutlich folgende Strukturformel:
Beispiel 6 42 g Hexachlorcyclopentadien und 25 g 5-Phenylbicyclo-[2, 2, 1]-2-hepten
werden in einem Ölbad 5 Stunden auf 135 bis 1q.0° erhitzt. Das rohe Reaktionsgemisch.
wird gekühlt und im Vakuum fraktioniert. Das gewünschte Phenylhexachlortetracyclododecen
siedet zwischen 1g0 und 21o° bei 0,5 mm Hg Druck. Dieses Rohprodukt wird
erneut destilliert, Kp."5 = 1g0 bis 1g7°. Nach dem Umkristallisieren aus Pentan
erhält man das 6-Phenylhexachlortetracyclododecen in Form von weißen Kristallen
vom F. = g1 bis g2,5°. Analyse für C1$ H14 CIE Berechnet: Cl = q.8,16/6; gefunden:
Cl = 5o,1°/6.
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Es hat folgende Strukturformel:
Ähnliche Derivate, wie Dimethylheptachlortetracyclododecen, Trimethylhexachlortetracyclododecen,
Äthylmethylhexachlortetracyclododecen,können ebenfalls hergestellt werden, indem
man 5, 6-Dimethylbicyclo-[2, 2, 1]-2-hepten, 5, 5, 6-Trimethylbicyclo-[2, 2, 1]-2-hepten,
5-Äthyl-6-methylbicyclo-[2, 2, 1]-2-hepten als dienophile Verbindung verwendet.
Beispiel 7 750 g Bicyclo-[2, 2, 1]-2, 5-heptadien werden mit 750 g
(2,74 Mol) Hexachlorcyclopentadien (Molverhältnis von Dien zum Dienophil = 1: 3)
16 bis 18 Stunden auf 85 bis go° erwärmt. Da die dienophile Verbindung in diesem
Temperaturbereich bei 630 mm Hg Druck siedet, muß die Vorrichtung mit einem
Rückflußk@;ühler versehen sein. Nach dieser Zeitdauer wird der UberSChüß des Dienophils
durch Destillation entfernt und der entstandene, viskose Sirup einer weiteren Destillation
unter 20 mm Hg Druck unterworfen, bis das flüssige Material im Kolben eine Temperatur
von 125° erreicht hat. Durch diese Maßnahme werden gevzsse ölige Verunreinigungen,
welche sich im Reaktionesgemisch vorfinden, entfernt. Der Kolbenrückstand erstarrt
beim Kühlen. Das rohe Hexachlortetracyclododecadien wird in beinahe theoretischer
Ausbeute erhalten; es wird bei etwa 1 mm Hg Druck destilliert. Es werden
39 g Verlauf bei 132° entfernt und bei 132 bis 15o° durch rasche Destillation
786 g erhalten. Das erstarrte Destillat wird aus einem Gemisch aus 11 Aceton und
2,51 Methanol umkristallisiert. Auf diese Weise erhält man 530 g weiße, nadelähnliche
Kristalle, welche bei 104 bis 10q,5° schmelzen.
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Analyse für C12 H$ C16 Berechnet: Cl = 58,306/0; gefunden: Cl =
58,29 °/o. Das Hexachlortetracyclododecadien hat vermutlich die Strukturformel
Diese Verbindung ist in den meisten organischen Lösungsmitteln löslich. Beispiel
8 60o g (2,2 Mol) Hexachlorcyclopentadien werden mit 400 g (q.,36 Mol) Bicyclo-[2,
2, 1]-2, 5-heptadien 16 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Das überschüssige Dienophil
wird durch Destillation zuerst bei Atmosphärendruck und schließlich bei 1o mm Hg
Druck bei einer Badtemperatur von 1o5° entfernt, wodurch man 8o8 g rohes festes
Produkt erhält (10o,6 °/6 des theoretischen Wertes, bezogen auf das chlorierte Dien).
70o g dieses Rohmaterials werden in etwa 2500 cm3 heißem Methanol gelöst,
wobei 39 g nicht in Lösung gehen, die als lederähnlicher Rückstand abfiltriert
werden. Nach dem Kühlen scheiden sich aus der Methanollösung Kristalle ab, welche
aus frischem Methanol umkristallisiert werden.
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Aus dieser zweiten Kristallisation werden 2o6 g nadelähnliche Kristalle
erhalten, die bei 10o,5 bis 1o2° schmelzen und mit dem Produkt von Beispiel 6 keine
Schmelzpunktdepression zeigen.
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Der lederähnliche Rückstand wird mit Aceton verrieben, wobei 12 g
eines unschmelzbaren Rückstandes erhalten werden, welcher, aus siedendem Xylol umkristallisiert,
ein weißes, kristallines, nicht schmelzbares Produkt liefert.
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Analyse für C17 H$ C112 Berechnet: Cl = 66,72 gefunden: Cl = 66,59
6/6.
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Diese Verbindung, nämlich Dodecachlorhexacycloheptadecadien, dürfte
folgender Strukturformel entsprechen:
Das Diadditionsprodukt von Bicyclo-[2, 2, 1]-2, 5-heptadien mit 2 Mol Hexachlorcyclopentadien
kann
selbstverständlich im wesentlichen quantitativ durch die direkte Umsetzung von i
Mol Hexachlorcyclopentadien mit einem Mol Hexachlortetracyclododecadien erhalten
werden.
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Beispiel g Ein Gemisch aus 39 g (0,r43 Mol) Hexachlorcyclopentadien
und 26 g (o,283 Mol) Bicyclo-[2, 2, 1]-2, 5-heptadien wird im gleichen Volumen (51
cm3) Toluol 2o Stunden unter Rückfluß erhitzt. Das Lösungsmittel und das überschüssige
Bicycloheptadien werden durch Destillation bei 6o mm Hg Druck bei einer Badtemperatur
von i40° entfernt. Es hinterbleiben 48,5 g als Rückstand (93 0/0 der Theorie, bezogen
auf das chlorierte Dien).
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Durch Reinigung des Rohproduktes unter mehrfachem Umkristallisieren
aus Methanol in der im Beispiel 7 beschriebenen Weise erhält man ein weißes, kristallines
Produkt, welches bei ior,5 bis i03° schmilzt und mit Hexachlortetracyclododecadien
keine Schmelzpunkterniedrigung gibt.
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Es lassen sich noch andere Verbindungen der gleichen Art in ähnlicher
Weise herstellen. Beispiel io Ein Gemisch aus ii,8 g 2,3 Dicarbäthoxybicyclo-[2,
2, 1]-2, 5-heptadien Kp. 0,3 = 97 bis r03° (erhalten in gleicher Weise nach
Die 1 s und A l d e r, Liebigs-Annalen der Chemie, Bd.49o, 1931, S. 236 bis 242)
und 14,3 g (51/olger molarer Überschuß) Hexachlorcyclopentadien wird bei 14o bis
15o° 7 Stunden bei Atmosphärendruck (etwa 630 mm Hg) erhitzt. Nach dem Abkühlen
bildet das Reaktionsgemisch ein hochviskoses, dunkel gefärbtes Öl, das nach dem
Verreiben mit Äthanol 16,4 g eines cremefarbenen Produktes liefert, aus dem man
nach dem Umkristallisieren 12,5 g nadelartige Kristalle vom F. = iig° erhält. Analyse
für C"H"O,C16: Berechnet: C4--,640/" H ?,78"/" C141,9611/,); gefunden: C
42,53 0/0, H 2,92%, Cl 41,77 %. Das erhaltene Dicarbäthoxyhexachlortetracyclododecadien
hat wahrscheinlich folgende Strukturformel:
Beispiel ii Ein Gemisch aus i Mol Cyclopentadien und i, i Mol i, i-Dichloräthylen
wird, vorzugsweise zusammen mit einer die Polymerisation hemmenden Substanz, z.
B. ditertiärem Butylhydrochinon, in einem rostfreien Stalhldruckgefäß 3 Stunden
bei rgo° erhitzt. Das gewünschte 5, 5-Dichlorbicyclohepten siedet bei 61 bis 64°
unter einem Druck von i2 mm Hg und wird durch fraktionierte Destillation aus dem
rohen Reaktionsgemisch gewonnen.
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Ein Gemisch aus äquimolekularen Mengen Hexacldorcyclopentadien und
5, 5-Dichlorbicyclohepfen wird unter Atmosphärendruck 4 Stunden bei 20o° erhitzt.
Nach Ablauf dieser Zeit wird das Gemisch abgekühlt und im Vakuum destilliert. Nach
Entfernung der nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien wird das gewünschte Octachlortetracyclododecen
als eine zwischen 153 und r55° bei 0,o7 mm Hg Druck siedende Fraktion erhalten;
die nach' dem Umkristallisieren aus Aceton weiße Kristalle vom F. = rig bis 121°
liefert. Analyse für C12 H$ Cl.
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Berechnet: Cl = 65,o8°/0; gefunden: - Cl = 65,020/0.
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Das erhaltene 6, 6-Dichlorhexachlortetracyclododecen hat wahrscheinlich
folgende ebene Strukturformel
Obwohl in den obigen Beispielen die Herstellung der neuen Verbindungen nach der
Art der Diels-Alder-Synthese durch Umsetzung eines konjugierten Diens mit einem
Bicyclohepten.oder einem Bicycloheptadien oder deren Derivaten beschrieben wurde,
ist es natürlich möglich, diese Verbindungen auch nach anderen Verfahren herzustellen.
Beispiel 12 In eine auf 65° erhitzte Lösung von 182 g (o,5 Mol) Hexachlortetracyclododecadien
in 25o cm' Tetrachlorkohlenstoff wird tropfenweise unter Rühren eine 8o g (o,5 Mol)
Brom und 150 cm3 Tetrachlorkohlenstoff enthaltende Lösung eingetragen. Die Reaktion
wird durch Bestrahlung der Reaktionslösung mit ultravioletten Strahlen in Gang gebracht.
Nach beendeter Zugabe der Bromlösung wird das Lösungsmittel durch Destillation entfernt.
Der erhaltene ölige Rückstand wird in heißem Heptan gelöst, worauf man die Lösung
mit Entfärbungskohle behandelt und das Produkt aus der gekühlten. Lösung .auskristallisieren
läßt. Auf diese Weise erhält man eine bei 12o bis 145° schmelzende Substanz in theoretischer
Ausbeute. Durch anschließende fraktionierte Kristallisation aus Heptan erhält man
zwei kristallisierte Fraktionen, von denen die eine bei 171 bis i72° und die andere
bei 151 bis 152° schmilzt. Die Elementaranalysen dieser beiden Produkte ergeben
gleiche Ergebnisse. Analyse für C12 H@Br2 Cl, Berechnet: C 27,420/0, H i,520%, Molekulargewicht
525;
gefunden: C 27,49%, H 1,660/0, Molekulargewicht 524.
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Die erhaltenen neuen Verbindungen sind zwei von drei theoretisch möglichen
6, 7-Dibromhexachlortetracyclododecenen,
die durch Bromierung des
Hexachlortetracyclododecadiens erhalten werden können. Diese beiden Verbindungen
haben wahrscheinlich folgende Strukturformel
Das trans-6, 7-Dichlorhexachlortetracyclododecen läßt sich in ähnlicher Weise leicht
herstellen. Die Chlorierung erfolgt unter Bildung des stereochemisch reinen trans-Dichlorids.
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Sowohl im trans-Dichlorid als auch in den gemischten Dibromiden kann
man Halogenwasserstoff abspalten.
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Man suspendiert 13,1 g trans-6, 7-Dichlorhexachlortetracyclododecen
vom F. = 146° (0,03 M01) in einer aus 8,5 g (o,15 Mol) Kaliumhydroxyd und go cm3
950/0igem Äthanol bestehenden Lösung und erhitzt das Gemisch 2 Stunden unter Rückfluß.
Das Halogenid löst sich langsam, und Natriumchlorid scheidet sich ab. Nach 2 Stunden
kühlt man das Reaktionsgemisch ab und filtriert es. Das erhaltene Öl wird nach Entfernung
des Äthanols durch Lösung in Äthyläther von anorganischen Substanzen befreit. Durch
Verdampfung des Äthers erhält man 12,5 g rohes Öl, welches destilliert wird. Man
gewinnt auf diese Weise 9,8 g eines bei 148 bis i52° unter einem Druck von
1,2 mmHg (absolut) siedenden gereinigten Produktes; das anschließend aus Äthanol
umkristallisierte Produkt bildet Primen vom F. = 55 bis 57°. Analyse für C12 H,
C1 Berechnet: C 36,o90/" H I,7701" Cl 62,15%; gefunden: C 36,14°/o, H 1,75°/o, Cl
62,74°/o. Die neue Verbindung ist 6-Chlorhexachlortetracyclododecadien mit wahrscheinlich
folgender Formel:
265 g 6, 7-Dibromhexachlortetracyclododecen (0,5 Mol) und 28o g (5 Mol) Kaliumhydroxyd
werden in 3 1 Isopropylalkohol gelöst. (Man verwendet das Gemisch der Dibromisomeren
vom Beispiel 12.) Die erhaltene Lösung wird unter ständigem Rühren 16 Stunden unter
Rückfluß erhitzt. Hierauf kühlt man die Lösung auf Zimmertemperatur, entfernt das
Kaliumbromid durch Filtrieren und den Alkohol durch Destillieren. Der erhaltene
ölige Rückstand wird in Äther aufgenommen, der Äther mit Wasser gewaschen, getrocknet
und nach dessen Entfernung der ölige Rückstand aus Methanol umkristallisiert, weiße
Kristalle vom F. = 84 bis 85°, Ausbeute 85% der Theorie. Die Verbindung ist das
6-Bromhexachlortetracyclododecadien mit wahrscheinlich folgender Formel:
58,4 g (o,16 Mol) Hexachlortetracyclododecadien werden in 340 cm3 einer o,5molaren
Lösung von Perbenzoesäure (o,17 Mol) in Chloroform eingetragen und durch Rühren
gelöst. Die Reaktionslösung erwärmt sich. :Ulan läßt sie über Nacht stehen und stellt
dann durch jodometrische Titration fest, daß die Reaktion praktisch beendet ist.
Das Reaktionsprodukt wird durch Entfernung der organischen Säuren mit alkalischen
Waschflüssigkeiten und des Chloroforms durch Destillation im Vakuum gewonnen. Die
Ausbeute ist quantitativ. Durch Umkristallisation aus Methanol erhält man die reine
Verbindung in Form von Nadeln vom F. = 176 bis 177°.
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Analyse für C12H30C16: Berechnet: C=37,83°/0, H=2,120/0, C1=55,84°/0
gefunden: C=37,7o°/p, H=2,o70/0, C1=55,83°/0 Das erhaltene 6, 7-Epoxyhexachlortetracyclödodecen
hat wahrscheinlich die folgende Struktur:
Es kann auch auf folgendem Wege erhalten werden 36,5 g Hexachlortetracyclododecadien
werden in 18o g Essigsäureanhydrid gelöst, dann werden 40 g 30o/oiges Wasserstoffperoxyd
in die gerührte Lösung eingetragen, die anfänglich Zimmertemperatur aufweist. Während
des Eintragens, welches 1/2 Stunde erfordert, steigt die Temperatur der Lösung auf
30°. Nach Zugabe einiger Gramm Peroxyd scheiden sich weiße Kristalle ab. Das Gemisch
wird über Nacht gerührt, wobei die Temperatur durch äußere Kühlung auf etwa 25°
gehalten wird.
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Durch Filtrieren des Reaktionsgemisches erhält man 13g weiße Kristalle
vom F. = 163 bis 167°. Eine zusätzliche Menge des -Produktes wird durch Verdünnen
des Filtrates mit Wasser erhalten, wodurch die Gesamtausbeute quantitativ wird.
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In 37,7 g go0/0iges Wasserstoffperoxyd (i Mol) trägt man 6 g (o,1
Mol) Eisessig ein und kühlt die Lösung auf eine zwischen 15 und 2o° liegende Temperatur.
Nach 15 Minuten beginnt man kräftig zu rühren und trägt in die Lösung tropfenweise
12,75 g (o,125 Mol) Essigsäureanhydrid, welches 0,237 g konzentrierte Schwefelsäure
enthält, ein. Die Temperatur wird im Verlaufe der Zugabe unterhalb 2o° gehalten.
Nach der Zugabe wird die entstandene Lösung 1/2 Stunde bei der zuerst angegebenen
Temperatur gerührt.
Hierauf werden der Lösung unter den oben angegebenen
Bedingungen 25,5 g Essigsäureanhydrid (o,25 Mol), welches 0,474 g konzentrierte
Schwefelsäure enthält, zugesetzt. Das Eintragen wird sehr langsam durchgeführt.
Nach dieser zweiten Zugabe von Essigsäureanhydrid wird das Rühren und das Kühlen
1 Stunde fortgesetzt, worauf man eine dritte Portion Essigsäureanhydrid
(12,75g = o,125 Mol), welches 0,273 g konzentrierte Schwefelsäure
enthält, zugesetzt. Nach dieser letzten Zugabe von Essigsäureanhydrid wird die Lösung
unter Kühlen 1/2 Stunde gerührt und dann über Nacht in einem Eiskasten stehengelassen.
Durch Titration der Lösung am folgenden Morgen kann man feststellen, daß sie nicht
weniger als 7o Gewichtsprozent Peressigsäure enthält.
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Man löst 21g0 g (6 Mol) Hexachlortetracyclododecadien in etwa 400
cm3 Benzol und trägt.in die kräftig gerührte Lösung, bei einer Temperatur von 45
bis 5o°, 7,2 Mol der hergestellten 7o0/0igen Peressigsäure ein. Die" Reaktion verläuft
ausgesprochen exotherm. Die Geschwindigkeit des Eintragens der Peressigsäurelösung
wird so reguliert, daß die Reaktionstemperatur nicht über 50° steigt, wobei man
durch äußere Kühlung die Geschwindigkeit des Zusatzes der Peressigsäure erhöhen
kann, wenn man dafür sorgt., daß die Reaktionstemperatur nicht unterhalb 45° fällt.
Das Eintragen der gesamten Peressigsäure erfordert etwa 12o Minuten. Nach beendeter
Zugabe rührt man das Reaktionsgemisch noch etwa z20 Minuten bei 45 bis 50° und erwärmt,
sobald die Temperatur sinkt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit Wasserdampf
destilliert. Der erhaltene Rückstand enthält die 'gewünschte Epoxydverbindung in
feinkristallisierter Form. Man trägt diesen Rückstand unter kräftigem Rühren in
eine große Menge heilfies Wasser ein und filtriert. Das abgetrennte Produkt wird
nochmals mit einer großen Menge heißen Wassers verrührt und erneut filtriert. Die
rohe Epoxydverbindung wird in einer Ausbeute von etwa go% erhalten; sie schmilzt
zwischen 15o und 175°.
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Die Reinigung dieses rohen Epoxyds erfolgt in der Weise, daß man es
in möglichst wenig heißem Aceton löst und die Lösung mit Entfärbungskohle behandelt.
Die filtrierte Lösung wird langsam in eine große Menge kräftig gerührten, siedenden
Wassers eingegossen, wobei das Aceton verdampft und das gewünschte Epoxyd als feinverteilter
fester Niederschlag ausfällt; der Niederschlag wird an der Luft getrocknet. Die
erhaltene Substanz schmilzt bei 162 bis 168°. Sie ist insektizid wirksam und entspricht
der von chemisch reinem Epoxyhexachlortetracyclododecen.
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5 g (0,075 M01) 5o%iges Wasserstoffperoxyd wird tropfenweise und unter
kräftigem Rühren in eine Lösung von 1o g (0,025 Mol) 6-Chlorhexachlortetracyclododecadien
(hergestellt wie im Beispiel 12 beschrieben) in 22 g Essigsäureanhydrid eingetragen.
Das Reaktionsgemisch wird bei Zugabe des Peroxyds milchig und entwickelt Wärme.
Nach 1 Stunde hat sich das Gemisch in eine klare gelbe Lösung verwandelt, aus welcher
sich Kristalle abscheiden, die mit Essigsäure gewaschen und getrocknet werden. Man
erhält auf diese Weise 4,5 g eines bei 14o bis 145° schmelzenden Produktes. Durch
Umkristallisieren dieses Produktes aus Methanol erhält man die reine Verbindung
in Form von Prismen vom F. = 148 bis 14g°.
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Analyse für C12 H@ 0 CIS Berechnet: C 34,70 0%, H 1,7o0%, Cl
59,7504;
gefunden: C 35,220/0, H 1,870/0, C160,780/0. Das erhaltene 6-Chlor-6,
7-epoxyhexachlortetracyclododecen hat wahrscheinlich die folgende Struktur:
In einer Lösung von 50,5 g (o,114 Mol) 6-Bromhexachlortetracyclododecadien
(hergestellt wie im Beispiel 12 beschrieben) in 30 cm3 Benzol werden -bei
Raumtemperatur unter Rühren 21 cm3 (o,2 Mol) einer 9,6molaren (63 Gewichtsprozent)
Peressigsäurelösung eingetragen. Das Reaktionsgemisch wird auf eine Temperatur von
50° 2 Stunden erhitzt. Das Rühren wird hierauf über Nacht bei Raumtemperatur fortgesetzt.
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Das abgeschiedene weiße Produkt wird abfiltriert, mit Hexan gewaschen
und getrocknet. Man erhält 23 g eines bei 144 bis i46° schmelzenden, rohen Produktes.
Durch Umkristallisieren aus Methanol wird die reine Verbindung in Form von Prismen
vom F. = 15o bis 153° erhalten. Eine zusätzliche Menge des Produktes aus dem Reaktionsgemisch
wird durch Verdünnung mit Wasser erhalten, wodurch die Gesamtausbeute an Rohprodukt
quantitativ wird. Analyse für C"H,OC16Br: Berechnet: C = 31,300%,H = 1,52%; gefunden:
C = 31,53 0/0, H = 1,540/0-Das erhaltene 6-Brom=6, 7-epoxyhexachlortetracyclododecen
hat wahrscheinlich die folgende Formel:
Diese Epoxyde kQnnen in andere Derivate übergeführt werden.
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Eine Lösung von g g 6-Brom-6, 7-epoxyhexachlortetracyclododecen und
40 g Kaliumhydroxyd in 300 cm3 Äthanol wird etwa 3 Tage unter Rückfluß erhitzt.
Man gießt das dunkelgefärbte Reaktionsprodukt in Wasser und nimmt das organische
Material mit Äther auf. Man dampft die ätherische Lösung ein und behandelt den in
Methanol gelösten Rückstand mit Aktivkohle. Durch dreimaliges Umkristallisieren
aus Methanol erhält man gut ausgebildete Kristalle vom F. = 112 bis 113°. Analyse
für C14 H12 02C'16 Berechnet:- C 3g,560/0, H 2,85%, Cl 50,o60/0; gefunden: C 38,35%,
H 3,25%, Cl 50,11%.
Das erhaltene 6-Äthoxy-6, 7-epoxyhexachlortetracyclododecen
hat wahrscheinlich die folgende Struktur:
Ein Gemisch aus 5,25 g (o,oi Mol) des bei =7o° schmelzenden 6, 7-Dibromhexachlortetracyclododecens,
12 g (0,05 Mol) Na, S - g H20 und etwa 9,50 cm3 95°/oiges Äthanol wird 40
Stunden unter Rückfluß erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird hierauf mit dem gleichen
Volumen Wasser verdünnt und filtriert. Das rohe feste Produkt wird mit Wasser gewaschen,
getrocknet und aus Heran umkristallisiert, wobei ein bei igg bis 2o2° schmelzendes
Produkt erhalten wird. Analyse für C12 Ha Cl, S Berechnet: C 36,27 °/o, H 2,o20%,
S 8,o6 °/o, Molekulargewicht : 397;
gefunden: C 36,34°/0 H 2,oo°/o, S 8,04°/0,
Molekulargewicht : 393. Das erhaltene 6, 7-Episulfidohexachlortetracyclododecen
hat wahrscheinlich folgende Struktur:
Die durch die allgemeine Formel gekennzeichneten neuen Verbindungen können in verschiedenen
stereoisomeren Formen vorkommen, die z. B. durch folgende ebene Strukturformel gekennzeichnet
werden
Für eine gegebene einfache Bicycloheptenverbindung wie
ist als wahrscheinlich anzunehmen, daß die Kohlenstoffatome i, 2, 3, 4 in einer
Ebene liegen, wobei die Kohlenstoffatome 5 und 6 über dieser Ebene und das Kohlenstoffatom
7 noch weiter als die Atome 5 und 6 über dieser Ebene angeordnet sind. Die Bindungen
zwischen den Atomen H und X bzw. H und Y einerseits und den Kohlenstoffatomen 3
bzw. 4 andererseits sind dann als über und unter der Papierebene angeordnet zu denken.
Diese Struktur kann durch dreidimensionale Figuren dargestellt werden
Unter der Annahme, daß X und Y Chloratome bezeichnen, ist die Verbindung (a) eine
trans-Dichlorverbindung, (b) eine cis-Dichlorverbindung und (c) eine endo-cis-Dichlorverbindung,
gemäß den gewöhnlich angewendeten Bezeichnungen.
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Es ist ferner als sehr wahrscheinlich anzunehmen, daß, wenn X und
Y Teile eines Ringsystems mit nicht mehr als sechs Gliedern bilden, die verknüpften
Ringe entweder eine exo-cis- oder eine endö-cis-Konfiguration annehmen müssen, da
eine trans-Konfiguration ausgeschlossen ist.
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Bei weiterer- Betrachtung einer Verbindung der Strukturformel (I)
ergibt sich als Folgerung, daß ohne Berücksichtigung des endständigen, sauerstoffhaltigen,
dreigliedrigen Ringes theoretisch vier Stereoisomere möglich sind.
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i. eine Verbindung, in welcher der zweite sechsgliedrige Ring in der
exo-cis-Stellung angeknüpft ist und in welcher die endo-Methanobrücke im zweiten
Ring im allgemeinen Sinn nach der gleichen Richtung wie die endo-Methanobrücke in
den ersten sechsgliedrigen Ringen gerichtet ist 2. eine Verbindung, in welcher der
zweite sechsgliedrige Ring in der exo-cis-Stellung verknüpft ist,
in
welcher jedoch die zweite endo-Methanobrücke bezüglich der ersten nach der entgegengesetzten
Richtung gerichtet ist. Man kann dies durch dreidimensionale Figuren folgendermaßen
darstellen:
In den anderen beiden durch die ebene Strukturformel (I) dargestellten Verbindungen
hat der zweite angeknüpfte Ring endo-cis-Stellung. Man kann dies folgendermaßen
darstellen:
Es wird angenommen, daß Verbindungen' der hier beschriebenen Art die unter (d) gezeigte
Konfiguration aufweisen. Es wird ferner als wahrscheinlich angenommen, daß die erhaltenen
Eiloxyde durch die in (d) mit »ex« bezeichneten Bindungen mit den polycyclischen
Ringsystemen verbunden sind und daher exocis-Epoxyde darstellen. Es ist auch als
wahrscheinlich anzunehmen, daß sich bei der Abspaltung von Halogenwasserstoff als
Halogenhydrinen, sowohl exo-cisals auch endo-cis-Epoxyde bilden, j e nach der Konfiguration
der Halogenhydrine.
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Die insektizide Wirkung der neuen Verbindungen hängt von ihrer stereochemischen
Konfiguration ab, so daß die verschiedenen Stereoisomeren mit gleicher ebener Strukturformel
nicht die gleiche insektizide Wirkung zu haben brauchen.
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In manchen Fällen gelangt man verhältnismäßig leicht von den Verbindungen
der exo-Reihe zu denjenigen der endö-Reihe. So erhält man beispielsweise bei Behandlung
von exo-6, 7-Epoxyhexachlortetracyclododecen mit Essigsäure bei Temperaturen in
der Höhe von xoo°- in Gegenwart eines Katalysators, wie Schwefelsäure, ein Oxyacetat.
Dieses Oxyacetat kann durch Behandlung mit Phosphortribromid oder anderen für diesen
Zweck gleich geeigneten Mitteln in ein Bromacetat übergeführt werden. Diese Verbindung
hydrolysierf mit alkalischen Substanzen und spaltet Halogenwasserstoff ab, so daß
endo-6, 7-Epoxyhexachlortetracyclododecen erhalten wird.
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Hexachlortetracyclododecadien reagiert mit Phenylazid zu Phenyltriazolderivaten.
Die Zersetzung dieser Verbindung nach bekannten Methoden führt , zu 6, 7-Phenyliminohexachlortetracyclododecadien.
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Die im Beispiel 5 beschriebenen Oxyderivate lassen sich mit Leichtigkeit
zu den entsprechenden Ketoderivaten oxydieren. Ferner lassen sich viele den in den
Beispielen 5 und 1o beschriebenen Derivaten ähnliche halogenierte Derivate durch
direkte Halogenierung der bereits angeführten Verbindungen und durch direkte Halogenierung
anderer neuer Verbindungen, die sich auf Grund der vorliegenden Ausführungen ableiten
lassen, herstellen.
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Es wurde festgestellt, daß 6-Ketohexachlortetracyclododecen, dessen
Herstellung durch Oxydation der entsprechenden Oxyverbindungen bereits oben erwähnt
wurde, bei der Umsetzung mit einem Mol p - Chlorphenylmagnesiumbromid p - Chlorphenyloxyhexachlordodecen
gibt 'und daß diese Verbindung, wenn sie auf etwa 25o° erhitzt wird, sehr leicht
Wasser abspaltet und p-Chlorphenylhexachlortetracyclododecadien bildet.
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So kann man selbst dann, wenn die Bicycloheptadienderivate, die als
dienophile Komponenten benötigt werden, nicht leicht zugänglich sind, andere Verfahren
anwenden, um die gewünschten erfindungsgemäßen neuen polycyclischen Diene herzustellen.
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Wie zu erwarten ist, hängt die Alkalbeständigkeit und die toxische
Wirksamkeit dieser neuen Verbindungen gegenüber Säugetieren in gewissem Maß von
der Zahl und der Art der an den halogenierten Verbindungen mit nachstehendem Grundskelett
gebundenen Substituenten ab
in welcher n eine ganze Zahl von o bis 3 und X ein Halogenatom
darstellt.
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In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß eine Verbindung, z. B.
ein Acetoxyderivat, gegen Alkalien nicht beständig sein kann, da sie eine verseifbare
Estergruppe enthält. Es ist jedoch interessant, festzustellen, daß die Verbindung,
welche durch Hydrolyse des Esters erhalten wird, nämlich das entsprechende Oxyderivat,
sogar stärker insektizid wirksam ist als das Ausgangsmaterial.
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Die Erörterungen über die stereochemischen Konfigurationen zeigen
die Art der Unterschiede an, die bei den verschiedenen angeführten Verbindungen
auftreten können. Die aufgezeichneten planarm Strukturformelbilder sollen sämtliche
möglichen Stereoisomere umfassen.
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Die erfindungsgemäß herstellbaren neuen Verbindungen sind gegen Insekten
toxisch stark wirksam. Diese Eigenschaft ist im Zusammenhang mit der hohen Alkalibeständigkeit
dieser Verbindungen überraschend und von größter wirtschaftlicher Bedeutung.