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Alkylation des carbenoides par des nucleophiles.
263
Journal of Orgarwmetallic Chemistry, 144 (1976) 263-269 0 E&evierSequoia Sk, Lausanne - Printedin The Netherlands
ALKYLATION
DES CARRENOIDES PAR DES NUCLEOPHILES.
II *. suBsTITuTI ON NUCLEOPHILE DE L’HALOGENK czPHOSPHONATES CATALYSEE PAR LE CUIVRE(1)
JEAN VILLIERAS,
ALAIN
RELIQUET
DE CARBENOIDES
et JEAN F. NORMANT
Lubomfoire de Chimie des Organot5le’ments, Universite’ Pierre et Marie Curie, Tour 44,4 Jussieu, F 75230 Paris Ckdex 05 (France)
(Rep
Pince
le 12 juillet 1977)
The addition of a catalytic amount (12%) of a copper(I) salt to a mixture of an or-lithios-chloroalkylphosphonate and an alkyllithium RLi or a Grignard reagent RMgX leads to the formation o_fa new organometallic reagent in which the R group has replaced the chlorine atom of the carbenoid. This nucleophilic alkylation of carbenoids can be performed with secondary-alkyl Grignard reagents, and with aryllithium, alkenyllithium and alkynyllithium reagents in good yields (SO--SO%).
L’alkylation nucleophile de carbenoi‘des Q!phosphonates par des organolithiens et magnesiens (RLi ou RMgX) peut 3,re r&&see par addition dune quantite catalytique de sels de cuivre(1). Elle conduit 5 la formation de nouveaux organom&alliques (lithiens ou magnesiens) dartslesquels le reste R a remplace l’atome. de chlore du carb&roZie. C?ettereaction s’effectue avec des rendements satisfaisants (6~80%) avec les magnesiens secondaires, les lithiens aryliques, vinyliques et ac&yl&iques. Dans une publication precedente [l] nous avons montre qu’un carbenoIde a phosphor&c I soumis B l’action d’un cuprate sym&ique ou dissym&ique subit une alkylation nucleophile. La formation d’une liaison carbone-cuivre (dans tm complexe “ate” II) responsable de l’activation du cam&&e electrophile de I, favorise la substitution nucleophile de l’halogene de ce demier par un groupement R du cuprate et foumit un nouveau complexes III stable. * PourpartieIvoirr&ff.l.
264
‘Cependant; l’emploi de cuprates (1,4 equivalents peut poser quelques problemes techniques: -- $ransfert dun organo,n&allique instable (carbenoide) dans un reacteur contenark I’organocuprate; - cmploi stoechiom&ique de sels cui&ux rendant l’i&lement de&produits d6kz&. Nous avons pu cons&&r que certaines r&a&ions de substitution nu&ophile x&iEsan~des cuprates sym&riques peuvent Etre avantageusement effect&es en catalyse par Cu(I) & condition que l’~h~~thiu~ (ou mag&sium) utilis~ ne soit pas reactif vis b vis du sub&rat (pas de rbaction secondaire) ou que la &action concern&z soit bien plus Fpide que la r&action secondaire. Nous avons d&it un cas tout B fait typique de remplacement des conditions stoechiomdtriques (cup&e) par la cafztlyse par C&(I) iors de la formation d’i?nolates d’esters 0: chlork 8 partir d’esters a,a! dichlor& [ 21.
R’
RCl::cOC-;-?r
E
MgX. Tt!F crr:x1
-
(3)
R-CCI-COO-t-P7 I
Les conditions Cnonc&s pius haut n’&aient pas remplies pour la reaction 2 alors qu’elles Y&Gent pour la reaction 3, Dans le pr&.ent travail aucune r&action secondaire ne pouvant se produire entre l’alkyllitbium (ou 8ventuellement un magnbien) et le carbenoi‘de a phosphonate I, fes conditions pr&Sdentes sont remplies. Ainsi, l’addition d’une qua&it6 caWyf5que de Cu(I) (12%) au melange des deux organom6talliques (carbeno’ide cyphosphonate I +rI,2 Qquivalents d’organolithien RLi ou de magn& sien RMgX) dans le TKF fait 6voIuer le milieu reactionnel dans le but recherch6 et on obtient alors un nouvef organolithien (ou magrkien) IV oti fe groupe R remplace l’atome de chlore du carbkxoi’de (&action 4). -
F?--M
R (O&t12
iLi
-
& cutri THF. T’
0
... fM
=
Li
rC”C> vat%nt
ou
CH,-C :.
I
-P(OEtf2
I M-0
II
:
MgXl suivh
Ia nuture
de R et de M
(voir
Tableau f )
f4?
265 1
TABLEAU
1
C2’3s
2 3 1 5
i-C3H7 n-C4Hg n-C4Hg s-C4Hg
MgBr MgC1 Li MgCl Li
+25 0 -15 0 0
6 7 8 9
C6HS P-CHsC6H4 m-CH3C6H4
Li Li Li
0-CH&jfi4
Li
-15 -15 -15 -15
45 55 82 63 0 78 76 63 71 70
CH3 10
>C=CH
Li
-22
11 12
CH3 n-C4Hy-CZC C6%8
Li ti
43
a Tempdrature
B laquelle
se produit
Le Schema 1 d&it SCHEMA
RM
57 78
0 la tiaction.
le m&xx&me
rkxtionnel
probable:
1
Cu(I)
+
-
RCu I,,,,,
i
[CH&~OEtI.i
+
II
RM
MCI
t-
CH3-C
-P(OEtIZ I M
CH,--C-P(OEtJ, I
II 0
II 0
R/cu\M mz)
Le catalyseur employ6 peut %re soit CuBr set, soit une solution de bromure cuivreux-bromure de lithium dans le THF. Le Tableau 1 illustie les possibilitk synth&iques de cette reaction aprk une simple hydrolyse de IV. Dans le Tableau 2 les caractkistiques des phosphonates obtenus sent donnr5es. On con&ate que cette @action peut Gtre effectuee avec des organomagnkiens (suite d la page 268)
. . _’
.
,-
‘a#
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“~-
__
..
*_, .- ..
100/0.2
12
C~If~SCfI(CHj)PO(OC~fI5)~
93/0.1
l,G292
1.4274
-
960,1026
IA420
11
080,102O 1030,124G
L4942
11eps
900,102G 1OGG,l2GO
DOG,1030 1066,1260
lO60,124G
960,102G lOGG, 1246
l./lOSO
121/0.6
69~0.3
~c~f3c6~4CH(c~~3)PO(O~211[5)2
10
8 ,/
3.70 at 3.92 (a; 2tI, OC&Xf3) 1.48 (dd, 3H, Phf-CH@ 3.36 (dq, If, Pb&CG 2,32 (6,8H, CGf&tE3, 7,O6 (m, 4H arom,) 1.24 et 1.26 (t, %f, CCIf2~3) 3.96 ot 4*09 (q, pi. 0~2CH3) 1,16 (dd, 3H, PCEI-CC~) 2.67 (m, H, Ph+CH3) 1.69 (2d, Btf, -CW=CCCH313 4,BG (so, H, -wC(CH>2) 1.92 (t, 6H, CCNg~3) 4.16 et 4,18 (q, 2H, OCH2Cff3) 1.32 (dd, 3H, P&f-CHa) 2,78 fm, H, P&f-CHJ) 2,22 (m, 2H, ZSC--CIfy-_) 1,28 (t, ON, OCH$H$ 4.20 ct 4.16 (0, ~fr,CH$If$ MO (dd, 38, qCII-cCii 3,24 (dq, H, PC&-CH3) 7.46 (m, SE, aram.)
1,GO (dd, 38, Pthf-CH$ 8.02 (dq, H, P&x%$ 2.32(8, 3H,‘O&4$&) 7.12 (m, 4H nrom,)
1,00 et 1,24 (t, SH, OCIf233) 8.76 Ct 3,94 (q, 2% Cz2Ckf3)
.*,
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” ,
/’
:,
’
: ., t1 ;
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‘.
.-
c‘es de&em
dokant
-en g&&l de meilleurs rendements. Cepena une &&c~e secondaire il est largeoenvre~un oi-ganomag&sien plut6t qu’un lithien; en p&ence de Cu(1) avant d’attemdre aa-temp&ature-air la &&on-se d&lenche; -. _;_ Cette reaction par sa nature pcrmiit @‘eff&rer’d&. arylations (oii r&ioselectkite de l’attaque du groupement ajrle est respect&e j; des vinylations ,et:- .. m&ke des &thkylations_ Enfin;rla substitution dc l’halogene par X& groupement thioph&yle est rklisaole &talytiquement a&c un excellent rendement. I1 fatitnoter enfm que la mi& en oeuvkcde cette &action ainsi-que le traitement des produits form& sont f&s. ais&: en utilisant un _seul reaction .on peut r&liser &nsi la transformation Deb1’69.5 dans le m&me r&acteur. _
la
R-CCl~-l?(OEt)s
+ RT-l?(OEt)Z
0 L’utilisation
(5)
MO in “situ”
aux composes
du nouvel organometallique
B’ R-C-P(OEt)2
doit alora permettre
et done de remplacer successivement
d’acceder
chacun des
R-6 deux haloggnes par des restes R’ et R” differents. Nous poursuivons l’btude de cette reaction dans le but de la g&kaliser tous lea types de carb&oYdes fonctionnels ou non.
a
Partie exp&imenta.le To&es les manipulations sent effect&es sous azote, en l’absence d’humiditk Apr& avoir & distills% sur naphtalene sodium (THF) les solvants sont conserves sur tamis molCculaires (Et*O, THF). Les produits ont et& identifies par RMN, IR, et analyse elementaire. La pureti des composes a &ti test& en CPV (appareil Carlo Erba 2101) sur colorme de verre (6 mm de diam&tre), remplie par une phase Chromo-
sorb W (SO-100
Mesh) impr&Ge
de 10% de silicone SE 30. Les spectres de RMN
ont et& enr&ist&s sur un appareil Jeol MH 100 (produits en solution 2 20% dans Ccl_+), le TMS &ant pti comme refkence interne_ Les spectres IR ont et& effectugs s*ur un appareil Perkin-Elmer 157G. Seules sent rapport&es ici les-constantes physiques et les donnges spectroscopiques les plus caracteristiques des produits .synth&s~s_ Nous dkivons ci-dessous un mode opkratoire g&&al. ~.&pamtion du. dime’thyl-1,3 but&ze-2 yl phosphonate de die’fhyle Dam UC t&acol de 500 ml muni d’un agitateur mkaniquc, d’un thermomctre basse tempkature et d’une ampoule 2 addition isobare, on place -5.87 g (25 -01) de a,a-dichloro&hylphosphonatc de di&hyle puis 40 ml d’&her -et 40 on ajoute goutte h goutte 125 nnl de THF. A temp&ature inftieure a -lOO”C, ml d’unc soiution etheree de butyllithium 2 N(25 mmol). On maintient la t&mp& mture & -100°C pendant 15 min puis on la lakse remonter B -SO”C. On maintient l’agitation 15 min. On refroidit le milieu B -90°C et on ajoute rapidement 50 ml d’une suspension 0.6 N d’isocrotyllithium dans l’ether (30 mmol) puis 7 ml
269 d’unk solution de CuBr (3 mmol) et de LiBr (4 mmol) dans le THF. On lake alors la tempkature remonter jusqu’a -22°C. Apres 15 mm d’agitation, on refroidit le milieu a -80°C et on hydrolyse rapidement avec 250 ml dun melange l/l d’une solution d’ammoniaque h 33% et d’une solution aqueuse saturee de chlorure~d’ammonium. Apres addition de 100 ml d’ether, on d&ante et on extrait deux fois avec 100 ml d’ether. La phase organique est la&e deux fois avec une solution aqueuse saturee de chiorure de sodium puis sechee (MgSO& Par distillation *, on obtient 3.85 g de dimethyl-1,3 but&e-2 yl phosphonate de diethyle; rdt. 70%; Eb. 69/O-3 mmeg; ng 1.4420.
Bibliographic 1 J. Villieras. A. Reliquet et J-F. No -t. 2 J. Villieras. J-R. Disnar et J-F. Normant. metal. Chem.. 100 (1975) 189.
J. Organometal. J. OrganometaL
Chem.. 144 (1978) 1. Chem.. 81 (1974) 295:
S:. Normant,
J. Organo-
* Dans le cas des aryllithium. la distillation es+ precedee d’une cbromatographie sur colonne d’alumine basique (modules AFNOR 18-23) d&activie par 5% d’eau. L’ilution % l’hexane fournit une premike fraction contenant des traces de diaryle: la seconde fraction 61u6e 5 1’acGtate d’ithyle permet de recueillir apr& evaporation le nouveau phosphonate po&dant un substituant a1116 dont la purification est acbev& par dktillation.
Journal of Orgarwmetallic Chemistry, 144 (1976) 263-269 0 E&evierSequoia Sk, Lausanne - Printedin The Netherlands
ALKYLATION
DES CARRENOIDES PAR DES NUCLEOPHILES.
II *. suBsTITuTI ON NUCLEOPHILE DE L’HALOGENK czPHOSPHONATES CATALYSEE PAR LE CUIVRE(1)
JEAN VILLIERAS,
ALAIN
RELIQUET
DE CARBENOIDES
et JEAN F. NORMANT
Lubomfoire de Chimie des Organot5le’ments, Universite’ Pierre et Marie Curie, Tour 44,4 Jussieu, F 75230 Paris Ckdex 05 (France)
(Rep
Pince
le 12 juillet 1977)
The addition of a catalytic amount (12%) of a copper(I) salt to a mixture of an or-lithios-chloroalkylphosphonate and an alkyllithium RLi or a Grignard reagent RMgX leads to the formation o_fa new organometallic reagent in which the R group has replaced the chlorine atom of the carbenoid. This nucleophilic alkylation of carbenoids can be performed with secondary-alkyl Grignard reagents, and with aryllithium, alkenyllithium and alkynyllithium reagents in good yields (SO--SO%).
L’alkylation nucleophile de carbenoi‘des Q!phosphonates par des organolithiens et magnesiens (RLi ou RMgX) peut 3,re r&&see par addition dune quantite catalytique de sels de cuivre(1). Elle conduit 5 la formation de nouveaux organom&alliques (lithiens ou magnesiens) dartslesquels le reste R a remplace l’atome. de chlore du carb&roZie. C?ettereaction s’effectue avec des rendements satisfaisants (6~80%) avec les magnesiens secondaires, les lithiens aryliques, vinyliques et ac&yl&iques. Dans une publication precedente [l] nous avons montre qu’un carbenoIde a phosphor&c I soumis B l’action d’un cuprate sym&ique ou dissym&ique subit une alkylation nucleophile. La formation d’une liaison carbone-cuivre (dans tm complexe “ate” II) responsable de l’activation du cam&&e electrophile de I, favorise la substitution nucleophile de l’halogene de ce demier par un groupement R du cuprate et foumit un nouveau complexes III stable. * PourpartieIvoirr&ff.l.
264
‘Cependant; l’emploi de cuprates (1,4 equivalents peut poser quelques problemes techniques: -- $ransfert dun organo,n&allique instable (carbenoide) dans un reacteur contenark I’organocuprate; - cmploi stoechiom&ique de sels cui&ux rendant l’i&lement de&produits d6kz&. Nous avons pu cons&&r que certaines r&a&ions de substitution nu&ophile x&iEsan~des cuprates sym&riques peuvent Etre avantageusement effect&es en catalyse par Cu(I) & condition que l’~h~~thiu~ (ou mag&sium) utilis~ ne soit pas reactif vis b vis du sub&rat (pas de rbaction secondaire) ou que la &action concern&z soit bien plus Fpide que la r&action secondaire. Nous avons d&it un cas tout B fait typique de remplacement des conditions stoechiomdtriques (cup&e) par la cafztlyse par C&(I) iors de la formation d’i?nolates d’esters 0: chlork 8 partir d’esters a,a! dichlor& [ 21.
R’
RCl::cOC-;-?r
E
MgX. Tt!F crr:x1
-
(3)
R-CCI-COO-t-P7 I
Les conditions Cnonc&s pius haut n’&aient pas remplies pour la reaction 2 alors qu’elles Y&Gent pour la reaction 3, Dans le pr&.ent travail aucune r&action secondaire ne pouvant se produire entre l’alkyllitbium (ou 8ventuellement un magnbien) et le carbenoi‘de a phosphonate I, fes conditions pr&Sdentes sont remplies. Ainsi, l’addition d’une qua&it6 caWyf5que de Cu(I) (12%) au melange des deux organom6talliques (carbeno’ide cyphosphonate I +rI,2 Qquivalents d’organolithien RLi ou de magn& sien RMgX) dans le TKF fait 6voIuer le milieu reactionnel dans le but recherch6 et on obtient alors un nouvef organolithien (ou magrkien) IV oti fe groupe R remplace l’atome de chlore du carbkxoi’de (&action 4). -
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Ia nuture
de R et de M
(voir
Tableau f )
f4?
265 1
TABLEAU
1
C2’3s
2 3 1 5
i-C3H7 n-C4Hg n-C4Hg s-C4Hg
MgBr MgC1 Li MgCl Li
+25 0 -15 0 0
6 7 8 9
C6HS P-CHsC6H4 m-CH3C6H4
Li Li Li
0-CH&jfi4
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45 55 82 63 0 78 76 63 71 70
CH3 10
>C=CH
Li
-22
11 12
CH3 n-C4Hy-CZC C6%8
Li ti
43
a Tempdrature
B laquelle
se produit
Le Schema 1 d&it SCHEMA
RM
57 78
0 la tiaction.
le m&xx&me
rkxtionnel
probable:
1
Cu(I)
+
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CH3-C
-P(OEtIZ I M
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II 0
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Le catalyseur employ6 peut %re soit CuBr set, soit une solution de bromure cuivreux-bromure de lithium dans le THF. Le Tableau 1 illustie les possibilitk synth&iques de cette reaction aprk une simple hydrolyse de IV. Dans le Tableau 2 les caractkistiques des phosphonates obtenus sent donnr5es. On con&ate que cette @action peut Gtre effectuee avec des organomagnkiens (suite d la page 268)
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12
C~If~SCfI(CHj)PO(OC~fI5)~
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11
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DOG,1030 1066,1260
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960,102G lOGG, 1246
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121/0.6
69~0.3
~c~f3c6~4CH(c~~3)PO(O~211[5)2
10
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3.70 at 3.92 (a; 2tI, OC&Xf3) 1.48 (dd, 3H, Phf-CH@ 3.36 (dq, If, Pb&CG 2,32 (6,8H, CGf&tE3, 7,O6 (m, 4H arom,) 1.24 et 1.26 (t, %f, CCIf2~3) 3.96 ot 4*09 (q, pi. 0~2CH3) 1,16 (dd, 3H, PCEI-CC~) 2.67 (m, H, Ph+CH3) 1.69 (2d, Btf, -CW=CCCH313 4,BG (so, H, -wC(CH>2) 1.92 (t, 6H, CCNg~3) 4.16 et 4,18 (q, 2H, OCH2Cff3) 1.32 (dd, 3H, P&f-CHa) 2,78 fm, H, P&f-CHJ) 2,22 (m, 2H, ZSC--CIfy-_) 1,28 (t, ON, OCH$H$ 4.20 ct 4.16 (0, ~fr,CH$If$ MO (dd, 38, qCII-cCii 3,24 (dq, H, PC&-CH3) 7.46 (m, SE, aram.)
1,GO (dd, 38, Pthf-CH$ 8.02 (dq, H, P&x%$ 2.32(8, 3H,‘O&4$&) 7.12 (m, 4H nrom,)
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c‘es de&em
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-en g&&l de meilleurs rendements. Cepena une &&c~e secondaire il est largeoenvre~un oi-ganomag&sien plut6t qu’un lithien; en p&ence de Cu(1) avant d’attemdre aa-temp&ature-air la &&on-se d&lenche; -. _;_ Cette reaction par sa nature pcrmiit @‘eff&rer’d&. arylations (oii r&ioselectkite de l’attaque du groupement ajrle est respect&e j; des vinylations ,et:- .. m&ke des &thkylations_ Enfin;rla substitution dc l’halogene par X& groupement thioph&yle est rklisaole &talytiquement a&c un excellent rendement. I1 fatitnoter enfm que la mi& en oeuvkcde cette &action ainsi-que le traitement des produits form& sont f&s. ais&: en utilisant un _seul reaction .on peut r&liser &nsi la transformation Deb1’69.5 dans le m&me r&acteur. _
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+ RT-l?(OEt)Z
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MO in “situ”
aux composes
du nouvel organometallique
B’ R-C-P(OEt)2
doit alora permettre
et done de remplacer successivement
d’acceder
chacun des
R-6 deux haloggnes par des restes R’ et R” differents. Nous poursuivons l’btude de cette reaction dans le but de la g&kaliser tous lea types de carb&oYdes fonctionnels ou non.
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Partie exp&imenta.le To&es les manipulations sent effect&es sous azote, en l’absence d’humiditk Apr& avoir & distills% sur naphtalene sodium (THF) les solvants sont conserves sur tamis molCculaires (Et*O, THF). Les produits ont et& identifies par RMN, IR, et analyse elementaire. La pureti des composes a &ti test& en CPV (appareil Carlo Erba 2101) sur colorme de verre (6 mm de diam&tre), remplie par une phase Chromo-
sorb W (SO-100
Mesh) impr&Ge
de 10% de silicone SE 30. Les spectres de RMN
ont et& enr&ist&s sur un appareil Jeol MH 100 (produits en solution 2 20% dans Ccl_+), le TMS &ant pti comme refkence interne_ Les spectres IR ont et& effectugs s*ur un appareil Perkin-Elmer 157G. Seules sent rapport&es ici les-constantes physiques et les donnges spectroscopiques les plus caracteristiques des produits .synth&s~s_ Nous dkivons ci-dessous un mode opkratoire g&&al. ~.&pamtion du. dime’thyl-1,3 but&ze-2 yl phosphonate de die’fhyle Dam UC t&acol de 500 ml muni d’un agitateur mkaniquc, d’un thermomctre basse tempkature et d’une ampoule 2 addition isobare, on place -5.87 g (25 -01) de a,a-dichloro&hylphosphonatc de di&hyle puis 40 ml d’&her -et 40 on ajoute goutte h goutte 125 nnl de THF. A temp&ature inftieure a -lOO”C, ml d’unc soiution etheree de butyllithium 2 N(25 mmol). On maintient la t&mp& mture & -100°C pendant 15 min puis on la lakse remonter B -SO”C. On maintient l’agitation 15 min. On refroidit le milieu B -90°C et on ajoute rapidement 50 ml d’une suspension 0.6 N d’isocrotyllithium dans l’ether (30 mmol) puis 7 ml
269 d’unk solution de CuBr (3 mmol) et de LiBr (4 mmol) dans le THF. On lake alors la tempkature remonter jusqu’a -22°C. Apres 15 mm d’agitation, on refroidit le milieu a -80°C et on hydrolyse rapidement avec 250 ml dun melange l/l d’une solution d’ammoniaque h 33% et d’une solution aqueuse saturee de chlorure~d’ammonium. Apres addition de 100 ml d’ether, on d&ante et on extrait deux fois avec 100 ml d’ether. La phase organique est la&e deux fois avec une solution aqueuse saturee de chiorure de sodium puis sechee (MgSO& Par distillation *, on obtient 3.85 g de dimethyl-1,3 but&e-2 yl phosphonate de diethyle; rdt. 70%; Eb. 69/O-3 mmeg; ng 1.4420.
Bibliographic 1 J. Villieras. A. Reliquet et J-F. No -t. 2 J. Villieras. J-R. Disnar et J-F. Normant. metal. Chem.. 100 (1975) 189.
J. Organometal. J. OrganometaL
Chem.. 144 (1978) 1. Chem.. 81 (1974) 295:
S:. Normant,
J. Organo-
* Dans le cas des aryllithium. la distillation es+ precedee d’une cbromatographie sur colonne d’alumine basique (modules AFNOR 18-23) d&activie par 5% d’eau. L’ilution % l’hexane fournit une premike fraction contenant des traces de diaryle: la seconde fraction 61u6e 5 1’acGtate d’ithyle permet de recueillir apr& evaporation le nouveau phosphonate po&dant un substituant a1116 dont la purification est acbev& par dktillation.