Es wurde festgestellt, dass die Cumarine in gepufferten
wassrig-i:ithanolischen Liisungen eine fiir die C = C- Doppelbindung
in 3,4-Stellung charakteristische polarographische Stufe
besitzen. Diese Stufe verschwindet wenn sie durch Hydrieru:i.g
gesi:ittigt wird, oder wenn die rc-Elektronen di eser Doppelbindung
delokalisiert werden. Das ist der Fall z. B. bei 4-Hydroxycumarinderivaten
die in 3-Stellung eine substituierte Seitenkette besitzen
welche es ermiiglicht, dass sich das System der konjugierten
Doppelbindungen in die Seitenkette verbreitet und dadurch
die Aromatisierung des Laktonrings hervorruft

M. Deželić

M. Trkovnik

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

CR 0 AT IC A CHEMIC A ACT A 35 (1963) 43 CCA-280 545.33:547.587.51 Originaler wissenschaftlicher Beitrag Uber die polarographische Untersuchung der Cumarine. II.* M. Dezelic und M. Trkovnik Chemisches Institut der Universitiit Sarajevo, Sarajevo, Bosnien, Jugoslawien Eingegangen am 2. November 1962. Es wurde festgestellt, dass die Cumarine in gepufferten wassrig-i:ithanolischen Liisungen eine fiir die C = C- Doppel-bindung in 3,4-Stellung charakteristische polarographische Stufe besitzen. Diese Stufe verschwindet wenn sie durch Hydrieru::i.g gesi:ittigt wird, oder wenn die rc-Elektronen dieser Doppelbindung delokalisiert werden. Das ist der Fall z. B. bei 4-Hydroxycuma-rinderivaten die in 3-Stellung eine substituierte Seitenkette be-sitzen welche es ermiiglicht, dass sich das System der konjugier-ten Doppelbindungen in die Seitenkette verbreitet und dadurch die Aromatisierung des Laktonrings hervorruft. In unserer ersten Arbeit' haben wir festgestellt , class die Cumarine, welch e 1oka1isierte n-Elektranen zwischen der C = C - Dappelbindung in 3,4-Stel-1ung des Cumarinsystems besitzen, palaragraphisch aktiv sind. Dagegen sind diejenigen Cumarinderivate, bei welchen diese Dappelbindung <lurch Was-serstaff gesattigt ist, palarographisch inaktiv. Die 4-Hydraxycumarinderivate, bei welchen die n-Elektranen delakali-siert sind und dadurch eine aramatische Struktur des Lactanringes entsteht, baben ebenfalls keine palaragraphische Stufe die fiir die genannte Dappel-bindung charakteristisch ist. In dieser Arbeit wurden in gepufferten wiissrig-iithanalischen L6sungen folgende Cumarine palaragraphisch untersucht: Cumarin (I), 3,4-Dihydra-cumarin (II), 4-Hydraxycumarin (III), Dicumaral (IV) und Warfarin (V). Als Grundelektralyt diente der Tearell-Stenhagensche Universalpuffer. Das Cumarin zeigte bei verschiedenen pH-Werten (zwischen pH 4,75 und pH 10,62) eine gut ausgepriigte Stufe mit dem praktisch unveriinderten Halb-stufenpatential (HSP) bei -1,55 V (siehe Tab. I und Abb. 1). In ungepufferter wiissrig-iithanalischer L6sung bei pH = 6 (Zusatzelektralyt 0,1 M-Ammanium-chlarid) lag das Halbstufenpatential praktisch bei demselben Wert -1,58 V. Um zu zeigen, class die Reduktian der verschiedenen Cumarinderiviite wirklich van der C = C - Dappelbindung in 3,4-Stellung herriihrt' -4 und <lass die Carbanylgruppe in dem Lactanring palarographisch inaktiv ist, haben wir das 3,4-Dihydracumarin in gepufferten L6sungen palarographisch aufge-nammen. Diese Verbindung zeigt sich im breiten pH Bereich van 3,16 bis 12,64 als palaragraphisch vallkammen indifferent. Dies haben wir auch er-wartet, da die Dappelbindung in dieser Verbindung mit Wasserstaff gesiit-tigt ist. 1 I. Mitteilung: Croat. Chem Acta 33 (1961) 209. 44 M. DE.2ELIC UND M. TRKOVNIK Diese Resultate bestatigen, dass die polarographische Aktivitat des Cu-marins und seiner Alkyl- oder Aryl-Derivate nur von der Anwesenheit der lokalisierten :n-Elektronen die primar zwischen der 3,4-Stellung des Lacton-rings vorkommen, herrtihrt. Demnach ist die Carbonylgruppe im Lactonring des Cumarinsystems polarographisch inaktiv. II Ill IV P. Zuman hat in einer Arbeit5 tiber den interessanten Einfluss der Keto-Enol-Tautomerie auf die polarographische Reduktion bei einigen Carbonyl-Verbindungen berichtet. Bei Cumarinderivaten konnte man jedoch denselben R.eaktionsmechanismus nicht anwenden, da die Ketogruppe im Lactonring des Cumarinsystems nicht einem aliphatisch-aromatischen Keton entspricht. Abb. 1. - pH Abhangigkeit der polarographischen Stufen des Cumarins. Teorell-Stenhagen--Puffer mit 10·• M cumarin. Kurve : 1. pH 6 ,24 ; 2. pH 8,80; 3. pH 9,50 ; 4. pH 10,62. Von der -1,4 V angefangen, 50 mV/Absz., E>mpf. 1 : 100. Weiter fanden wir, dass die HSP von 4-Hydroxycumarin und Dicumarol (3,3'-Methylen-bis-4-hydroxycumarin) im Vergleich zu den HSP, die wir im ungepufferten Systemen bekamen , stark zu den positiven Werten hin verscho-ben sind. Da die Halbstufenpotentiale von 4-Hydroxycumarin und Dicumarol vom pH-Wert abhanging sind, scheint es jedoch, dass vor allem die Natur und Konzentration der Ione des Grundelektrolyten (z. B. der Katione) die Halb-stufenpotentiale beeinflusst. POLAROGRAPHISCHE UNTERSUCHUNG DER CUMARINE. II. 45 Abb. 2. - pH-Abhangigkeit der polamgraphischen Stufen des 4-Hydroxycumarins. Teorell--Stenhagen-Fuffer mit 10-3 M 4-Hydroxycumariin. Kurve: 1. pH 3,16; 2. pH 6,24; 3. pH 8,80; 4. pH 10,62. Von der --0,8 V angefangen, 50 mV/Abs,z., Empf. 1 : 100. Abb. 3. - pH-Abhangigkeit der polarographischen Stufen des Dicumarols (3,3'-Methylen-bis--4-hydroxycumarin) . Teorell-Stenhagen-Puffer mit 10-3 M Dicumarol. Kurve: 1. pH 4,23; 2. pH 5,24; 3. pH 7,49; 4. pH 8,80 ; 5. pH 10,62. Die Kurve 1. von -1 ,0 V und alle andere Kurven von --0,8 v angefangen; 50 mV/ Absz., Empf. 1 : 100. 6 II t 2 10 1.2 1.4 1.6 1-8 v Abb. 4. - Die Polarogramme von 4-Hydroxycuma1rin (I) und Dicumarol (II) bei pH 12,64. Grund-Hisung Teorell-Stenhagen- Puffer. Empf., 1 : 100. 46 M. DEZELIC UND M . TRKOVNIK TABELLE I Halbstufenpotentiale van Cumarinen bei verschiedenen pH-Werten im Teorell - Stenhagenschen Puffer bei 20° Substanz E11, V gegen ges. Kalomelelektrode pH-Wert E ",: -1,53 - 1,55 -1,56 -1,55 pH: 3,16 4,75 5,12 6,24 7,26 Cumarin E•1,: -1,55 -1 ,56 -1,55 -1,55 pH : 8,80 8,85 9,50 10,62 12,64 -----E•;,: -1,12 -1,10 - 1,08 -1,06 -1,04 pH: 3,16 4,23 5,24 6,24 7,49 4-Hydroxycumarin E•i. : - 1,03 -1,02 -1,01 -1,05 -1,03 (-1 ,5H pH: 8,05 8,80 9,30 10,62 12,64 ·----E•1,: - 1,06 -1,12 -1,10 -1,08 -1,06 pH: 3,16 4,23 5,24 6,24 7,49 Dicumarol E•1,: -1,05 -1,04 -1,03 . -1,06 -1,05 (-1,43} pH: 8,05 8,80 9,30 10,62 12,64 --·-- ------E•i,: 3,4-Dihydrocumarin pH: 3,16 4,23 5,24 6,24 7,49 und Warfarin E 112: pH: 8,05 8,80 9,30 10,62 12,64 Zwischen den Halbstufenpotentialen und dem pH-Wert wurde zwar eine lineare Abhangigkeit gefunden (Tab. I, Abb. 5), die Verschiebung betragt jedoch nur 0,01 V/pH und diese Abhangigkeit hat bei den meisten organischen Verbindungen eine entgegengesetzte Richtung d . h. die Halbstufenpotentiale werden hier mit steigendem pH-Wert zu positiveren Potentialen verschoben (Abb. 2 und Abb. 3). Da dieser Vorgang durch ein vorgelagertes acido-basisches Gl eichgewicht nicht verursacht werden kann, muss eine andere Erklii.rung gesucht werden, z. B . kann es sich um einen Effekt der Konzentration der Kationen in der PufferlOsung handeln. Ob es sich um komplexbildung oder einen Doppelschichteffekt handelt, wurde nicht entschieden. Mit dieser Vor-stellung stimmt auch die Beobachtung iiberein, dass in ungepufferten Am-moniumchloridlOsungen das HSP des 4-Hydroxycumarins bei -1,65 V lag .. Dieser Wert ist um 0,6 V n egativer als derjenige der dem pH-Wert (cca 6) der Losung entspricht. Eine solche Verschiebung konnte durch Austausch der Kationen des Grundelektrolyten verursacht werden. POLAROGRAPHISCHE UNTERSUCHUNG DER CUMARINE. II . 47 Die Reduktionsstufe bei -1,01 V bis -1 ,12 V wurde der Reduktion der C = C - Doppelbindung in der 3,4-Stellung in Cumarinsystem zugeschrieben. In unserer ersten Mitteilung1 haben wir die vergri:isserte Stabilitat des 4-Hy-droxycumarins mit der teilweisen Delokalisierung der n -Elektronen im L ac-tonring, die durch Cumarin-Chromon-Tautomerie hervorgerufen wird, erklart. Diese Stabilitat des 4-Hydroxycumarins kommt auch bei der katalytischen Hydrierung dieser Verbindung zum Vorschein. Wahrend sich das Cumarin mit Wasserstoff (Pd-Katalysator) leicht hydrieren liisst, kann man das 4-Hy-droxycumarin mit Wasserstoff, unter gleichen Bedingungen nicht sattigen. · Das Verhalten der 4-Hydroxycumarinderivaten ist von den 6-Hydroxy- , 7-Hydroxy- und 8-Hydroxy-cumarinen (bei welchen die Chromonform nicht vork ommen kann) grundsatzlich unterschiedlich, da bei den letzgen r.nnten Verbindungen die HSP wesentlich vom pH-Wert abhangen.2 Die Spaltung des Lactonrings, die bei anderen Cumarinen das Verschwin-den der Stufe bei -1,5 V in alkalischer Li:isung verursacht,~ scheint bei 4-Hy-droxycumarin und Dicumarol eine viel kleinere Rolle zu spielen. Die Stufen bei -1,03 V bzw. bei -1,05 V dieser Verbindungen waren auch bei pH 12,6 zu beobachten. Neben diesen Stufen wurde jedoch eine weitere Stufe bei -l ,51 V (bei 4-Hydroxycumarin) bzw. -1,43 V (bei Dicumarol) beobachtet (siehe Abb. 4) , deren Herkunft noch n icht geklart wurde. 1.11 \\ 109 \\ 0 "\ 107 ,......... ~ ~ .\ ·~ w 105 • o~ 0 \. \ \ 1.03 0\ • 0 ·\ 101 0 3 5 7 9 11 13 pH Abb. 5. - D iagramm der pH-Abhangigkeit der Halbstufenpotentiale (E y, ) der cumarine : o 4-Hy-droxycumavin; • DicumaJ:ol. 48 M. DEZELIC UND M. TRKOVNIK Sehr interessant ist auch die Beobachtung, dass das bekannte Antikoagu-lationsmittel Warfarin, 3-(a-Acetonyl-benzyl)-4-hydroxycumarin, in breitem p H-Bereich polarographisch indifferent ist, was auch schon J Kovac6 beo-hachtete. -Va Vb Diese Verbindung hat in 3-Stellung eine substituierte Seitenkette welche ermoglicht, dass sich das System von konjugierten Doppelbindungen in die Seitenkette verbreitet, sowie eine vollstandige Delokalisierung von n-Elek-tronen und eine gemeinsame Potentialmulde bildet, in welcher sich die :n:-Elektronen frei bewegen konnen. Auf diese Weise entsteht die Aromatisie-rung des Lactonrings und die betrachtliche Stabilitat des ganzen Systems. Ebenfalls nehmen wir an, dass die Acetonyl-gruppe, der gemeinsamen Poten-t ialmulde wegen, nicht mehr die Fahigkeit besitzt sich polarographisch zu r eduzieren. Wir nehmen an, dass das Warfarin in gepufferten sowie auch in ungepufferten Losungen in einer stabilen aromatischen Form vorkommt. Diese kann man auch als Resonanzgrenzstrukturen darstellen (Formeln Va und Vb)." Wir nehmen an, dass der sterische Effekt bei dieser Verbindung keinen entscheidenden Einfluss auf die Reduzierbarkeit ausiibt. Am Modell dieser Verbindung konnten wir zeigen, dass sich die Seitenkette mit dem Cumarin-skelett in derselben Ebene befindet, was die vollkommene Delokalisierung von ;;;-Elektronen ermoglicht. Auch einfach gebaute Verbindungen, wie z. B. Derivate des 4-Hydroxycumarins bei welchen in 3-Stellung ein Alkyl-acyl-Rest substituiert ist, zeigen nicht die fiir die genannte C = C- Doppelbin-dung charakteristische Reduktion. Auch bei diesen Verbindungen kommt es zur Delokalisierung von n-Elektronen und zur Bildung einer gemeinsamen Fotentialmulde. Die 3-Aryl-4-hydroxycumarine sind jedoch reduzierbar, wie B . van Zanten und W. Th. Nauta7 fanden, weil hier n-Elektronen in 3,4-Stel-lung lokalisiert bleiben. Wahrscheinlich handelt es sich bei den stabilisierten 4-Hydroxycumarin-derivaten nicht um eine einfache Verbreitung von konjugierten Doppelbin-dungen, wie z. B. bei den meisten konjugierten acyclischen Systemen, weil die letztgenannten mit der Vergrosserung des konjugierten Systems immer leich-ter reduzierbar sind. Wir haben in unseren friiheren Mitteilungen" 8 iiber d ieses Problem ausfiihrlich referiert. EXPERIMENTELLER TEIL Alle Messungen wurden mit dem Polarographen »Radiometer, Copenhagen« Typ PO 3h, ausgefilhrt. Als Grundelektrolyt diente der Teorell-Stenhagensche Uni-versalpuffer.9 Die untersuchten Substanzen wurden durch Kristallisation bzw. De-siillation im Vacuum gereinigt. Alle Substanzen wurden in redestillierten 950/0-tigen POLAROGRAPHISCHE UNTERSUCHUNG DER CUMARINE. II. 49 Athanol gelOst und mit Puffer verdtinnt, so dass eine 0,001 molare Losung entstand {1 ml 0,01 M alkoholischer SubstanzlOsung und 9 ml PufferlOsung gab die betref-Jende Konzentration) . Alle untersuchten Substanzen, ausgenommen Dicumarol, sind in 960/o-tigen Athanol leicht lOslich. Ein Teil von Dicumarol war ungelOst geblieben, was man aus der Hohe der Stufen auch bemerken kann. Die Galvanometerempfindlichkeit war 1 : 100. Als Anode diente eine gesattigte K&lomelelektrode und a ls Kathode eine Quecksilbertropfelektrode die bei pH 6,24 und bei -1,5 V und 20° C folgende Charakteristik besass: Ausstromungsgeschwindig-keit m = 3,19 mg/sec und Tropfzeit t = 3,16 sec (h = 25 cm). Die pH-Werte wurden nach Aufnahme der Polarogramme mit dem Rohren ·pH-Meter der Firma »Radiometer, Copenhagen«, Type PHM 22 r, gemessen. Die Polarogramme wurden erst nach dem Verdrangen des Luftsauerstoffs aus ·der Losung durch reinen Wasserstoff aufgenommen. Wir danken Herrn Prof. Dr. A. Mangini, Bologna, filr die bereitwillige Zusen-·dung von Dihydrocumarin . LITERATUR 1. M. Dez e 1 i c und M. Tr k o v n i k, Croat. Chem. Acta 33 (1961) 209. ·2. R. Patz a k und L. Neugebauer, Mh. Chem. 82 (195'1) 662 ; 83 (1952) 770. '3. 0. Cap k a , Collection Czehoslov. Chem. Commun. 15 (1950) 965. ·4. A F off a n i, E. F o r n a s a r i und G. S e m er a no, Ric. Sci. 26 (1956) Suppl, II, 29-3. 5. P. Zuma n , Nature 192 (1<961) 655. 6. J. Kovac, Chem. Z vest i 8 (1954) 342. 7. B. van Zant en und W. Th. Nau ta, R ec. Trav. Chim. Pays-Bas 80 (1961) 131. 1l. M. Dez e 1 i c und M. Tr k o v n i k , Glasnik Drustva hem. i tehnol. Bosne i Her-cegovine 9 (1960) 5. :9. T. Teo re 11 und E. Sten ha ge n , Biochem. Ztschr. 61 (1938) 416. IZVOD 0 polarografskim istrazivanjima kumarinskih derivata. II. M . D ezelic i M. Trkovn ik U ovom radu istrazili smo polarografski: kumarin, 3,4-dihidrokumarin, 4-hidroksi-·kumarin, dikumarol i varfarin. Mjerenja smo vrsili u vodeno-etanolskim otopinama uz Teorell-Stenhagenov univerzalni pufer kao osnovni elektrolit. Svi derivati kumarina, koji imaju lokaliziranu C = C - dvostruku vezu u polo-faju 3,4, daju karakteristicnu polarografsku stepenicu. Ova stepenica iscezava, kada se spomenuta dvostruka veza zasiti hidriranjem sa vodikom, pa je zbog toga 3,4-dihi-drokumarin polarografski indiferentan u sirokom podrucju pH-vrijednosti. Ovi rezul-tati potvrduju, da polarografska aktivnost kumarina i njegovih alkil odnosno aril derivata potjece od prisutnih lokaliziranih :rc- elektrona, koji dolaze primarno izmedu polofaja 3,4 u kumarinskom sistemu. Prema tome je karbonilna grupa u laktonskom p:rstenu kumarina polarografski inaktivna. Potencijali polovice stepenica (PPS) kod 4-hidroksikumarina i dikumarola poma-knuti su pozitivnijim vrijednostima u odnosu na PPS dobivene u 0,1 M-NH4Cl kao osnovnom elektrolitu. Zavisnost izmedu pH i PPS u Teorell-Stenhagenovom puferu je linearna funkcija. Sa porastom pH-vrijednosti pomice se PPS prema pozitivnijim vrijednostima za 0,01 V/pH. Nadalje smo utvrdili, da karakteristicna polarografska stepenica takoder nestaje, kada su delocirani :rc-elektroni, koji stvaraju dvostruku vezu u polofaju 3,4 u kuma-rinskom sistemu. Takav je slueaj kod varfarina, koji ima u polofaju 3 supstituiran pobocni lanac u koji se moze prosiriti sistem konjugiranih dvostrukih veza. Na taj naCin se formira zajednicka potencijalna jama u kojoj se :rc- elektroni mogu slobodno kretati, a to dovodi do arom atizacije laktonskog prstena i do stabilizac1je citavog sistema. Zbog toga je varfarin polarografski indiferentan. HEMIJSKI INSTITUT ; UNIVERZITET - SARAJEVO Primljeno 2. studenoga 1962. 

Uber die polarographische Untersuchung der Cumarine. II.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia