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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:
Vanhoof, P. (1954). Synthèses d'hydrocarbures naphtopyréniques (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.
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U N I V I R S I T É LIBRE DE B R U X E L L E S
FACULTÉ DES SCIENCES SERVICE DE CHIMIE ORGANIQUE
SYNTHÈSES D'HYDROCARBURES
NAPHTOPYRENIQUES
Thèse présentée
pour l'obtention du Grade de Docteur en Sciences Chimiques
Nous tenons à exprimer ici notre profonde recon naissance à Monsieur le Professeur MARTIN. Son expérience et ses conseils nous ont été fort précieux et nous ont permis de mener ce travail à "bonne fin.
Nous remercions Monsieur le Professeur GOLDFINGER pour l'obligeance avec laquelle il a mis son speotrophotomè tre Beckman à notre disposition.
T A B L E D E S M A T I E R E S
Pages RESUME 7
LES ACIDES O^AROYL-AROÏQUES COMME PRODUITS DE DEPART DE LA SYNTHESE DES HYDROCARBURES POLYCYCLIQUES ARO-MATIQUES 9
1. Introduction 9
2. Schéma I 11
3. Discussion du schéma I 12
a) Réduction des acides o-aroyl-aroïques en 2.2 acides o-arylméthyl~aroïq.ues
b) Cyclisation des acides o-arylméthyl-aroï- 20 ques en anthrones
c) Réactions des anthrones et acétates d'an- 27 thranyle . .
d) Préparation des hydrocarbures polycyoli- ^2 ques aromatiques "méso" mono- et
diméthy-lés
4. Second schéma 56
5. Discussion du second schéma . , 37
a) Synthèse des acides o-aryléthyl-oc:-aroï- ,y ques
b) Synthèse des hydrocarbures polycycliques aq aromatiques "méso" monométhylés
c) Synthèse des h;^drocarbures polycycliques «_Q aromatiques "méso" diméthylés .
2
-Pages: DESCRIPTION GENERALE DU TRAVAIL 44
I,- Synthèse de l'anhydride de l'acide pyrène 1,2-dioEirtioxylique
Schéma a : Préparation du 4-céto-l,2,3,4-tétra-hydrophénanthrène au départ de naph-talène ^5
Schéma "b : Préparation du 4 oéto-1,2,3,4-tétra-hydrophénanthrène au départ de té— traline , 45
Schéma c : Voie synthétique utilisée en vue de l'obtention de l'acide 4-phénanthryl-acétique 46
Schéma d ; Synthèse de l'acide 4-phénanthrylacé-tique par l'intermédiaire du 4-mé-thylphénanthrène 48
Schéma e : Préparation de l'anhydride désiré au départ de l'ester éthylique de l'aci-de 4-phénanthrylacétique 49
Essais de synthèse du 1',4'-diméthyl~l,2-(2», 3 '-naphto )pyrène 49
Introduction . . , . 49
A, Préparation de l'acide 2-henzoyl-l-pyrénoïque 50 B, L'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque î produit de
départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2 ' ,3 ' -naphto)pyrène 51
1°) Méthode générale la plus directe (par l'intemédiaire de la quinone
correspon-dante) o . . . • 51
2°) Méthode détournée d'obtention de la
qui-none (méthode de J.W.COOK (2) ) . . . , . 51 3°) Méthode de synthèse de B.M.MIKHAILOV et
N.G.CHERNOVA (22) 53
3
-Pages:
0, Description de la préparation de l'acide
o-(l-pyrénoyl)-benzoïque • 55
Schéma des ssmthèsee réalisées au départ de l'acide o-(l-pyrénoyl)-"benzoïque 59
D, L'acide o-(l-pyrénoyl)-"benzoïque : produit de départ de ïa synthèse du
ï',4'-diméthyl-ï72I(2'ï"73^-nâphtô)pyrènê~7"7~7~7~7~^~7"7"7^ 60
La réaction de Sandin-Pieser sur la l ' , 4 * — j
L—(2',3'-naphto)-l,2-pyrène-] quinone nous
fournit le 1'-méthyl-1,2-(2',3'-naphto)py-rène et non l'hydrocarbure "méso" diméthylé attendu : confirmation de ce résultat • • • 62 III. -Essais de synthèse du
l'~méthyl-l,2-(2«,3'-naphto)pyrène * . . . . * • • 68 Schéma I 68
Description de ce schéma • ^9 Schéma II 69
Description du schéma II • 70
IV. - Synthèse du l'-méthyl-3,4~(2',3'-naphto)pyrène. 71 PARTIE EXPERIMENTALE 73
I, Synthèse de l'anhydride de l'acide pyrène 1 , 2 -die ar b oxyl i que 73
4 -Pagfes "b) A partir de tetraline : acide /3 -2-tétroylpropioniq.ue 74 acide T -S-tétralyllDutyrique 74 1 -2-tétralyl'butyrate de méthyle 74 T-2-naplitylbutyrate de méthyle 74
- Préparation du 4-phénanthrylacétate d'éthylet a) 1ère méthode ; 1,2-dihydro-4-phénanthrylacétate d'éthyle • 75 acide l,2-dihydro-4-phénanthrylacétique . • 75 l,2-dihydro-4-phénanthrylacétate de méthyle 75 4-phénanthrylacétate de méthyle . . . 76 acide 4-phénanthrylacétique • • 76 4-phénanthrylacétate d'éthyle 76 b) 2ème méthode ; 1,2,3,4-tétrahydro-4-méthyl-4-hydroxyphé-nanthrène 77 4-méthylphénanthrène . . . . 77 4-'bromométhylphénanthrène . . . . 77 4-phénanthrylacétonitrile . . 78 - Oxalation suivie de déshydratation :
- cC-céto-/3-4-phénanthrylsuccinate d'éthyle, 78 anhydride de l'acide pyrène l,2-dioar'boxy~ lique . , 79
II.- Essais de synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2t^3'-naphto ) pyrène. . . o = • 80
A, Préparation de l'acide 2-'benzoyl-l-pyrénoîque 80 préparation de l'acetoxylactone
5
-Pages: B, L'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque ; produit de
départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2~ ( 2 ' ,3'-napht0)pyrène ,
Essais de cyclisation de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque 85
Essais d'obtention de l'acide 2-benzyl-l-pyrénoïque « . . . 85
Le niéthyl-phényl-l,2-pyrénephtalide , . . 36 C, Préparation de l'acide
o-(l-pyrénoyl)-benzoI-que . hexahydropyrène symétrique 87 acide o-l-(3,4,5,8,9,lO-hexahydro)pyrénoyl-benzoïque 87 1'0-1-(3,4,5,8,9,10-hexahydr0)pyrénoylben-zoate d'éthyle 88 Déshydrogénation de 1'o-l-(3,4,5,8,9,10-hexa-hydro)pyrénoyl-benzoate d'éthyle :
a) par le Pd fixé sur norit : 88
acide o-(l-pyrénylméthyl)benzoïque, « . b) par le soufre :
l«o-(l-pyrénoyl)-benzoate d'éthyle, . . 89 acide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque 89
D, L'aoide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque ; produit de départ de la S5mthèse du
Pages Réaction de SAWDIN-FIESER sur la l«,4'[-(2»,
3'-naphto)-l,2-pyTèneJquinone 94
le 1'-méthyl-1•-hydroxy-4'-dihydro-l,2-(2',
5'-naphto)pyrène ou son isomère : le
l'-mé-thyl-l ' -hvdro-4 • -hydroxy-4 ' -liydro-1,2-( 2 ',
3 '-naphto)pyrène . . • 96
III.- Essais de synthèse du l'-méthyl-l,2-(2«,3*-naphto)pyT^ène , 98
le méthyl-(l-pyrényl)-phtalide 98
l'acide o-oi-(l-pyrényl)éthylbenzoïque • . 99 l'acide o-(l-pyrénylméthyl)-"benzoIque , * , 100 Essais de cyclisation de l'acide
o-(l-pyré-nylméthyl)benzoïque en anthrone correspon-dante 100
IV.- Synthèse du 1'-méthyl-3,4-(2»,3'-naphto)pyrène, l'acide o-(3-pyrénoyl)-benzoïque . . . 101 le (3-pyrényl)-méthyl-phtalide 101
l'acide o-<x' -(3-pyrényl)éthylbenzoïque . , 102 le l'-iiiéthyl-3,4-(2',3'-naphto)pyrène . . . 102
7
-R E S U M E
Nous avons réalisé des synthèses d'hydrocarbures poly-cycliques aromatiques en vue de l'étude de leur activité can-cérigène éventuelle.
La synthèse de l'anhydride de l'acide pyrène 1,2-dicar-boxylique (XIX) fait l'objet de la première partie de ce tra-vail.
Au départ de cet anhydride, nous nous proposions d'ob-tenir le l'-4'-diméthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène, par l'inter-médiaire de l'acide 2-benzoyl-l-pyrènoïque (XX) et de la qui-none (XXIII) correspondants: la cyclisation du céto-acide en quinone a échoué.
Nous espérions malgré tout réaliser notre but en utili-sant des méthodes détournées ; nos efforts sont malheiireuse-ment restés vains : d'une part, la réduction de notre céto-acide en céto-acide 2-benzyl-l-pyrénoïque (XXIV) n*a donné aucun résultat ; d'autre part, il nous a été impossible de réduire la méthyl-lactone (XXVI) correspondant à notre céto-acide en acide 2-(<x-phényléthyl)-l-pyrénoïque (XXVII). Il nous a donc fallu abandonner tout espoir d'aboutir à l'hydrocarbure désiré à partir de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque (XX),
Nous avons alors entrepris la synthèse de l'isomère de ce céto-acide : l'acide o-(l-pyrénoyl)-ben20ïque (XXI), Ce
dernier a cyclisé sans difficulté en quinone (XXIII), Celle-ci, par réduction, nous a donné le l,2-(2•,3'-naphto)pyrène
de SANDIN-PIESER effectuée sur la qulnone (XXIII) nous a con-duit à \m résultat paradoxal ; l'analyse du procon-duit final cor-respond à l'hydrocarbure "méso" monométhylé : le l'-méthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène (XXXX) et non à l'hydrocarbure "méso" diméthylé correspondant que l'on attendait.
Nous avons également effectué des essais de synthèse du l*-méthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène par deux voies différentes, mais sans succès.
Enfin, nous avons synthétisé le l'-méthyl-3f4-(2',3'-naphto)pyrène , au départ de pyrène,
Dana ce travail figurent les spectres dans l'ultra-vio-let des hydrocarbures nouveaux que nous avons obtenus.
Le problème de l'utilisation des acides o-aroyl-aroï-ques, comme produits de départ de la synthèse des hydrocarbu-res polycycliques aromatiques a particulièrement attiré notre attention : il fait l'objet de l'introduction de notre tra-vail.
Remarques générales :
= noyau aromatique
- 9
LES ACIDES 0-AROYL-AEOÏQUES GOMIffi PRODUITS DE DEPART DE LA SYNTHESE DES HYDROCARBURES POLYCYCLIQUES AROBiATIQUES
I.- INTRODUCTION.
Parmi les méthodes générales de synthèses des hydrocar-bures polycycliques aromatiques, la cyclisation des acides o-aroyl-aroïques en para-quinones est très souvent utilisée, parce que très rapide. Par réduction de la quinone, on ob-tient directement l'hydrocarbure. D'autre part, la réaction de SANDIN-PIESER permet de transformer ime quinone en hydro-carbure méso-diméthylé correspondant.
Ces hydrocarbures présentent un grand intérêt du point de vue activité cancérigène.
10
-La facilité de cyclisation de ces céto-acides a fait l'objet d«\ine hypothèse, émise en 1951 par Cl. DESOAMPS (1) :
"Pour que la cyclisation d'un acide aroyl-aroïque en quinone correspondante se fasse aisément, il faut que le groupe acide soit fixé à la partie de l'édifice moléculaire possédant la moins grande facilité de substitution électrophile par rapport
à l'autre. Ce qui, en pratique, revient souvent à dire qu'il faut que le groupement carboxyle soit fixé à la partie de la molécule qui comporte le moins de noyaux aromatiques,"
Cette hypothèse se généralise à la grande majorité des acides aroyl-aroïques et les divise implicitement en deux groupes :
a) les acides aroyl-aroïques dont la fonction -COOH est fixée à la partie la moins condensée de la molécule, nous les appellerons conventionnellement i acides aroyl-aroïques M. b) les acides aroyl-aroïques dont la fonction -COOH est fixée
à la partie la plus condensée de la molécule, nous les ap-pellerons : acides aroyl-aroïques P»
Ce dernier groupe de céto-acides cyclise très diffici-lement en quinones. Cette réticence limite forcément leur u-tilisation.
Il nous a donc paru intéressant d'étudier d'ime façon systématique les méthodes détournées, susceptibles de rendre aux acides aroyl-aroïques P toute leur valeur comme intermé-diaires de synthèse des hydrocarbures polycycliques aromatiques.
Nous examinerons successivement deux schémas théoriques de synthèse. Chacun d'eux sera suivi d'une discussion détail-lée.
+
11
12
-II.- DISCUSSION DU PREMIER SCHEMA Remarques préliminaires :
J.W. COOK (2) signale que lorsqu'un céto-acide du type aroyl-aroïque P ne cyclise pas, on peut cependant y parvenir en réduisant auparavant le groupe cétonique en groupement mé-thylène (-CHg-). Il est alors possible de cycliser l'acide
o-arylméthyl-aroïque en anthrone, cette dernière est finalement oxydée en quinone (soient les étapes A^, B^, Cg de notre sché-ma) ,
Ce détour, utilisé par différents auteiirs, paraît, à première vue, relativement simple. Nous nous sommes efforcé d'en établir la valeur réelle, par un examen approfondi de la littérature.
l**) Réduction des acides aroyl-arolques en acides arylméthyl-aroïques.
a) Par l'action du zinc et de la soude.
M.S. NEWMAN et R. GAERTNER (3) mettent très nettement en évidence la différence de comportement des acides o-benzoyl-naphtoïques et des acides o-naphtoyl-benzoïques à l'égard de ces réactifs.
Alors que ces derniers se réduisent très facilement par le Zinc et la soude, lexirs isomères, par cette même méthode, ne donnent que de mauvais résultats. On a pu vérifier dans certains cas, l'arrêt de la réduction au stade de l'hydroxy-acide (lactone isolée après acidification, avec de très mau-vais rendements), en général, la réaction est accompagnée de résinification.
1 13
-la littérature afin de voir si cette différence de comporte- j ment pouvait être généralisée avix autres acides aroyl-aroïques ] M et P étudiés. ;
Nos prévisions se sont vérifiées et pour autant que les données de la littérature soient suffisamment complètes, on > peut affirmer que pour tous les cas étudiés, les acides aroyl- j aroïques M sont réduits facilement en acides arylméthyl-aroï- ; ques par le Zn et la soude. Par cette même méthode, les aci- i des aroylaroïques P donnent lieu à des resinifications par -tielles du milieu réactionnel, la réaction s'arrête parfois au stade de l'hydroxyacide, on isole alors la laotone, mais avec i de mauvais rendements. ]
j Exemples de réductions recueillis dans la littérature : \
14 -ac. o-(arylmétliyl)ben20Ï-729fc {b) q^yg correspondant. 0 .COOH Zn+NaOH.85?^ ^ ac.arylméthyl-aroïque ^ correspondant. o Zn+NaOH : 66 (8) idem. H H 2n+NaOH ; 90 fo (9) idem. Zn+NaOH : 60 fo S "
16
-ZrL+NaOH:Mauv.RendtB ac, arylmétliyl-aroï-Résinification (13) ' correspondant.
o
Notre but se limite évidemment à mettre les choses au point, en attirant l'attention s\ir cette différence de compor-tement des acides aroyl-aroïques P et M, à la réduction par le zinc et la soude. Dans l'état actuel des choses, il semble que cette différence de comportement soit générale. Toutefois, avant de tirer des conclusions définitives, il serait néces-saire de compléter la série d'exemples traités jusqu*à.ce Jour, Dans cet ordre d'idées, il serait intéressant d'étudier le comportement des acides aroyl-aroïques suivants :
17
-inconnu (10)
Remarque : cette liste d'acides aroyl-aroïques M et P n'est pas complète. Pour plus de détails, cf. thèse de Cl.DESCAIAPS
(1).
b) Réduction catalytique par le chromite de cuivre (méthode de L.F.FIESER (16 et 17).
Cette méthode, d'utilisation beaucoup moins générale que la réduction par le zinc et la soude, n'a été appliquée en réalité qu'aux acides o-naphtoyl-benzoïques et à leurs iso-mères, les acides o-benzoyl-naphtoïques : elle ne donne des résultats satisfaisants qu'avec les premiers nommés (5),(16),
(17).
Il est possible que cette différence de comportement puisse se généraliser à tous les acides aroyl-aroïques M et P. Vu le manque d'expériences réalisées dans ces conditions, nous ne pouvons absolument rien affirmer.
18
-De plus, il y a toujours un danger d'hydrogénation partielle des noyaux aromatiques.
Cf. : (16 et 17). r COOH O Cu-Cr Ho
<
produit secondaire COOHc) Réduction de WOLPF-KISHNER, HUANG-MINION (18). On trouve très peu de renseignements dans la littéra-ture concernant l'application de cette méthode à la réduction des acides aroyl-aroïques en général.
Appliquée à l'acide o-(p-méthyl-2-benzoyl)-l-naphtoï-que, elle donne un rendement quantitatif en l-hydroxy-4-p-to-lyl-2,5-diazaphénanthrène, produit de cyclisation de l'hydra-zone intermédiaire (3).
- 19 ~
d) Par réduction de CLEMMENSEN.
M.S. NEWMAN et R. GAERTNER (3) appliquent à la fois la réaction de CLEMMENSEN et la modification de E. MARTIN (19) à la réduction de l'acide p-métliyl-2-.benzoyl-l-naphtoïque,san3 succès, ^ ^
0
D'autre part, l'acide o-(l-phénanthroyl)-"benzoïque est réduit avec 80 io de rendement, par le Zn amalgamé et l'acide chlorhydrique (20).
Ce sont les seuls exemples de réductions de ce type que nous ayons rencontrés dans la littérature. Il serait in-téressant de vérifier si la différence de comportement des acides aroyl-aroïques M et P à l'égard des réactifs.Zn et sou-de se retrouve dans la réduction sou-de CLEMMENSEN,
et A^
a) Réduction par le mélange Kl, Phosphore rouge, acide
phosphorique dans l'acide acétique.
20
-plus, les laotones xine fois isolées se réduisent facilement en acides o-benzylnaphtoïques.
Le problème de la réduction des acides o-benzoylnapii-toïques (acides o-aroyl-aroïquee P) se trouve ainsi résolu : ces mômes substances, rappelons-le, ne peuvent être réduites par le Zn et la soude.
Cette méthode ouvre donc le champ à de nouvelles re-cherches et indique l'angle nouveau sous lequel il faudra doré-navant envisager le problème de la réduction des acides
o-aroyl-aroîques P en général.
b) Réduction par l'hydrure de lithium-aluminium. Par l'utilisation de quantités adéquates d»hydrure de lithium-aluminium ; M. S. NEWMAN et GAERTNER (3) signalent des rendements de 45 i<> en laotones, à partir des acides o-benzoyl-naphtoïques. Ce procédé mériterait également sans aucun dou-te une étude plus approfondie.
2**) Cyclisation des acides o-arylméthyl-aroïques en anthrones.
21
-Parmi les diverses conditions expérimentales appliquées à ces cyclisations5 nous essayerons de dégager celles qui sont susceptibles de donner les meilleurs résultats.
\
a) Cyclisation par l'acide sulfurique seul ou en pré-sence d'un diluant.
J.W. COOK (8) remarque que la cyclisation par 1*acide sulfurique seul provoque souvent l'oxydation et la eulfonation. I.F. FIESER et E.B. HERSHBERG (21) constatent que l'emploi
d'un dixuant tel que l'acide acétique ou l'acide phosphorique, n'élimine pas ces difficultés. Pour ces mêmes auteurs, la cy-clisation par l'acide sulfurique ne donne pas uniquement l'an-tiirone, mais conduit à un équilibre anthrone-antiiranol extrê-mement sensible à la présence de traces d'acide sulf-urique.
Ceci explique le fait que les mélanges réactionnels bruts se décomposent rapidement et sont très difficiles à purifier par cristallisation ; nous y reviendrons avec plus de détails,dans la suite de cet exposé,
b) Cyclisation par le chlorure de zinc anhydre.
Cette méthode de cyclisation, par fusion en présence uniquement de chlorure de zinc, permet, du moins dans la série
22 -général.
Ainsi, COOK, HEWETT et HIEGER (6), ne peuvent purifier l*anth.rone qu'ils obtiennent par cyclisation de l'acide o ( 3 -pyrénylméthyl)-benzoïque. La fusion en présence de ZnClg leur donne un produit peu stable qu'ils sont obligés de réduire im-médiatement en hydrocarbure.
ZnGl,
antlirone instable
Nous avons appliqué ce procédé à la cyclisation de l'acide o-oc:-(l-pyrényléthyl)-benzoïque (cf.partie expérimen-tale), sans plus de succès ;
0 » OH-C
O méthylanthrone
J.CH. NICKOL, G.D. THORN, R.N. JONES et R.B. SANDIN (lO) font la même observation concernant la
23
-c) Cyclisation par l'acide fluorhydrique.
L.F, PIESER et E.B. HERSHBERG (21) utilisent dans la suite de leurs travaux, l'acide fluorhydrique comme agent de cyclisation. Ils appliquent ce nouveau procédé à la série anthracénique et l,2--benzanthracénique, avec d'excellents ré-sultats. Il n'est pas exclu que cette méthode puisse s'ap-pliquer avec succès a\ix autres séries. Dans cette éventuali-té, elle constituerait un progrès important pour l'accès aux. hydrocarbures polycycliques aromatiques.
d) Cyclisation par l'acide fluorosulfonique.
Récemment, W. BAKER et Coll. (23) ont effectué des cyclisations du même type, par l'emploi d'acide fluorosulfoni-que. Les rendements en produits purs sont particulièrement élevés. Ce procédé mérite sans aucun doute d'être retenu pour les travaux ultérievirs.
Bg + Djt Cyclisation des acides o-arylméthyl-aroïques en acé-tates d'anthranyles, suivie d'hydrolyse en anthrones c orre spondant e s,
Rappelons que la cyclisation des acides o-arylméthyl-aroïques par 1-acide sulfurique donne des produits difficiles à purifier. De plus, ces produits bruts, engagés dans des réactions de GRIGNARD avec l'iodure de méthyl- ou d'éthyl-ma-gnésiiuQ, donnent de très mauvais rendements en hydrocarbures correspondants. On retrouve beaucoup de substance inchangée. Cette fois cependant, le produit récupéré est facilement pu-rifiable et beaucoup moins sujet à la décomposition. Ce que l'on récupère est en réalité la forme énolique, l'anthranol correspondant, l'addition des dérivés organo-magnésiens se faisant uniquement sur la forme ce tonique,
24
-produit brut de cyclisation, par passage à l'acétate (dérivé de 1'anthranol).
Il semblait logique que dans des conditions favorables à l'acétylation, l'équilibre tautomérique serait déplacé, par transformation de 1*anthranol en acétate. Sachant d*autre part que le chlorure de zinc, à l'état fondu, provoque la cy-clisation (8), FIESER et HERSHBERG furent tout naturellement amenés à mettre au point une méthode de cyclisation nouvelle conduisant directement à l'acétate.
l'acide est mis en solution dans un mélange d*acide et d*anhydride acétique, en présence de chlorure de zinc. Après un reflux d'une heure, on obtient par cette méthode, d'excel-lents rendements en acétate correspondant.
o
COOH 9 0 io
OCOCH,
25
-H O
tantôt à la difficulté qu'il y a à passer d»une structure dihydrotétracénique à la structure purement aromatique corres-pondante (9) (25)
enfin, simplement au fait que l'anthrone ne montre aucune tendance à l'énolisation (13).
Ce procédé, par ailleurs très élégant, présente néan-moins une faiblesse, dans le cas où l'anthrone doit être ob-tenue dans des buts de synthèse. L'acétate peut, en effet, présenter une grande stabilité. Son hydrolyse est alors dif-ficile, parfois même irréalisable.
particu-lièrement insoluble, nous y reviendrons par la suite. 9
H^C-C(j)
CH^
De plus, l'isomérisation est parfois difficile et ac-compagnée de décomposition,
li.P. FIESER et A.M, SEIIGMAN (4) échouent dans leurs tentatives sur le l'-méthyl-9-acétoxy-l,2-benz;anthraoène
H anthranol •/ » dans toluène isomérisation
•3^
Ces auteurs déclarent que l'isomérisation ne se fait pas : ils ne peuvent obtenir l'hydrocarbure final. Ils isolent uniquement un produit insoluble.
FIESER et HERSHBERG (16) supposent que ces produits insolubles résultent d'une condensation entre la fonne énoli-que et la forme cétoniénoli-que. Cette réaction serait catalysée par des bases telles que la pyridine, les dérivés organoma-gnésiens, H/->
+
S A V
0 ok \ H )H 0ingé 27 ingé
-nieuse soit-elle, ne résout pas le problème d'une façon géné-rale et définitive. Elle vaut d'être essayée, maie elle est
susceptible d'engendrer des difficultés suivant le oas parti-culier que l'on traite.
3°) Réactions des anthrones et acétates d•anthranylee. - Réduction en hydrocarbures.
La réduction par le Zn et la soude est la plue généra-lement utilisée. Son efficience est fonction du degré de
stabilité de l'anthrone. S'il y a énolisation, le produit de départ est partiellement récupéré.
A notre connaissance, la littérature ne renseigne
qu*un seul cas où l'anthrone, n'ayant par ailleurs aucune ten-dance à 1'énolisation, présente une inertie totale à l'égard de la réduction par le Zn et la soude (9).
H H. 3
H
( 9 ) (dans ce travail)
En ce qui nous concerne, nous ne sommes pas parvenu à isoler le l'-méthyl-l,2-(2',3'-naphto-)pyrène à partir de la méthylanthrone correspondante.
28
-Cg et ©2 - Oxydation des anthrones et acétates d^anthranyles en quinones.
a) Oxydations par CrgO^Kg.
En général, oes oxydations se font dans l^aoide acétique bouillant, en présence de bichromate de potassim. Les rendements de ces réactions ne sont pas très élevés,voir même nuls.
Exemples :
quinone
poudre amorphe incristal-lisable très peu soluble.
D
produit peu soluble à point de fusion très
éle-vé.
Il ne faudrait cependant pas conclure à 1.*appui de cette affirmation que c'est 1'énolisation qui empêche l'oxy-dation. Au contraire, comme nous le verrons dans la suite, les conditions qui favorisent 1>énolisation (solution
basi-que ; NaOH, EMgX) facilitent également l'oxydation. Ceci n'exclut évidemment pas la possibilité de formation de pro-duits de condensation résviltant de 1 'énolisationê
b) Oxydation en préssnce des réactifs organo-magnésiens
L.P: PIES3R et SELIGMM (4) observent la formation d'une quantité appréciable de l'-mét]iyl-l,2-benzantiiraquinone au coujTs de 1-expérience suivante :
H^C, ^ ^ H, ÀCO o l°)n-C^HgMgX 2°)Isoméris. ds toluène 0 o o CH^MgX
La cétonisation ne se fait pas, les auteurs ne peuvent isoler le 1',9-diméthyl-l,2-benzanthracène ; l'anthranol
s'est oxydé au cours de la réaction.
L.P, FIESER et M. HEYMAN (27) utilisent la (2-.oarboxy-propyl)-9-anthrorie comme point de départ de la synthèse du 1*,9-diméthyl-l,2-benzanthracène.
H 0 0 6 ^
3VN
30
-dans une réaction de Grignard avec le bromure de méthylmagné-sium. Ils obtiennent l'acide 9-niéthylanthryl-2-butyrique avec de très mauvais rendements, A côté de ce premier produit, ils Isolent une quantité non négligeable d'acide g^lO-^anthraquino-ne-2-butyrique,
H O O O / ^
I
L.P. PIESER et E^B. HERSHBERG (28) observent également ce phénomène d'oxydation. Ils soumettent la lo-méthyl-5-tétra-oénone^ contenant comme impureté de la l»-méthyl~l,2-benzan-thracénone, à l'action de l'iodure de méthyl-magnésium. Ils isolent l'hydrocarbure tétracénique diméthylé et un peu de 1*-méthyl-1,2-benzanthraquinone.
c) Oxydation des solutions alcalines à l^air.
51
-solutions alcalines de leur anthrone contiennent la forme éno-lique et sont sensibles à la lumière. Ces solutions oxydées
à l»air, contiennent manifestement de l'acide
2\3*-naphto-l,2-anthraquinone-6-carboxylique : par addition de NagSgO^ , elles deviennent vertes puis rouges, ce qui indique bien la présence d'irne para-quinone,
quinone
correspondante
La 1,2-benzantlirone, par agitation en solution alcaline, se transforme progressivement en l,2~benzantliraquinone (16).
o
II 0
-3»> quinone correspondante.
d) Cas particulier d'oxydation.
Dans ce travail (cf. partie expérimentale), après chro-mât ograpMe du produit brut de cyclisation de l'acide o-(l-py-rénylméthyl)--benzoïque, nous avons isolé 53 ^ de quinone cor-respondante. A côté de cette quinone, nous avons isolé une substance particulièrement insoluble provenant vraisemblable-ment d'ime réaction de condensation "énol-cétone".
o H.
3 2
-Poiir conclure, nous devons donc admettre que d'une fa-çon générale, ces réactions d'oxydation ne sont pas particu-lièrement intéressantes pour l'obtention des quinonea,
- Réactions d'addition des réactifs organo-magnésiens sur les anthrones.
Nous avons été forcé d'anticiper la discussion de ces réactions. Nous nous contenterons donc de rappeler que les rendements en hydrocarbures sont \me fonction inverse de la facilité d'énolisation de l'anthrone. De plus,ces réactions sont souvent le siège de réactions secondaires d'oxydation et de réactions de condensation du type "énol-cétone".
- Obtention des acyloxyanthrones.
Le passage de l'anthrone à l'acyloxyanthrone se fait en deux stades : on effectue tme bromuration par Br2f la bro-moanthrone est ensuite traitée par l'acétate d'argent ( 2 9 ) .
4°) Préparation des hydrocarbures "méso", mono- et diméthylés. - A partir des acyloxyanthrones :
33
-secondaires de condensation. La synthèse des hydrocarbures polycycliques aromatiques "méso" diméthylés risque déjà d'être arrêtée à ce stade.
D'autre part, les anthrones peuvent ne pas réagir avec les réactifs de Srignard : par suite de leur énolisation, la réaction d'addition ne peut se faire. Ici encore, 11 peut y avoir formation de produits secondaires de condensation et d'oxydation dûs à cette énolisation. Pareil comportement est susceptible de compromettre le succès de la synthèse des hy-drocarbures "méso" monométhylés à partir des anthrones.
FIESER et HEYlAIî (29) se sont demandés si l»on ne pour-rait pas augmenter l'efficacité de ces réactions de ffrignard en travaillant non plus sur l'anthrone, mais sur l*acyloxyan-throne correspondante.
Par action d'un excès d'iodure de méthyl-magnésium, sur la 2-méthyl-lO-acyloxyanthrone, ils obtiennent un mélange de 2,9,10-triméthylanthracène et de 2-méthylanthraquinone.
Ces mêmes auteurs étudient encore les exemples suivants:
54
-15 io
L'obtention de l'hydrocarbure polycyclique aromatique "méso" diméthylé est inattendue. La quinone, produit secon-daire de la réaction, peut, à son tour, être transformée en hydrocarbure par la réaction de SANDIN-PIESER, Le plus, les réactions de Grignard, effectuées sur les acyloxyanthrones, n*engendrent plus de réactions secondaires de condensation.
Cet ensemble de faits confère une réelle valeur à ce type de réactions. Elles mériteraient d'être appliquées à d'autres séries d'acyloxyanthrones, afin de généraliser éven-tuellement leur domaine d'application.
Pour conclure, bien que le problème soit beaucoup plus complexe que ne le laisse supposer J.W, COOK (2) (cf. page 12 de ce travail"; , la synthèse des hydrocarbures polycycliques aromatiques "méso" diméthylés, à partir des acides aroyl-aroï' ques P, reste donc réalisable par voie détournée»
f - Par réaction de SANLIN-PIESER s\ir les quinones.
polycy 35 polycy
-cliques aromatiques "méso" diméthylés est désormais.devenue classique et donne en général de bons résultats. L»étude de cette réaction sort cependant du cadre de notre introduction, nous nous contenterons donc de signaler simplement la méthode, dans le seul but d'être complet.
G^.Gg,^^ - Formylation suivie de la réduction de WOLPF-KMNER, HUÂNG-MINLON (18).
Cette méthode pourrait notamment trouver son appli-cation dans le passage de certains hydrocarbures polycycliques monométhylés, aiix hydrocarbures polycycliques aromatiques di-méthylés en position "méso" correspondants.
Exemple :
Il ne faut cependant pas rejeter à priori la possibili-té d*une formylation dans ime position autre.que la position
"méso". Ainsi, dans le cas particulier du 1--méthyl-l,2-(2'-3'-naphto)pyrène, la formylation pourrait fort bien se faire
en position 3,5,8 ou 10 et non en position 4'.
SECOND SCHEMA :
36
-Nous nous proposons dans ce nouveau schéma d'étudier le passage des acides o-aroyl-aroïques P aux aoides o-axyl-éthyl-oi"-aroïques correspondants, par l'intermédiaire des méthyl-lactones (A et B).
Ces acides o-aryléthyl- oC -aroïques seront alors envi sagés comme nouveau point de départ de la synthèse des hydro carbures polycycliques aromatiques
37
-1°) A et B : Synthèse des acides o-aryléthyl-<.V-aroïques. A 2 Préparation des méthyl-lactones intermédiaires. Une remarque s'impose tout d'abord s .ces lactones s*obtiennent avec une égale facilité, que l*on parte de l'un ou l*autre tjrpe de céto-acides isomères. C'est là un fait important, la cyclisation en quinone et la réduction par le zinc et la soude marquant une nette différence suivant le type de céto-acide envieagé.
- 38 0 l^io (35) 0 85?^ (part. expérim. ) o ^^^^50^ (part, expérim.) Technique expérimentale de 1=opération î
On siphonne en général deux à "crois équivalents , de RMgX, dans une solution benzène-éther du céto-acide. L'addi-tion du réactif filtré est suivie d'une période de reflux variant de trois à cinq heinres.
Nous voudrions cependant faire ime remarque concer-nant la décomposition ultérieure du mélange réactionnel.
Cette opération s'effectue de la manièi'e habituelle : glace-acide chlorhydrique dilué.
les auteurs, en général, ne semblent pas avoir l'at-tention attirée sirr l'éventualité d'une déshydratation par-tielle de l'alcool tertiaire au moment de la décomposition. Dans ce cas, on peut obte nir • a côté de la méthyl-lactone, l'acide méthylènique correspondant.
Seul BERGMANN (36) a observé ce fait sur l'acide o~-"benzoyl-benzoîqueo II isole :
et l'acide
Il considère ces deux ctructuros comme deux formes tautomè-res.
39
-de la transformation -de l'aci-de o-(l-pyrénoyl)-benzoïque : cf. partie expérimentale.
Toutefoisj la fraction de substance acide se lactoni-sait progressivement en solution alcaline. Nous avons donc pu poursuivre les purifications sur une fraction unique de méthyl-lactone qui seule nous intéressait.
B î Réduction des méthyl-lactones en acides o-aryl-éthyl- oc -aroïques.
Ces réductions se font soit par le Zn et la soude, avec hydrolyse préalable de la lactone dans les alcalis al-cooliques, soit directement s\ir la lactone, par le zinc amal gamé et l'acide chlorhydrique. E, MARTIN (19) ajoute de
1*acide acétique et du toluène au mélange réactionnel.
A l'examen de la littérature, il est pratiquement im-possible de prévoir à priori les conditions expérimentales qui conviendront le mieux à un cas particulier, . Le chimiste organicien en est réduit à appliquer l'une ou l'autre de ces méthodes, sans pouvoir expliquer la raison d'un échec éven-tuel de l'une d=elles.
40
-2*") C et : Synthèse des hydrocarbures polycycliques
aro-matiques "méso" monométhylés.
C : Gyclisation des acides o-aryléthyl-oï'-aroïquee en méthylanthrones.
Les méthodes d'obtention des méthylanthrones ne se différencient en rien des méthodes relatives à la prépara-tion des anthrones que nous avons étudiées en détails précé-demment.
D^: Réduction des méthylanthrones en hydrocarbures correspondants.
Cette réduction nécessite un reflux prolongé de la méthyl-anthrone, dans vme solution de soude, en présence de
Zn en poudre et de toluène. L'alcool tertiaire ainsi obte-nu est ensuite déshydraté par évaporation totale du solvant
en présence d'iine trace d'acide chlorhydrique. 3°) G et ©2 ou E^,E2,E^ »
Synthèse des hydrocarbures polycycliques aromatiques "méso" diméthylés.
i Action des halogénures de méthyl-magnésium sur les méthylanthrones.
Ici encore, le comportement des méthylanthrones à l'égard des réactifs de Grignard ne se distingue en rien de
celui des anthrones, vu précédemment. La seule différence à laquelle il convient de s'arrêter est la moins grande faci-lité d'oxydation des méthylanthrones au cours de ces réac-tions.
E^,E2,E^ : Méthode de BRADSHER (37).
41
-aroïquee aux méthyl-cétones correspondantes. Poiir cela, il suffit de faire réagir s\Ar le clilor\ire d*acide, le diméthyl-zinc ou le diméthyl-cadmium. La cyclisation par HBr dans l'acide acétique de cette méthyl-cétone se fait généralement avec d'excellents rendements. Cette méthode mériterait sans aucun doute d'être appliquée à la synthèse des hydrocarbures polycycliques aromatiques diméthylés en position "méso", d'une façon plus systématique.
Il serait d'autre part intéressant de vérifier si la facilité de cyclisation des méthyl-cétones est influencée par la fixation du groupement -COOH^ à la partie la plus condensée ou la moins condensée de la molécule.
CONCLUSION GENERALE î
A la lumière de l'hypothèse de DESCAJVIPS et de 1»étude que nous avons faite dans cette introduction, la façon d'a-border dorénavant la synthèse des hydrocarbures polycycli-ques aromatipolycycli-ques et de leurs homologues "méso" mono- et di-méthylés, par l'intermédiaire des acides o-aroyl-aroïques, nous apparaît clairement.
Présentons, en effet, le problème tel qu*il se pose au chimiste organicien : pour aboutir à l'hydrocarbure fi-nal, on peut se proposer de partir soit de l'acide o-aroyl-aroïque P, soit de son isomère M. Lequel faut-il choisir ? En effet, pour autant que l'un et l'autre céto-acides don-nent,par cyclisation, une quinone identique, on pourra évi-demment aboutir au même produit final.
Il importe de donner toujours la préférence à 1*acide o-aroyl-aroïque M. Ce point de vue ne doit être abandonné que dans la seule éventualité où mie plus grande facilité d'obtention de l'isomère P s'avère par trop évidente.
à la cyclisation, il faut choisir une méthode détournée, au départ de cet acide o-aroyl-aroïque P. Parmi toutes celles que nous avons examinées, les méthodes suiv.antes semblent assurer les plus grandes chances de succès :.
1*>) Hydrocarbures polycyoliques aromatiques "méso^diméthyléa. a) (extraite du schéma I)
4 3
-2*') Hydrocarbures polycyoliq.ue3 aromatiques "mëso"
moiiométhy-lés.
Remarque : Si !•hydrocarbure final est asymétrique, on obtient des produits différents suivant que l'on applique l*une ou l'autre de ces deux méthodes. Par contre, si l'hy-drocarbure final est symétrique, quelle que soit la méthode utilisée, on aboutit au même hydrocarbure. Il faut dans ce cas donner toujours la préférence à la méthode de BRADSHER, Cette méthode, en effet, évite les réactions sur les méthyl~ anthrones intermédiaires qui,nous l'avons vu, peuvent être à l'origine de nombreuses difficultés.
3°) Hydrocarbures polycycliques aromatiques non méthylés.
Nous reprenons ici les stades ^2*^-^ ^"^ -^i schéma
explicité à la page précédente. Cette fois, l»anthrone in-termédiaire est directement réduite en hydrocarbure.
Er
o
- 4 4
DESCRIPTION GEKBRAIE DU TRAVAIL
I,- SYNTHESE DE L'ANHYDRIDE DE L'ACIDE PYRENE-1,2~DIGARB0XY LIQUE.
Le succès éventuel de cette synthèse devait mettre à notre disposition \m produit intermédiaire très important. En effet, nous devions pouvoir accéder, théoriquement du moins, à une série d'hydrocarbiires polycycliques aromati-ques, pour peu que nous disposions d'une quantité suffisan-te de cet anhydride.
Toutefois, la synthèse de cette substance est longue et difficile. D'autre part, différentes variantes sont
susceptibles d'y être introduites. Nous nous sommes effor-cé de dégager de nos expériences la méthode la plus inté-ressante.
Nous avons "Cout d'abord envisagé deux voies différen tes pour synthétiser le 4-céto-l,2,5î4-tétrahydrophénanthrè ne (III) (schémas a et b).
Initialement, nous avons suivi le schéma a. Il nous permettait d'arriver au 4-céto-l,2,3,4-tétrahydrophénanthrè-ne (III) en un minimum de stades.
46 -voie synthétique : schéma b.
Cette seconde méthode permet d'obtenir ^m rendement global supérieur en 4-céto-l,2,3,4-tétrahydrophénanthrène. la réaction de ERIEDEL et CRAFTS est effectuée oette fois
entre la tétraline et l'anhydride succinique. Le produit de réaction, dans ce cas, est unique : l'acide ^ -2-tétroyl-propionique (IV), En conclusion, si cette méthode évite les inconvénients du premier schéma, au niveau de la réac-tion de FRIEDEI et CRAFTS, elle introduit cependant trois stades supplémentaires : 1'estérification de 1»acide 2-té-tralylbutyrique (V), suivie de la déshydrogénation oataly-tique par le Pd fixé sur norit, et enfin, la saponification
Schéma c. 0 H III OH O H^CgOOC^^;^^^ Hj^C^OOCr'V^N 5-2V ^11 " ' XIII (68/o:à partir de III) /i
47
-de l'ester déshydrogéné (VII). Nous sommes cependant en me-sure d'affirmer qu'aucun de ces stades supplémentaires ne présente de difficultés. La méthode garde donc une grande valeur comme moyen d'obtention de l'acide y 2~naphtylbutyri-que (II).
Dans la suite de la sjmthèse, nous avons de même adop-té deux schémas différents en vue d'obtenir 1*acide 4-phénan-thrylacétique (XII) : schémas c et d.
A première vue, le schéma c était indubitablement le plus direct pour arriver à l'ester éthylique de l*acide 4-phénanthrylacétique (XIII) : par une réaction de Rïlî'ORMATSKY, effectuée sur notre cétone (III), nous obtenions l»hydroxy-ester correspondant ; ce dernier, non isolé^ était déshydra-té, puis déshydrogéné.
Les difficultés expérimentales nous ont contraint à introduire une série de stades supplémentaires (IX, X, XI, XII) afin d'obtenir des produits purs. La réaction de
REI'OEMATSKY laissait en effet une partie de cétone inchangée. D'autre part, la déshydrogénation nous donnait, à côté de l'ester (XIII), 15 ^ de phénanthrène.
Cette méthode perdait ainsi son atout majeur t sa simplicité. De plus, les rendements de nos réactions de REPOEMATSKY étant, au début, déplorables, nous avions songé un moment à arriver au 4-phénanthrylacétate d'éthyle (XIII) par une voie différente : schéma d.
D'après ce schéma, nous avons effectué une réaction de GEIGNARD sur la cétone (III), de façon à isoler le 1,2,3, 4-tétrahydro-4-méthyl-4-hydroxyphénanthrène (XIV). Ce der-nier, déshydraté et déshydrogéné simultanément, nous fournit le 4-méthylphénanthrène (XV), produit connu (38), Nous avons bromé cet hydrocarbure, en chaîne latérale, par la
48 -Schéma d.
O H
XVII
ainsi, par une voie assez élégante, à l'acide 4-phénanthryl-acétique (XII),
Remarque : Nous avons réalisé ce schéma jusque et y compris le 4-phénanthrylacétonitrile. Simultanément, nous avons pu apporter de très importantes améliorations au ren-dement du schéma c. Ces faits nouveaux, nous ont permis d'employer cette méthode avec succès et de lui accorder dé-finitivement notre préférence dans la suite de ce travail.
La présence d'un groupement -CH2- activé dans l'ester éthylique de l'acide 4-phénanthrylacétique (XIII), permettait
la réaction d'oxalation $ l'oC-céto-^'5-4-phénanthrylsuocinate
d'éthyle (XVIII) ainsi obtenu a finalement été cyclisé en anhydride de l'acide pyrène 1,2-dicarboxylique (XIX), Ce produit se présente en magnifiques aiguilles oranges, 11 cristallise avec grande facilité. Signalons toutefois qu'en dépit de ces circonstances favorables et malgré tout le soin apporté à la piirification de cette substance, il nous a été Impossible d'en obtenir une analyse carbone-hydrogène vrai-ment satisfaisante. Nous avons pu ultérieurevrai-ment apporter
démon 49 démon
-trant ainsi que nous étions "bien en présence de l'anhydride espéré. Schéma e. H COOCgH^ HgCgOO o [55 à 60<fc) >. XIII o XVIII (90/0 XIX
II.- ESSAIS DE SYNTHESE DU 1',4'-I'IMETHYL-l,2~(2',5'"NAI'HrO) PYREÏÏE.
Introduction.- les essais de synthèse de cet hydrocar-bure constituent la olé de voûte de ce travail. Dans
l'en-semble de ces expériences, il convient de séparer deux grou-pes d'essais bien distincts :
— essais réalisés au départ d'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque (XX).
5 0
-— essais réalisés au départ d'acide o-(l-pyrérLoyl)-'benzoïq.ue (XXI)
Ces deux céto-acides isomères sont très difficilement accessibles. Pour faciliter la compréhension et 1*évolution du but de notre travail, nous proposons de suivre dans notre exposé, la classification suivante î
A, - Préparation de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque.
B, - L'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque : produit de départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène.
0 , - Préparation de l'acide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque (XXI).
D,- L'acide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque : produit de départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2 » ,3'-naphto)p3rrène.
A,- Préparation de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïq.ue,
L'anhydride de l'acide pyrène l,2-dicarboxylique(XIX) a été transformé en céto-acide correspondant, d*une part par des réactions de MIIEDEL et CRAPTS avec le benzène, en pré-sence de chlorure d'aluminium, d'autre part en effectuant des réactions de GRIGNARD avec le bromure de phényl-magnésium.
Les réactions de FRIEDEL et CRAFTS n'ont donné que des résultats fort peu encourageants ; dans une seule expérience, nous avons pu obtenir l'acide 2-benzoyl--l-pyrénoïq.ue (XX)
51
-Les réactions de G-RIG-ÎIARD ont cependant conduit à des résultats beaucoup plus intéressants : nos rendements attei-gnaient 85 à 90 ^ par ce procédé.
0 OCOCH,
\ (90<fc)
0 >• (85/0
XIX
La seule difficulté de cette opération fut la purifi-cation du produit de réaction : des traces d'anhydride
étaient toujours présentes et difficiles à éliminer. Nous y sommes arrivé d'une part par recristallisa-tion du sel de sodium de l'acide et d'autre part en passant
à 1 'acétoxylactone (XXII) correspondante, q.ui, par régénéra-tion, fournit un céto-acide beaucoup plus p\ir. Cette derniè-re méthode nous a été suggérée par les travaux de R.H.MARTIN
(39).
B,- L'acide 2-"benzoyl-l-pyrénoïque : produit de départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène.
1°) Méthode générale la plus directe.
Cette méthode consiste à cycliser l'acide aroyl-aroî-q.ue en quinone. Celle-ci est ensuite transformée en
hydro-carhixre polycyclique aromatique, diméthylé en position "méso", par la réaction de SANDIN et FIESER.
52
-différentes températures, nous ont tous conduit à un échec total. Une expérience seulement, effectuée en présence de chlortire de benzoyle et d'anhydride phtaliq.ue,nous a permis d'isoler des traces de quinone.
(2/0
XXIII
Notons que dans toutes ces expériences, nous n'avons jamais isolé de produits secondaires. Dans certains cas, nous pouvions récupérer partiellement le céto-acide de dé-part. Ce dernier était alors très difficile à purifier : la sublimation seule s'est révélée efficace.
Ces faits expérimentaiix sont donc concluants : l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque (XX) ne cyclise pas ou, disons, très
mal. De plus, cette réticence est due à la struct\rre même
du produit et non pas à une réaction secondaire qui l'empor-terait sur la réaction principale.
Le comportement de ce céto-acide ne nous a cependant
pas étonné outre mesure. Il vérifiait en effet l'hypothèse
émise en 1951 par Cl. DESCAMPS (l) (cf. également page 10 de ce travail).
2°) Méthode détournée d'obtention de la quinone.
D'après J.W. COOK (2), lorsque la cyclisation directe échoue, on peut cependant obtenir la quinone par une voie dé-toTirnée : la réduction du céto-acide par le Zn et la soude
anthrone conduit à la quinone. o H. o (XXIV) -5^ quinone (XXIII)
Nous avons essayé de réduire l'acide 2-benzoyl-l-py-rénbxque (XX) en acide 2-'benzyl-l-pyrénoïque (XXIV), par le Zn et la soude, mais sans succès, La réduction
s'arrête,se-lon toute vraisemblance, au stade hydroxyacide intermédiaire
De plus, la réaction est accompagnée de résinifioation par-tielle. Après acidification, il nous fut impossible de puri fier le produit brut. Ce produit contenait fort probable-ment de la lactone : le test coloré, caractéristique des lac tones ( 4 0 ) , n'était toutefois pas suffisamment net pour en tirer une conclusion définitive.
Cet échec fut à la base des recherches que nous avons entreprises dans la littérature afin de généraliser éventuel lement le comportement à la réduction (Zn + NaOH) des céto-acides du même type (cf. introduction).
3°) Méthode de synthèse de B.M. MIKHAILOV et N.G.
CHERNOVA (22).
déshy 54 déshy
-dratation, l'hydrocarbure polycyclique aromatique, dimétliy-lé en position "méso".
Nous pouvions donc considérer comme possible la syn-thèse du 1',4'-diméthyl~l,2-(2',3'-naphto)pyrène suivant ce schéma o 0 0 XXVI XXVII hydrocarbure final j H CH3 o o 0 XXVIII J
Nous avons effectué la lactonisation de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque en présence de 3,6 et 10 équivalents d'iodure de méthyl-magnésium. Dans chaque cas, nous récupé-rions environ 50 fo de céto-acide de départ. Cet acide de récupération exigeait plusieurs recristallisations avant de pouvoir être recyclé. Le rendement en lactone
recristalli-sée line fois n'a ;)amais dépassé 40 <fo.
De plus, à notre grand étonnement, il noua a été im-possible de réduire la lactone (XXVI) en acide correspondant
55
-Méthodes de réduction essayées sur la lactone : a) Zn amalgamé + HCl (reflux : 24 h. )•
"b) Zn amalgamé + mélange HCl + acide acétique (24 et 48 h,)» o) Zn amalgamé + mélange HCl + acide acétique + toluène (48
et 120 h.) (19).
d) Hydrolyse préalable par les alcalis alcooliques (2 et 12 h.) suivie de la réduction par le Zn activé et la soude
(24 et 48 h.) (31).
Dans toutes ces expériences, nous avons récupéré in-tégralement le produit de départ.
Le test des lactones (40) était nettement positif et, l'analyse étant satisfaisante, il n'y a aucun doute que nous
étions bien en présence de la lactone supposée. Analyse de la lactone (XXVI) :
Calculé : C : 86,16 ic H : 4,63 lo Trouvé : C : 85,55 H : 4,85
A la suite de cette série d'échecs, il noua a fallu abandonner tout espoir d'aboutir à l'hydrocarbure désiré au départ de l'acide 2-benzoyl-l-pyrénoïque,
A l'appui de l'hypothèse émise par Cl, DESOAMPS (1), la synthèse de l'isomère de cet acide, à savoir l'acide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque (XXi), s'imposait.
En effet, le groupement carboxylique étant cette fois fixé à la partie la moins condensée de la molécule, la cycli sation en quinone devait pouvoir se faire facilement.
57
-Rappelons que la réaction de ÎÎIIEDEL et ORAPTS entre le pyrène et l'anhydride phtalique se produit en position - 5 - et non en position -1- .
La littérature mettait à notre disposition diverses méthodes d'obtention de 1'hexahydropyrène symétrique.
Nous avons tout d'abord utilisé la méthode d'hydrogé-nation catalytique de J.M.L. CAMERON, J.W. COOK et W. &RAHAJV1
(9). Ces auteiirs utilisent le chromite de cuivre comme ca-talyseur. Ils opèrent a 100°, sous 130 Atm. (154 Kg) dans l'aloool éthylique. Ils obtiennent 1'hexahydropyrène symé-trique avec de bons rendements, à côté de 1'hexahydropyrène asymétrique (XXXI).
En ce qui nous concerne, nous n'avons obtenu l'hexa-hydropyrène symétrique qu'avec des rendements dérisoires ; la réaction se faisant surtout en faveur de l'isomère asymé-trique, produit que nous avons isolé par l'intermédiaire de son picrate. Nous retrouvions par ailleurs une partie de pyrène inchangé. Le picrate de 1'hexahydropyrène asymétri-que est stable en solution alcooliasymétri-que, celui de 1'hexahydro-pyrène S3miétrique ne l'est pas. Par traitement des eaxrx-mè-res du picrate de 1'hexahydropyrène asymétrique, nous devions donc retrouver l'hydrocarbure qui nous intéressait. Nous
l'avons effectivement isolé, mais avec des rendements aux-quels nous ne pouvions nous attarder.
A la suite de cet échec partiel, notre attention fut retenue par une méthode de réduction chimique relativement simple, mise au point par GrOLDSCHMIEDT (41), recommandée et explicitée par J.W. COOK, C.L. HEWETT et I. HIEGER (6).
Il suffisait d'ajouter à une solution de pyrène dans l'alcool amylique, une quantité déterminée de sodi\jm. Cette fois, nous avons isolé 1'hexahydropyrène symétrique et re-produit les rendements des autevirs.
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-engagé dans tine réaction dé FRIEDEL et CRAPTS avec l'anhy-dride phtaliç[ue.
Alors que J.M.L. OAMERON, J.W. COOK et W. GRAHAM (9) récupèrent dans ch.ac\ine de leurs expériences 50 io d'hydro-carbure inchangé, nous avons réussi, par l'emploi de quanti-tés adéquates de chlorure d'aluminium, à obtenir des rende-ments quantitatifs en acide o-l-(3,4,5,8,9,10-hexahydro)py-rénoyl-benzoïque (XXXII). L'ester éthylique (XXXIII) de ce céto-acide partiellement hydrogéné a été soumis à la déshy-drogénation catalytique par le Pd fixé sur norit (42),
Au cours de cette opération, il y a eu,non seulement aromatisâtion complète du noyau hexahydropyrène, mais encore réduction du groupement cétonique en groupement -CHg- et de plus, saponification de la fonction ester.
Nous avons isolé par ce procédé l'acide o-(l-pyTényl-méthyl)-benzoïque (XXXIV) avec 50 io de rendement i la fonc-tion cétonique étant réduite, notre but n'était pas atteint.
Nous avons alors déshydrogéné l'o-l-(3,4,5,8,9,10-hexahydro-)pyrénoylbenzoate d'éthyle (XXXIII) par le soufre, A ce stade de la synthèse, nous avons rencontré d'énormes
difficultés pour éliminer les composés soufrés du milieu réactionnel brut. Le traitement au Ni de Raney, de la solu-tion benzénique déthiophénée de l'ester déshydrogéné, n'é-tait efficace que lorsqu'il én'é-tait effectué après purifica-tion de cette solupurifica-tion par passage au travers d'une colonne d'alumine : avant cette purification, le traitement au Ni de Raney était inefficace.
De plus, après avoir purifié nos mélanges réactionnels, nous nous sommes heurté à une difficulté supplémentaire : la déshydrogénation laissait une partie de produit inchangé. Nous avons dû isoler 1'o-(l-pyrénoyl)-benzoate.d•éthyle
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-D,- L'acide o~(l--pyrénoyl)-'benzoïq.ue : produit de départ de la synthèse du 1',4'-diméthyl-l,2-(2',3'-naphto)pyrène.
Les essais de cyclisation effectués directement sur l*o-(l-pyrénoyl)-benzoate d'éthyle (XXXV), soit en présence de chlorure de benzoyle additionné de quelques gouttes.d'a-cide sulfurique, soit par le chlorure de benzoyle et l'anhy-dride phtali.que, n'ont donné que des résultats fort peu avantageux. Les rendements en quinone (XXIII) étaient in-férieurs à 20 io. Il y avait formation de produits secondai-res que nous n'avons pas identifiés ; les rendements en pro-duit principal n'étaient pas assez élevés pour nous permet-tre de reproduire ces expériences.
Les expériences relatives à la cyclisation de l'aci-de o-(l-pyrénoyl)-benzoïque (XXI) ont été réalisées dans l'aci-des oonditions expérimentales identiques à celles qui furent ap-pliquées à son isomère (XX), La confrontation des résultats obtenus dans l'un et l'autre cas devenait donc particulière-ment intéressante.
Remarquons d'ailleurs que bien souvent une étude com-parative rigoureuse de la cyclisation d'un couple de céto-acides isomères est exclue, les conditions expérimentales renseignées par la littérature étant trop disparateB, De plus, l'étude des produits secondaires est souvent négligée. Les cyclisations de l'acide o-(l-pyrénoyl)-benzoïque,effec-tuées par le chlorure de benzoyle en présence de quelques gouttes d'acide sulfxirique ne nous ont jamais donné des ren-dements supérieurs à 20 io.
Le produit obtenu était relativement impur j de plus, dans chaque cas, nous isolions un résidu organique impor-tant. Ici encore, nous avons mis en évidence, par chromato-graphie, l'existence de produits secondaires. Nous ne les avons pas identifiés pour les mêmes raisons que précédemment.
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-des rendements de 55 io en quinone (XXIII), Cette fois, les rendements en produit intéressant étant satisfaisants, nous avons reproduit ces expériences afin d'isoler les produits secondaires. La chromâtographie sur alumine a permis de sé-parer successivement un produit jaune (fluoresoeno© jaune vert), dont le point de fusion se situe entre 495 ©t 500°. Nous avons isolé ce produit en trop petite quantité pour en faire l'échantillon analytique.
La chromâtographie donnait ensuite une bande rouge peu fluorescente, correspondant au produit de cyolisation de l'acide o-(l-pyrénoyl)-'benzoïque (XXI) en position 1 du noyau pyrénique. Ce produit a été identifié comme étant la 1»,4'- [(2',5'-naphto)-l,2-pyrène~| quinone (XXIII).
L'hy-drocarbure correspondant étant connu (XXXVI), nous avons ré-duit notre quinone par le Zn et l'acide acétique,dans la py-ridine (45) et nous sommes retombé sur le l,2-(2',3'-naphto) pyrène (Rendement x 10 9^), synthétisé par E. CLAE (46), Les points de fusion de l'hydrocarbure et de son picrate coïnci-daient avec ceux renseignés par l'auteur.
D'autre part, le test de LIEBERMANN (47),appliqué à cette substance, montrait très nettement que nous étions en présence d'une para-quinone. Poursuivant l*élution par un mélange benzène-alcool (90/lO), nous avons isolé en outre, un produit rouille (1 ^) ne manifestant aucune fluorescence aux U.V. Cette substance, douée d'iin faible pouvoir de re-cristallisation, donnait le test de LIEBERMMÎÎ, Nous
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-correspondait une substance jaune ne donnant pas le test des para-quinones. L'analyse était cependant identique à celle de la 1»4'- (2',3'-naphto-)-l,2-pyrèneJ-quinone (XXIII). Selon toute probabilité, nous étions en présence du produit de cyclisation de l'acide o-(l-pyrénoyl)-ben2;oTque (XXI) en position 3- du pyrène.
Les cyclisations effectuées par l'anhydride phtalique et le chlorxire de benzoyle (méthode de R.H, MARTIN (48) nous ont donné des rendements de 70 io en l',4'-|^ (2 ' ,3'-naphto-) pyrènejquinone (XXIII), Comme dans les expériences réali-sées au moyen d'acide phosphorique à 100 nous avons iso-lé, à côté du produit principal, les mêmes produits secon-daires.
Nous avons essayé de réduire la 2,3-benzO'-5,6,7-(2', 12» ,3'-pyréno)-2,6-cycloheptadièn-l,4--dione (XXXVII), en hy-drocarbure, par le Zn et l'acide acétique dans la pyridine
(45).
Vu la petite quantité de dione dont nous disposions, nous n'avons pu effectuer qu'un seul essai de réduction. Par chromâtographie du mélange réactionnel brut, nous avons isolé des traces d'un produit qui était vraisemblablement l'hydrocarbure correspondant : une bande bleue, très fluo-rescente passait en tête.
Passait ensuite un produit jaune, manifestant une forte fluorescence jaune-vert aux U.V. L'analyse nous a permis de conclure que nous étions en présence d'une des deirx cycloheptadiènones possibles (XXXVIII ou XXXIX). Une troisième fraction isolée après élution de la colonne par le mélange benzène-alcool (90/lO) correspondait elle-même à un mélange de plusievirs produits (probablement plusievirs al-cools) qu'il nous fut totalement impossible de séparer.
Nous avons ensuite engagé notre quinone (XXIII) dans
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-réaction en produit pur, furent déplorables, soit environ 5 i". Nous avons mis en évidence deux formes polymorphiq.ues du produit de réaction.. L'une fondait à 173,5^-174,5*' , 1*autre à 184,5-185,5° : ces deux formes ont un spectre identique dans l'ultra-violet (cf. partie expérimentale). De plus, à notre grand étonnement, l'analyse correspondait exactement à l'hydrocarbure monométhylé : le 1 ^-métiiy
1-1,2-(2»3'-naphto)pyrène (XXZX). Analyse : . Pour l'hydrocarbure diméthylé calculé : C : 94,50 5^ H : 5,50 Résultat de l'ana-lyse trouvé : C : 94,88 H t 5,11 Pour l'hydrocarbure monométhylé . . . . calculé : G : 94,90 H : 5,10
Malgré cette analyse excellente, nous tenions à con-firmer ce résultat inattendu : en effet, la littérature ne renseigne aucun exemple où la réaction de SANDIN-PIESER
con-duit à l'hydrocarbure monométhylé, on isole toujours l'hy-drocarbure diméthylé correspondant.
D'autre part, il fallait expliquer dans la mesure du possible, les mauvais rendements de cette réaction.
Rappelons que la réaction de SANDIK-PIESER se fait en plusieurs stades :
1") Transformation de la quinone en diol correspondant, par action de l'iodure de méthyl-magnésium :
H, G. OMgZ
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-2°) Décomposition du milieu réactionnel par un mélange HI-HBr, en présence d'alcool méthylique (à 0°).
(A)-OH,
CH. (B) OHgl (C)
On isole ainsi le dérivé iodonéthylé (C), Suivant &.M. BADGER et R.S. PEARCE (51), ce dérivé s'obtient par l'intermédiaire de (B) : au moment de l'hydrolyse du com-plexe (A), il y a d'une part substitution d'im MgXo- par un I- , d'autre part, déshydratation entre un ~0H et un -OH^, ce qui conduit à l'intermédiaire (B), Ce dernier,par transposition anionotropique en 1-5, donne le dérivé iodo-méthylé- (C).
3°) Réduction du dérivé iodométhylé par le chlorure stan-neux en présence d'acide chlorhydrique, dans le dioxane.
CH.
CHgl CH, I
Pour expliquer nos résultats, il fallait admettre qu'au niveau du stade initial de la réaction de SANDIÏÏ-FIE-SER, une des fonctions cetoniques de la quinone (XXIII) ad-ditionnait normalement l'iodure de méthyl-magnésium, tandis que la seconde fonction était réduite par ce mSme réactif. Nous devions donc avoir un complexe du type (A')
H,Q OMgX
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-Il nous fut possible de confirmer qu'il en était "bien ainsi ; de plus, nous avons montré que cette réaction anormale du réactif de G-RIGNAUD sxir la quinone se faisait avec un rendement qui se situe entre 55 et 63 9^. Pour éta-blir ces faits, nous avons reproduit la réaction de GrRIGrNARD en décomposant cette fois le milieu réactionnel par une so-lution saturée de chlorure d'ammonium. Nous étions à ce stade en présence du diol (XXXXI)
(XXXXI)
Ce produit prenait l'aspect d'iine huile très vis-queuse qu'il nous fut impossible de solidifier. Par ail-leurs, nous récupérions 27 ^ de quinone de départ.
Nous décidâmes alors de réduire ce diol "brut par le chlorure stanneiix, en présence d'acide chl or hydrique, dans l'acide acétique comme solvant (52). Nous avons obtenu le môme hydrocarbure que celui auquel nous aboutissions par la réaction de SANDIN-PIESER, mais, ici encore, avec un très mauvais rendement (3 'fo) »
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-Nous accordons cependant notre préférence à la struc-ture (XXXXIII) ; en effet, la fonction alcool tertiaire était vraisemblablement plus facile à réduire q.ue la fonc-tion alcool secondaire.
£onclu£i_on_s ;
1°) Ces expériences apportent un argiament très sé-rieux en faveur de l'obtention paradoxale de l'hydrocarbure monométhylé (XXXX), par la réaction de SANDIN-PIESER effec-tuée sur la quinone (XXIII).
2°) Nous avons mis en évidence la réticence anormale de l'alcool (XXXXII ou XXXXIII) à la déshydratation. En d'autres termes, ces résultats vérifient,une fois de plus, qu'il est malaisé de passer de la structure dihydrotétracé-nique à la structure purement aromatique correspondante. Ce fait a déjà été observé : (25) et (9).
Ce passage d'une structure à l'autre étant difficile, on pourrait lui imputer les mauvais rendements obtenus dans la réaction de SAWDIR-FIESER : la transposition anionoïque en 1-5 ne se ferait que très imparfaitement.
Simultanément nous avions soumis l'hydrocarbure fi-nal à l'action du tétraacétate de plomb (53) dans l'acide
acétique. Suivant que nous étions en présence de l'un ou l'autre des deux hydrocarbures possibles, nous devions ob-tenir le dérivé mono- ou diacétoxyméthyl correspondant
