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Heterocycles contenant du phosphore—XXIX
Tetmhcdmn.
Vol. 32, pp. 2633 to 2644. Pergamon Press 1976. Printed in Great Britain
HETEROCYCLES CONTENANT DU PHOSPHORE-XXIX SYNTHESE ET ETUDE DE QUELQUES COMPOSES PHOSPHORES ACYCLIQUES ET CYCLIQUES DERIVES DES HYDRAZINES J. P. MAJORAL, R. KRAEMER, J. NAVECH* et F. MATHIS Laboratoire des H&rocycles
du Phosphore et de 1’Azote (Chiiie-Physique II), Universit6 Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 3 1077 Toulouse, France
(Received in France 19 December 1975;Received in the UK forpublication
26 March 1976)
R&um&Les phosphodi (ou tri) hydrazides sont de bons reactifs nucltophiles. Leur action sur les aldehydes et les c&ones permet d’obtenir trois families de composCs entierement nouvelles. Dans les conditions experimentales utilistes, il se forme rarement une phosphorhydrazone. Abstract-High nucleophilicity is shown by phosphodi (or tri) hydrazides, they react with aldehydes or ketones to give three new types of phosphorus heterocyclic compounds. The formation of phosphorhydrazones is rarely
Les ht%rocycles contenant un atome de phosphore tri-, t&a- ou pentacoordine ont suscite un tres grand int&t en raison de leur importance soit chimique, soit biologique. En particulier, les composes du type A sont bien
restes hydrazino identiques et au moins un atome d’hydrogene sur les azotes situ& en /3 du phosphore, et des composes mono- ou polycycliques qui en resultent.‘4 Nous nous limiterons ici a la coordinence 4 du phosphore. Synthhse de quelques nouveaux phosphorhydrazides Phosphodihydrazides. Une trentaine de phosphodihyd-
COMUS (pour une bibliographie, se reporter 21 nos pr&dentes publications). En revanche, les hetbocycles phosphor& d&iv& de l’hydrazine ont BtCpeu BtudiCs;‘-” B notre connaissance, les seuls composes de cette categoric d&its dans la litterature derivent soit de la
perhydro Mmzadiphosphorine-1,2,4,5,3,6 (B), soit de l’hexaza-2,3,5,6,7,8 diphospha-1,4 bicyclo[2.2.2]octane
(X = 0 ou S ou atome absent)
C. Ces composes sont obtenus a partir de phosphodi- ou trihydrazides, RP(X)(N-NH), ou P(X)(N-NH),. A I I I I l’int&& proprement chimique dune telle etude s’ajoute la possibiite d’obtenir des composes dot& Cventuellement de prop&& pharmacodynamiques ou industrielles inGressantes: virucides, cytostatiques, parasiticides, etc. Nous nous proposons de decrire, dans ce premier memoire, la prkparation et l’6tude structurale dune strie de phosphodi(ou tri)hydrazides, posddant deux (ou trois) Tetra Vo 32, No. 21-K
razides du type ci-dessus Went deja connus.‘.‘5-27Parmi ceux-ci, nous avons utilise les composts 1’~~et 7.19Nous en avons Cgalement synthetise six nouveaux 2-68 (voir Tableau 1). L’ensemble de ces phosphodihydrazides a 6tC obtenu par action d’un oxyde (ou sulfure) de dichlorophosphine (1 mole) sur une hydrazine (4 moles) (rendement = 6090% sauf pour 5 et 6). Phosphotrihydrazides. Quatre composes de ce type seulement Ctaient connus262”’ parmi lesquels le phosphotrihydrazide 11. Nous en avons syntbCtist deux autres, 9 et 10. Le mode operatoire est, dans son principe, analogue au prec6dent; action de POCl, ou PSC& sur l’hydrazine (6 moles) (rend. 70-90%). Les donnees de resonance magktique nucltaire concemant l’ensemble de ces phosphorhydrazides sont consignees dans le Tableau 1. Leur examen conduit B formuler un certain nombre de remarques. Tout d’abord, l’attaque sur l’atome de phosphore est, comme nous l’attendions, le fait de l’azote le plus nucl6ophile: (a) dans le cas des phosphorhydrazides derives de la monom&hylhydrazine, c’est bien l’azote qui Porte le groupement methyle qui rCagit car la valeur du couplage qui existe entre le phosphore et ce groupement methyle (10-11 Hz) ne peut correspondre qu’a un couplage_ ‘JWCH,; (b) dans le cas des derives de la plkylhydrazine, c’est au contraire l’azote primaire qui reagit caron observe un couplage entre le phosphore et un hydrogene port6 par un atome d’azote (24-30 Hz) qui ne peut &e qu’un couplage *Jp_N_u. On note Bgalement qu’il n’apparaft un couplage 3Jr._N_N_uque dans le cas des dtrives de la phCnylbydrazine 8 et 11.Dans le cas des dCrivts de la mtthylhydrazine, ce couplage, s’il existe, est trop petit pour &re observ6 ou l’echange est trop rapide a la tempbature ordinaire.
2633
P
P
P
P
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
‘N(CH+NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
P
,N(CH,)-NH,
‘N(CH,)-NH’
, N(CH,)-NH,
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
Sd
Sd
S’
Sk
P
P
, NH-N(C,H,)
0 YP’NH-N(CeH,)O
(CHAN,
,N(CH,)-NH,
S YP’N(CH,)-NH/
(CH,),N,
SdP’N(CH3-NH/
(CH,),N,
\
Sd
Sd
(CH&N,
Od
GHJ \
CsH,-0,
C&k-O,
CsH-0,
CsH,-0,
CsHs-0
Composd
C
‘CH,
,CH,
CH-CH,
CH,
‘CH,
,CH,
CH-CH(CH,X
‘CHZ
C
0
0
0
(3-L
21
20
19
18
17
16
15
huile
huile
huile
huile
mklange
112-3
67-8
49-50
48-9
P (“C)
Tableau2.
- 16
-58
-57
-62
-12
- 71(40?@ - 76(60%)
- 74.5
-76
-76
-68
VP*
(NM en a 6.8
4.2
3.4
3.77
3.9
en B
(N)H
2.72
(b) (“2:;
2.72 2.74
I
3.0
2.93
2.84
(N)CH, cyclique
2.47(c)
hydrazino exocycl
S’Ht
Rkkatsconcernantlestetrazaphosphorines-1,2,4,5,3
1
4.88 4.w
5.90 6.04
1.09 1.11
I
H sur CH, C en 6 surC en 6
24.2
P-N-g
9.6
11.4 I 11.6
11.4
12
9.42
9.94(c)
F+N-CX, hydrazino cyclique exocycl.
J(Hz)
PNNCH
HCIj -9.5 I
0.6 2,5
IJCIJ - 10.3
Divers
X Z
,....
^.
_NH-N(GH5)
,NH-N(C&),
,
P
,N(CHs)-NH\
‘N(CH,)-NH’
,N(CH+-NH,
‘N(CH,)--NH’
,N(CH+NH,
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
,N(CH&--NH
P
SdPAN(CH,)-NH
,
Sk
,
SdP’N(CHd-NH
,N(CH,)--N
S tiP\N(CH,)-NHA
Sd
0”
P
0
0
Ha
CH, C’ ‘CH,
CHz
CH-CH,
CH-CH,
‘CHz
..“... -
._. _
_.
__
.
,..
_
*Solvant: alcool sauf 23 dans N&H,. iSolvant: CDCI, sauf 15(b)dam tolui?ne deutM6; SCH, du cyclohexyle; (c) (N)CH, amino.
NHrN(CH,)
NH,-N(CH,)
NH*-N(CH,),
NH*-N(CH,)
NH,-N(CH,),
NHrN(CH,),
..^ __.._ _.
/
S~P’NH-N(GHf
(CH,kN,
\
S YP’NH-N(C&)’
(CHlkN. ‘~
compost
_._...
17,29,24
30
29
28
27
26
25
24
23
22
.
.
- 59
-83
- 82.5
-82
-82
-83
-19
.^
.
.^.
.^...
23 dans N&D,.
2.71
(a)[ i:$
I 2.72
2.72
2.71
2.79
2.80
-.
-
3.05
(a)2.68
3.01
3.03
3.0
2.14
2.98
2.89
2.88(c)
-21
2.800
2.89
(NJCH, bydrazino cyclique exocycl
S’W
50% (B)
3.48
(N)H en B
(c&d)
50%(4
-68
S=P*
et 29 (a) dans CJL;
164-6
156-7
89-90
84-s
92-3
60-l
m&mge
d’Ull
non is016
melange
huile
F CC)
Tableau2.
--
1.61$
4.0
4.0
4.66 6.90
---.
i 1.11
1.00
0.98
1.00 1.55
H sur CH, C en 6 sur C en 6
-
20.8
P-N-H
.-
12
(a)( ;:i
t 11.7
11.7
12.0
12.7
12.1
13
8.3
P-N-@, cyclique
.
.
&ZH -13.25
Divers
-
9.1
W.4
9.7
9.5
9.5
9.5
10
8.3
-
Ipzcg,
5.5
8.2(c) HCC& 6.2 8.4(c) HCC& 5.0
12.3
hydrazino exocycl.
J(Hz)
54-6
5p60
131-2
35
36
37
-65
-65
-65
-1.5 -69 -7 -62
2.88 2.97 2.77 2.91(a) 2.78 2.87(a) 2.76 2.96(a) 2.83 2.59 2.53 2.40
(N)CH,
4.17 4.12
3.54
4.72
4.54
4.19 4.% 4.50 4.55
(C)-H&
3.64
4.35
3.82
4.08
4.41 4.42
(C)-H,S
1.52 1.54
(C)-CHA
1.14
(C)CH,&
1.4
1.2
1.4
1.5
1.5
1.5 1.51
PNNCHA
0
0
0
0 0 0 0
PNNCH&
*Solvant: alcool sauf 33 et 34 dans Cd&. Wolvant: 31 et 32 dans N&4; 33 et 34 dans Cd&; 35 et 36 dans CDCl,; 37 dans tolubne deutkrik SPosition dans le cycle triazine-1,3,5. (a) CH, port6 par les azotes en fi du carbone spirannique.
150-l 151 156-8 162-4
F (“C) S”P*
31 32 33 34
Composk
S’Ht
Tableau 3. R6sultats concernant les hexazaphosphoradamantanes
2.1
2.5
2.5
2.6
2.5 2.46
W-N-C-H
J (Hz)
11 13.7 7.7 12.0(a) 14 12.4(a) 14.3 14.4(a) 14.9 11.6 10.5 12.4
p-N-C& 14 13.49 5.3 13.5
HCrj - 14
HCH - 14
HCH - 13.6
gCH acs IjCC@, IjCIj -
Divers
2638
J. P. MAJORALet al.
1,4) conduisent a des perhydro tetrazaphosphorines1,2,4,5,3 comportant un reste hydrazino libre, 2630 (rendement: environ 60%) (voir Tableau 2) mais pas a des deriv6s du type adamantane. Si le mekrisme (a) invoque plus haut est bien celui de la reaction de cyclisation, la rtactivite doit dependre du caractere plus ou moins tlectrophile de l’atome de carbone du carbonyle. La pr6sence dans la molecule d’aldehyde ou de c&one de groupes donneurs d’electrons au voisinage de cet atome devra diminuer sa reactivitt. C’est effectivement ce que nous avons observe en faisant reagir sur un meme compose, le phosphodiiydrazide 6 par exemple, differents aldehydes ou &tones. Le rendement global, qui est d’environ 90% quand on utilise le formaldehyde, tombe a 6O-70% avec l’acttaldehyde et a RI-20% avec Tacktone. Notons que l’acetone ne r&it pas sur les phosphodihydrazides 7 et 8, probablement a cause de cet effet inductif mais aussi a cause dun effet sterique et de la moindre nucleophilie des phosphorhydrazides consider&. Le fait qu’il ne se forme pas un hexazaphosphoradamantane dans le cas de l’action de l’acetone sur les phosphotrihydrazides 9 et 10 peut &tredii Cgalement a la superposition des effets inductif et sterique. La reaction de formation des phosphorhydrazones lP-N-N=C( a deja 6tC observee par Klement et ’ I Knollmtile? au tours de l’action de l’acetone a l’ebullition sur le phosphodihydrazide C&OP(S)(NHNH&. Aux temperatures oh nous avons rtalisd nos essais, nous n’avons directement obtenu une phosphorhydrazone que dans le cas de l’action de l’acttaldehyde sur le phosphorhydrazide 9; il se forme alors le perhydro tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 40 (voir Tableau 4) qui resulte de la combinaison des deux reactions envisagees (formation de phosphorhydrazone et cyclisation); et du glyoxal sur le phosphodihydrazide 4; nous avons ainsi isole le dihydro- 1,3 tetrazaphosphepine1,2,4,5,3 43 qui est le produit dune double formation d’hydrazone (rendement: 90%) GHs \
,N(CR)-N=C-H P
S 1( ‘N(CH,)-N=C-H
I
43
a31P= -80 (dans CHCl,) JP_N-CHI = 9.2 Les composts 26-29 (voir Tableau 2), obtenus au tours des reactions prtcedentes, possedent encore un certain nombre de groupes NH nucleophiles. On peut done s’attendre a une reaction s’ils sont mis en presence de rtactifs plus tlectrophiles et moins encombrants que les &ones utilides. Effectivement le formaldehyde reagit sur ces composes. Dans le cas des composes 27-29, on obtient exclusivement un hexazaphosphoradamantane (composes 35-37) (rendement: 60%). Au contraire, la reaction du formaldehyde avec le derive monocyclique 26 fournit un melange des hexazaphosphoradamantanes 34 (40%) et 32 (60%). Le formaldehyde &ant sans action sur le compost 34, il faut done admettre que, ou bien, le formaldehyde deplace l’acttone de l’heterocycle 26 pour donner le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 qui se condense ensuite avec deux autres molecules de formaldehyde; ou bien, ce
R-CH, 35: R = -CH&Hr 36: R = -CH,-CH+-CH, 37; E = -CH&H-CH, I W3-U m&me compose 26 est hydrolyd par l’eau dans laquelle est dissous le formaldehyde, ce qui conduit a un phosphotrihydrazide capable de reagir avec le formaldehyde. L’action du formaldehyde sur le compose spiranmque 30 deja obtenu ne donne que 30% du compose heptacycliclue 44: il se forme surtout de la bis(phosphorhydrazone) 42 (60%) 21tote dune petite quantite (M-15%) d’un compose non identitie. D’autre part, l’action de l’acetaldehyde sur le perhydro tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 26 ne conduit qu’a la phosphorhydrazone monocyclique 41 (voir Tableau 4). Nous nous sommes demand& s’il Ctait possible de ne faire reagir qu’une ou deux moles de formaldehyde sur le phosphorhydrazide 10, en s’arr&ant alors a un compose respectivement mono ou bicyclique. La Fig. 1 reprtsente les resultats de l’action de deux moles de formaldehyde sur une mole du phosphotrihydrazide 10 pendant 4 h, a differentes temperatures. A tres basse temperature (-70°C) il ne se forme qu’un tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 qui a ete isole et identiiie. Entre -40 et +3O"C, nous avons Cgalement mis en evidence la presence de deux autres composes phosphor& en proportions variables: le deplacement chimique de 3’P de l’un d’eux semble montrer qu’il s’agit de la phosphorhydrazone 38 (#‘P = -77); nous supposons que I’autre (VP = -73) est le compose bicychque 45. 11 ne nous a pas Ctt? possible d’isoler ces deux derniers composes. Au dessus de 3O”C, le melange reactionnel Cvolue plus ou moins rapidement suivant la temperature et le seul compose phosphor6 ainsi obtenu est l’hexazaphosphoradamantane 32. L’action de l’acetone sur le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 conduit a la phosphorhydrazone 39. Au contraire, l’action de la cyclohexanone sur ce mdme compose 25 permet d’obtenir un melange du phosphotrihydrazide 10 (10%) et des hexazaphosphoradamantanes 32 (50%) et 36 (40%). Le mecanisme de cette reaction, certainement tres complexe, n’a pas pu &tre &lucid& Structure des compose’s obtenus (a) Perhydro tt%razaphosphorines-1,2,4,5,3.
Les spectres de resonance magnetique protonique de tous les heterocycles de cette nouvelle famille sont en bon accord avec la structure tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 (voir Tableau 2). 11faut remarquer que les signaux des protons des groupes NH cycliques, soit en a, soit en fi du phosphore, ne sont pas toujours visibles a temperature ordinaire: il n’y a, par exemple, pas de traces du signal du groupe NH en (Ydans le compose 23 ou du groupe NH en /3 dans les heterocycles 12,27,28 et 29. Ceci est peut-btre au fait que la frequence des Cchanges chimiques est voisine de celle de separation des composantes du signal en l’absence de
‘C=N-N
,C=N-N(CH,),
*Solvant: akool. tSolvant: cp,.
CH,=N-N(CH,),
H
CH, \ ,C=N-N(CH,),
H’
CHs
CH,
CH,,
P
0 L(
‘N(CH,)-NH’
-NH,
‘N(CH2)-NH’
,N(CH,)-NH
,N(CH,)
P
‘N(CH,)-NH’
,N(CH+-NH,
,N(CR)-NH, &‘\N(CH,)-NH/
S/
-(CHI),
S r(
P
Composts
‘CH,
,CH,
,CH,C ‘CH,-
C
I
‘CH-CH,
CH,
2
Tableau4.
42
41
40
39
172-3
84-5
78-9
67-8
F (“C)
- 78.5
-80.5
-16
-80
S”P*
3.06
2.78
(N)CK hydrazono
S’Ht
2.8
2.83
(NW, hydrazino
Rdsultatsconcernantlesphosphorhydrazones
6.32 6.16
6.28
H SW C en 6
(N)H 4.3 CH, 1.70 cyclohexyl
(N)H (C)H 4.0 4.5
(C)CH 1.02 (=C)CH, 1.59
Divers
9.2
9.1
f’-N-CH, hydrazono
4.8
6
r&c-)_ 9.75 P-N-N-H 0
f’NNIj 0
(=c) H &
H-C-C& cyclique
Divers
_ _ __ - - . -
11.2
10.2
P-N-CH, hydrazino
J (Hz)
_----
-
J. P. MAJORALet al.
2640
P(S)(
(cis)
NCH3
NH213
10
6
:
(trans.) H 2N-NC
3
H3
ou
H3C N\ S&P
22
/ ‘&NHN I 3 NCH3-NH2
OC H2
5
Schtma 1.
I
-50
Fig. 1. ActionadiffCrentes
0
tempCraturesduphosphotrihydrazide10
t50
/
T’C
2641
Heterocyclescontenantdu phosphore-XXIX tels &changes: 1’Clargissementdu signal qui en resulte et sa relativement faible intensitt le font disparaitre dans le bruit de fond. Now avons ntanmoins pu observer le groupement NH correspondant en spectroscopic infrarouge. Notons Bgalement que le couplage entre le phosphore et le proton en B n’a jamais Cte observe quand le signal de ce proton est visible: dans ce dernier cas, ou bien la vitesse d&change chimique est trop rapide, ou bien la valeur du couplage est trop faible pour que le dedoublement du signal soit observe. Dans le cas oh il existe un groupement methyltnique en 6 (heterocycles 12, l&21,22 et 25), le massif correspondant a ces protons se presente bien comme un systbme AB sauf, pour le compose 25, oh il est tres dCgenerCet reduit a un pit unique. On note, en plus, avec les quatre premiers, la presence d’un couplage avec le phosphore, different pour chacun des protons (2.5-2.75 Hz pour le proton prtferentiellement equatorial; OS-O.75Hz pour le proton axial).35.36 On pouvait s’attendre a ce que la reaction de synthbse des heterocycles 16, 19, 23 et 24 conduise 9 deux sttreoisombres. Nous n’avons observe la formation de deux isombres que dans le cas des composts 16 et 23. Cependant, seul, le spectre de RMN “P du premier nous a permis de voir deux pits distincts: l’autre presente un pit unique, B vrai die assez large et l’existence de deux diasterboisombres n’est attestee que par le spectre de resonance magnetique protonique. I1 est done possible que le compose 19 que nous n’avons pas pu purifier et dont nous n’avons pas pu realiser l’etude en RMN ‘H soit egalement un melange. Quant a l’hettrocycle 24, le spectre en RMN ‘H montre qu’il n’y a eu formation que dun seul isombre. L’unicite du pit de RMN “P du compose 23 peut signifier que le groupement dimethylamino a la m&me position conformationnelle dans les deux isomeres,” le groupement methyle en 6 serait done dans l’un equatorial, dans l’autre axial. Effectivement, on peut observer de grandes differences pour le deplacement chimique de ce groupe methyle et du proton vicinal entre les deux isomeres. Cependant, si l’on irradie ces protons mtthyliques dans chacun des deux isomeres, le signal correspondant au proton vicinal se rdduit ?Iun pit unique, un peu plus large dans l’un que dans I’autre. Ce proton n’a done jamais une position reellement tquatoriale car on devrait observer un couplage d’environ 2Hz avec le phosphore (voir les tttrazaphosphorines1,2,4,5,3 12, 21 et 22). Peut-&tre faut-il supposer que l’isomere qui aurait le groupe methyle axial est deform6 par suite des interactions entre ce groupement et les doublets libres des azotes en 2 et 4, ce qui affaiblirait le couplage 4Jr_N-,o. La finesse du signal obtenu pour le proton en 6 apres irradiation du groupe mtthyle et la valeur du deplacement chimique de ces protons methyliques, voisine de celle qui a 6te observee pour des groupements methyle Bquatoriaux chez d’autres tetrazaphosphorines-1,2,4,5,3 (6CHJe4= 1.09dans 17; 1.00 dans 26t, donne alors a penser que le groupe CHp est equatorial dans l’isomere (a). Un raisonnement analogue permet d’atlirmer que, dans le compose 24, le groupement methyle est aussi equatorial. Ainsi qu’il est mentionne sur le Schema 1, le polycycle 30 peut exister sous les formes cis et trans : le spectre de
tLe d&placementchimique du proton en 6 est Cgalementvoisin de celui du proton axial dans l’httkrocycle 21 (6 = 4.97).
RMN ‘H montre qu’il s’est forme un seul isombre mais rien ne permet de dire duquel il s’agit. Nous avons d6ja montre la relation qui existe entre la frkquence de vibration de valence r+,,, et la position conformationnelle de l’oxygene du phosphoryle dans les htttrocycles phosphor& B six chafnons,‘2”6*3~ relation qui permet de connahre cette position et s’il y a tquilibre ou non. On peut raisonnablement supposer que les perhydro tetrazaphosphorines-1,2,4,5,3 existent dans une forme chaise. 11est done possible de leur appliquer cette relation. Compte tenu de resultats ant&ieurs,38 un groupement P + 0 equatorial correspondrait 9 une frequence de 1270 a 1280cm-’ et un P + 0 axial B une frequence de 1240a 1250cm-‘. L’Ctude en spectrographic infrarouge du compose 17 montre la presence de deux bandes z+._.~a 1268 et 1242cm-‘, la premiere Ctant plus intense que la seconde: l’oxygene du phosphoryle occupe done ici preferentiellement une position dquatoriale. Nous avons montre que l’oxygene du phosphoryle occupe prbferentiellement une position Cquatoriale dans des hbterocycles analogues sauf s’il y a un groupe NH en (Ydu phosphore;q nous voyons done qu’il en est de meme ici. 11 parait done justit% d’appliquer cette regle aux composts 21 (P + 0 axial) et 24 (P + 0 equatorial). La structure p&pond&ante de ce dernier heterocycle serait done: I-K.
HH
24
Dans tous les t&azaphosphorines-1,2,4,5,3 a groupement P + S, il n’est pas possible de prtciser la position conformationnelle du soufre. Dans le cas des composes spiranniques ou bispiranniques 27-30, la presence du cycle carbon6 ne supprime pas le plan de symetrie de la molecule tant qu’il y a libre interconversion de ce cycle: il en est ainsi a temperature ordinaire pour les heterocycles 27,28 et 30. En revanche, pour le quatritme, 29, le blocage du cycle hexanique par le groupe tertiobutyle se traduit par l’inequivalence des groupements methyle fixes sur les azotes cycliques en (Y du phosphore. Nous avons vu que le compose 17 presentait un Cquilibre conformationnel. 11doit en &tre de meme pour l’ensemble de la strie. Nous avons pu determiner la con&ante d’tquilibre pour deux de ces hettrocycles. Tout d’abord, la dtgtnerescence du systbme AB correspondant aux protons methyltniques en 6 du compose 25 peut s’expliquer par un Cquilibre rapide Cquibalanct entre les deux conformations possibles (AG = 0). Par ailleurs, dans le cas de l’isomere 23b, une etude par RMN en temperature variable du groupement methyle en 637 permet d’obtenir AG = 950 Cal/mole et K = 4.89. (b) Hexazuphosphorudamantanes. Si l’on considere tout d’abord le compose 34 et si l’on met a part les difftrents signaux dus aux groupements methyle, le spectre de resonance magnetique protonique se presente comme la partie AA’BB’ dun systeme AA’BB’X oh X est le phosphore. C’est un systbme facile 9 calculer.” Nous avons ainsi mis en 6vidence l’existence dun seul couplage a longue distance entre protons, couplage qui doit done
2642
J. P. MAJORAL et al.
&tre 4J(He,He,).t Par ailleurs, seuls, les protons Ha, et Ha, sont couplCs avec le phosphore, ce qui est normal puisqu’ils sont bquatoriaux dans les cycles perhydro t&azaphosphorines-1,2,4,5,3 contenus dans l’hexazaphosphoradamantane. L’attribution des signaux mCthyle fix& sur les azotes est facile en raison de leur rkpartition en deux groupes. Dans le cas des composks 31 et 32, le massif du spectre de rtkonance magnktique protonique correspondant aux protons mtthylkniques est constitui par la partie AA’A”BB’B”d’un systkme AA’A”BB’B”Xoii X est le phosphore. C’est un systeme trks complexe qui a pu &tredCpouillt en supposant, conformkment g ce qui a Ctk obtenu pour l’isologue 34, que, parmi les couplages &longue distances, seuls les couplages 4J(He,He) = 4J(He,He,) = 4J(HqHe,) et 4J(PHa,) = 4J(PHaz)= 4J(PHa,) n’ktaient pas nuls. La partie protonique du systkme se r6duit alors grossikrement & un systkme AB dans chacune des transitions duquel apparaissent les effets des couplages B longue distance. Le spectre a pu &tre calculi par approximations successives, en tenant compte des rksultats obtenus pour l’hexazaphosphoradamantane 34 et grke au programme LAOCOON III, puis tint au moyen de ce mSme programme. Le massif correspondant aux protons fix& sur les carbones du cycle triazine-1,3,5 dans le composk 37 est bgalement trts complexe car ils forment avec le phosphore un systtme ABCDX. Cependant, le fait qu’il ne puisse exister ici aussi qu’un seul couplage ?i longue distance entre protons permet de l’analyser comme la superposition de deux systkmes ABX (respectivement ACX et BDX) n’ayant en commun qu’un seul couplage 4J”*Hs.Des expkriences d’INDOR nous ont permis de reconstituer chacun des sous-spectres et, par suite, de calculer les diff6rents paramktres. Le spectre de rksonance magnktique protonique des autres composks de cette s6rie ne prksente aucun probkme. Notons le dkblindage du groupe mkthyle fix6 sur l’azote placC dans le plan de symktrie de la molkcule quand il y a soit deux mkthyles 34, soit une jonction spirannique, 35 et 36, sur un carbone, ce qui permet d’attribuer le dkplacement chimique de 2.59 x 10m6dans le composk 37 au groupe mCthyle placC dans la position Bquivalente. Dans le cas du compost 33, on peut noter que le dkplacement chimique des mkthyles fix& sur les carbones et des protons vicinaux ainsi que la valeur nulle du couplage JPNNCH montre sans ambiguitb que les groupes mkthyle sont Bquatoriaux. Enfin, la prtsence d’un cycle spirannique modifie la symktrie de la molkcule. Les groupes mkthyle fix& sur les atomes d’azote qui sont Cquivalents dans les composts 31 et 32 ne le sont plus ici. Dans les hexazaphosphoradamantanes 35 et 36 oii la libre interconversion du cycle carbon?? & tempbature ordinaire conserve un plan moyen de symttrie, ils se rkpartissent en deux groupes comme dans le d&iv6 C-dimtthylk 34: les deux methyles pork% par les azotes en /3 du cycle spirannique qui sont Cnantiotopiques, d’une part, et le troisibme, d’autre part. Dans le tricycle 37, la pksence d’un groupe tertiobutyle sur le cycle hexanique qui provoque le blocage de ce cycle tLorsque nous parlerons de protons ou de groupes port& par les carbones d’un hexazaphosphoradamantane, soit 6quatoriaux (He,, He*, . .), soit axiaux (Ha,, Ha,, . . .), sans autre prbcision, nous nous rtfirons $i leur position par rapport au cycle triazine-12.5 contenu dans ce composC tricyclique.
rend la molkule asymetrique: les trois mCthyles sont alors diff&enci6s. Un rksultat analogue a pu &tre observt avec le composd 36 ?i une tempkrature inf&ieure a la tempkrature de coalescence du cycle hexanique (Tc # -79°C). On peut 6galement suivre cette modtication de la symkie de cette moltkule g&e aux protons mkthylkniques: alors que ces protons constituent avec le phosphore un systtme AA’BB’X k la temptrature ordinaire, l’abaissement de temperature conduit B un systkme ABCDX similaire B celui de l’hexazaphosphoradamantane 37 en dessous de la tempkature de coalescence. (c) Phosphorhydrazones monocycliques. La formule brute du composC 40 pouvait correspondre soit B une structure bicyclique sans insaturation analogue &45, soit B la structure propoke au Tableau 4. L’Ctude spectrographique a montrk que c’ttait cette demikre structure qui Ctait correcte. En effet, on retrouve en IR (a 1600cm-‘) et en UV (A = 242 nm) les m&mesbandes que dans le cas de l’azine CH,-CH=N-N=CH-CH,. Le spectre de RMN ‘H ne presente pas les symktries auxquelles on pourrait s’attendre si la structure &it bicyclique. Le proton voisin de la double liaison a un dtblindage proche de son analogue dans l’azine dkjk citke (8 = 6 ppm). Enfin, le groupe mtthyle fixCsur le carbone en 6 et le proton vicinal ont exactement le m&me d&placement chimique dans le compost monocyclique 24. Ceci permet, en outre, de placer ce groupement mkthyle en position prtfkrentiellement kquatoriale. Le composB 42 montre en ultraviolet la m&mebande & 242 nm. Son spectre de rksonance magnttique protonique prksente de grandes similitudes avec celui du prkkdent: en particulier, on observe le meme dkblindage du proton voisin de la double liaison. La presence d’une bande en ultraviolet B 242 nm et un dkplacement chimique de 3’Ptrks voisin semblent montrer que les composCs 38,39 et 41 ont une structure analogue. (d) Dihydro-1,3 tt%razaphosph6pine-1,2,4,5,3 43. La prksence d’une bande ?I 243 nm en UV et B 1600cm-’ en IR est le signe d’une liaison C=N comme pr&&demment. Le spectre de RMN ‘H fait apparaitre un seul signal (doublet) pour les groupements mkthyle et les deux protons fortements dbblindks-ce qui prouve le voisinage d’une double liaison-se prksentent comme un systkme A,. Ceci prouve l’existence d’un plan de symktrie dans la molkcule et est done en faveur de la structure 43. En conclusion, nous voyons que les phosphodi (ou tri) hydrazides sont de bons rkactifs nuclkophiles. Leur action sur les aldChydes et les &ones permet d’obtenir trois familles de composks jusqu’ici inconnues. Dans les conditions exptrimentales utilisk, les &actions de condensation observkes sont dans la major&Cdes cas des rkactions de cyclisation: ce n’est que rarement qu’il y a formation de phosphorhydrazones. PARTIEEXPERIMENTALE Les points de fusion pris en tube capillaire avec un appareil Biichi ne sont pas corrigts. Sauf dans le cas du composd 43, ils sont mention& dans les Tableaux l-4. Les spectres IR ont &tt enregistrks avec I’appareil de Perkin-Elmer 125, sur des echantillons en solution dans le chloroforme. Les spectres UV ont Bt6 tracks avec un appareil Beckmann, modble DB sur des tchantillons Cgalement en solution dans le chloroforme. Les spectres RMN ‘H ont tt6 obtenus g 100 MHz sur un spectrom&re Varian HA 100 opCrant en balayage de frCquence. Le verrouillage champ-friquence Ctait r&al& sur le signal du TM.7 pris comme rtftrence interne. Les spectres de RMN ‘H B 6OMz et “P B 24.3 MHz ont Ctt enregistr&s sur un appareil Perkin-Elmer RlO.
Heterocycles
2643
contenant du phosphore-XXIX
Les dtplacements chimiques sont exprimts en ppm, les constantes de couplage en Hertz (voir Tableau l-4). Les d6placements chimiques de “P sont comptt5s positivement vers les champs forts a partir de H,PO, 85% pris comme rtf6rence exteme. Les spectres de masse ont bt6 r6alists sur un spectrombtre quadrupolaire Riber a 70 eV. Les analyses ont tte effectukes par le Service Central de microanalyse du CNRS a Thiais. Tous les composts pour lesquels apparaissent le mot analyse ont fourni pour les elements figurant entre parentheses des r&hats analytiques correspondant 9 la formule B +-0.3% au plus. Les calculs effectuts au moyen du programme LAOCOON
III ont Cte realists sur la calculatrice IRIS 80 du Centre Interuniversitaire de Calcul de Toulouse. SynthPse des phosphorhydrazides 2-6 et 8 Les phosphorhydrazides 1, 7 et 11 ont CtC prepares selon les m6thodes preconistes respectivement par Klement et Knollmiiller,“” Michaelis ,I9 et Tolkmith.” Pour les autres, une solution chloroformique ou &the&e de la
dichloro- ou trichlorophosphine (oxyde ou sulfure de phtnoxy- ou phtnyl- ou N-dimCthylaminodichlorophosphine; oxychlorure ou thiochlorure de phosphore) (I mole) est ajoutte goutte a goutte a une solution chloroformique ou &h&e de l’hydrazine choisie (m6thyIhydrazine ou phtnylhydrazine) (4 ou 6 moles suivant le phosphorhydrazide d&sir@, en agitant et en maintenant la temperature vers 5°C. L’agitation est maintenue pendant 3 ou 4 h. Le solvant est ensuite CliminCdans le vide de la trompe a eau. Le r6sidu visqueux est repris a chaud par le mClangebenzene-hexane (1:2). Les cristaux obtenus aprbs refroidissement sont recristallisCs dans le m&memClange.Le phosphorhydrazide 5 est une huile indistillable. 2: analyse: GH,,N,OPS (C, H, N, P); rend. 85%. 3: analyse: C,H,,N.,OP (C, H, N, P); rend 80%. 4: analyse: C,H,,N,PS (C, H, N, P); rend. 98%. 5: rend. 20%. 6: analyse: C,H,,N,PS (C, H, N, P); rend. 50%. 8: analyse: C,,H,N,PS (C, H, N, P); rend. 60%. 9: analyse: C,H,,N,OP (C, H, N, P); rend. 78%. 10: analyse: C,H,5NaPS (C, H, N, P); rend. 98%. Action des aldihydes oa des &tones SW les phosphorhydrazides
Le phosphorhydrazide est dissous dans de I’alcool. On ajoute rapidement un ICger exces de I’aldChyde(solution aqueuse de formaldehyde a 30%; acttaldthyde) ou de la &one (a&one; cyclopentanone; cyclohexanone; tert-butyl-4 cyclohexanone; cyclohexanedione-1,4), une, deux ou trois moles pour une du phosphorhydrazide, suivant les cas, en agitant vigoureusement et en maintenant la tempkrature vers 5°C. L’agitation est maintenue pendant 4-5 h. Dans le cas des &ones, on Clbve la tempkrature a 30 ou 40°C. Le melange reactionnel est ensuite concentre dans le vide de la trompe a eau. Si ce residu cristahise, les cristaux obtenus sont recristallises dans le melange benzene-hexane (1: 3). Quand il s’agit d’une huile (composes 17-22), elle est purifiee par dissolution dans le minimum de benzene et repr6cipitation par I’hexane. L’hexazaphosphoradamantane 31 a et6 puritie par sublimation vers 70°C dans un vide de 10-l mm Hg. Dans le cas des composCs
16 et 23, les deux diastereoisomeres n’ont pas ttt s6parCs: leur pourcentage relatif a ttC mesur6 par integration des signaux de RMN “P. L’action de I’acttaldthyde sur le phosphorhydrazide 9 conduit a un melange de 24 (lo%), 33 (50%) et 40 (40%). Le melange a 6tt dissous dans le minimum d’alcool. On ajoute lentement de I’tther. Le compose 33 prtcipite en premier. En ajoutant encore de pether, on obtient 40. Ces deux composds sont recristallists dans I’alcool. Le compost 24 n’a pas pu &tre isolt pur: son spectre de RMN ‘H a et6 reconstitue a partir du r6sidu en Climinant les siguaux correspondant aux autres composts. 12: analyse: C,H,,N,OPS (C. H. N. P): ,. rend. 40%. 13: analvse: C,,H,,N.,OPS (C, H, N, P); rend. 50%. 14: analyse: C,,H,,NiOPS (C, H, N, P); rend. 78%. 15: analyse: CsH,,N40PS (C, H, N, P); rend. 75%. 16: analyse: C,H,,N,OPS (C, H, N, P); melange. 17: analyse: G,H,,N,OP (C, H, N, P); rend. 10%; z+,~ = 1268et 1242cm-‘. 18: rend. 90%. 19: rend. 60%. 20: rend. 15%. 21: analyse: C,,H&,OP (C, H, N, P); huile; rend. 15%. 22: rend. 45%:26: a&se: C,H,,NaPS (C, H, N, P); rend. 60%. 27: analyse: GH,,NBS (C, H, N, P) rend. 55%.28: analyse: C,H,,NQS (C, H,
N, P); rend. 60%. 29: analyse: C,,H,,NBS (C, H, N, P); rend. 65%. 30: analyse: C12H3dN,2PZS2 (C, H, N, P); rend. 90%. 31: analyse: C6H,,NsOP (C, H, N, P); rend. 65%. 32: analyse: C&IH,,N$S (C, H, N, P); rend. 80%; pit de masse = 234. 33: analyse: C&,N60P (C, H, N, P); rend. 48%. 40: analyse: C7H,9N10P (C, H, N, P); rend. 38%; yc+, = 1600cm-‘; A, = 242nm, E,, = 1300. La synthbse du t&razaphosphorine-1,2,4,5,325 a et& r6aIisee d’une facon analogue en utilisant un mole de formaldehyde (en solution aqueuse a 30%)pour un mole du phosphotrihydrazide 10 et en maintenant la tempirature a - 70°C.Au bout de 4 h, on laisse le mClangereactionnel revenir a la tempkrature ordinaire puis le compose obtenu est purifiCcomme prectdemment. 25: analyse: CdHISN&‘S(C, H, N, P); rend. 88%. Dans le cas de I’action du glyoxal sur le phosphodiiydrazide 4, les deux compos6s sont melanges dans le chloroforme. Au bout de 10 min, un pr6cipitb apparait que l’on essore et recristahise dans le mClange benzene-hexane (3: 1). 43: analyse: C,d-I,,N,PS (C, H, N, P); F = 222-4°C; rend. 90% vCeN= 1600 cm-‘; A_ = 243 nm, E, = 1300. Action des aldihydes et des &ones SW les perhydro titrazaphosphorines-1,2,4,5,3 comportant un reste hydrazino libre La rtaction est effect&e dune man&e analogue en solution alcoolique. Les composCs obtenus sont recristahisCs dans le melange benzene-hexane (1:3). Dans le cas de I’action du formalddhyde (en solution aqueuse a 38%) sur le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 30, seul le compose 42 (60%) a et6 isole et purifi6; l’heterocycle 42 (30%) a ttC identilit grace a son dtplacement chimique de “P (S = -65). L’action de la cyclohexanone sur le compost 25 conduit a un m6lange de 10 (IO%), de 32 (50%) et de 36 (40%) qui ont 6tC ident& g&e B leur dkplacement chimique de “P. 34: analyse: C,H19NgS (C, H, N, P); rend. 30%. 35: analyse: C,,H,,N$S (C, H, N, P); rend. 68%. 36: analyse: C,,H,,N&‘S (C, H, N, P); rend. 60%. 37: analyse: C,,H,,N,PS (C, H. N. P): rend. 60%. 39: analvse: C,H,,NBS (C. H. N, P): rend. ._ 6lI%,‘A~~. = 242 nm, c,., = l&I. 41: analyse: CsH,;NaPS (C, H,
N, P); rend. 40%; A,, = 242nm, E, = 1000. 42: analyse: C14H34N12P2S2 (C, H, N, P) rend. 68%; A,, = 242nm, l, = 1200;pit de masse = 4%. BIBLIOGRAPHIE ‘W. Authenrieth et W. Meyer, Ber. 58, 848 (1925). *W. Authenrieth et E. Bolli. Ibid. 58, 2144 (1925). ‘H. Tolkmith et E. C. Britton, .I. Org. Chem. 24, 705 (1959). 4D. S. Payne, H. NBth et G. Henniger, Chem. Comm. 327 (1965). 5T. L. Itahnskaya, N. N. Mel’nikov et N. I. Shvetsov-Shilorski, Zh. Obsch. Khim. 38, 2265 (1968). 6U. Enaelhardt. Z. Naturforsch B 24, 1486 (1969). ‘S. F. Spangerberg et H. H. Sisler, Ino&. Chei. 8,1004 (1%9). ‘H. Dom et K. Walter, Z. Chem. 173 (1971). 9L. A. Cates, .I. Heterocyclic Chem. 10. 111 (1973). “‘H. Niith et R. Ullmann, Chem. Ber. 107, 1019 (1974). “M. Bergmann et J. R. Van Wazer, Inorg, Chem. 13,737 (1974). “R. Arshinova, R. Kraemer, J. P. Majoral et J. Navech, Org. Magn. Reson. 7, 309 (1975). ‘“J. P. Majoral, R. Kraemer, J. Navech et F. Mathis, Bull. Sot. Chim. Fr. 2367 (1975). 14J. Navech, J. P. Majoral et R. Kraemer, 5th International Conference of Organic Phosphorus Chemistry, Gdansk, Septembre 1974; J. P. Majoral, R. Kraemer, J. Navech et F. Mathis, 5th International Congress of Heterocyclic Chemistry, Ljubljana, Juillet 1975;J. P. Majoral, R. Kraemer. J. Navech et F. Mathis. Tetrahedron Letters 1481 (1975). “H. Schiff, Ann. 101, 302 (1857). 16P. Kunz, Ber. 27, 2559 (1894). “W. Authenrieth et 0. Hildebrand, Ibid. 31, 1094 (1898). ‘*A. Michaelis et W. Kerkhof. Ibid. 31. 2172 (1898). 19A.Michaelis, Ann. 326, 129<1903). 2oW. Steinkopf, Ber. 41, 3571(1908). *‘W. Steinkopf, J. Prakt. Chem. 81, 97 (1910). **W. Strecker et H. Heuser, Ber. 57, 1368 (1924). 23H. Brintzinger, K. Pfannensteil et H. Koddebusch, Chem. Ber. 82, 389 (1949).
2644
J. P. MAJORAL et al.
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Vol. 32, pp. 2633 to 2644. Pergamon Press 1976. Printed in Great Britain
HETEROCYCLES CONTENANT DU PHOSPHORE-XXIX SYNTHESE ET ETUDE DE QUELQUES COMPOSES PHOSPHORES ACYCLIQUES ET CYCLIQUES DERIVES DES HYDRAZINES J. P. MAJORAL, R. KRAEMER, J. NAVECH* et F. MATHIS Laboratoire des H&rocycles
du Phosphore et de 1’Azote (Chiiie-Physique II), Universit6 Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 3 1077 Toulouse, France
(Received in France 19 December 1975;Received in the UK forpublication
26 March 1976)
R&um&Les phosphodi (ou tri) hydrazides sont de bons reactifs nucltophiles. Leur action sur les aldehydes et les c&ones permet d’obtenir trois families de composCs entierement nouvelles. Dans les conditions experimentales utilistes, il se forme rarement une phosphorhydrazone. Abstract-High nucleophilicity is shown by phosphodi (or tri) hydrazides, they react with aldehydes or ketones to give three new types of phosphorus heterocyclic compounds. The formation of phosphorhydrazones is rarely
Les ht%rocycles contenant un atome de phosphore tri-, t&a- ou pentacoordine ont suscite un tres grand int&t en raison de leur importance soit chimique, soit biologique. En particulier, les composes du type A sont bien
restes hydrazino identiques et au moins un atome d’hydrogene sur les azotes situ& en /3 du phosphore, et des composes mono- ou polycycliques qui en resultent.‘4 Nous nous limiterons ici a la coordinence 4 du phosphore. Synthhse de quelques nouveaux phosphorhydrazides Phosphodihydrazides. Une trentaine de phosphodihyd-
COMUS (pour une bibliographie, se reporter 21 nos pr&dentes publications). En revanche, les hetbocycles phosphor& d&iv& de l’hydrazine ont BtCpeu BtudiCs;‘-” B notre connaissance, les seuls composes de cette categoric d&its dans la litterature derivent soit de la
perhydro Mmzadiphosphorine-1,2,4,5,3,6 (B), soit de l’hexaza-2,3,5,6,7,8 diphospha-1,4 bicyclo[2.2.2]octane
(X = 0 ou S ou atome absent)
C. Ces composes sont obtenus a partir de phosphodi- ou trihydrazides, RP(X)(N-NH), ou P(X)(N-NH),. A I I I I l’int&& proprement chimique dune telle etude s’ajoute la possibiite d’obtenir des composes dot& Cventuellement de prop&& pharmacodynamiques ou industrielles inGressantes: virucides, cytostatiques, parasiticides, etc. Nous nous proposons de decrire, dans ce premier memoire, la prkparation et l’6tude structurale dune strie de phosphodi(ou tri)hydrazides, posddant deux (ou trois) Tetra Vo 32, No. 21-K
razides du type ci-dessus Went deja connus.‘.‘5-27Parmi ceux-ci, nous avons utilise les composts 1’~~et 7.19Nous en avons Cgalement synthetise six nouveaux 2-68 (voir Tableau 1). L’ensemble de ces phosphodihydrazides a 6tC obtenu par action d’un oxyde (ou sulfure) de dichlorophosphine (1 mole) sur une hydrazine (4 moles) (rendement = 6090% sauf pour 5 et 6). Phosphotrihydrazides. Quatre composes de ce type seulement Ctaient connus262”’ parmi lesquels le phosphotrihydrazide 11. Nous en avons syntbCtist deux autres, 9 et 10. Le mode operatoire est, dans son principe, analogue au prec6dent; action de POCl, ou PSC& sur l’hydrazine (6 moles) (rend. 70-90%). Les donnees de resonance magktique nucltaire concemant l’ensemble de ces phosphorhydrazides sont consignees dans le Tableau 1. Leur examen conduit B formuler un certain nombre de remarques. Tout d’abord, l’attaque sur l’atome de phosphore est, comme nous l’attendions, le fait de l’azote le plus nucl6ophile: (a) dans le cas des phosphorhydrazides derives de la monom&hylhydrazine, c’est bien l’azote qui Porte le groupement methyle qui rCagit car la valeur du couplage qui existe entre le phosphore et ce groupement methyle (10-11 Hz) ne peut correspondre qu’a un couplage_ ‘JWCH,; (b) dans le cas des derives de la plkylhydrazine, c’est au contraire l’azote primaire qui reagit caron observe un couplage entre le phosphore et un hydrogene port6 par un atome d’azote (24-30 Hz) qui ne peut &e qu’un couplage *Jp_N_u. On note Bgalement qu’il n’apparaft un couplage 3Jr._N_N_uque dans le cas des dtrives de la phCnylbydrazine 8 et 11.Dans le cas des dCrivts de la mtthylhydrazine, ce couplage, s’il existe, est trop petit pour &re observ6 ou l’echange est trop rapide a la tempbature ordinaire.
2633
P
P
P
P
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
‘N(CH+NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
P
,N(CH,)-NH,
‘N(CH,)-NH’
, N(CH,)-NH,
‘N(CH,)-NH’
,N(CH,)-NH,
Sd
Sd
S’
Sk
P
P
, NH-N(C,H,)
0 YP’NH-N(CeH,)O
(CHAN,
,N(CH,)-NH,
S YP’N(CH,)-NH/
(CH,),N,
SdP’N(CH3-NH/
(CH,),N,
\
Sd
Sd
(CH&N,
Od
GHJ \
CsH,-0,
C&k-O,
CsH-0,
CsH,-0,
CsHs-0
Composd
C
‘CH,
,CH,
CH-CH,
CH,
‘CH,
,CH,
CH-CH(CH,X
‘CHZ
C
0
0
0
(3-L
21
20
19
18
17
16
15
huile
huile
huile
huile
mklange
112-3
67-8
49-50
48-9
P (“C)
Tableau2.
- 16
-58
-57
-62
-12
- 71(40?@ - 76(60%)
- 74.5
-76
-76
-68
VP*
(NM en a 6.8
4.2
3.4
3.77
3.9
en B
(N)H
2.72
(b) (“2:;
2.72 2.74
I
3.0
2.93
2.84
(N)CH, cyclique
2.47(c)
hydrazino exocycl
S’Ht
Rkkatsconcernantlestetrazaphosphorines-1,2,4,5,3
1
4.88 4.w
5.90 6.04
1.09 1.11
I
H sur CH, C en 6 surC en 6
24.2
P-N-g
9.6
11.4 I 11.6
11.4
12
9.42
9.94(c)
F+N-CX, hydrazino cyclique exocycl.
J(Hz)
PNNCH
HCIj -9.5 I
0.6 2,5
IJCIJ - 10.3
Divers
X Z
,....
^.
_NH-N(GH5)
,NH-N(C&),
,
P
,N(CHs)-NH\
‘N(CH,)-NH’
,N(CH+-NH,
‘N(CH,)--NH’
,N(CH+NH,
‘N(CH,)-NH
,N(CH,)-NH
,N(CH&--NH
P
SdPAN(CH,)-NH
,
Sk
,
SdP’N(CHd-NH
,N(CH,)--N
S tiP\N(CH,)-NHA
Sd
0”
P
0
0
Ha
CH, C’ ‘CH,
CHz
CH-CH,
CH-CH,
‘CHz
..“... -
._. _
_.
__
.
,..
_
*Solvant: alcool sauf 23 dans N&H,. iSolvant: CDCI, sauf 15(b)dam tolui?ne deutM6; SCH, du cyclohexyle; (c) (N)CH, amino.
NHrN(CH,)
NH,-N(CH,)
NH*-N(CH,),
NH*-N(CH,)
NH,-N(CH,),
NHrN(CH,),
..^ __.._ _.
/
S~P’NH-N(GHf
(CH,kN,
\
S YP’NH-N(C&)’
(CHlkN. ‘~
compost
_._...
17,29,24
30
29
28
27
26
25
24
23
22
.
.
- 59
-83
- 82.5
-82
-82
-83
-19
.^
.
.^.
.^...
23 dans N&D,.
2.71
(a)[ i:$
I 2.72
2.72
2.71
2.79
2.80
-.
-
3.05
(a)2.68
3.01
3.03
3.0
2.14
2.98
2.89
2.88(c)
-21
2.800
2.89
(NJCH, bydrazino cyclique exocycl
S’W
50% (B)
3.48
(N)H en B
(c&d)
50%(4
-68
S=P*
et 29 (a) dans CJL;
164-6
156-7
89-90
84-s
92-3
60-l
m&mge
d’Ull
non is016
melange
huile
F CC)
Tableau2.
--
1.61$
4.0
4.0
4.66 6.90
---.
i 1.11
1.00
0.98
1.00 1.55
H sur CH, C en 6 sur C en 6
-
20.8
P-N-H
.-
12
(a)( ;:i
t 11.7
11.7
12.0
12.7
12.1
13
8.3
P-N-@, cyclique
.
.
&ZH -13.25
Divers
-
9.1
W.4
9.7
9.5
9.5
9.5
10
8.3
-
Ipzcg,
5.5
8.2(c) HCC& 6.2 8.4(c) HCC& 5.0
12.3
hydrazino exocycl.
J(Hz)
54-6
5p60
131-2
35
36
37
-65
-65
-65
-1.5 -69 -7 -62
2.88 2.97 2.77 2.91(a) 2.78 2.87(a) 2.76 2.96(a) 2.83 2.59 2.53 2.40
(N)CH,
4.17 4.12
3.54
4.72
4.54
4.19 4.% 4.50 4.55
(C)-H&
3.64
4.35
3.82
4.08
4.41 4.42
(C)-H,S
1.52 1.54
(C)-CHA
1.14
(C)CH,&
1.4
1.2
1.4
1.5
1.5
1.5 1.51
PNNCHA
0
0
0
0 0 0 0
PNNCH&
*Solvant: alcool sauf 33 et 34 dans Cd&. Wolvant: 31 et 32 dans N&4; 33 et 34 dans Cd&; 35 et 36 dans CDCl,; 37 dans tolubne deutkrik SPosition dans le cycle triazine-1,3,5. (a) CH, port6 par les azotes en fi du carbone spirannique.
150-l 151 156-8 162-4
F (“C) S”P*
31 32 33 34
Composk
S’Ht
Tableau 3. R6sultats concernant les hexazaphosphoradamantanes
2.1
2.5
2.5
2.6
2.5 2.46
W-N-C-H
J (Hz)
11 13.7 7.7 12.0(a) 14 12.4(a) 14.3 14.4(a) 14.9 11.6 10.5 12.4
p-N-C& 14 13.49 5.3 13.5
HCrj - 14
HCH - 14
HCH - 13.6
gCH acs IjCC@, IjCIj -
Divers
2638
J. P. MAJORALet al.
1,4) conduisent a des perhydro tetrazaphosphorines1,2,4,5,3 comportant un reste hydrazino libre, 2630 (rendement: environ 60%) (voir Tableau 2) mais pas a des deriv6s du type adamantane. Si le mekrisme (a) invoque plus haut est bien celui de la reaction de cyclisation, la rtactivite doit dependre du caractere plus ou moins tlectrophile de l’atome de carbone du carbonyle. La pr6sence dans la molecule d’aldehyde ou de c&one de groupes donneurs d’electrons au voisinage de cet atome devra diminuer sa reactivitt. C’est effectivement ce que nous avons observe en faisant reagir sur un meme compose, le phosphodiiydrazide 6 par exemple, differents aldehydes ou &tones. Le rendement global, qui est d’environ 90% quand on utilise le formaldehyde, tombe a 6O-70% avec l’acttaldehyde et a RI-20% avec Tacktone. Notons que l’acetone ne r&it pas sur les phosphodihydrazides 7 et 8, probablement a cause de cet effet inductif mais aussi a cause dun effet sterique et de la moindre nucleophilie des phosphorhydrazides consider&. Le fait qu’il ne se forme pas un hexazaphosphoradamantane dans le cas de l’action de l’acetone sur les phosphotrihydrazides 9 et 10 peut &tredii Cgalement a la superposition des effets inductif et sterique. La reaction de formation des phosphorhydrazones lP-N-N=C( a deja 6tC observee par Klement et ’ I Knollmtile? au tours de l’action de l’acetone a l’ebullition sur le phosphodihydrazide C&OP(S)(NHNH&. Aux temperatures oh nous avons rtalisd nos essais, nous n’avons directement obtenu une phosphorhydrazone que dans le cas de l’action de l’acttaldehyde sur le phosphorhydrazide 9; il se forme alors le perhydro tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 40 (voir Tableau 4) qui resulte de la combinaison des deux reactions envisagees (formation de phosphorhydrazone et cyclisation); et du glyoxal sur le phosphodihydrazide 4; nous avons ainsi isole le dihydro- 1,3 tetrazaphosphepine1,2,4,5,3 43 qui est le produit dune double formation d’hydrazone (rendement: 90%) GHs \
,N(CR)-N=C-H P
S 1( ‘N(CH,)-N=C-H
I
43
a31P= -80 (dans CHCl,) JP_N-CHI = 9.2 Les composts 26-29 (voir Tableau 2), obtenus au tours des reactions prtcedentes, possedent encore un certain nombre de groupes NH nucleophiles. On peut done s’attendre a une reaction s’ils sont mis en presence de rtactifs plus tlectrophiles et moins encombrants que les &ones utilides. Effectivement le formaldehyde reagit sur ces composes. Dans le cas des composes 27-29, on obtient exclusivement un hexazaphosphoradamantane (composes 35-37) (rendement: 60%). Au contraire, la reaction du formaldehyde avec le derive monocyclique 26 fournit un melange des hexazaphosphoradamantanes 34 (40%) et 32 (60%). Le formaldehyde &ant sans action sur le compost 34, il faut done admettre que, ou bien, le formaldehyde deplace l’acttone de l’heterocycle 26 pour donner le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 qui se condense ensuite avec deux autres molecules de formaldehyde; ou bien, ce
R-CH, 35: R = -CH&Hr 36: R = -CH,-CH+-CH, 37; E = -CH&H-CH, I W3-U m&me compose 26 est hydrolyd par l’eau dans laquelle est dissous le formaldehyde, ce qui conduit a un phosphotrihydrazide capable de reagir avec le formaldehyde. L’action du formaldehyde sur le compose spiranmque 30 deja obtenu ne donne que 30% du compose heptacycliclue 44: il se forme surtout de la bis(phosphorhydrazone) 42 (60%) 21tote dune petite quantite (M-15%) d’un compose non identitie. D’autre part, l’action de l’acetaldehyde sur le perhydro tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 26 ne conduit qu’a la phosphorhydrazone monocyclique 41 (voir Tableau 4). Nous nous sommes demand& s’il Ctait possible de ne faire reagir qu’une ou deux moles de formaldehyde sur le phosphorhydrazide 10, en s’arr&ant alors a un compose respectivement mono ou bicyclique. La Fig. 1 reprtsente les resultats de l’action de deux moles de formaldehyde sur une mole du phosphotrihydrazide 10 pendant 4 h, a differentes temperatures. A tres basse temperature (-70°C) il ne se forme qu’un tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 qui a ete isole et identiiie. Entre -40 et +3O"C, nous avons Cgalement mis en evidence la presence de deux autres composes phosphor& en proportions variables: le deplacement chimique de 3’P de l’un d’eux semble montrer qu’il s’agit de la phosphorhydrazone 38 (#‘P = -77); nous supposons que I’autre (VP = -73) est le compose bicychque 45. 11 ne nous a pas Ctt? possible d’isoler ces deux derniers composes. Au dessus de 3O”C, le melange reactionnel Cvolue plus ou moins rapidement suivant la temperature et le seul compose phosphor6 ainsi obtenu est l’hexazaphosphoradamantane 32. L’action de l’acetone sur le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 25 conduit a la phosphorhydrazone 39. Au contraire, l’action de la cyclohexanone sur ce mdme compose 25 permet d’obtenir un melange du phosphotrihydrazide 10 (10%) et des hexazaphosphoradamantanes 32 (50%) et 36 (40%). Le mecanisme de cette reaction, certainement tres complexe, n’a pas pu &tre &lucid& Structure des compose’s obtenus (a) Perhydro tt%razaphosphorines-1,2,4,5,3.
Les spectres de resonance magnetique protonique de tous les heterocycles de cette nouvelle famille sont en bon accord avec la structure tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 (voir Tableau 2). 11faut remarquer que les signaux des protons des groupes NH cycliques, soit en a, soit en fi du phosphore, ne sont pas toujours visibles a temperature ordinaire: il n’y a, par exemple, pas de traces du signal du groupe NH en (Ydans le compose 23 ou du groupe NH en /3 dans les heterocycles 12,27,28 et 29. Ceci est peut-btre au fait que la frequence des Cchanges chimiques est voisine de celle de separation des composantes du signal en l’absence de
‘C=N-N
,C=N-N(CH,),
*Solvant: akool. tSolvant: cp,.
CH,=N-N(CH,),
H
CH, \ ,C=N-N(CH,),
H’
CHs
CH,
CH,,
P
0 L(
‘N(CH,)-NH’
-NH,
‘N(CH2)-NH’
,N(CH,)-NH
,N(CH,)
P
‘N(CH,)-NH’
,N(CH+-NH,
,N(CR)-NH, &‘\N(CH,)-NH/
S/
-(CHI),
S r(
P
Composts
‘CH,
,CH,
,CH,C ‘CH,-
C
I
‘CH-CH,
CH,
2
Tableau4.
42
41
40
39
172-3
84-5
78-9
67-8
F (“C)
- 78.5
-80.5
-16
-80
S”P*
3.06
2.78
(N)CK hydrazono
S’Ht
2.8
2.83
(NW, hydrazino
Rdsultatsconcernantlesphosphorhydrazones
6.32 6.16
6.28
H SW C en 6
(N)H 4.3 CH, 1.70 cyclohexyl
(N)H (C)H 4.0 4.5
(C)CH 1.02 (=C)CH, 1.59
Divers
9.2
9.1
f’-N-CH, hydrazono
4.8
6
r&c-)_ 9.75 P-N-N-H 0
f’NNIj 0
(=c) H &
H-C-C& cyclique
Divers
_ _ __ - - . -
11.2
10.2
P-N-CH, hydrazino
J (Hz)
_----
-
J. P. MAJORALet al.
2640
P(S)(
(cis)
NCH3
NH213
10
6
:
(trans.) H 2N-NC
3
H3
ou
H3C N\ S&P
22
/ ‘&NHN I 3 NCH3-NH2
OC H2
5
Schtma 1.
I
-50
Fig. 1. ActionadiffCrentes
0
tempCraturesduphosphotrihydrazide10
t50
/
T’C
2641
Heterocyclescontenantdu phosphore-XXIX tels &changes: 1’Clargissementdu signal qui en resulte et sa relativement faible intensitt le font disparaitre dans le bruit de fond. Now avons ntanmoins pu observer le groupement NH correspondant en spectroscopic infrarouge. Notons Bgalement que le couplage entre le phosphore et le proton en B n’a jamais Cte observe quand le signal de ce proton est visible: dans ce dernier cas, ou bien la vitesse d&change chimique est trop rapide, ou bien la valeur du couplage est trop faible pour que le dedoublement du signal soit observe. Dans le cas oh il existe un groupement methyltnique en 6 (heterocycles 12, l&21,22 et 25), le massif correspondant a ces protons se presente bien comme un systbme AB sauf, pour le compose 25, oh il est tres dCgenerCet reduit a un pit unique. On note, en plus, avec les quatre premiers, la presence d’un couplage avec le phosphore, different pour chacun des protons (2.5-2.75 Hz pour le proton prtferentiellement equatorial; OS-O.75Hz pour le proton axial).35.36 On pouvait s’attendre a ce que la reaction de synthbse des heterocycles 16, 19, 23 et 24 conduise 9 deux sttreoisombres. Nous n’avons observe la formation de deux isombres que dans le cas des composts 16 et 23. Cependant, seul, le spectre de RMN “P du premier nous a permis de voir deux pits distincts: l’autre presente un pit unique, B vrai die assez large et l’existence de deux diasterboisombres n’est attestee que par le spectre de resonance magnetique protonique. I1 est done possible que le compose 19 que nous n’avons pas pu purifier et dont nous n’avons pas pu realiser l’etude en RMN ‘H soit egalement un melange. Quant a l’hettrocycle 24, le spectre en RMN ‘H montre qu’il n’y a eu formation que dun seul isombre. L’unicite du pit de RMN “P du compose 23 peut signifier que le groupement dimethylamino a la m&me position conformationnelle dans les deux isomeres,” le groupement methyle en 6 serait done dans l’un equatorial, dans l’autre axial. Effectivement, on peut observer de grandes differences pour le deplacement chimique de ce groupe methyle et du proton vicinal entre les deux isomeres. Cependant, si l’on irradie ces protons mtthyliques dans chacun des deux isomeres, le signal correspondant au proton vicinal se rdduit ?Iun pit unique, un peu plus large dans l’un que dans I’autre. Ce proton n’a done jamais une position reellement tquatoriale car on devrait observer un couplage d’environ 2Hz avec le phosphore (voir les tttrazaphosphorines1,2,4,5,3 12, 21 et 22). Peut-&tre faut-il supposer que l’isomere qui aurait le groupe methyle axial est deform6 par suite des interactions entre ce groupement et les doublets libres des azotes en 2 et 4, ce qui affaiblirait le couplage 4Jr_N-,o. La finesse du signal obtenu pour le proton en 6 apres irradiation du groupe mtthyle et la valeur du deplacement chimique de ces protons methyliques, voisine de celle qui a 6te observee pour des groupements methyle Bquatoriaux chez d’autres tetrazaphosphorines-1,2,4,5,3 (6CHJe4= 1.09dans 17; 1.00 dans 26t, donne alors a penser que le groupe CHp est equatorial dans l’isomere (a). Un raisonnement analogue permet d’atlirmer que, dans le compose 24, le groupement methyle est aussi equatorial. Ainsi qu’il est mentionne sur le Schema 1, le polycycle 30 peut exister sous les formes cis et trans : le spectre de
tLe d&placementchimique du proton en 6 est Cgalementvoisin de celui du proton axial dans l’httkrocycle 21 (6 = 4.97).
RMN ‘H montre qu’il s’est forme un seul isombre mais rien ne permet de dire duquel il s’agit. Nous avons d6ja montre la relation qui existe entre la frkquence de vibration de valence r+,,, et la position conformationnelle de l’oxygene du phosphoryle dans les htttrocycles phosphor& B six chafnons,‘2”6*3~ relation qui permet de connahre cette position et s’il y a tquilibre ou non. On peut raisonnablement supposer que les perhydro tetrazaphosphorines-1,2,4,5,3 existent dans une forme chaise. 11est done possible de leur appliquer cette relation. Compte tenu de resultats ant&ieurs,38 un groupement P + 0 equatorial correspondrait 9 une frequence de 1270 a 1280cm-’ et un P + 0 axial B une frequence de 1240a 1250cm-‘. L’Ctude en spectrographic infrarouge du compose 17 montre la presence de deux bandes z+._.~a 1268 et 1242cm-‘, la premiere Ctant plus intense que la seconde: l’oxygene du phosphoryle occupe done ici preferentiellement une position dquatoriale. Nous avons montre que l’oxygene du phosphoryle occupe prbferentiellement une position Cquatoriale dans des hbterocycles analogues sauf s’il y a un groupe NH en (Ydu phosphore;q nous voyons done qu’il en est de meme ici. 11 parait done justit% d’appliquer cette regle aux composts 21 (P + 0 axial) et 24 (P + 0 equatorial). La structure p&pond&ante de ce dernier heterocycle serait done: I-K.
HH
24
Dans tous les t&azaphosphorines-1,2,4,5,3 a groupement P + S, il n’est pas possible de prtciser la position conformationnelle du soufre. Dans le cas des composes spiranniques ou bispiranniques 27-30, la presence du cycle carbon6 ne supprime pas le plan de symetrie de la molecule tant qu’il y a libre interconversion de ce cycle: il en est ainsi a temperature ordinaire pour les heterocycles 27,28 et 30. En revanche, pour le quatritme, 29, le blocage du cycle hexanique par le groupe tertiobutyle se traduit par l’inequivalence des groupements methyle fixes sur les azotes cycliques en (Y du phosphore. Nous avons vu que le compose 17 presentait un Cquilibre conformationnel. 11doit en &tre de meme pour l’ensemble de la strie. Nous avons pu determiner la con&ante d’tquilibre pour deux de ces hettrocycles. Tout d’abord, la dtgtnerescence du systbme AB correspondant aux protons methyltniques en 6 du compose 25 peut s’expliquer par un Cquilibre rapide Cquibalanct entre les deux conformations possibles (AG = 0). Par ailleurs, dans le cas de l’isomere 23b, une etude par RMN en temperature variable du groupement methyle en 637 permet d’obtenir AG = 950 Cal/mole et K = 4.89. (b) Hexazuphosphorudamantanes. Si l’on considere tout d’abord le compose 34 et si l’on met a part les difftrents signaux dus aux groupements methyle, le spectre de resonance magnetique protonique se presente comme la partie AA’BB’ dun systeme AA’BB’X oh X est le phosphore. C’est un systbme facile 9 calculer.” Nous avons ainsi mis en 6vidence l’existence dun seul couplage a longue distance entre protons, couplage qui doit done
2642
J. P. MAJORAL et al.
&tre 4J(He,He,).t Par ailleurs, seuls, les protons Ha, et Ha, sont couplCs avec le phosphore, ce qui est normal puisqu’ils sont bquatoriaux dans les cycles perhydro t&azaphosphorines-1,2,4,5,3 contenus dans l’hexazaphosphoradamantane. L’attribution des signaux mCthyle fix& sur les azotes est facile en raison de leur rkpartition en deux groupes. Dans le cas des composks 31 et 32, le massif du spectre de rtkonance magnktique protonique correspondant aux protons mtthylkniques est constitui par la partie AA’A”BB’B”d’un systkme AA’A”BB’B”Xoii X est le phosphore. C’est un systeme trks complexe qui a pu &tredCpouillt en supposant, conformkment g ce qui a Ctk obtenu pour l’isologue 34, que, parmi les couplages &longue distances, seuls les couplages 4J(He,He) = 4J(He,He,) = 4J(HqHe,) et 4J(PHa,) = 4J(PHaz)= 4J(PHa,) n’ktaient pas nuls. La partie protonique du systkme se r6duit alors grossikrement & un systkme AB dans chacune des transitions duquel apparaissent les effets des couplages B longue distance. Le spectre a pu &tre calculi par approximations successives, en tenant compte des rksultats obtenus pour l’hexazaphosphoradamantane 34 et grke au programme LAOCOON III, puis tint au moyen de ce mSme programme. Le massif correspondant aux protons fix& sur les carbones du cycle triazine-1,3,5 dans le composk 37 est bgalement trts complexe car ils forment avec le phosphore un systtme ABCDX. Cependant, le fait qu’il ne puisse exister ici aussi qu’un seul couplage ?i longue distance entre protons permet de l’analyser comme la superposition de deux systkmes ABX (respectivement ACX et BDX) n’ayant en commun qu’un seul couplage 4J”*Hs.Des expkriences d’INDOR nous ont permis de reconstituer chacun des sous-spectres et, par suite, de calculer les diff6rents paramktres. Le spectre de rksonance magnktique protonique des autres composks de cette s6rie ne prksente aucun probkme. Notons le dkblindage du groupe mkthyle fix6 sur l’azote placC dans le plan de symktrie de la molkcule quand il y a soit deux mkthyles 34, soit une jonction spirannique, 35 et 36, sur un carbone, ce qui permet d’attribuer le dkplacement chimique de 2.59 x 10m6dans le composk 37 au groupe mCthyle placC dans la position Bquivalente. Dans le cas du compost 33, on peut noter que le dkplacement chimique des mkthyles fix& sur les carbones et des protons vicinaux ainsi que la valeur nulle du couplage JPNNCH montre sans ambiguitb que les groupes mkthyle sont Bquatoriaux. Enfin, la prtsence d’un cycle spirannique modifie la symktrie de la molkcule. Les groupes mkthyle fix& sur les atomes d’azote qui sont Cquivalents dans les composts 31 et 32 ne le sont plus ici. Dans les hexazaphosphoradamantanes 35 et 36 oii la libre interconversion du cycle carbon?? & tempbature ordinaire conserve un plan moyen de symttrie, ils se rkpartissent en deux groupes comme dans le d&iv6 C-dimtthylk 34: les deux methyles pork% par les azotes en /3 du cycle spirannique qui sont Cnantiotopiques, d’une part, et le troisibme, d’autre part. Dans le tricycle 37, la pksence d’un groupe tertiobutyle sur le cycle hexanique qui provoque le blocage de ce cycle tLorsque nous parlerons de protons ou de groupes port& par les carbones d’un hexazaphosphoradamantane, soit 6quatoriaux (He,, He*, . .), soit axiaux (Ha,, Ha,, . . .), sans autre prbcision, nous nous rtfirons $i leur position par rapport au cycle triazine-12.5 contenu dans ce composC tricyclique.
rend la molkule asymetrique: les trois mCthyles sont alors diff&enci6s. Un rksultat analogue a pu &tre observt avec le composd 36 ?i une tempkrature inf&ieure a la tempkrature de coalescence du cycle hexanique (Tc # -79°C). On peut 6galement suivre cette modtication de la symkie de cette moltkule g&e aux protons mkthylkniques: alors que ces protons constituent avec le phosphore un systtme AA’BB’X k la temptrature ordinaire, l’abaissement de temperature conduit B un systkme ABCDX similaire B celui de l’hexazaphosphoradamantane 37 en dessous de la tempkature de coalescence. (c) Phosphorhydrazones monocycliques. La formule brute du composC 40 pouvait correspondre soit B une structure bicyclique sans insaturation analogue &45, soit B la structure propoke au Tableau 4. L’Ctude spectrographique a montrk que c’ttait cette demikre structure qui Ctait correcte. En effet, on retrouve en IR (a 1600cm-‘) et en UV (A = 242 nm) les m&mesbandes que dans le cas de l’azine CH,-CH=N-N=CH-CH,. Le spectre de RMN ‘H ne presente pas les symktries auxquelles on pourrait s’attendre si la structure &it bicyclique. Le proton voisin de la double liaison a un dtblindage proche de son analogue dans l’azine dkjk citke (8 = 6 ppm). Enfin, le groupe mtthyle fixCsur le carbone en 6 et le proton vicinal ont exactement le m&me d&placement chimique dans le compost monocyclique 24. Ceci permet, en outre, de placer ce groupement mkthyle en position prtfkrentiellement kquatoriale. Le composB 42 montre en ultraviolet la m&mebande & 242 nm. Son spectre de rksonance magnttique protonique prksente de grandes similitudes avec celui du prkkdent: en particulier, on observe le meme dkblindage du proton voisin de la double liaison. La presence d’une bande en ultraviolet B 242 nm et un dkplacement chimique de 3’Ptrks voisin semblent montrer que les composCs 38,39 et 41 ont une structure analogue. (d) Dihydro-1,3 tt%razaphosph6pine-1,2,4,5,3 43. La prksence d’une bande ?I 243 nm en UV et B 1600cm-’ en IR est le signe d’une liaison C=N comme pr&&demment. Le spectre de RMN ‘H fait apparaitre un seul signal (doublet) pour les groupements mkthyle et les deux protons fortements dbblindks-ce qui prouve le voisinage d’une double liaison-se prksentent comme un systkme A,. Ceci prouve l’existence d’un plan de symktrie dans la molkcule et est done en faveur de la structure 43. En conclusion, nous voyons que les phosphodi (ou tri) hydrazides sont de bons rkactifs nuclkophiles. Leur action sur les aldChydes et les &ones permet d’obtenir trois familles de composks jusqu’ici inconnues. Dans les conditions exptrimentales utilisk, les &actions de condensation observkes sont dans la major&Cdes cas des rkactions de cyclisation: ce n’est que rarement qu’il y a formation de phosphorhydrazones. PARTIEEXPERIMENTALE Les points de fusion pris en tube capillaire avec un appareil Biichi ne sont pas corrigts. Sauf dans le cas du composd 43, ils sont mention& dans les Tableaux l-4. Les spectres IR ont &tt enregistrks avec I’appareil de Perkin-Elmer 125, sur des echantillons en solution dans le chloroforme. Les spectres UV ont Bt6 tracks avec un appareil Beckmann, modble DB sur des tchantillons Cgalement en solution dans le chloroforme. Les spectres RMN ‘H ont tt6 obtenus g 100 MHz sur un spectrom&re Varian HA 100 opCrant en balayage de frCquence. Le verrouillage champ-friquence Ctait r&al& sur le signal du TM.7 pris comme rtftrence interne. Les spectres de RMN ‘H B 6OMz et “P B 24.3 MHz ont Ctt enregistr&s sur un appareil Perkin-Elmer RlO.
Heterocycles
2643
contenant du phosphore-XXIX
Les dtplacements chimiques sont exprimts en ppm, les constantes de couplage en Hertz (voir Tableau l-4). Les d6placements chimiques de “P sont comptt5s positivement vers les champs forts a partir de H,PO, 85% pris comme rtf6rence exteme. Les spectres de masse ont bt6 r6alists sur un spectrombtre quadrupolaire Riber a 70 eV. Les analyses ont tte effectukes par le Service Central de microanalyse du CNRS a Thiais. Tous les composts pour lesquels apparaissent le mot analyse ont fourni pour les elements figurant entre parentheses des r&hats analytiques correspondant 9 la formule B +-0.3% au plus. Les calculs effectuts au moyen du programme LAOCOON
III ont Cte realists sur la calculatrice IRIS 80 du Centre Interuniversitaire de Calcul de Toulouse. SynthPse des phosphorhydrazides 2-6 et 8 Les phosphorhydrazides 1, 7 et 11 ont CtC prepares selon les m6thodes preconistes respectivement par Klement et Knollmiiller,“” Michaelis ,I9 et Tolkmith.” Pour les autres, une solution chloroformique ou &the&e de la
dichloro- ou trichlorophosphine (oxyde ou sulfure de phtnoxy- ou phtnyl- ou N-dimCthylaminodichlorophosphine; oxychlorure ou thiochlorure de phosphore) (I mole) est ajoutte goutte a goutte a une solution chloroformique ou &h&e de l’hydrazine choisie (m6thyIhydrazine ou phtnylhydrazine) (4 ou 6 moles suivant le phosphorhydrazide d&sir@, en agitant et en maintenant la temperature vers 5°C. L’agitation est maintenue pendant 3 ou 4 h. Le solvant est ensuite CliminCdans le vide de la trompe a eau. Le r6sidu visqueux est repris a chaud par le mClangebenzene-hexane (1:2). Les cristaux obtenus aprbs refroidissement sont recristallisCs dans le m&memClange.Le phosphorhydrazide 5 est une huile indistillable. 2: analyse: GH,,N,OPS (C, H, N, P); rend. 85%. 3: analyse: C,H,,N.,OP (C, H, N, P); rend 80%. 4: analyse: C,H,,N,PS (C, H, N, P); rend. 98%. 5: rend. 20%. 6: analyse: C,H,,N,PS (C, H, N, P); rend. 50%. 8: analyse: C,,H,N,PS (C, H, N, P); rend. 60%. 9: analyse: C,H,,N,OP (C, H, N, P); rend. 78%. 10: analyse: C,H,5NaPS (C, H, N, P); rend. 98%. Action des aldihydes oa des &tones SW les phosphorhydrazides
Le phosphorhydrazide est dissous dans de I’alcool. On ajoute rapidement un ICger exces de I’aldChyde(solution aqueuse de formaldehyde a 30%; acttaldthyde) ou de la &one (a&one; cyclopentanone; cyclohexanone; tert-butyl-4 cyclohexanone; cyclohexanedione-1,4), une, deux ou trois moles pour une du phosphorhydrazide, suivant les cas, en agitant vigoureusement et en maintenant la tempkrature vers 5°C. L’agitation est maintenue pendant 4-5 h. Dans le cas des &ones, on Clbve la tempkrature a 30 ou 40°C. Le melange reactionnel est ensuite concentre dans le vide de la trompe a eau. Si ce residu cristahise, les cristaux obtenus sont recristallises dans le melange benzene-hexane (1: 3). Quand il s’agit d’une huile (composes 17-22), elle est purifiee par dissolution dans le minimum de benzene et repr6cipitation par I’hexane. L’hexazaphosphoradamantane 31 a et6 puritie par sublimation vers 70°C dans un vide de 10-l mm Hg. Dans le cas des composCs
16 et 23, les deux diastereoisomeres n’ont pas ttt s6parCs: leur pourcentage relatif a ttC mesur6 par integration des signaux de RMN “P. L’action de I’acttaldthyde sur le phosphorhydrazide 9 conduit a un melange de 24 (lo%), 33 (50%) et 40 (40%). Le melange a 6tt dissous dans le minimum d’alcool. On ajoute lentement de I’tther. Le compose 33 prtcipite en premier. En ajoutant encore de pether, on obtient 40. Ces deux composds sont recristallists dans I’alcool. Le compost 24 n’a pas pu &tre isolt pur: son spectre de RMN ‘H a et6 reconstitue a partir du r6sidu en Climinant les siguaux correspondant aux autres composts. 12: analyse: C,H,,N,OPS (C. H. N. P): ,. rend. 40%. 13: analvse: C,,H,,N.,OPS (C, H, N, P); rend. 50%. 14: analyse: C,,H,,NiOPS (C, H, N, P); rend. 78%. 15: analyse: CsH,,N40PS (C, H, N, P); rend. 75%. 16: analyse: C,H,,N,OPS (C, H, N, P); melange. 17: analyse: G,H,,N,OP (C, H, N, P); rend. 10%; z+,~ = 1268et 1242cm-‘. 18: rend. 90%. 19: rend. 60%. 20: rend. 15%. 21: analyse: C,,H&,OP (C, H, N, P); huile; rend. 15%. 22: rend. 45%:26: a&se: C,H,,NaPS (C, H, N, P); rend. 60%. 27: analyse: GH,,NBS (C, H, N, P) rend. 55%.28: analyse: C,H,,NQS (C, H,
N, P); rend. 60%. 29: analyse: C,,H,,NBS (C, H, N, P); rend. 65%. 30: analyse: C12H3dN,2PZS2 (C, H, N, P); rend. 90%. 31: analyse: C6H,,NsOP (C, H, N, P); rend. 65%. 32: analyse: C&IH,,N$S (C, H, N, P); rend. 80%; pit de masse = 234. 33: analyse: C&,N60P (C, H, N, P); rend. 48%. 40: analyse: C7H,9N10P (C, H, N, P); rend. 38%; yc+, = 1600cm-‘; A, = 242nm, E,, = 1300. La synthbse du t&razaphosphorine-1,2,4,5,325 a et& r6aIisee d’une facon analogue en utilisant un mole de formaldehyde (en solution aqueuse a 30%)pour un mole du phosphotrihydrazide 10 et en maintenant la tempirature a - 70°C.Au bout de 4 h, on laisse le mClangereactionnel revenir a la tempkrature ordinaire puis le compose obtenu est purifiCcomme prectdemment. 25: analyse: CdHISN&‘S(C, H, N, P); rend. 88%. Dans le cas de I’action du glyoxal sur le phosphodiiydrazide 4, les deux compos6s sont melanges dans le chloroforme. Au bout de 10 min, un pr6cipitb apparait que l’on essore et recristahise dans le mClange benzene-hexane (3: 1). 43: analyse: C,d-I,,N,PS (C, H, N, P); F = 222-4°C; rend. 90% vCeN= 1600 cm-‘; A_ = 243 nm, E, = 1300. Action des aldihydes et des &ones SW les perhydro titrazaphosphorines-1,2,4,5,3 comportant un reste hydrazino libre La rtaction est effect&e dune man&e analogue en solution alcoolique. Les composCs obtenus sont recristahisCs dans le melange benzene-hexane (1:3). Dans le cas de I’action du formalddhyde (en solution aqueuse a 38%) sur le tetrazaphosphorine-1,2,4,5,3 30, seul le compose 42 (60%) a et6 isole et purifi6; l’heterocycle 42 (30%) a ttC identilit grace a son dtplacement chimique de “P (S = -65). L’action de la cyclohexanone sur le compost 25 conduit a un m6lange de 10 (IO%), de 32 (50%) et de 36 (40%) qui ont 6tC ident& g&e B leur dkplacement chimique de “P. 34: analyse: C,H19NgS (C, H, N, P); rend. 30%. 35: analyse: C,,H,,N$S (C, H, N, P); rend. 68%. 36: analyse: C,,H,,N&‘S (C, H, N, P); rend. 60%. 37: analyse: C,,H,,N,PS (C, H. N. P): rend. 60%. 39: analvse: C,H,,NBS (C. H. N, P): rend. ._ 6lI%,‘A~~. = 242 nm, c,., = l&I. 41: analyse: CsH,;NaPS (C, H,
N, P); rend. 40%; A,, = 242nm, E, = 1000. 42: analyse: C14H34N12P2S2 (C, H, N, P) rend. 68%; A,, = 242nm, l, = 1200;pit de masse = 4%. BIBLIOGRAPHIE ‘W. Authenrieth et W. Meyer, Ber. 58, 848 (1925). *W. Authenrieth et E. Bolli. Ibid. 58, 2144 (1925). ‘H. Tolkmith et E. C. Britton, .I. Org. Chem. 24, 705 (1959). 4D. S. Payne, H. NBth et G. Henniger, Chem. Comm. 327 (1965). 5T. L. Itahnskaya, N. N. Mel’nikov et N. I. Shvetsov-Shilorski, Zh. Obsch. Khim. 38, 2265 (1968). 6U. Enaelhardt. Z. Naturforsch B 24, 1486 (1969). ‘S. F. Spangerberg et H. H. Sisler, Ino&. Chei. 8,1004 (1%9). ‘H. Dom et K. Walter, Z. Chem. 173 (1971). 9L. A. Cates, .I. Heterocyclic Chem. 10. 111 (1973). “‘H. Niith et R. Ullmann, Chem. Ber. 107, 1019 (1974). “M. Bergmann et J. R. Van Wazer, Inorg, Chem. 13,737 (1974). “R. Arshinova, R. Kraemer, J. P. Majoral et J. Navech, Org. Magn. Reson. 7, 309 (1975). ‘“J. P. Majoral, R. Kraemer, J. Navech et F. Mathis, Bull. Sot. Chim. Fr. 2367 (1975). 14J. Navech, J. P. Majoral et R. Kraemer, 5th International Conference of Organic Phosphorus Chemistry, Gdansk, Septembre 1974; J. P. Majoral, R. Kraemer, J. Navech et F. Mathis, 5th International Congress of Heterocyclic Chemistry, Ljubljana, Juillet 1975;J. P. Majoral, R. Kraemer. J. Navech et F. Mathis. Tetrahedron Letters 1481 (1975). “H. Schiff, Ann. 101, 302 (1857). 16P. Kunz, Ber. 27, 2559 (1894). “W. Authenrieth et 0. Hildebrand, Ibid. 31, 1094 (1898). ‘*A. Michaelis et W. Kerkhof. Ibid. 31. 2172 (1898). 19A.Michaelis, Ann. 326, 129<1903). 2oW. Steinkopf, Ber. 41, 3571(1908). *‘W. Steinkopf, J. Prakt. Chem. 81, 97 (1910). **W. Strecker et H. Heuser, Ber. 57, 1368 (1924). 23H. Brintzinger, K. Pfannensteil et H. Koddebusch, Chem. Ber. 82, 389 (1949).
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