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Synthese asymetrique par voie electrochimique. Reduction d'une benzoxazinone en lactame optiquement actif
001346&5,82109133943 so3.00/0 0 1982. Pergamon Press Lid.
SHORT COMMUNICATION SYNTHESE ASYMETRIQUE PAR VOIE ELECTROCHIMIQUE. REDUCTION D’UNE BENZOXAZINONE EN LACTAME OPTIQUEMENT ACTIF M. JUBAULT,
A. LEBOUC et A. TALLEC
Laboratoire d’Electroehimie, ERA CNRS 896, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes CCdcx, France (Received 7 December 1981; in revised form 1 March 1982)
Le pro&d8 le plus utilisd pour rtkliser des synth&ses asymdtriques par voie dlectrochimique consiste a r& duke un substrat prochiral, sur cathode de mercure, en prknce d’un alcaloide jouant le rale d’inducteur (I*). Si ce dernier est peu adsorb6 SW mercure, il est utilis6 en grande concentration et sert alors d’tlectrolytesupport chiral[l, 21; s’il est tr6s adsorb&, une faible concentration[3-71 suffit pour obtenir le rendement optique maximal. Cette technique a etd utilisde dans de nombreux cas: reduction asymetrique de coumarines substituk[3], de c&ones[l, 4,5], d’oximes[6], d’azomtthines[2] et de gem-dibromocyclopropanes[7]. Le mkanisme de l’induction que nous avons propod[7,8] suppose la presentation prefkentielle de l’une des faces dnantiotopiques du substrat S par rapport a I’inducteur adsor& sous forme PH +; les interactions substrat-inducteur subsisteraient au niveau du carbanion final. Celui-ci serait protone par La forme acide de I’inducteur, dormant ainsi naissance au produit P*, optiquement actif. (n-l)H*
P
a :J 0
If
0
I
2e 2Hf I R
a 0
I C=NH
COOH
GE, I*H+ + P*+ I&. Dans le but d’accrotire la sttr6oselectivite de presentation du substrat ZI l’tlectrode et augmenter ainsi le rendement optique, il nous a paru interessant d’Ctendre la methode II des composts dont la fonction reductible est incluse dans un cycle. Notre choix s’est port6 sur des oximes cycliques du type beuzoxazinone 1 dont la reduction est susceptible de conduire a I’acide amine 3 ou au lactame 4 (cf. schCma); deux voies peuvent e^tre envisagees pour la formation de cet httdrocycle: soit la reduction de l’imine 2 suivie de la cyclisation de 3, soit la cyclisation de 2 suivie dune reduction ?I deux dlectrons. L’electroreduction de la, sur cathode de mercure, a dcjja ttt ttudiee par Lund[9] qui signale l’existence de deux vagues potarographiques 11 dew electrons en milieu HCl 0,5 N + ethanol (60% en volume); IWectrolyse preparative effectute au potentiel de la premibre vague conduit ZII’imine 2 montrant ainsi que le premier stade de reduction correspond & la coupure de la liaison N-O. La deuxieme vague correspond g la reduction de l’imine & en amine a. L’tlectroreduction de lb, en milieu tampon acttique (CH,CO,H 0,5 M + CH9C0,Na 0,5 M) + ethanol 1339
(l-l en volume), a - I,2 V ecs, consome 4F par mole et conduit 1 famine l_b correspondante: F = 234°C; ir (KBr): vco = 1675 cm-‘; vNH = 3060 et 3180cm-I; R.M.N. (CD3),S0, 6ppm/TMS: 7,4 (9H, aromatiques); $8 (lH, C-H); 3,4 (2H, NH2). Si la reduction de fi est conduite dans le me^me milieu mais en presence de strychnine (utilisde comme inducteur d’asymetrie dans de nombreux cas[4-7]), la mesure du pouvoir rotatoire effectude sur la solution d’6leetrolyse avant et apres rkluction ne permet pas de conclure a l’existence dune induction asymetrique: le pouvoir rotatoire sp&.+fique de 2_best vraisemblable-
M. JUBAULT, A. LEBOUCET A. TALLEC
1340
ment tres petit, deux des quatre substituants du carbone asymdtriquc &ant de “grosseur” ttis voisine. Par contre, les pouvoirs rotatoires spkiftques de & et & doivent &re, a priori, plus Bev& auk, I’essentiel de nos expkiences a-t-i1 port& SW le compose k.
s&at n’est pas surprenant car ces inducteurs sont kgalement les plus e&aces dans le cas de la reduction des oximes de l’acide ph&rylglyoxylique en pttdnylglycine optiquement active[S]. On notera &alement que I’&rantiom&re preferentiellement forme est dextrogyre et que le rendement optique est plus important lorsque la rdduction est effectu&z a potentiel Electrolyses prt@rotives de & peu cathodique; une influence comparable du potentiel En milieu H,SO,N+ ethanol (l-i), C pr&ente de travail a deja dtt observee dans d’autres cas[6, S]. deux vagues polarographiques A deux electrons. La Quelques essais ont tte effectu&, en milieu tampon rdduction effectuee au potentiel de la premitre vague ammoniacal, uniquement en p&ewe de strychnine; ( -0,7 V ecs) consomme 2F par mole et conduit 11 c’est toujours 1’Cnantiomere dextrogyre qui est majol’acide o-ac&ylbenzoi:que (F = 115’C) issu de ritaire mais, cette fois, le rendement optique est plus l’hydrolyse de l’imine 2c; ce compose ne se cyclise done important a potentiel tres ndgatif. Toutefois, on ne pas en milieu nettement acide. Par contre, si la peut op&er au-de& de - 1,5 V ecs (dkharge des rdduction est effectu& au potentiel correspondant au cations de l’&ctrolyte-support). On retiendra done palier de la deuxieme vague, Ie r&&at coulomtitrique que Ies meilleurs rendements optiques en lactame & est de 4F par mole et on obtient l’acide amine 2: F sont obtenus en r&h&ant le compose lc, en tampon = 210°C; ir (KBr): vco = 168Ocm-‘; vNw = 3100 et ac&ique et en presence de strychnine, il un potentiel 33OOcm-‘; R.M.N. (CD,)2S0, 6ppmjTMS: 7,8 (4H, correspondant au pied de la courbe vohamaromatiques); 5,3 (1 H, CH); 1,6(3H,CHS). pkomttrique. En milieu tampon ac&ique ou arnmoniacaf (NH, Entin, nous avons egalement reduit l’oxime cyclique 0,s M + NHICl 0,s M) + dthanol (l-l), & ne przente lc, en presence de strychnine, en milieu sulfurique, B qu’une seule vague a quatre &ctrons; le resultat un potentiel correspondant a la reduction directe a 4 coulomdtrique eat de 4F par mole quel que soit le tlectrons. On obtient alors un leger exc& &nantiomtrpotentiel cathodique impod et la rbduction conduit au ique en isomere dextrogyre de I’[o-carboxyphdnyl] lactame +z F = 165°C; ir (KBr): vco = 165Octn’; ethylamine &. Le pouvoir rotatoire spkifique de ce vNH= 3230cm- l: R.M.N. (CD,), SO, b pp,/TMS: eompod n’est pas connu, mais, par comparaison a 7,6 (4H, aromatiques); 65 (1 H, NH): 5,O (1 H,CH); celui de la phdnyldthylamine (11), on peut estimer que I,55 (3H, CH,). le rendement optique est de l’ordre de 5 %, c’est-a-dire faible. Des exp&ienees compldmentaires ont etf? r&tlisQs Essais de synth&se mym&rique par Clectroreduction de sur les produits optiquement actifs obtenus par mducIc tion en presence de strychnine: -l’acide amind 3c, p&par6 en milieu sulfurique, est Les resultats des tlectrolyses pr&aratives. r&rlis&es transform6 en la&me 4c par addition dune quantitt en presence de divers alcaloi’des utilids comme inducteurs d’asymdtrie potentiels, sont rasscmblts dans calcul6e d’ac&ate de sodium; le pouvoir rotatire ne le Tableau 1. Chaque rkduction porte sur 4235 mg de varie pas. compose k dissous dans un melange de 150cm” -il en est de meme lorsque le lactame &, prepar6 en tampon acttique, est transform6 en acide amine & par d’&ctrolyte-support + ethanol (l-l); la concentration addition d’acide sulfurique. en substrat est alors de 1,75. lOma mol. 1-r. La conNow pouvons en conclure que les deux compos& centration en inducteur est 1,4. 10-Qmol.l-‘. [a]? poss&dent des pouvoirs rotatoires sp&zifiques voisins et reprbente le pouvoir rotatoire spkifique du melange que des taux d’induction plus klevds sont obtenus des Cnantiombres obtenus, calculC 1 partir des mesures Jorsque le produit de la reduction est un heterocycle. du pouvoir rotatoire, effectuees sur la solution Celui-ci ne se formerait done pas a patir de l’acide d’blectrolyse avant et apr&s rtiuction. aminb, mais plutdt par reduction de la forme cyclisQ En milieu tampon adtique, seules la strychnine et la de l’imine. brucine conduisent a une induction notable. Ce r& Tableau 1. R&ultats des reductions pr$wative.s de & en & et &; pouvoir rotatoire spkifique [K]:: du melange des 6nantiombres obtenus Electrolyte-support
Nature de I’inducteur
(c= 1,4.10-4mol.1-‘)
ET
(V ecs)
[aI’d
Tampon ammoniacal (PH * 9.2)
Strychnine Strychnine Strychnine Em&tine Yohimbine Spandine Brucine Brucine Strychnine Strychnine
-1.15 -I,30 - 1.50 -1.30 -1,15 -1,30 -1,15 - 1.30 - 1,30 - 1,50
+ 7,og +4,25 +1,06 YO -0 ZO +4,M) +2.83 + 2,83 + 4,60
H,SO+N
Strychnine
- I,00
+ 1,42
Tampon acttique (PH = 4.8)
Synth&e
asymetrique
BIBLIOGRAPHIE 1. L. Horner et D. Degner, Elecrrochim. Am 19,611 (1974). 2. L. Horaer et D. H. Skaletz, Annaien 1365 (1977). 3. R. N. Gourley, I. Grimsbaw et P. G. Millar, J. ehem. SW. (‘-3, 2318 (1970). 4. M. Jubault, E. Raoult et D. Peltier, Electrochim. Acta 19, 865 (1974). 5. J. Kopilov, E. Kariv et L. L. Miller, J. Am. them. Sot. 99, 3450 (1977).
par vole %xtrochimique
1341
6. M. Jubault, E. Raoult, J. Arrnand et L. Boulares, Chem. Comm. 250 (1977). 7. R. Hazard, S. Jaouannet et A. Tallec, Tetrahedron 38,93 (1981). 8. M. Jubault, E. Raoult et D. Peltier, Elecrrochim. Acra 25, 1359 (1980). 9. H. Lund, Acra them. &and. It& 563 (1964). 10. H. Lund, Acra them. Scand. 14, 359 (1960). 11. L. R. Overby, .I. org. Chem. 23, 1393 (1958).
SHORT COMMUNICATION SYNTHESE ASYMETRIQUE PAR VOIE ELECTROCHIMIQUE. REDUCTION D’UNE BENZOXAZINONE EN LACTAME OPTIQUEMENT ACTIF M. JUBAULT,
A. LEBOUC et A. TALLEC
Laboratoire d’Electroehimie, ERA CNRS 896, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes CCdcx, France (Received 7 December 1981; in revised form 1 March 1982)
Le pro&d8 le plus utilisd pour rtkliser des synth&ses asymdtriques par voie dlectrochimique consiste a r& duke un substrat prochiral, sur cathode de mercure, en prknce d’un alcaloide jouant le rale d’inducteur (I*). Si ce dernier est peu adsorb6 SW mercure, il est utilis6 en grande concentration et sert alors d’tlectrolytesupport chiral[l, 21; s’il est tr6s adsorb&, une faible concentration[3-71 suffit pour obtenir le rendement optique maximal. Cette technique a etd utilisde dans de nombreux cas: reduction asymetrique de coumarines substituk[3], de c&ones[l, 4,5], d’oximes[6], d’azomtthines[2] et de gem-dibromocyclopropanes[7]. Le mkanisme de l’induction que nous avons propod[7,8] suppose la presentation prefkentielle de l’une des faces dnantiotopiques du substrat S par rapport a I’inducteur adsor& sous forme PH +; les interactions substrat-inducteur subsisteraient au niveau du carbanion final. Celui-ci serait protone par La forme acide de I’inducteur, dormant ainsi naissance au produit P*, optiquement actif. (n-l)H*
P
a :J 0
If
0
I
2e 2Hf I R
a 0
I C=NH
COOH
GE, I*H+ + P*+ I&. Dans le but d’accrotire la sttr6oselectivite de presentation du substrat ZI l’tlectrode et augmenter ainsi le rendement optique, il nous a paru interessant d’Ctendre la methode II des composts dont la fonction reductible est incluse dans un cycle. Notre choix s’est port6 sur des oximes cycliques du type beuzoxazinone 1 dont la reduction est susceptible de conduire a I’acide amine 3 ou au lactame 4 (cf. schCma); deux voies peuvent e^tre envisagees pour la formation de cet httdrocycle: soit la reduction de l’imine 2 suivie de la cyclisation de 3, soit la cyclisation de 2 suivie dune reduction ?I deux dlectrons. L’electroreduction de la, sur cathode de mercure, a dcjja ttt ttudiee par Lund[9] qui signale l’existence de deux vagues potarographiques 11 dew electrons en milieu HCl 0,5 N + ethanol (60% en volume); IWectrolyse preparative effectute au potentiel de la premibre vague conduit ZII’imine 2 montrant ainsi que le premier stade de reduction correspond & la coupure de la liaison N-O. La deuxieme vague correspond g la reduction de l’imine & en amine a. L’tlectroreduction de lb, en milieu tampon acttique (CH,CO,H 0,5 M + CH9C0,Na 0,5 M) + ethanol 1339
(l-l en volume), a - I,2 V ecs, consome 4F par mole et conduit 1 famine l_b correspondante: F = 234°C; ir (KBr): vco = 1675 cm-‘; vNH = 3060 et 3180cm-I; R.M.N. (CD3),S0, 6ppm/TMS: 7,4 (9H, aromatiques); $8 (lH, C-H); 3,4 (2H, NH2). Si la reduction de fi est conduite dans le me^me milieu mais en presence de strychnine (utilisde comme inducteur d’asymetrie dans de nombreux cas[4-7]), la mesure du pouvoir rotatoire effectude sur la solution d’6leetrolyse avant et apres rkluction ne permet pas de conclure a l’existence dune induction asymetrique: le pouvoir rotatoire sp&.+fique de 2_best vraisemblable-
M. JUBAULT, A. LEBOUCET A. TALLEC
1340
ment tres petit, deux des quatre substituants du carbone asymdtriquc &ant de “grosseur” ttis voisine. Par contre, les pouvoirs rotatoires spkiftques de & et & doivent &re, a priori, plus Bev& auk, I’essentiel de nos expkiences a-t-i1 port& SW le compose k.
s&at n’est pas surprenant car ces inducteurs sont kgalement les plus e&aces dans le cas de la reduction des oximes de l’acide ph&rylglyoxylique en pttdnylglycine optiquement active[S]. On notera &alement que I’&rantiom&re preferentiellement forme est dextrogyre et que le rendement optique est plus important lorsque la rdduction est effectu&z a potentiel Electrolyses prt@rotives de & peu cathodique; une influence comparable du potentiel En milieu H,SO,N+ ethanol (l-i), C pr&ente de travail a deja dtt observee dans d’autres cas[6, S]. deux vagues polarographiques A deux electrons. La Quelques essais ont tte effectu&, en milieu tampon rdduction effectuee au potentiel de la premitre vague ammoniacal, uniquement en p&ewe de strychnine; ( -0,7 V ecs) consomme 2F par mole et conduit 11 c’est toujours 1’Cnantiomere dextrogyre qui est majol’acide o-ac&ylbenzoi:que (F = 115’C) issu de ritaire mais, cette fois, le rendement optique est plus l’hydrolyse de l’imine 2c; ce compose ne se cyclise done important a potentiel tres ndgatif. Toutefois, on ne pas en milieu nettement acide. Par contre, si la peut op&er au-de& de - 1,5 V ecs (dkharge des rdduction est effectu& au potentiel correspondant au cations de l’&ctrolyte-support). On retiendra done palier de la deuxieme vague, Ie r&&at coulomtitrique que Ies meilleurs rendements optiques en lactame & est de 4F par mole et on obtient l’acide amine 2: F sont obtenus en r&h&ant le compose lc, en tampon = 210°C; ir (KBr): vco = 168Ocm-‘; vNw = 3100 et ac&ique et en presence de strychnine, il un potentiel 33OOcm-‘; R.M.N. (CD,)2S0, 6ppmjTMS: 7,8 (4H, correspondant au pied de la courbe vohamaromatiques); 5,3 (1 H, CH); 1,6(3H,CHS). pkomttrique. En milieu tampon ac&ique ou arnmoniacaf (NH, Entin, nous avons egalement reduit l’oxime cyclique 0,s M + NHICl 0,s M) + dthanol (l-l), & ne przente lc, en presence de strychnine, en milieu sulfurique, B qu’une seule vague a quatre &ctrons; le resultat un potentiel correspondant a la reduction directe a 4 coulomdtrique eat de 4F par mole quel que soit le tlectrons. On obtient alors un leger exc& &nantiomtrpotentiel cathodique impod et la rbduction conduit au ique en isomere dextrogyre de I’[o-carboxyphdnyl] lactame +z F = 165°C; ir (KBr): vco = 165Octn’; ethylamine &. Le pouvoir rotatoire spkifique de ce vNH= 3230cm- l: R.M.N. (CD,), SO, b pp,/TMS: eompod n’est pas connu, mais, par comparaison a 7,6 (4H, aromatiques); 65 (1 H, NH): 5,O (1 H,CH); celui de la phdnyldthylamine (11), on peut estimer que I,55 (3H, CH,). le rendement optique est de l’ordre de 5 %, c’est-a-dire faible. Des exp&ienees compldmentaires ont etf? r&tlisQs Essais de synth&se mym&rique par Clectroreduction de sur les produits optiquement actifs obtenus par mducIc tion en presence de strychnine: -l’acide amind 3c, p&par6 en milieu sulfurique, est Les resultats des tlectrolyses pr&aratives. r&rlis&es transform6 en la&me 4c par addition dune quantitt en presence de divers alcaloi’des utilids comme inducteurs d’asymdtrie potentiels, sont rasscmblts dans calcul6e d’ac&ate de sodium; le pouvoir rotatire ne le Tableau 1. Chaque rkduction porte sur 4235 mg de varie pas. compose k dissous dans un melange de 150cm” -il en est de meme lorsque le lactame &, prepar6 en tampon acttique, est transform6 en acide amine & par d’&ctrolyte-support + ethanol (l-l); la concentration addition d’acide sulfurique. en substrat est alors de 1,75. lOma mol. 1-r. La conNow pouvons en conclure que les deux compos& centration en inducteur est 1,4. 10-Qmol.l-‘. [a]? poss&dent des pouvoirs rotatoires sp&zifiques voisins et reprbente le pouvoir rotatoire spkifique du melange que des taux d’induction plus klevds sont obtenus des Cnantiombres obtenus, calculC 1 partir des mesures Jorsque le produit de la reduction est un heterocycle. du pouvoir rotatoire, effectuees sur la solution Celui-ci ne se formerait done pas a patir de l’acide d’blectrolyse avant et apr&s rtiuction. aminb, mais plutdt par reduction de la forme cyclisQ En milieu tampon adtique, seules la strychnine et la de l’imine. brucine conduisent a une induction notable. Ce r& Tableau 1. R&ultats des reductions pr$wative.s de & en & et &; pouvoir rotatoire spkifique [K]:: du melange des 6nantiombres obtenus Electrolyte-support
Nature de I’inducteur
(c= 1,4.10-4mol.1-‘)
ET
(V ecs)
[aI’d
Tampon ammoniacal (PH * 9.2)
Strychnine Strychnine Strychnine Em&tine Yohimbine Spandine Brucine Brucine Strychnine Strychnine
-1.15 -I,30 - 1.50 -1.30 -1,15 -1,30 -1,15 - 1.30 - 1,30 - 1,50
+ 7,og +4,25 +1,06 YO -0 ZO +4,M) +2.83 + 2,83 + 4,60
H,SO+N
Strychnine
- I,00
+ 1,42
Tampon acttique (PH = 4.8)
Synth&e
asymetrique
BIBLIOGRAPHIE 1. L. Horner et D. Degner, Elecrrochim. Am 19,611 (1974). 2. L. Horaer et D. H. Skaletz, Annaien 1365 (1977). 3. R. N. Gourley, I. Grimsbaw et P. G. Millar, J. ehem. SW. (‘-3, 2318 (1970). 4. M. Jubault, E. Raoult et D. Peltier, Electrochim. Acta 19, 865 (1974). 5. J. Kopilov, E. Kariv et L. L. Miller, J. Am. them. Sot. 99, 3450 (1977).
par vole %xtrochimique
1341
6. M. Jubault, E. Raoult, J. Arrnand et L. Boulares, Chem. Comm. 250 (1977). 7. R. Hazard, S. Jaouannet et A. Tallec, Tetrahedron 38,93 (1981). 8. M. Jubault, E. Raoult et D. Peltier, Elecrrochim. Acra 25, 1359 (1980). 9. H. Lund, Acra them. &and. It& 563 (1964). 10. H. Lund, Acra them. Scand. 14, 359 (1960). 11. L. R. Overby, .I. org. Chem. 23, 1393 (1958).