Ouverture par hf-pyridine des aziridines bicycliques. I. effet configurationnel en serie saturee

Journal of Fluorine Chemistry, 22 (1983)

253-262

253

Received:July 27, 1982;accepted: December21,1982

OUVERTURE

PAR HF-PYRIDINE

DES AZIRIDINES

I. EFFET CONFIGURATIONNEL

Y. GIRALILT, 14. DECOUZON,

Laboratoire

M. ROUILLARD

de Chimie Physique

Campus Valrose

BICYCLIOUES.

EN SERIE SATUREE

et M. AZZARO

Organique

- 06034 NICE CEDEX

(France)

SUMMARY

Cis and trans epimino marked

cyclohexanes

polar or conjugative

The structures

effects

of the diastereoisomeric

NMR show that Fiirst and Plattner of HF-pyridine

containing

amines established

rule applies

to NH

any

by 'H and 19F

to the stereochemical

ring opening of those aziridines.

ning involves F trans addition

no groups exerting

produce, with HF-pyridine,2_fluoroamines

course

In every case, the ope-

2'

RESUMJ.

Le sens de l'ouverture rsochimie hexanes

des fluoro-2

du cycle aziridinique

amines obtenues,

cis et trans,suivent

par HF-pyridine

dstermings

et la St&

sur des gpimino

la rsgle de Fiirst et Plattner

Ctablie

cycloen serie

Epoxystgroide. La configuration des fluoro-2 amines gtablie par R.M.N. 'H 19 F confirme dans tous les cas une trans addition du fluor par rapport et au NH

2'

INTRODUCTION

La prhsence

de groupements

bones du cycle aziridinique

fonctionnels

ou de groupes phdnyles

induit g&&ralement

quelle que soit la configuration

de l'aziridine

s'additionne,le

plus souvent,sur

le carbone

charge positive

conduisant

0022-1139/83/0000-0000/$03.00

B la cis addition

sur les car-

la m&-ae rsgios&lectivits de dgpart

susceptible

[1,2]. Le fluor

de stabiliser

du fluor par rapport

une

B la

0 ElsevierSequoia/PrintedinThe Netherlands

254 fonction

amine,comme

Laurent

ture du cycle aziridinique dtudi&,oG nants

et Coil. l'ont montre

de l'epimino

n'interviennent

pas des effets polaires

[31. 11 a et6 constate

mine for&e

est,en

le produit

Nous nous proposons l'ouverture pyridine.

d'epimino

des aziridines

determi-

cyclohexylalederi-

de la reaction.

C-alkyles

d'un groupement

du cycle aziridinique

ou conjugatifs

trans (F/NH2 trans),

ici,l'influence

cyclohexanes

relative

le derive

cinetique

d'etudier

La stereochimie

configuration

[31. L'ouver-

est un rare exemple

que, dans ce cas-la., la fluoro-2

fin de reaction,

ve cis etant suppose

recelmwnt

cyclohexane

de la stereochimie

(Figure

de depart est determinee

methyle

sur

I),par action de HFpar la

port6 par le carbone en CI

1 et --l', 2 et 2'). d'effet polaire entre un methyle

(couples

La faible difference

B-vis du cycle aziridinique nant le type d'addition

ne peut stre retenue

cis ou trans vis-

comme le facteur

dgtermi-

de HF-pyridine.

RESULTATS

Sens d'ouverture

L'attaque aziridinique porteur

du cycle aziridinique

du fluor peut ttre orientee conduisant

du groupement

sur les dew

ainsi, B un derive

methyle

carbones

du cycle

fluore en ~1 ou en B du carbone

: F Me

Me

lA \

NH,

NH*

F

Me \)i \ Dans tous les cas, l'action conduit

de fluoro-2

amines.

dans l'hexane l'ac6tonitrile esp6rer

de HF-pyridine

sur i, x, 2 et 2' a bien -c'est-Z-dire 5 l'obtention

1 l'une ou a l'autre de ces additions,

ou le benzke

rendements

(la &action

ne semble pas toujours

des travaux

yes fluoro-2 isomeres,sont

Les meilleurs

prCc&dents

amines,obtenues

representees

(70 1 98%) ont et& obtenus

gtant plus rapide dans l'hexane),

dormer

[ll.Tableau

les rgsultats

II.

P partir des dew

dans la figure

que laissaient

1.

couples de diastereo-

255

a F

Me e 1 -

e H

Me

N

rl -

-

.‘I’

a

1.

e

1-a

l-b

68%

32%

a H N

Me

xl

yMe

2a

"Me

e

2 -

a H N Me Me .*.’u

*‘*.Me e 2’a

2.

2b

89%

1 Proportions et configurations des mines formGes et des aziridines de d&part.

Fig.

L'ensemble dinique

des r&sultats

permet de faire les observations

- la position du kthyle

vis-S-vis

ture du cycle aziridinique. des iso&res trans

concernant

fluortks

le sens de coupure du cycle azirisuivantes

:

du cycle dgtermine

Cette ouverture

cis -1 et -2, prGf&rentiellement

1' et 2'; -

11%

le sens de l'ouver-

est uniquement

6 dans le cas

c1 dans le cas des isomsres

256 - une telle inversion

ne peut s'expliquer

l'effet de champ d'un groupement position

trans par rapport

La competition dines etudiees. cyclesa

des deux heterocycles

Au niveau relative

d'ouverture

du bilan

a l'ouverture

les produits

formes

les substituants deux parties,

reactionnel,

et des aziridines

de composes

en milieu

ne sent pas electroaccepteurs

ture par HF-pyridine

des aziridines

de Fiirst et Plattner de prevoir

peu d'exceptions

lorsque

; elle peut @tre enoncee du cycle

en

(a ou a),

dans ce travail,s'inscrit

de la premiere

B pour les configurations

[7].

191.

des aziridines,retenues

dans l'application

B

de la

polycycliques

acide,permet

le sens d'ouverture

de l'addition

en serie

des deformations

la regle empirique

steroydes

un parallele

dans l'interpretation

[8,9]. Cette regle connait

l'une concernant

Le comportement

par-

partie de la regle. L'ouver-

que nous venons

d'etudier

cis, preferentiellement

est unique-

R pour les configu-

trans.

Stereochimie

de la reaction

D'apres

la seconde partie

des epoxydes

steroidiques

de la regle de Fi;rst et Plattner,

se fait toujours

diaxiale.

Le groupe entrant

l'epoxyde

ont done une disposition

"d'ouverture quatoriale

normale",

dans d'autres

Z'a) est le produit

dant, que cette ouverture presentant

une fonction

en 3 equatorial presentant

amine en

l'atome defluor

done le mhthyle

axial.

etudiees,

dit

et une disposition anormale"

die-

[9]. La regle

acide a, par ailleurs,

: par exemple, la reduction

le compose majoritaire

d'une ouverture

"normale"

; ce compose

de

[lo].

Pour les quatre aziridines a,

en milieu

types de reactions

d'epoxycyclohexanes

de l'ouverture

dans le produit,

"d'ouverture

d'epoxysteroides

l'ouverture

de fa9on trans et generalement provenant

trans diaxiale

dans le produit minoritaire

et& verifiee par LiAlH4

et l'hydroxyle

forme de fafon preponderante

etablie pour l'ouverture

],

des epoxydes

d'epoxydes

d'epoxy

la stereochimie

faitement

rations

travaux,

autres

a souvent GtE etabli, corro-

de deux cycles a Ete introduit

regioselectivite

ment

similaire

des aziri-

des epoxydes,

[4-h]. Recermnent, le facteur de compatibilite

la jonction

de

cis a la

B la stereochimie

de l'ouverture

a fait l'objet de tres nombreux

bore par un comportement

l'autre

de la position

au cycle azote.

La regioselectivite

3 chainons,

par la seule modification passant

a-0 est done trPs sensible

entre les reactivites

steroyde

methyle

trans diaxiale.

conduit pour

forme

Notons

(3,

cepen-

I ’ 2 me cyclohexylamine

I axiale, un fluor en 2 axial et un methyls

evoluant

vers la conformation

et la fonction

amine en

position

l'a plus stable 6quatOriale

et

257 Par ailleurs,

les ouvertures

et Z'b) ne sont observees trans. Ce comportement cycle aziridinique et& precedemment sterique

"anormales"

d'addition

que pour les aziridines

indique que la presence

defavorise observe

l'ouverture

diequatoriale

d'un substituant

de type diaxial

en serie epoxysteroide

(l'b

(I' - et 2_') substituees

en

trans au

, comme cela a

lors de la presence

de gene

[II 1 141.

Nous retrouvons

bien ici les limites de la regle de Fiirst et Plattner

mise en defaut

chaque fois que la conformation

trans diaxiale

n'est pas privilegiee

des adduits

par des contraintes

B disposition

steriques

provenant

du reste de squelette.

Identification

des adduits

Les structures et& dtablies metric

des fluoro-2

b partir

amines

de spectroscopies

par act ion de HF-pyridine on 19 F et de spectroIR, RMN, 'H et

form&s

de masse.

Les spectres teristiques,

RMN

*H des differents

l'une, la plus ddblindee

g&nine au fluor avec un couplage

Le seul examen de la multiplicite

l'amine

presentent

deux zones carac-

de 4,l B 4,7 ppm 03 se situe le proton 19 F) de 49 Hz [1,15l,l'autre,

fort '.I('H -

de 2,3 B 3,4 ppm pour le proton gemi&

sans ambiguite

produits

le cBte d'ouverture

au NH~. de ces signaux permet de determiner

du cycle aziridinique

qui conduit

2

fluoree etudiee.

En effet, pour les composes couplage

: un

fluor et quatre constantes pour le proton

l'a et 2,

on observe

trois constantes

2J(1H - I9F) et deux 3J(1H - 'H) pour le proton

gemi&

de couplage

: un

au NH2, ce qui confirme

de

gemin& au

3J(1H - 1'F) et trois 3J(1H-1R) F intercale

entre CH3 et NH2

et une coupure c1. Inversement, constantes

on observe quatre &, e, -2a et e, 2J(lH - '9F) et trois 3.1(1H - 'H) pour le pro-

pour les composes

de couplage

: un

ton gemine au fluor et trois constante deux 3J('H - 'H) pour le proton

de couplage

: un

3J('H - 1'F) et

gemini: au NH2, ce qui confirme

tale entre CH 3 et F et une coupure

NH2 inter-

a.

L'attribution

de la stereochimie des adduits a ete etablie en premier 19 F. On observe des signaux de nature tres lieu par l'etude des spectres differente

:

- un doublet large dans le cas de I, l'ordre de 49 Hz

l'b et 2'b avec 'J('H - "F) --

de

; chaque raie etant elargie (20 B 30 Hz) par une serie

de couplages n'excedant pas 10 Hz, ce qui est le cas d'un fluor Equato3 J(Fe - Ha) et 3J(Fe - He) etant de l'ordre de 8 B 10 Hz [1,3,161. rial,

258

- Un signal plus complexe

et nettement

2'a (largeur mi-hauteur

du signal est caracteristique

d'un fluor axial presentant

ce qui implique

ton axial porth par les carbones Pour -la et a,

ce couplage

en 3, le proton

position

au mains un

3J(Ha - Fa) de l'ordre de 23 Hz [l,3]. De plus, un seul cou-

couplage

plage 3J(Ha - Fa) est observe,

l&e

plus large dans le cas de &, -2a et entre 92 et 120 Hz). Cet elargissement

comprise

du methyle

-1 et -2 de depart,

constantes

en 6 est deduite

d'un seul pro-

un proton du methy-

et NH2 en 1 est axial. La

de la configuration

des aziridines un methyle

cis

equato-

de la configuration

(Fa, NH2a, CH3e) de -la et 2a a sans faire appel ?i une analyse poussee des valeurs des en RMN ]H.

un seul couplage

structurales.

necessairement

axiale de NH2 impliquant

la position

de couplage

Pour e,

concerne

la presence

1 C2.

en I est done equatorial

rial. La determination done ete possible

vicinaux

3J(Ha - Fa) correspond

h deux possibilites

:

Le proton axial couple au fluor axial est

- soit en 1, ce qui donne NH2e, CH3a - soit en 3, avec alors CH3e, NH2a La PXN

'H confirme

la seconde hypothese

par l'existence

tres large pour H3 avec un 3J('H - I9F) de 22 Hz. Notons bution

est bien compatible

avec la structure

d'un signal

que cette attri-

trans des aziridines

de depart

2' -1' et _* L'attribution

des configurations des amines fluorees, en grande partie par RMN - 19F est, par ailleurs, confirmee par l'examen des cons1 tantes de couplage homonucleaire .J('H - H) (Tableau I). 3 Les valeurs des J entre le proton HI (en ~1 du NH2) et le proton H2

etablie

(en CY du fluor) permettent

d'evaluer

HI - C - C - H2 par application adduits 2, axiale,

la grandeur

2a et 2'a ayant le fluor et la fonction amine en position -3 faible J(le,2e) compris entre 3,3 et 6 hertz,

fluor et le groupement

],

amino sont equatoriaux,

~l'b et -2'b dans lesquels on observe un 3J(la,2a)

Cette

entre 8 et 9,2 hertz. 3 inegalite des valeurs des J se retrouve

le de

comprise

naux associant Ces couplages confirmant contre,

[17]. Pour les

on note un couplage

alors que pour les trois autres composes

valeur

des angles diedres

de la regle de Karplus

respectivement ont une valeur

bien une position

une valeur

les protons comprise

entre 3 et 6 Hz pour 5,

equatoriale

plus elevee,

pour les couplages

HI et H2 aux protons

pour les protons

en

vici-

H6 et H3. 2a et e,

1 et 2. Par

comprise entre 8,2 et I2 hertz, est observee 3 pour les constantes de couplage J de >, I'b et -2'b associant les protons .axiaux gemines au fluor et au groupement amino aux protons axiaux en 3 et 6;

259 Tableau

I

Dsplacement

chimique

6

la -

-l’a

----

2a -

--_-

2’a -

__--_

2’b -

l

couplage

J(‘H

(PPrn)

:

2,87

:

4,38

H( 6e)*

: 0,91

NH2

:

I,24

3J(3e,F)

2,00

F

:

la4,9

3J(3a,F)

-

observGs

“F)

2J(2,F) 3 J(le,F)

-----_____-____-____--____

:

3,lO

H(2a)

:

4,19

H(3e)

:

2,20

NH2

:

I,75

H(3a)’

:

I,00

F

:

l91,4

2J(2,F)

---------------------------

3J(la,F)

2,43

H(2a)

:

4,14

H(6e).

:

1,Ol

NH2

:

I,62

I,50

F

:

lao,o

------__---_--_---_--------

RMN

J(‘H

IH

et

-

‘H)

19F

Hz

:

49

6

10

3 J(le,2e) 3 J(le,6a)

:

:

:

4,5

:

11

3J(2e,3a)*

:

3

:

23

3J(2e,3e)*

:

2,5

3J(la,2a)

:

a

3J(la,6a)

:

a,5

3 J(la,6e)

:

4

3J(2a,3e)

:

4

3J(la,2a)

:

9,2 a,2

:

:

-------_-----------49

8,2

----_-------_---_-_

:

en

Hz

------_-__---_--_-_

H(la)

H(6a) ----

de

H(‘e)

H(la) I’b -

constantes

H(2e)

H(6a) ----

et

--_---___-_-_--_-_--

2 J(2,F)

: 49,5

3J(la,F)

:

8,2

---_-__-_-_-------_

3 J(la,6a)

:

3J(2a,3a)

:I0

3J(2a,3e)

:

4,5

---_--_-_-----------

H(le)

:

2,98

H(4e)‘:0,92

2J(2,F)

:

48

3 J(le,Ze)

:

3,3

H(2e)

:

4,62

H(4a)‘:l,03

3J(le,F)

:

10

3J(le,6a)

:

3,3

H(6a)

:

2,13

NH2

H(6e)’

:

0,95

F

:

:1,13

3J(3a,F)

:

23

3J(2e,3e)

:

3,3

178,5

5J(4a,F)

:

3

3 J(2e,3a)

:

3,3

---_------_---_-_----------

-_------___-__-_-_-

______--___--w--S---

H(le)

:

3,30

H(5e)‘:0,97

2J(2,F)

:

48,5

3J(le,2e)

:

5,5

H(2e)

:

4,24

H(5a)‘:l,03

3J(1e,F)

:

IO

3J(le,6a)*

:

4,5

H(3a)

:

2,1a

m2

:

1,35

3J(3a,F)

:

26

3J(le,6e)*

:

5,5

H(3e)’

:

I,06

F

:

196,6

___________-___-_____-_-_--

_________-___-____~_

----~-----~---~--~-

H(la)

:

2,38

H(4e)‘:0,97

2J(2,F)

:

49,5

3J(la,2a)

:

H(2a)

:

4,35

H(4a)‘:0,97

3J(la,F)

:

8,0

3J(la,6a)

:I1

H(6a)

:

I,76

NH2

H(6e)*

:

I,00

F

groupement me’ thy Ze

:1,6

:

la4,a

* ces valeurs peuvent

3

J(2a,3a)

3 J(2a,3e)

e^tre inverse’es

9,0

:I2

:

5,3

260 les valeurs

absolues

inferieures

aux valeurs

de ces couplages

vicinaux

sur cette sQrie d'amines

part,

entre protons

axiaux sont

en serie peu fonctionnalisee,

des 3J P l'electronegativite

duit bien la dependance D'autre

observees

ce quitra-

des substituants

fluordes

[181.

isomer-es, on note des

variations de la valeur des constantes de couplage heteronucleaire 19 F) liges B la configuration. Ainsi, la valeur de 3J(1H - "F) J(lH 3 depend de la configuration avec J(He - Fa) = IO hertz et 3J(Ha - Fe) = 8 hertz. un couplage

De &me,

a longue distance

Le 5J(4a, F) de 3 hertz n'affecte L'examen

du modele moleculaire

du methyle

axial

que le mdthyle

montre

"a travers

axial du gem-dimethyle.

la proximite

(I,5 i environ) mettant

d'une contribution

pour l'adduit -2a est observe.

l'espace"

du fluor et des protons

ainsi en evidence

l'existence

au couplage.

PARTIE EXPERIMENTALE L'isophorone

est commerciale,

preparee

d'apres

methodes

orecedemment

la methyl-3

[19]. Les aziridines

liquide

one-l a ete

d'apres

1201. I. I', 2 et 2' sont purifiees

decrites

_‘-I_

matographie

cycloh&xen-2

ont LtE synthetisees

(Et20 ammoniacal)

les par chro-

-

et analysees

par CPV (Carbowax

20 M,

IO%, 5% KOH). L'action tableau

de HF-pyridine

sur les aziridines

Tableau II Rendement en amines

fluorees

en fonction

2 6

de la duree et du solvant.

1

2' -

L to

est resumee dans le

II.

6

15

14

6

s+

O,;A*

0,4B*

IC*

1B

2B

%I

2

32

13

R

70

65

30

85

6,5

4

6,5

2

0,3

2H*

2H

IB

2A

2B

2H

2H

2

40

0

6

9

4

35

96

58

98

8

90

95

63

par

mole

013 98

I

4

90

66

60

62

I.

cot = dure’e en jour

;

+ s solvant

cm3 de soZvant

,Je substrat

;

.tA = acBtonitrile ; B = ben.zBne; C = nitrorkthane ; H = n hertane; 5 % = % aziridine re'siduelle; R = rendimcnt en amines fluore'esl. Les conditions 1O-3 mole de substrat

fin de reaction,

optimales

sont 1,5 cm3 de reactif,

2 cm3solvant

dans un flacon en teflon etanche maintenu

la neutralisation

pour

a 70°C. En

est faite par NH40H et l'extraction

du

261 melange et

rsactionnel rendements

leS

ou carbowax

est faite par Et20. Les melanges

sont obtenus

par etalonnage

fluores

interne en CPV

sont analysGs (hyprose

Sp80

20M lo%, 5% KOH, 2m).

Les fluoro-2

amines preponderantes

en chromatographie

liquide

CPV (mgme colonne

que '_, c,

Les spectres dans CDC13,

&,

a,

(Et20 ammoniacal).

l'a et 2'a sont obtenues -l'b et 2'b sent purifiees --

'H ont EtE enregistres

sur Yarian A60A et Brucker

le TMS etant pris comme reference

interne.

Les spectres

90 DS 19 F ont

St6 rdalises B la frequence de 84,67 Hz sur Brucker 90 DS multinoyaux CDC13, CFC13 etant pris comme reference Les spectres chlorhydrates visible la

IR enregistres

sur Beckman

de fluoro amines en pastille

l'a (1038-1020),

4210 ont et$ faits sur les de KBr. La fonction NH _?+ est -I cm , V(C-F) en cm :

l’b

(1038-1015),

-2a

(1040-1015),

-2’a

-2'b (1045-1015).

Les spectres a partir

de masse enregistres

des chlorhydrates

de HCl pour dormer

d'aminea.Le

sur Ribermag

de fluoro-amines.On

le pit mol6culaire

des pits b m/e 36-38 provient

R.lO-10

des amines

des chlorhydrates

[211. Les principales

(le pit de base est soulignd)

; la presence

fluorees

de la decomposition

en serie analogue

sont les suivantes

ont QtC faits

note la perte immediate

pit a M+' -20 (perte de HF) n'est pas observe

deja etd signale

comme cela a fragmentations

:

-la

: M+"31

m/e

"a

: M+'131

m/e

'16, 99, 74, _' 70 57, 56, 43, 4'. 96, 70, 57, 56, 43, 41.

l'b

: M+'l31

m/e

116, 74, 7J, 57, 56, 43, 41.

-2a

: M+'159

m/e

'27, '07, 74, 70, 57, 56, 43, 4'.

2'a

: M+"59

m/e

'44, 127, 124, 107, 88, 85, 86, 57, 56, 43, 4'.

2'b

: M+'l59

m/e

127, 107, 85, 84, 14, 70, 57, 56, 43, 4'.

Les derives gtre differencies

&,

~1

nouveaux

: 214'C ; fi,

2’a,

releve

&,

l'a et I'b de formule brute C7H'4NF _-

par les points HCl

De m2me pour les composes on

dans

interne.

sous forme d'une bande vers 3000-3050

(1030-1080),

(1035))

en

2 et 2').

les points

peuvent

de fusion de leurs chlorhydrates

: 190°C ; G, inedits 2,

HCl

: sub1 > 175"C, dec:

; 248°C.

2'a et 2'b de formule brute CgH'8NF,

de fusion des chlorhydrates

HCl : sub1 > 19O"c, dec : 242°C ; 2,

HCl

: 2,

HCl

: 249°C ;

: sub1 > 18O"C, dec:

REMERCIEMENTS Nous remercions des spectres

M. B. SEPTE, Ingenieur

RMN 19F .

CNRS pour l'enregistrement

232°C.

262 REFERENCES T.N. WADE, J. Org. Chem., -45 (1980) 5328. G. ALVERNHE, S. LACOMBE et A. LAURENT, Tetrahedron Lett., (1978)5203. G.M. ALVERNHE, C.M. ENNAKOUA, S.M. LACOMBE et A. LAURENT, J. Org. Chem., 46 (1981) 4948. 4

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