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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Hebbelynck, M. (1949). Contribution à l'étude de la N-chlorosuccinimide (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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Faculté des Sciences

Service de Chimie Organique

Contribution à l'Etude

de la

N-Chlorosuccinimide

Thèse présentée pour l'obtention du grade de Docteur en Sciences Chimiques

1949

HEBBELYNCK Marcel

nous prodiguer Monsieur le Professeur Martin, de même qu'à l'élan enthousiaste qu'il nous a insufflé, que nous avons pu mener ce travail à bonne fin ,

Nous le prions de bien vouloir trouver ici l'ex­ pression de toute notre gratitude et de notre profonde admiration .

C'est avec grande joie que nous remercions égale­ ment Monsieur De Graef dont la très grande expérience fut pour nous d'un secours quotidien ,

Nous tenons spécialement à associer à ces remercie­ ments Monsieur le Professeur Goldfinger qui a porté un grand intérêt à notre travail et qui nous a fait largement profiter de ses connaissances ,

page

ABREVIATIONS 1

I. RESUME . 2

II. HISTORIQUE . 4

III. REACTIONS DES DERIVES N-HALOOENES . 8

Introduction 8

1. Substitution allylique 8

2. Substitution dans un noyau à caractère aromatique 13

3. Oxydation des alcools 14

4. Réactions sur les amines et leurs dérivés 17

5. Réactions d'addition sur les liaisons

éthyléniques 20

6. Réactions particulières 26

IV. DESCRIPTION DU TRAVAIL . 28

Résumé 28

1. Chlorurations du cyclohexène et du

crotonate de méthyle 32

2. Chlorurations du toluène et d'autres compo­

sés aromatiques possédant im groupement alkyle 35

a. Toluène 35 b. Méthylnaphtalènes 39 c. Xylènes 40 d. 2,3-Diméthylnaphtalène 44 e. Ethylbenzène 47 f. Para-nitrotoluène 47

3. Oxydation des alcools aromatiques 49

A, Alcools primaires 50

a. Alcool benzylique 50

b. o( - et -Naphtylcarbinols 52

c. Toiylcarbinols 53

page

B. Alcools secondaires 55

a. Benzhydrol 55

"b. N-butylphényloarbinol 55

c. Méthylstyrylcarbinol 56

C. Alcool tertiaire - le triphénylcarbinol 56

4. Action, sur la benzylamine 57

5. Chloruration du chlorure de benzyle 58

6. Chloruration du benzaldéhyde 59

V. MECANISMES DES REACTIONS . 62

Introduction 62

1. Substitution allylique 63

. a. Sur les oléfines 63

b. Sur les dérivés aromatiques alkylés 66

c. Sur les cétones 68

2. Substitution dans les noyaux aromatiques 68

3. Oxydation des alcools 68

4. Additions sur la double liaison éthylénique 70

a. Addition exclusive de brome 70

b. Addition complète de la molécule N-halogénée 72

c. Addition en présence d’un solvant polaire 73

VI. PiiRTIE EXPERIMENTALE . 74

Introduction 74

N-chlorosuccinimide 74

Solvants 74

I. Chloruration du cyclohexène 75

II. Chloruration du crotonate de méthyle 80

III. Chloruration du toluène 82

IV. Chloruration des - et (3 -méthylnaphtalènes 90

V. Chloruration des xylènes 91

VI. Chloruration et bromuration du

2,3-diméthylnaphtalène 95

VII. Chloruration de l’éthylbenzène 100

page

IX, Oxydation de l'alcool ‘benzyliq.ue 102

X. Oxydation des c4 - et (3 -naphtylcarbinols 107

XI. Oxydation des o-, m- et p-tolylcarbinols 109

XII. Oxydation de 1' , <À '-o-xylènediol 112

XIII, Oxydation du benzhydrol 114

XIV. Oxydation du n-butylphénylcarbinol 115

XV. Essai d'oxydation du méthylstyrylcarbinol ll6

XVI, Action de la N-ohlorosucciniiiiide sur le

triphénylcarbinol 117

XVII, Action de la N-chlorosuccinimide sur la

benzylamine 118

XVIII, Chloruration du chlorure de benzyle 120

XIX. Chloruration du benzaldéhyde 121

XX, Action de la N-chlorosuccinimide sur

l'acétal diéthylique du benzaldéhyde 122

XXI. Action de la N-chlorosuccinimide sur

l'éther-oxyde éthylbenzylique 123

VII. TABLEAUX . 124

+

ABREVIATIONS. ANBr N - Bromacétaoiide . BzgOg D.N.P. Expérience N° 1 PNBr SNBr SNCl Peroxyde de "benzoyle ,

Solution alcoolique de sulfate de 2,4 - dinitrophénylhydrazine .

Les proportions, conditions et résul­ tats sont indiqués dans les tableaux à la fin du volume . Les numéros si­ gnalés dans le texte correspondent à

ceux des expériences groupées dans les différents tableaux ,

N - bromophtalimide . N - bromosuccinimide . N - chlorosuccinimide ,

U.V. (rayons) Ils sont produits par une lampe

•' Philora " ( Philips ) dont on a ôté l'enveloppe de verre externe . Wood ( lampe de ) Lampe " Philora " (Philips) dans

une enveloppe - filtre de Wood ,

+

I. RESUME.

Nous avons étudié le comportement de la N-chlorosucci- nimide vis-à-vis de différents types de substances .

I) L’action de la N-chlorosuccinimide sur le cyclohexène

n'a donné qu'un peu de 3-c^loro-l-cyclohexène et du 1,2- diohlorocyclohexane .

II) Par contre, la N-chlorosuccinimide a réagi sur le

toluène et nous a permis d'obtenir le chlorure de benzyle avec d'excellents rendements et de récupérer la auocinimide quantitativement ,

Nous avons étudié systématiquement l'action de divers catalyseurs et de quelques solvants sur cette réaction . Les chlorurations les plus rapides ont été catalysées par les rayons U.V., en présence d'acide acétique ou de triméthyl- carbinol ,

Nous avons pu inhiber cette réaction dans certains cas, par addition de faibles quantités d'hydroquinone , Cette

inhibition constitue à notre avis un indice très sérieux en faveur d'un mécanisme en chaîne par radicaux libres .

Nous avons appliqué le même procédé :

1°) à la monochloruration des oC - et (5 -méthylnaphtalènes, des O-, m- et p-xylènes, de l'éthylbenzène et du chlorure de benzyle j

2°) à la dichloruration des o-, m- et p-xylènes et du 2,3- diméthylnaphtalène ,

III) D'autre part, nous avons oxydé divers alcools aromatiques au moyen de la N-chlorosuccinimide . Les aldé­

hydes et les cétones obtenus ont été dosés sous forme de 2,4-dinitrophénylhydra25one .

Nous avons étudié les alcools suivants ;

primaires : alcool henzylique, - et (b -naphtylcarhinols,

O-, m- et p-tolylcarhinols et , c4 '-o-xylènediol.

secondaires t henzhydrol, n-hutylphénylcarhinol et méthylstyrylcarbinol ,

tertiaires : le triphénylcarhinol ne réagit pas ,

rV) Par action de la N-chlorosuccinimide sur la hen- zylamine, nous avons obtenu, après hydrolyse, le benzaldéhyde et le benzonitrile ,

V) Ce dérivé N-halogéné nous a finalement permis de préparer le chlorure de benzoyle par chloruration du benzal­ déhyde ,

VI) Mentionnons pour terminer quelques essais en vue d'étudier le comportement de la N-chlorosuccinimide sur l'aoé- tal diéthylique du benzaldéhyde et sur l'éther-oxyde éthyl- benzylique ,

+

II. HISTORIQUE.

Ce n'est que depuis quelques années que les chimistes ont tiré profit de l'immense potentiel de réactivité des dé­ rivés organiques N-halogénés , Cependant, en remontant aux origines de ces composés, nous apprenons que les plus utili­ sés à l’heure actuelle, soit la N-bromosuccinimide, la N-bro- macétamide et la N-chlorosuoctinimide, sont connus depuis plus d'un demi-siècle .

En 1882, SELIWANOW signalait l'oxydation des alcools primaires et secondaires par la N-chlorosuccinimide, sans men­ tionner aucun produit formé au cours de ces réactions . Le triméthyl carbinol avait retenu l'attention de cet auteur par sa complète indifférence vis-à-vis de cette substance, aussi préconisa-t-il l'usage de ce réactif pour différencier les alcools primaires et secondaires des carbinols tertiaires .

Plus tard, CHATTAWAY et ORTON étudièrent sommairement ce type de réaction . Faisant réagir un N-bromanilide sur l'alcool éthylique, ils Isolèrent, après réaction, du bromure d'éthyle, de l'acétaldéhyde et de l'acétate d'éthyle, tandis que l'anilide s'était reformé . ( Cette réaction est indiquée comme propre à cette classe de composés, sans qu'aucun d'eux ne soit particulièrement mentionné ) . Ils expliquaient la présence d'aldéhyde acétique dans les produits finaux, par la formation intermédiaire et hypothétique d'hypobromite d'éthyle instable ( CgH^OBr ) perdant spontanément de l'acide bromhy- drique .

Dans un même ordre d'idées, LIEBIG LIEBEN et.

1) Th. Seliwanow : Ber. 3^19 (1882) .

2) P.D. Chattaway et K.J.P. Orton ; Ber. 32, 3575 (1899) 3) J. Liebig : Ann. 1, 182 (1832)

plusieurs années après eux, PRITSCH avaient étudié l'action du chlore gazeux sur l'alcool éthylique . La complexité de la réaction et la multiplicité des produits obtenus ne leur permi­ rent pas de donner une explication complète du processus chi­ mique ,

Après avoir isolé plusieurs esters de l'acide hypochlo­ reux, CHATTAWAY et BACKEBERG- éclaircirent, en 1924, plusieurs points demeurés obscurs jusqu'alors , Ils proposaient enfin un schéma réactionnel expliquant la formation préliminaire d'acétaldéhyde et secondaire de nombreuses autres substances isolées dans cette réaction ,

Signalons encore les études de GOLDBERG et de

SANDMEYER sur les hypochlorites de méthyle et d'éthyle et celles de TAYLOR, MAC MÜLLIN et GAMMAL qui étudièrent l'o­ xydation d'alcool benzylique en benzaldéhyde à l'aide d'acide hypochloreux ,

A côté de cette action oxydante, WOHL observait en

1919, le pouvoir d'halogénation de la N-bromacétamide , Fait

remarquable, il réalisait, à l'aide de ce réactif, le rempla­ cement d'un hydrogène fixé sur le carbone situé en o<C d'une double liaison éthylénique, par un atome de brome . La subs­ titution connue à l'heure actuelle sous le nom de " réaction de WOHL - ZIEGLER ", venait d'être faite pour la première fois e Cette réelle découverte tomba cependant dans l'oubli durant une vingtaine d'années, probablement à cause de l'aspect

5) P. Pritsch : Ann. 279. 288 (1894)

6) P.D.Chattaway et O.G, Backeberg : J. Chem. Soc. 123, 2999

(1923) J. Chem. Soc. 125, 1097 (1924) 7) R.Schmitt et A. Goldberg : J. pr. Ch. (2), 1^,393 (1879) A. Goldberg : J. pr. Ch. (2), 24, 97 (1881) 8) T. Sandmeyer : Ber. 13, 1767 (1885) Ber. 19, 857 (1886)

9) M.C. Taylor, R.B. Mac Mullin et C,A. Gammal i J. Am. Chem. Soc. £7, 397 (1925)

10) A. Wohl : Ber. 51 (I9I9)

très théorique des publications de l’auteur .

Précédant le nouvel essor donné à cette réaction, l’étu­ de de la substitution allylique d’oléfines à chaîne ouverte, par le chlore et le brome à température élevée, fut entreprise aux Etats-Unis

En 1942, au cours de recherches sur la synthèse de la cantharidine, ZIEGIER se trouva à nouveau en présence du problè­ me de la substitution allylique . En vue de résoudre cette question, il entreprit avec ses collaborateurs une étude extensive des dérivés N-halogénés susceptibles de donner la réaction désirée . Après avoir fait réagir la N-bromosuocini- mide sur un grand nombre de composés non-saturés, ils constatè­ rent que la possibilité réactionnelle de cette substance était supérieure à celle des autres corps essayés , De plus, l'em­ ploi d’un solvant inerte s’avérant indispensable, ils préconi­ sèrent le tétrachlorure de carbone dans lequel la succinimide formée durant la réaction et son dérivé N-bromé sont pratique­ ment insolubles .

Cette publication attira immédiatement l’attention de nombreux chimistes et la N-bromosucciniraide devint, en un temps record,’un agent d'halogénation classique . En quelques années, ce sujet devenait l’objet d’une littérature abondante ,

Cependant, si l’on excepte les catalyseurs ( peroxyde de ben-

zoyle lumière artificielle et certaines substances mi­

nérales ) et quelques solvants nouveaux, on constate que peu d’efforts ont été produits depuis, en vue d'étendre le champ de réactivité des composés N-halogénés , Même en ce qui

11) J. Burgin, W. Engs, H.P.A. Groll et G. Hearne ; Ind. Eng. Chem. 1413 (1939) .

H.P.A. Groll et G. Hearne: Ind.Eng.Chem. 1530 (1939) .

12) K, Ziegler, A. Spath, E. Schaaf, W- Schumann et E, Winkelmann : Ann. 551, 80 (1942) .

13) He Schmid et P. Karrer ; Helv. Chim, Acta, 573 (1946).

14) 0, Meystre, 1. Ehmann, R. Neher et K, Miesoher :

Helv. Chim. Acta, 1252 (1945) .

concerne les réactions les plus usitées, les tentatives faites pour augmenter la vitesse réactionnelle se limitent à quelques essais .

Monsieur le Professeur ReH, Martin a Tsien voulu nous suggérer de reprendre l'étude de la substitution allylique à l'aide de la N-chlorosuccinimide ,

En effet, si ZIEGLER avait donné une solution 'brillante

au problème de la bromuration en position o{ d'ime double

liaison, cet auteur devait cependant reconnaître que "d'une manière générale, la chloruration en position allylique n'est pas aisée" ,

Plus tard, SCHMID et KARRER ayant catalysé les réac­ tions de la N-bromosuccinimide par l'addition de peroxyde de ben25oyle, nous avions espéré obtenir un résultat similaire dans les chlorurations allyliques „

Cet espoir ne devint que partiellement réalité . En ef­ fet, dans l'étude de la substitution du cyclohexène par la N- chlorosuccinimide, nous avons rencontré de grandes difficultés dans l'isolement des produits de réaction . Ces derniers ayant une tendance très marquée à la polymérisation, nous nous sommes alors tournés vers le toluène .

Bien qu'il se différencie nettement d'une oléfine, cet hydrocarbure s'y apparente cependant par son groupe méthyle situé en position o( du système de doubles liaisons conjuguées du benzène . En outre le produit de substitution chloré of­ frait l'avantage d'être relativement stable dans ce cas .

Les essais ayant donné des résultats positifs, nous avons poursuivi par l'étude de nombreuses substitutions sur les al- kyles-benzènes, ce qui nous conduisit finalement, par modifi­ cations du groupe méthyle, à étudier l'action des dérivés N- halogénés sur les alcools ai’omatiques et leurs dérivés ,

Ici s'ouvre un nouveau champ d'investigations, pratique­ ment inconnu avant notre travail „

III. REACTIONS DES DERIVES N - HALOGENES .

Introduction .

Avant de procéder à la description générale de notre travail, nous avons voulu donner, dans le présent chapitre, un court aperçu sur les réactions des dérivés N~halogénés , Aucime synthèse hihliographique, si ce n'est celle de

DJERASSI sur la réaction de WOHL - ZIEGLER, n’ayant paru jusqu’à ce jour, il nous a semblé intéressant d’orienter cette description en fonction de la nature de la substance réagissante .

Nous examinerons donc successivement les points suivants; 1. la substitution allylique ;

2. la substitution dans un noyau à caractère aromatique j 3. l’oxydation des alcools ;

4. les réactions sur les amines et leurs dérivés ;

5. les réactions d’addition sur les liaisons éthyléniques ; 6. les réactions particulières .

1. Substitution allylique

En 1919» WOHL utilisant la N-broraacétamide, réalise

la substitution du 2,3- diméthyl-2-butène (l) j

16) C, Djerassi ; Chem. Rev. 271 (1948) ,

OH,. /CH^ BrCH„. /CH.

= O ^ + CH.CONHBr____^ ^ C = C ^ + CH.CONH.

CH^/ ^ CH^/ \CH^ ^

I

Plus tard, dans une étude sur les composés diazoîques, WATERS a montré la possibilité d'obtenir des dérivés subs­ titués en d.u cyclohexène, par action de l'acétate et du chlorure de benzènediazoniura sur cette oléfine *

Q

En 1942, faisant réagir la N-bromosuccinimide sur un large excès de cyclohexène (il), ZIEGLER obtient, par une réaction rapide de 3-l3romo-l-cyclohexène (lll) avec un rende­ ment de 87 la succinimide étant récupérée à peu près quan­ titativement , Par contre, la bromuration du 3-tiromo-1-cyclo­ hexène s'effectue beaucoup moins aisément et les rendements sont nettement inférieurs, tandis que la dibromuration directe du cyclohexène est encore moins satisfaisante .

L'arrachement d'acide bromhydrique ou dérivé monobromé (III) par la collidine donne le 1,3-cyclohexadiène (IV) ( rendement t 70 - 80 /O .

Br OCOCHj

En outre, la littératuré contient de très nombreux exem­ ples de bromurations d'hydrocarbures polyéthyléniques .

ZIEGLBR et ses collaborateurs ont étendu ce type de réac­ tion à d'autres dérivés non saturés . C'est ainsi que le cro- tonate de méthyle (V) se laisse bromer avec d'excellents rende­ ments :

CHo - CH = CH - COOCHo --- BrCH, - CH = CH - COOCHo .

^ y ^ SNBr ‘ ^

Se basant sur une analogie de structure entre les alky- les-benzènes et les oléfines, BUIT-HOI a essayé la bromura­ tion du toluène au moyen de N-bromosuccinimide, en vue d'obtenir le bromure de benzyle (VI) . Fait curieux, alors que BREDT et HOF obtenaient facilement cette substance par action de la

••

N-bromophtalimide sur le toluène, l'essai tenté par BUU-HOI s'avérait négatif ,

L'année suivante SCHMID et KARRER reprenant les es­

sais de ce dernier auteur, catalysaient la réaction par le pero­ xyde de benzoyle et obtenaient le composé bromé en chaîne laté­

rale avec un rendement de 64 :

VI

Utilisant cette propriété et les premiers résultats de

CAMPAIGNE et LE SUER DITTMER, MARTIN, HERZ et CRISTOL

entreprirent récemment l'étude de l'influence du peroxyde de benzoyle sur la substitution des 2- et 3-niéthylthiophènes par

la N-bromosuccinimide . Les résultats obtenus par ces auteurs sont résumés dans le tableau suivant ;

18) Ng. Ph. Buu-Hoî : Ann. 1 (1944)

19) J. Bredt et H.Hof ; Ber. ^3, 23 U900)

20) E. Campaigne et W.Me Le Suer: J. Am. Chem.. Soc. 7j0,1555 (1948) 21) K. Dittmer, R.P, Martin, Herz et S.J, Cristol :

Ces expériences étayèrent la suggestion émise par ces

chercheurs i " The results of Schmid and Karrer in the catalytic

Une autre comparaison intéressante nous est fournie par la réactivité de la N-tromosuccinimide vis-à-vis de 1’ -éthyl-

naphtalène et de 1'aoénaphtène substances de structu­

res relativement proches . Alors que le premier de ces deux composés réagit facilement en l'absence de peroxyde pour donner 1* o<( -vinylnap ht alêne (VII), par décomposition thermique du dérivé monobromé instable, l'autre conduit à une substitution dans le noyau (VIII) , Cependant, l'acénaphtylêne (IX) peut- être obtenu en catalysant la bromuration par le peroxyde de

benzoyle .

-CHj

^ NBr

22) Ng.Ph. Buu-Hoî et J. Lecocq : J. Chem. Soc. 830 (1946) 23) Mo\isseron,Manon et Winternitz; Bull.Soc.Chim.France, 759

(1947)

Parmi leurs essais faits en vue d’étendre le champ de réactivité de la N-bromosuccinimide, SCHMID et KARRER men­ tionnent encore la substitution d'un atome d'hydrogène activé par un groupe carbonyle . Ils obtiennent ainsi, à partir de

oyolohexanone, le dérivé correspondant bromé en (X) i

X

2. Substitution dans un noyau à caractère aromatique

Nous avons déjà signalé les exemples de bromuration nucléaire des méthylthiophènes .

En considérant la nature de la substance bromée, on peut ramener ces substitutions à deux groupes ,

a) Hydrocarbures aromatiques non substitués ,

En employant à côté de la N-bromosuccinimide des quan­ tités équimoléculaires de certains chlorures métalliques ou

25 ')

d'acide sulfurique, SCHMID a pu réaliser la bromuration du benzène .

Mais, indépendamment de cette réaction d'un type parti­ culier, il est aisé d'introduire un atome de brome dans le noyau de certains hydrocarbures polycycliques aromatiques , C'est ainsi que BUU-HOI a préparé le 9-bromophénanthrène

(XI), en l'absence de catalyseurs, à partir de l'hydrocarbure correspondant ( rendement : 46 ^ ) ;

"b) Hydrocarbures aromatique b substitués .

La substitution du brome a généralement lieu en para par rapport au premier substituant . Quelquefois, elle se produit en ortho, par exemple dans le cas des éthers du - naphtol ,

Dans ce groupe, de nombreux éthers ont été étudiés par BUU-HOÏ .

Signalons toutefois que dès I9I9, WOHL mentionnait

la préparation de p-bromanisole par action de la N-broma-

cétamide sur l'anisole avec un rendement de 75 .

3. Oxydation des alcools .

Dès 1882, SELIWANOW signalait l'oxydation des alcools par la N-chlorosuccinimide , Les carbinols tertiaires restant inertes vis-à-vis de ce réactif, l'auteur proposait ce procédé pour la caractérisation de la nature des alcools . Toutefois, ces résultats demeuraient assez vagues et retenaient fort peu l'attention par le fait qu'aucun produit réactionnel n'était mentionné .

Il nous a semblé intéressant d'établir un parallèle

même procédé . L'alcool est dissous dans une solution concen­ trée de soude caustique , Ensuite, opérant à 0°, à l'obscuri­ té, on fait passer un courant de chlore dans la solution , Les hypochlorites organiques surnagent et sont séparés par décantation ,

Les esters hypochloreux des carbinols primaires et secondaires sont très instables . Exposés en pleine lumière ils explosent avec production d'une flamme . Même à l'obscu­ rité, à température ordinaire, la décomposition exothermique est rapide . Les hypochlorites tertiaires, par contre, sont remarquablement stables et peuvent être distillés et conservés plusieurs mois à l'obscurité sans subir de décomposition appré­

ciable .

Les esters des alcools primaires (a) et secondaires (b), décomposés lentement, fournissent comme produits principaux respectivement des aldéhydes et des cétones, tandis que les hypochlorites tertiaires (c), chauffés suffisamment ou exposés au soleil, donnent naissance à des cétones suivant un processus

ECHO + HCl

R2CO + HCl

R2CO + RCl

Comme nous le verrons plus loin, la N-chlorosuccinimide réagit avec les carbinols primaires et secondaires pour donner respectivement des aldéhydes et des cétones . Par contre, il y a opposition entre 1'hypochlorite alcalin et la N-ohlorosuc- cinimide, ce dernier réactif n'ayant aucune action sur les alcools tertiaires ,

SELIWANOW signalait l'importance de l'eau dans cette action oxydante de la N-chlorosuccinimide et avait tendance à considérer sa présence indispensable pour provoquer une oxyda­ tion . Il attribuait cette action à la formation d'acide hsrpo-légèrement différent ?

(a) RCH2OCI _

(b) R2CHOCI _

chloreux et appuyait cette thèse par une série d’essais , Reprenant cette étude, TSCHERNIAC montra que l’interpré­ tation de SELIWANOW était erronée et que la N-chlorosuooini- mide possédait un pouvoir oxydant propre .

Mentionnons encore l'action d’un N-hromanilide sur 1’alcool éthylique, étudiée par CHATTAWAY et ORTON j

R - C0\ R - CO.

, N - Br + CH, - CIUOH--- , N - H + CH,-CH,OBr

R^ 3 2 3 2

CH^ - CHgOBr --- =>- CH^CHO + H Br .

La présence de bromure d’éthyle et d’acétate d’éthyle, provenant probablement de réactions secondaires, est éga­

lement signalée . ^

Un autre cas isolé est indiqué dans l'article de BREDT et HOP qui expliquent l'action de la N-bromophta- limide sur l'alcool éthylique par la formation hypothétique d'ester hypobromeux .

Postérieurement à notre note GROB et SCHMID

signalent avoir étudié l'effet d'une série de dérivés N-ha- logénés sur les alcools . Ils concluent à la supériorité de la N-chlorosuccinimide sur les autres substances essayées .

Enfin, dans une communication privée, le Professeur Pieser nous a mis au courant de certains travaux poursuivis actuellement dans ses laboratoires sur l’oxydation sélective de fonctions alcools des stérols .

Ces réactions sont réalisées au moyen de la N-bromo- succinimide, en présence d'eau, à la température de 25° • Un des cas les plus intéressants nous paraît être celui de

l'oxydation du cholestane-3 » 5 o( » 6 -triol. (XII) en cholestane -3 P » 5 -diol-6-one (XIII) (rendement • 94 ^):

26) J. Tscherniac : Ber. 4214 (1901)

XII XIII

4. Réactions sur les amines et leurs dérivés .

La grande réactivité des composés N-halogénés tels que le N-ohloracétanilide, la N-tromacétamide et les ohlorosul- phonamides, a été mise en évidence par le fait que ces corps décomposent l'hydrate d'hydrazine à froid avec mise en liberté quantitative d'azote ,

HIRST et MACBETH attribuent la mobilité de l'atome d'halogène de ces substances au groupe darbonyle ou sulphonyle adjacent et ils écrivent notamment :

" It is to be expected that if the reaction is connected

with the polarity of the oxygen atoms in the carbonyl groupe, the introduction of a second carbonyl group in the - posi­ tion to the nitrogen atom would increase the reactivity of the halogen Les auteurs vérifient d'ailleurs immédiatement cette hypothèse par la décomposition explosive de l'hydrate d'hydrazine par les N-bromo et N-chlorosuccinimides .

CH^ - C0\ CH« - CO.

2 I M + NH^ - HH,---^ 2 1^ NH + N, + 2 HX.

CH2 - CO^ ^ ^ CH2 - CO^ ^

En 1946, après avoir essayé différents agents tel le chlore, CRANE et ses collaborateurs ont obtenu les meil­ leurs résultats dans la désalkylation des amines tertiaires

en employant les N-chloroimides . Par action du N, 2', 4’i

6'-tétrachlorobenzanilide (XIV) sur la méthyldi-2-(chloroé-

thyl) amine (XV) ils préparent la base secondaire t

la di-2-(chloroéthyl) amine (XVI) , La déméthylation procède par l'^ intermédiaire d'une o( -chloruration dont le produit est hydrolyse avec mise en liberté de formaldéhyde et d'aci­ de chlorhydrique . Cl H /CH.-CH.Cl + HoCN ^ ^ ^ ^CHg-CHgCl XV .CH^-OH^Cl + C1H«CN^ ^ ^ XÎHg-CHgCl /CH^ - CH.Cl CH^Cl-N + H.O ^ ^CHg - CH Cl .CH^- CHoCl ^ HCOH + HCl + HN ^CH2- CH^Cl XVI

Parallèlement à la substitution du chlore en cx( , se produit

une chloruration en position Ç) . Se basant sur la vitesse

de décomposition dans l'eau des deux types de composés ainsi obtenus ( rapide poirr les o<( -chlorés - lente pour les ^- ), les auteurs ont pu doser la répartition de l'halogène dans les composés intermédiaires ,

Il est à noter que ces auteurs ne mentionnent pas avoir fait usage de la N-chlorosuccinimide dans ce genre de réaction.

Se basant sur ces résultats, COSGROVE et WATERS ont essayé la désalkylation d'un certain nombre d'amines tertiai­ res cycliques et autres au moyen du N, 2', 4', 6'-tétrachloro- benzanilide et de la N-bromosuccinimide . Les résultats ob­ tenus n'ont pas répondu à leur attente . En effet, le taux 30) C.W. Crâne, J. Porrest, 0. Stephenson et W.A. Weters :

J. Chem, Soc. 82? (1946)

de déméthylation n'a pas dépassé 1-2 ’fo, et, jamais l'amine secondaire n'a pu être isolée . Par contre, se produisit "une "halogénation facile, extensive et non sélective par rapport à la position dans la molécule", les composés ainsi formés perdaient souvent de l'hydracide halogéné pour donner nais­

sance à des cycles à caractère aromatique .

Il nous paraît intéressant d'établir xm rapprochement entre les travaux de COSGROVE et WATERS sur la déméthylation

de la N-diméthylaniline (XVII) et ceux de BUU-hOI étu­

diant la bromuration de cette même amine .

Les auteurs anglais renseignent pour la déméthylation réalisée :

a) à l'aide du N, 2', 4-', 6'-tétrachloroben25anilide, \in rendement de 62 ^ ( évalué d’après la quantité de formal­ déhyde obtenue lors de l'hydrolyse ) ;

b) au moyen de la N-bromosuocinimide dans le trétraohlo- rure de carbone, pourcentage appréciable de formaldéhyde" j

/V

D'autre part, BUU-HOI préparait, par action de la N- bromosuccinimide sur cette base en présence du même solvant,

la pnra-bromo-N-diméthylaniline avec un rendement de 7I ^ I

Ce même auteur obtenait, par action de la N-bromo-suoci- nimide sur 1'acétanilide, le dérivé bromé en para (XIX) aveo un rendement quantitatif . Dans le cas présent, la formation

initiale du N-bromacétanilide (XVIII), suivie de la transposi­

tion du brome en para, semble probable 1

-N-COCH^ “sNb" - -<^'~^N-CQCH^

MOUSSERON et ses collaborateurs observent une réaction violente entre l'aniline et la N-bromosuccinimide . La substitution a lieu en ortho-para et ils obtiennent la 2,4 dibrotnaniline .

Pour terminer, signalons enfin l'intéressant travail exécuté par PIALA sur l'action de la N-chlorosuocinitnide vis-à-vis de la benzylphénylamine . L'identification des produits d’hydrolyse ( benzaldéhyde, benzanilide et 4’ - chlorobenzanilide ) a permis de conclure à la substitution de chlore sur l'atome d'azote, sur le groupe méthylène et même dans le noyau benzénique rattaché à l'atome d'azote ,

5. Réactions d'addition sur les liaisons éthyléniques.

Ces réactions sont de trois types . Le premier conduit à des dérivés dibromés saturés . Le second donne im composé saturé ayant additionné sur l'un des atomes de carbone de la liaison éthylénique l'atome d'nalogène et sur l'autre le reste de la molécule du réactif N-halogéné . Enfin le der­ nier type fournit une substance halogénée dans la structure de laquelle on retrouve une partie de la molécule du solvant ,

a) Addition exclusive de brome .

En faisant réagir la N-bromosuccinimide sur le cyclo- hexène dans le benzène en présence de peroxyde, HOWTON

de même que FARMER et SHIPLEY a observé la présence de

32) M. Mousseron , P. Winternitz et G-. Manon : Bull, Soc.Chim, France, 953 (1947) ,

33) F. Fiala : " Contribution à l'étude de la chloruration des amines secondaires par la N-chlorosuccinimide " , Mémoire présenté à la Faculté des Sciences de l'Universi­

té ^Libre de Bruxelles pour l'obtention du grade de Licen­ cié en Sciences Chimiques (septembre 1949)

34) D.R, Howton : J. Am. Chem. Soc. 69, 2060 (1947)

1,2-dil)romocyclohexane (XX) parmi les produits réactionnels t H ■Br S«Br + peroxyde XX 'H Br

Ce même auteur n'obtient que des traces de 3-l3i*omo- l-cyclobutène dans la bromuration du cyclobutène par la

N-bromosuccinimide, le produit principal étant le 1,2-dibro- mocyclobutane (XXI) * H SNBr + BZgOg •Br XXIBr

Récemment, BUCKLES a montré la possibilité d'addi­ tionner du brome sur la liaison éthylénique et même sur une liaison acétylénique, au moyen de N-bromacétamide . Il opère dans le chloroforme ou dans le tétrachlorure de carbone et catalyse la réaction, simplement par chauffage, ou encore par les rayons U„V,

Signalons enfin l'addition de brome obtenue dans les réactions de la N-bromosuccinimide sur les oléfines, en pré­ sence de certains sels tels que le bromure et l'iodure de tétraéthylammonium, ou le bromhydrate de triéthylamine .

b. Addition complète de la molécule N~halogénée .

En 1924, COLEMAN et ses collaborateurs signalent la réaction du trichlorure d'azote sur la double liaison G = C , Bien que cette réaction conduise, en ordre principal, au déri­ vé dichloré saturé, on observe également, parmi les produits réactionnels, un composé d'addition ayant fixé la totalité de 36) E.R.Buchman et D.R. Howton: J.Am.Chem. Soc.70, 3510 (1948) 37) R.E.Buckles : J. Am. Chem. Soc. 211, 1157 (1949)

38) E.A. Braude et E.S.Waight : Nature, 164, 241 (1949)

39) G.H.Coleman et H.P.Howells: J.Am.Chem. Soc.45, 3084 (1923) G,H.Coleman et D,Craig: J.Am.Chem. Soc. 50,~T8l6 (1928) G,H,Coleman,G,M, Mullins et E.Pickering : J.Am.Chem.Soc.

la molécule de trichlorure d'azote ;

)C = + NC1_--- et /G - CC

^ 3 '^11 ^11

Cl Cl N Cl

CI2

Plus tard, POLDI montra la possibilité d'addition­ ner la totalité de la molécule N-halogénée à la liaison

éthylénique ;

= CC + Br - nC --- ^ - CC

Br nC

Cet auteur mentionne cependant une exception qui doit être rapprochée de la difficulté rencontrée par GROB et SCHMID dans l'oxydation de l'alcool cinnamique au moyen de la N-chlorosuccinimide . En effet, POLDI signale que l'ad­ dition de la N-bromo-N-méthylbenzènesulfonamide (XXII) sur la double liaison de ce carbinol est d'un type différent j

-CH Br. Il + 2 ^NSO^C^Hc -CH CH^ 2 6 5 -CHBr -CHBr XXII CH^ -CH-îrSOgCgH^ -CH-pOgCgH^ CH^

le bromure d'allyle et l'alcool correspondant réagissent d'une manière analogue et les recherches réalisées sur les produits réactionnels ne révèlent plus de composé d'addition du premier type ,

En 1939, KHARASCH et PRIESTLEY publièrent un

tra-• tra-•

vail dans lequel ils étendaient la réaction de POLDI à un grand nombre d'oléfines . Ils signalèrent notamment, en op­ position à l'addition du dérivé N-monobromé, de la benzène-

suif onamide, la réaction particulière du dérivé N-dibromé s

40) L. Poldi ; Ber. 6^, 2257 (1930)

41) M.S, Kharasch et H.Mo Priestley : J. Am. Chem. Soc.

CH^

• Ar - CH = CHg + Br - N - S02Ar Ar - CH-CH2-N-S02Ar OHj

2Ar - CH = CH« + Br - N - SO^Ar Ar - CH -CH^Br + Ar-CH=CHBr

2 I 2 I 2

Br HN - S02Ar

Autre fait important, ces auteurs mentionnent 1'inac­ tivité d’un certain nombre de réactifs N-halogénés dans

l'ad-• l'ad-•

dition de POIDI, parmi lesquels la N-bromosaccharine, la N- broraophtalimide et la N-bromosuccinimide .

Enfin au cours de leurs recherches entreprises dans le but de déterminer le réactif convenant le mieux à la substitu­ tion allylique, ZIEGLER et ses collaborateurs observèrent que certains dérivés N-halogénés étudiés s’additionnaient sur la double liaison carbone - carbone . La N-bromophtalimide (XXIII) les N-bromo et N-chlorosaccharines (XXIV ) et (XXV) et la N-chloro-trichloracétamide (XXVI) donnent effectivement ce genre d’addition (cf. KHARASCH et PRIESTLEY ) .

Cl^C - CONHCl +

XXVI CI3C - CO - Njj

(rendement 90 fo)

c) Addition avec intervention du solvant ,

En 1926, par aotion de la N-bromacétamide sur le oy-

clohexène en présence d'eau, d'alcool méthylique ou d'acide acétique, SCHMIDT, KNILLING et ASCHERL obtenaient respec­ tivement le 2-bromo-l-cyclohexanol (XXVII), le l-méthoxy-2-

bromocyclohexane (XXVIII) ou l'acétate de 2-bromocyclohexyl

(XXIX) , Ces auteurs expliquent la présence des produits finaux par la formation intermédiaire d'acide hypobromeux

( pour l'eau ), d'hypobromite de méthyle ( pour l'alcool mé- thylique ) et de l'anhydride mixte de l'acide hypobromeux et de l'acide acétique ( pour ce dernier corps ) ;

CH^CONHBr + HgO CH^C0NH2 + HOBr

+ HOBr

XXVII Br

CH^CONHBr + CH^OH ---CH^C0NH2 + CH^OBr

+ CH^OBr

CH^CONHBr + CH^COOH---9-CH^C0NH2 + CH^COOBr

+ CH^COOBr

/^.OCOCH^

U

XXIX Br

Plusieurs chimistes russes entreprirent également l'étude de ce problème dans un but d'application technique à l'industrie . LIOHOSCHERSTOW, PETROW et ALEXEJEW en­ visagèrent cette " Qhloro-alkoxylation " des oléflnes de différentes manières :

1) addition directe d'hypochlorite d'alkyle à l'oléfine ;

2) action d'hypochlorite de sodium sur l'oléfine en

solution alcoolique ;

3) action du chlore sur l'oléfine en solution alcoolique

( cette méthode, de même que des variantes - addition d'ammoniac et réaction en phase vapeur - ont donné de bons résultats ) j

4) action des N-chloramides sur l'alcool en présence d'oléfine ,

Les mêmes auteurs étudièrent encore l'action du chlore sur une solution alcoolique de soude caustique conte­ nant l'oléfine , Cette recherche porte essentiellement sur

les homologues inférieurs des alcools primaires aliphatiques . Aucvin carbinol tertiaire n'a été essayé à notre connaissance, tandis que l'alcool isopropylique se prête particulièrement bien à ce genre d'addition .

Enfin, LICHOSCHERSTÛW et ses collaborateurs montrèrent que les dibromo- et dichlorobenzènesulfonamides se comportaient d'une manière analogue avec les oléfines en présence :

d'alcools (Je phénols d'acides et d'eau ,

43) M.W. 44) M.W. 45) M.W. A.A. M.W. 46) M.W. 47) M.W. 48) W.A.

Lichoscherstow, A.A. Petrow et S.W. Alexejew : Chem. Zentr. 1936, I, 2628 .

Lichoscherstow et A.A.Petrow: Chem.Zentr.1936.11.1519. Chem.Zentr.1936,II.2524 Lichoscherstow et W.A.Skl.iarow:Chem. Zentr. 1936,11. 2524 Petrow et G.J.Morgun; Chem.Zentr.1936, II, 2524 .

Lichoscherstow, R.A.Archangelskaja et T.W,Schalajewa : Chem.Zentr.1940. I, 3246 .

Lichoscherstow et R.A.Archangelskaja :

Chem.Zentr.1938, I, 3330 .

Lichoscherstow et A,A.Petrow: Chem. Zentr.1940.11.198.

Chem,Zentr.T940,II,I99.

, , 49"^

Récemment, un mémoire de licence ' confirmait ce

type d'addition dans la réaction de la N-bromoaucoinimide sur le cyclohexène en présence d'eau ou d'acide acétique et sur le l-méthyl-l-cyclohexène en présence d'eau .

6. Réactions particulières .

En 1919, WOHL obtenait, par action de la N-broma'

cétamide sur le bromure de butyle tertiaire, un dérivé di- bromé saturé (XXX) j CH^ CH^CONHBr + OH^ CH^ CBr - CH^C0NH2 + 0H3 CH^—CBr BrCHg'^ XXX.

Faisant agir la N-bromosuccinimide sur l'acridine (XXXI) en présence de'peroxyde de benzoyle, SCHMID

décèle, à côté de nombreuses substances bromées, la N- (9-acridyl)-succinimide (XXXII) identifiée par un dérivé N-iodométhylé (XXXIII) et par son produit d'hydrolyse, la 9-amino-acridine (XXXIV) j

XXXIV

49) P. Kruys ; " Contribution à l'étude de la réaction de Wohl-Ziegler en milieu polaire Mémoire présenté à la Faculté des Sciences de l'Université Libre de Bruxelles pour l'obtention du grade de Licencié en Sciences Chimi­

ques (septembre 1949)

Bien que les dérivés N-halogénés présentent encore d'autres réactions singulières, il nous a cependant paru intéressant de mentionner les deux cas précédents ,

Signalons encore l'emploi de certains dérivés N-halo- génés comme agents ‘bactéricides ou désinfectants , C'est ainsi que la chloramine-T (XXX‘7) est utilisée dans les cas de ‘brûlures de l'épiderme provoquées par l'ypérite, tandis que son dérivé sodé (XXXVI) est employé en médecine comme

source d'acide hypochloreux ( par hydrolyse acide ) t

SO2NH2 + NaOH + HOCl

Mentionnons pour terminer les deux usages suivants de la N-chlorosuccinimide ;

- pour la désinfection de l'eau ;

- et pour le ‘blanchiment des tissus dans l'industrie textile .

+

+ r +

51) C.B.Wood : Joum. Amer. Waterworks Assoc. 20, 535 (1928)

A.P. 1891462 - Chem. Zentr. 1933, I, 1334 . G.P. Reddish et A.W.pauley ; Sr.Buli.Natl.Pormulary

Comm. 13, 11 (19‘45) .

I V . DESCRIPTION DU TRAVAIL .

Ré s U m é ,

Comme nous l'avons signalé dans le second chapitre, l'idée fondamentale de notre travail était de réaliser la substitution allylique au moyen de la N-ohlorosuooinimide ,

Après quelques essais, ZIEGLER et ses collaborateurs avaient conclu à la très faible réactivité de ce composé , D'une manière générale, la chloruration s'avérait beaucoup moins satisfaisante que la bromuration et, si les N-chlora- cylanilides donnaient partiellement satisfaction aux auteurs, les résultats étaient cependant bien ternes en comparaison des succès obtenus avec la N-bromosuccinimide .

Nous indiquons ci-après, les réactifs N-halogénés utilisés par ZIEGLER dans ses recherches systématiques sur

- Br >N - Cl N-bromophtalimide N-chlorophtalimide N-ohloro-trichloracétamide N-bromaoétaniide N-chloracétamide N-halogenosulfonatnides ) . , ^ telles que t N-halogénosulfonimides )

N-bro tno saccharine

N-ohloro-di-p-toluène suif Itnide (XXXVII) N-dichloro-p-toluènesulfonamide (dichloramine T) N-chloro-N-benzoyl-p-toluène- sulfonamide (XXXVIII) N-chloro-N-(o,p-dichlorobenzène)- p-toluènesulfonamide (XXXIX)

N-chlor0 sac charine

Cl-N

.SO2 \_jr-CH3

Cl-IT-CO-CgH^

XXXVII XXXVIII XXXIX

Cl-N /CO-CgH^ 'CO-CgH^ XL CH^-C-OC«Hc 3 „ 2 5 N-Cl XLI Cl ^ ^ C CO C^H/ ^CO-N'^ 2 3 I Cl XLII Cl /N - CO^ OC N-Cl '^N - CO^ I Cl XLIII Cl-N _/^V W N-Cl XLIV Cl \ N. H^C'' ^CO ^ I Cl. .CO \n^ H^C'' XLV

Cette liste prouve bien que ZIEGLER, n’ayant pas trouvé une solution adéquate au problème de la chloruration allylique, a étendu ses recherches à un grand nombre de déri­ vés N-chlorés ,

Cependant, par l’addition de petites quantités de peroxyde de benzoyle, SCHMID et KA.RRER parvenaient à catalyser quelques réactions de la N-bromosuccinimide que ZIEGLER n'avait pu réaliser .

réaction . Par analogie avec les essais de ZIEGLER, nous avons fait appel au cyclohexène pour l’étude de cette chlo­ ruration ,

Dans quelques réactions subsidiaires, nous avons subs­ titué à cette oléfine un ester o( , non-saturé : le croto nate de méthyle ,

L'isolement des produits chlorés obtenus à partir du cyclohexène s'avérant pratiquement impossible, nous nous sommes adressés au toluène , En effet, cet hydrocarbure aromatique possédant un groupe méthyle activé par un système de doubles liaisons conjuguées, présente une certaine analo­ gie avec le cyclohexène ayant un groupement méthylène en po­

sition c>C de la liaison éthylénique ;

H

%)

De plus, le toluène offrait un certain intérêt à deux autres points de vue : d'une part il était susceptible de nous donner une substance chlorée aisément distillable, le

chlorure de benzyle, d'autre part, l'intervention d'un cata­ lyseur étant nécessaire à la formation de bromure de benzyle

par action de la N-bromosuccinimide sur le toluène ,

nous pouvons situer cet hydrocarbure à la limite de la réac­ tivité du dérivé N-bromé .

Les premières expériences ayant donné des résultats intéressants, nous avons utilisé le toluène comme composé de référence pour l'étude systématique de l'influence de divers catalyseurs et de plusieurs solvants sur cette réaction . Dans la suite, nous avons également effectué les mono- et diohlorurations des trois xylènes .

latérale du toluène ) :

R = OH

R = 002^^

R = NHg R = Cl

La première substance étudiée, l'alcool Lenzylique, nous a permis d'obtenir, comme nous l'avions supposé, le benzaldé­ hyde . Cette réaction rapide et aisée nous a donné de bons rendements .

Ce premier résultat nous a incité à développer notre travail dans cette direction et nous avons dès lors orienté nos investigations vers d'autres substances telles que les éther-oxydes, les amines, les aldéhydes et les acétals ,

1. Chlorurations du cyclohexène et du crotonate de méthyle .

excès d'oléfine et le tétrachlorure de carbone comme solvant . Nous avons simultanément catalysé la réaction par le peroxyde de benzoyle ( 10 ^ M. par rapport à la N-chlorosuccinimide ), la lumière solaire et la lumière artificielle ( lampe ordi­ naire de 150 watts ) ,

La réaction n'étant pas encore terminée après 15 heures, nous avons cessé de chauffer et essayé de distiller en vue d'isoler les produits de réaction , Malheureusement, la po­ lymérisation de la masse ne nous a pas permis de tirer de con­ clusion quant aux substances formées ( expérience n° 1 ) ,

Une modification de cette première tentative -0,5 “fo M.

de peroxyde- a été réalisée et nous avons pu constater que près de 73 heures de chauffage étaient nécessaires à la dis­ parition complète du chlore actif dans le milieu réactionnel

( expérience N° 2 ) ,

Dans le but d’accélérer la réaction, nous avons suppri­ mé le tétrachlorure de carbone et nous l’avons remplacé par un plus grand excès de cyclohexène . Le résultat fut positif,

mais, lors de la distillation, nous nous sommes heurtés aux difficultés déjà rencontrées précédemment ( expérience N° 3 ).

Pour obvier à cet inconvénient nous avons repris oe dernier essai en y apportant différents changements .

a) Dans des conditions identiques, nous avons abrégé la réaction de manière à ce qu'elle soit incomplète , Ici, nous n'avons obtenu que quelques gouttes d'un distillât non identifiable ( expérience N° 4 ) ,

b) Une chloruration analogue où nous avons abaissé la

proportion de peroxyde à 0,5 ^ M, a pris plus de 19 heures et

était accompagnée de polymérisation ( expérience N° 5 ) . c) Après séparation de la succinimide par filtration, nous avons soumis le mélange réactionnel à un entraînement à

la vapeur d'eau . La distillation consécutive nous a permis d'isoler une substance qui est vraisemblablement le 1,2-di- chlorocyclohexane .

Ce procédé aiorait provoqué l'hydrolyse du 3-chloro-l- cyclohexène éventuellement formé au cours de la réaction , ( expérience N° 6 ) ,

Nous avons alors abandonné la catalyse par le peroxyde de benzoyle et nous avons remplacé ce composé par l'action des radiations U.V. Simultanément, nous avons réduit l'excès d'oléfine employé .

Une première réaction, conduite à l'exclusion de tout solvant étranger, s'est terminée après un temps moyen (6 heures) et nous avons pu isoler par distillation, le dérivé substitué

(3-chloro-l-oyclohexène) et le produit d'addition

rocyclohexane) . Le premier, obtenu en très faible quantité, a été identifié par dosage de l'halogène ( expérience 7 ).

Dans une tentative analogue réalisée en présence de benzène le chlore actif n'a disparu complètement qu*après plusieurs jours . Les résultats obtenus ont confirmé ceux de l'essai précédent ( expérience N° 8 ) ,

L'étude d'autres solvants inertes à points d'ébullition plus élevés nous a permis d'élever la température du milieu et, conséquemment, d'accélérer la réaction ,

Un essai dans le chlorobenzène a été beaucoup plus rapide et nous avons dosé le 3-chloro-l-cyclohexène dans le mélange réactionnel brut . La titration de l'acide chlorhy­

drique libéré par hydrolyse nous a donné un rendement de 19

( expérience N° 9 ) ,

Parallèlement aux essais de chloruration de cette olé- fine, nous nous sommes attachés à l'étude de l'action de la N-chlorosuccinimide sur l'ester méthylique de l'acide croto- nique ( CH^ - CH = CH - COOCH^ ) .

Dans les quelques essais réalisés en présence de tétra­ chlorure de carbone ou d'un excès d'ester comme solvant, nous

avons fait appel au peroxyde de benzoyle ( expériences 11

et 12 ) et à la photocatalyse ( expérience N° 10 ) , Une de ces réactions, généralement très lentes, nous a permis d'iso­ ler quelques gouttes de distillât que nous n'avons pu identi­ fier par suite de la concordance entre les températures d'é­ bullition du produit d'addition et du dérivé substitué en o<^

( expérience N° 12 ) .

A la suite de cette coïncidence et de la paresse réac­ tionnelle manifestée par cette substance, nous n'avons pas poursuivi nos investigations dans ce domaine .

N-ohlorosuccinitnide sur le oyclohexène pour les raisons suivantes ;

- nous avions oherohé avant tout à obtenir une tnéthod® générale de chloruration en position allylique, offrant un intérêt pratique grâce à une réaction assez rapide, donnant de bons rendements ;

- les résultats que nous avons obtenus avec le cyolohexène sont nettement moins bons que ceux acquis antérieurement par

ZIEGtLER au moyen des N-chloracylanilides et KENNER ,

à l'aide de 1'hypochlorite de butyle tertiaire .

2. Chlorurations du toluène et d'autres composés aromatiques possédant un groupement alkyle .

a. Toluène .

les échecs rencontrés dans les essais initiaux de chloruration du cyolohexène noua ont conduit à étudier l'ac­ tion de la N-chlorosuccinimide sur une substance qui, tout en présentant encore une certaine analogie de structure avec cette oléfine, devait nous fournir un composé chloré plus stable .

ZIEGLER et ses collaborateurs avaient déjà été frappés par la similitude existant entre le groupe méthyle du toluène et " la chaîne latérale " fixée sur l'un des carbones d'une liaison éthylénique :

Aussi, est-ce tout naturellement que nous avons fait appel au toluène .. Nous avons obtenu ainsi le chlorure de benzyle

et la sucoinimide avec des rendements à peu près quantita­

tifs ( expérience I7 ) ,

Il n'entre pas dans nos intentions de donner ici une description fastidieuse de l'évolution des diverses tentati­ ves faites dans cette nouvelle voie . Nous répéterons seule­ ment que nous avons utilisé le toluène comme substance étalon, afin d'évaluer systématiquement l'influence des divers cata­ lyseurs et solvants sur la vitesse de la réaction , L'extra­ polation des résultats acquis ici - et c'est dans ce but pré­ cis que nous avons développé l'étude du toluène - nous a per­ mis, dans de nombreuses autres chlorurations, d'employer les conditions les plus favorables en évitant les tâtonnements préliminaires .

Le lecteixr que les résultats complets intéressent les trouvera résumés dans les tableaux V, VI, VII et VIII ( of, pages 126, 127 et 128 ) .

Nous nous bornerons ici à exposer quelques considéra­ tions générales et certaines comparaisons entre divers essais réalisés ,

Oeux-ci, au nombre de vingt-neuf, peuvent être groupés en deux classes, cette distinction étant basée sur la nature du solvant utilisé .

Nous avons, d'une part, les réactions en l'absence de solvant étranger pour lesquelles nous employons 2,4 mole de toluène par mole de N-chlorosuccinimide ( expériences N° 13 à 24 ) et, d'autre part, les essais en présence de quelques solvants pour lesquels l'excès de toluène est réduit de moitié ( expériences N° 25 à 41 ) . Toutes ces réactions,

Une gamme complète de catalyseurs a été utilisée pour les essais dans le tétrachlorure de carbone ( expériences 25 à 34 ) et dans un excès de toluène ; depuis les rayons U.V. jusqu’à l'obscurité complète, en passant par le peroxyde

de benzoyle à deux concentrations différentes, la lampe de Wood, la lampe ordinaire de 150 watts et la lumière du jo\ar . Ces effets catalytiques ont été employés dans la majorité des cas séparément ; quelquefois nous avons combiné leur influence .

Si nous comparons les durées des chlorurations faites dans un excès de toluène, nous pouvons établir comme suit l'échelle de valeur des catalyseurs, quant à leur effet sur la vitesse réactionnelle ; rayons U.V. BZ2O2 -10^ M. --- 1 lampe de Wood Bzg02 -0,5fo M. Lumière du j our lampe ordinai­ re 150 W

durées : 4 min. 5 à 6 min. 23 min. 57 min. _{2 h 31} 8 à 9 h.

Expér.N® _{13 14} 16 21 22 24

En présence du dernier catalyseur, la réaction est aussi lente qu'à l'obscurité complète ,

En ce qui concerne l'influence catalytique sur les essais dans le tétrachlorure de carbone, nous retrouvons le

même ordre d'activité à deux exceptions près t

- le peroxyde à 0,5 ^ M. est nettement plus actif que

la lampe de Wood ;

“ la lumière artificielle semble produire un léger effet ;

Une autre comparaison faite sur les diverses réactions en présence de lumière U.V., nous donne un aperçu de l’influ­ ence du solvant sur la vitesse réactionnelle j

CH^COOH & (CH^)^COH excèâ de

C6H3CH3

CgH5Cl _06^6 CCI4

durées 1 à 2 min. 4 min. 6 min. 57 min. 1 h 39

Expér.N° 35 39 13 40 41 25

Le tétrachlorure de carbone est donc un bien médiocre solvant dans le cas qui nous occupe . Ce fait mérite d’être relevé, son emploi semblant universellement adopté pour la N-bromo- succinimide ,

Notons cependant qu’il est nécessaire de s’entourer de garanties suffisantes lorsqu’on utilise ces solvants pour des halogénations d'un type différent, certains d’entre-eux pou­ vant participer effectivement à la réaction ( cf. page 26 • bromuration du cyclohexène par la N-bromosuccinimide en pré­ sence d'acide acétique ) ,

Nous avons pu retarder considérablement la réaction catalysée par la lampe de Wood par l'addition de faibles

quantités d’hydroquinone ( 1 h 37 min. et I9 h 20 min. au

lieu de 23 min. expériences N° 19 et 20, tandis qu’un essai d’inhibition par l'iode n’a donné aucun résultat ( expérience N° 18 ). De plus 1'hydroquinone n’a pas inhibé la chlorura­

tion en présence d’acide acétique ( expérience N° 38 ) ,

Ce phénomène dont nous ne trouvons qu’une seule mention

dans la littérature ’ à propos de la N-bromosuccinimide ,

constitue à notre avis un indice très sérieux en fave\ir d’un mécanisme en chaîne par radicaux libres ,

55) M.G, Ettlinger : Ph, D. Dissertation, Harvard University,

b. Méthylnaphtalènes .

Nous avons étendu la chloniration au moyen de la N-ohlorosuccinimide à d’autres systèmes aromatiques porteurs de groupements méthyle, dans le but d'étudier les possibilités de cette méthode ,

La chlorométhylation du naphtalène est une opération assez longue qui donne en général des rendements ne dépassant

pas 60 ia en dérivé cK , La distillation de cette subs­

tance est souvent compliquée par la présence de produits se­ condaires formés au cours de la réaction et par une polyméri­ sation de la masse .

L' -chlorométhylnaphtalène est un composé particu­ lièrement réactif pouvant être transformé en substances de différents types : R = OH OCH^ ON COOH N(CH^)2 Citons son emploi dans la synthèse de la 7-périnaphtanone

(XLVI) . f^i CH2C1 _{CH2-CH(C00Et)2} ^ 1 CE^(COOEt)^^ 1_r"

S

56) R.Adams ; " Organic Reactions " vol.I pp.70 et 78

-J. Wiley and Sons N.Y, (1947) .

Le ^ -chlorométhylnaphtalène ne pouvant être préparé par chlorométhylation du naphtalène, la méthode la plus clas­ sique, connue à ce joiir, consiste à chauffer le -méthyl- naphtalène à 240-250°, dans un courant de chlore .

Tout comme BUU-HOI qui avait préparé les

-et Ç> -hromométhylnaphtalènes par action de la N-bromosuccini-

mide sur les - et ^ -méthylnaphtalènes, nous avons pu chlorer ces deux hydrocarbures au moyen de la N-chlorosucci- nimide . Opérant en présence de chlorobenzène et de rayons U.V,, nous avons obtenu la substitution dans la chaîne laté­ rale ( expériences N° 42 et 43 ) .

••

Comparant nos résultats avec ceux de BUU-HOI, nous avons remarqué que les chlorurations sont beaucoup plus rapi­ des que les bromurations ( 20 minutes au lieu de plusieurs heures ) ,

Cependant, comparées à la chloruration du toluène, les préparations des chlorométhylnaphtalènes n’ont pas donné lieu à des réactions exothermiques et les rendements étaient sen­ siblement inférieurs .

Cette nouvelle méthode semble donc particulièrement intéressante pour l'obtention du -chlorométhylnaphtalène et il est très probable que le rendement ( 56 ^ ) peut être amélioré .

c. Xylènes .

Au cours de notre travail, nous avons songé à appliquer ce procédé à la préparation des dérivés mono- et di-ohlorés en chaîne latérale, des trois xylènes isomères , Il est à noter que l'action de la N-bromosuccinimide sur oes hydrocar­ bures n'a pas été étudiée ,

Les mono-halogénations sont effectuées aveo un excès de xylène comme solvant et en présence de lumière U.V. comme catalyseur . La réaction est exothermique, procède rapide - ment ( 4 à 5 minutes ) et donne de bons rendements ( au moins 70 en opérant sur un dixième de mole, ce qui, par analogie avec le toluène, peut donner davantage en travaillant sur des quantités plus importantes ) . Nous ne recueillons que des traces de dérivé dichloré en queue de distillation . ( expériences N° 44 à 47 ) .

Dans les essais de dichloruration directe des xylènes,

nous ajoutons un léger excès d'hydrocarbure (2 M.)» dans

le but de déceler aisément la fin de la réaction . Celle-ci, conduite dans le chlorobenzène et catalysée par les rayons U.V., devient plus lente en passant successivement de l'iso­ mère ortho au composé méta et finalement au dérivé para

( de 4 à 32 minutes ) , De plus, le rendement en U) , 03

*-dichloro-xylène diminue dans le même sens ( deyiàéO^^ ) , On note, en tête de distillation, une petite quantité de dérivé monochloré .

Cette dichloruration directe procède en trois stades facilement observables et distincts les uns des autres ,

1) Tout en maintenant l'intensité des rayons U.V. et la température d'ébullition constantes, on expose la solution à l'action du catalyseur . Le reflux demeure régulier pendant plusieurs secondes . Cette phase, cormmme à toutes les chlo­ rurations du toluène en présence d'U.V., constitue la période d'induction .

2) Brusquement, se déclenche une réaction exothermique qui accroît considérablement le reflux , Ce stade caractérise la substitution du premier groupe méthyle .

Un essai de dichloruration directe de 1 ' orth.o-xylène dans le benzène, en présence du même catalyseur, a duré plus de six heures ( expérience N° 48 ), alors que la même réac­ tion, en présence de chlorobenzène, était terminée après quatre minutes !

Ici, comme dans la chloruration du toluène ( excepté dans l'acide acétique ), la succinimide est récupérée presque quantitativement après refroidissement et filtration du mé­ lange réactionnel .

Cette nouvelle méthode de chloruration ôonstitue sans aucun doute le meilleur procédé de préparation des dérivés mono- et di-chlorés en chaîne latérale des xylènes .

En effet, l'action du chlore sur ces hydrocarbures n'est pas spécifique et conduit à un mélange de composés monochlorés, di-chlorés et halogénés dans le noyau .

D'autres préparations des U) -chloro-xylènes, par es­ térification des alcools et par chlorométhylation du toluène sont connues . De même, les U) , U) '-dichloro-xylènes peu­ vent être obtenus par estérification des diols en présence d'acide chlorhydrique ou par chlorométhylation du chlorure de benzyle ,

Cependant, contrairement à notre méthode, aucun de ces procédés n'est d'application générale et les rendements sont inférieurs à ceux que nous obtenons au moyen de la N-chloro- succinimide .

Signalons encore que Monsieur Morren, a préparé, sui­

vant nos indications, le u) , (jO '-dibromo-p-xylène par ac­

tion de la N-bromosuccinimide sur le para-xylène avec de bons rendements ,

Une application intéressante de notre procédé consiste

à préparer, par hydrolyse du U) , (a) '-dichloro-o-xylène ,

N-chloro-succinimide ( cf. page 54 ) .

H^Cl hydrol.

XLVII XLVIII

Ce dialdéhyde, dont la préparation est généralement assez difficile, est particulièrement intéressant en raison du grand norntre de condensations dans lequelles il intervient.

Ainsi, avec l'acétone il donne la

(3

en présence d'acide-2-céto-glutarique (L) on olDtient un cycle à sept atomes de carbone '(LI), avec l'acide pyruvique (LU),

on arrive à l'hydrindone par hydrolyse du composé

intermédiaire (LIV) et, par chauffage avec la diméthylaniline et le chlorure de zinc, il permet d’obtenir un homologue de la leucobase du vert malachite (LV) . ( voir schéma page suivante ) .

Mentionnons encore pour terminer l'emploi de ce dial­

déhyde dans la synthèse de la 2,3 benzofluorénone (l'VI)

et de la 2,3»5,6 dibenzofluorénone (IVII) ,

59) J. Thiele et K.G. Palk : Ann. 347, 112 (1906)

60) J, Thiele et E, Weitz ; Ann. 377, 1 (I9I0)

61} J. Thiele et J. Schneider ; Ann. 369, 287 (I909)

62) E. Weitz : Ann. 418, 1 (I9I9)

63) J. Thiele et A. Wanscheidt : Ann. 376, 269 (I9IO)

LUI

d. 2,3-diméthylnaphtalène .

COOK ayant préparé le naphtalène-2,3-dialdéh.yde (LVIII) à partir de l’anthracène par oxydation au tétroxyde d’os-' miutn suivie d‘une oxydation du tétrol (LIX) ainsi obtenu

gr \

par l'acide périodique ' (schéma A.), nous avons essayé

65) J.W.Cook et R.Schoental : Nature 161, 237 (1948)

d’obtenir ce dialdéhyde par le procédé décrit précédemment ( schéma B, voir page 42 ) ,

^ ^ CH,

'^AA

oh

™ kÀA

(B)

Nous avons réalisé la première étape de notre synthèse en opérant une dichloruration directe du dérivé diméthylé en présence de rayons U.V. et de chlorobenzène . La réaction était rapide ( moins d’une heure ), mais nous avons rencontré d’assez grandes difficultés dans la séparation des produits résiduels : hydrocarbure inchangé, composés mono- et dichlo- rés ( expérience N° 52 ) .

Ce résultat peu satisfaisant nous a engagé à substituer l’acide acétique au chlorobenzène . En effet, nous avons vu que la chloruration du toluène était très rapide en présence de ce solvant polaire ( cf. page 38 ) .

tion de catalyseur et a pris fin instantanément .

Le 2,3-dichlorométhylnaphtalène a cristallisé par refroidis­ sement et, par filtration, on a isolé un produit à peu près pur ( rendement ; 75 ^ - expérience N° 53 ) .

Ici encore, ce procédé d'halogénation constitue une excellente méthode, si pas l'unique moyen, pour préparer ai­ sément ce dérivé dichloré . le fait que ce composé n'avait jamais été synthétisé en est une preuve .

Cependant, toutes les tentatives réalisées en vue d'hydrolyser le 2,3“dichlorométhylnaphtalène en diol ont abouti à des échecs ( solution aqueuse concentrée de carbo­ nate de potassium à 200°,. sous pression ; fusion en présence de formiate de sodium ; acétate de potassium en présence d'a­ cide acétique ) .

A la suite de ces insuccès, nous avons préparé le dérivé dibromé en espérant qu'il serait moins réfractaire à l'hydrolyse que son homologue dichloré .

Dans ce but, nous avons fait appel aux conditions ex­ périmentales qui nous ont donné satisfaction précédemment , la N-bromosuccinimide a réagi moins violemment que le dérivé N-chloré . Après refroidissement et filtration du mélange réactionnel, nous avons recueilli le 2,3-âibromométhylnaphta-

lène, également inconnu jusqu'à ce jour ( rendement 59 ex­

périence N° 54 ) .

les essais d'hydrolyse du composé dibromé n'ont pas été plus heureux que les précédents . Même dans des conditions ex­ périmentales particulièrement énergiques, cette substance n'a pas réagi ( solutions d'hydroxyde de potassium dans l'alcool benzylique et de carbonate de potassium dans l'eau à' plus de 200° ). l'acétate d'argent dans un mélange acide-anhydride acétique n'a eu aucune influence sur ce corps .

L'analyse spectrale infra-ro\;ige a donné une réponse positive à cette question .

e. Ethylbenzène .

La réaction est réalisée en présence d'un excès d'hy­ drocarbure conime solvant et de radiations U.V, comme catalyseur. Elle est rapide ( moins de quatre minutes ) et très exothermi­ que .

Après séparation de la succinimide par filtration, la distillation du filtrat permet d'isoler 1' cx( -chloro-éthylben- zène (IiX) avec un rendement de 61 ainsi qu'un peu de dérivé

<x( , (3 -dichloré (LXI) ( expérience N° 55 ) ,

r

Ces résultats correspondent d'ailleurs fort exactement à ceux obtenus par l'action de la N-bromosuccinimide sur le même hydrocarbure .

f. Para-nitrotoluène .

L’introduction d'un groupement nitro- dans le noyau du toluène diminue fortement la réactivité du substituant méthyle .

67) N. Defay : " Action de la N-bromosuccinimide sur

Ce fait est vérifié par les deux essais de chloruration du p~nitrotoluène effectués, l'un dans le chlorohenzène, l'au­ tre dans l'acide acétique . Ces expériences réalisées avec un

léger excès de p-nitrotoluène ( 2 ^ moles ) ne se sont termi­

nées qu'après de nomhreuses heures de chauffage ( plusieurs jours même dans le cas du chlorohenzène ) ,

Signalons cependant que, pour des raisons techniques, nous plaçons ici la source de rayons U.V. à environ vingt- cinq centimètres du mélange réactionnel, alors que dans les autres essais de photooatalyse ( cf. toluène ), la lampe se trouve à peu près à dix centimètres du ballon ,

Après élimination de la succinimide et diverses cris­ tallisations, nous isolons parmi les produits de réaction i

- une importante fraction du p-nitrotoluène inchangé ; - des traces de substance dont le point de fusion (65°)

correspond à celui du 2-chloro-4~nitrotoluène ;

- de très petites quantités d'un dérivé fondant à 158-166° que nous n'avons pas identifié .

En aucun cas, nous n'obtenons le chlorure de p-nitro

benzyle ( P.P. 72°5 .

En conclusion du présent chapitre nous recommanderons pour la chloruration des groupes alkyle fixés sur un noyau aromatique, l'emploi de l'acide acétique ou du triméthylcar- binol, combiné avec la photocatalyse par les rayons U.V,