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BROMUKATION DE L’ACIDE GLUTACONIQUE ET DE SON ETHER DIETHYLIQUE,

par MM.

P. E. VERKADE et J. COOPS Jr.

I.

I1 y a quelques anndesl) l’un de nous (V.) a prevu que la seule modification de l’acide glutaconique connue jusqu’h present - laquelle pss6de une structure ,,normale” et est, d’apres h i , la mieux repr6 sentee par la formule (I), et d’apr6s THORPE 8 ) par la formule (11) -.

’,. ,---,% ,’--”’\ HOOC-cH-~H-CH-COOH HOOC--CH--CH,-CH--COOH

I I (1) (11) ‘\. . H. __. ’

formerait facilement avec le brome un produit d’addition bibromC et bien d’aprtis les considCrations suivantes :

a) FEIST et plus recemment surtout THORPE ont rCussi B prCparer des isomtires ,,labiles” de plusieurs acides glutaconiques alkylsubsti- tuCs normaux en hydratant d’une manitire specifique et particuliere leurs hydroxy-anhydrides, isomtires auxquels on dut attribuer dans la plupart des cas la structure-cis 3, (form. 111).

R-C-COOH ’I (111)

H-C-CH,-COOH

Dans les memes circonstances I’acide glutaconique hi-meme ne se transforme pas en une pareille modification labile (par hydratation de son anhydride, le 6-hydroxy-a-pyrone, on retrouve l’acide normal),

Versl. Kon. Akad. v. Wetensch. Amsterdam, 24, 1527 (1916). 1) Journ. Chem. SOC. 101, 871 (1912). ’) De I’acide a-benzyl-p-mBthylglutaconique on ne connait que la forme labile

trans, tandis que pour I’acide 0-methyl-p-phenylglutaconique on connait en plus de la lorme labile trans. la forme labile &.

m a i s d’autre part cet acide Posskde bien une tendance a former des d ir ivds de la forme labile, comme p. ex. l’hydroxy-anhydride, le

HC < >O (h ydroxy-anhydride = 6-hydroxy-a- pyrone)

composk complexe mercurique l ) (JU le composC sod6 dc l’dther-sel ; nous pouvons admettre alors que par action chimique sur l’acide normal la forme labile peut se former comme produit intermddiaire.

b) Dans les acides glutaconiques an-dimethyl- et a a p - ou uay-trimd- thylsubstituk les atomes mobiles d’hydrogene du groupe mCthyl6ne font defaut, de telle sorte que dans ces cas on a a faire exclusive- ment B l’isom6rie cis-trans. D’aprb les recherches de PERKIK et de ses collaborateurs 2, ces paires d’isomkres montrent des diffCrences t r b caractkristiques en ce qui concerne la vitesse d’addition du bro- me : tandis que les acides-cis, expos& en couche mince B l’action des vapeurs de brome, absorbent vivement la quantiti: thkrique de brome, les acides-trans ne sont pas attaquCs, ou ne le sont que tr& lentement.

I1 en cst de mCmc pour l’acide cis-Iabile-p-rn6thylglutaconique B partir duquel FICHTER et SCHWAB 3, ont pu isoler un produit d’ad- dition bromC, obtenu cependant assez laborieusement, parce qu’ils n’employhent pas une bonne mCthode de bromuration (voir ci-dessuus).

On emit alors la supposition que par l’action de vapeurs de brome, l’acide glutaconique normal se transformerait assez aisCment en acidc a-dibromoglutarique, en passant fiar l a forme labile. On ohtint, en effet, ce produit avec bon rendement ; il fond A 157’.

CH=C-OH

‘CH-C-0

Ce fait ne sembla pas retenir l’attention de THORPE. En effet dans sa derni6re communication 4) il semble avoir ktudiit cette bromura- tion et il dit que I’acide glutaconique ,,. . . . absorbs the correct amount of bromine, but no one appears to have been able to isolate any definite product from the reaction mixture.”

Vraiment il faut attacher une gande importance A l’addition du brome ; c’est en effet de cette simple reaction qu’on pcut dCduire assez facilement si c’est l’addition e n OL 7 qui a lieu, devenue possible par la construction sym- mktrique de l’acide glutaconique, et ntcessaire e n admettant le symbole de THORPE 5).

MalgC qu’en 191G l’un de nous a recherchC la prksence d’acides u y-dibromoglutariqucs dans 1e produit de reaction (bien que sans suc-

I) VERKADE, Versl. Kori. .4kad. v. Wetensch. Amsterdam 24, 1527 (19i6).

P E ~ L K I K et SMITH, Ibid. 83, 8, 771 (1903) ; 85, 155 (1904). (les ncides u u p y-tCtrarric‘thSlglutaconiques ne sont pas encore corinus). a) Ann. der Chem 348, 254 (1906); voir aussi FLIST, ibid. 346, 88 (1906) (ces

auteurs considbrent cct acide comme l’ocide-trans.). ’) Journ. Chern. SOC. 115, 679 (1919). 6 , Pour le ~--ni(.tliylglutaconate d’ethyle normal, THOHPE R observe &em-

ment uric addition en U Y d’ether cyanoacetique sode d’ou il suit que la structure symmc‘trique de cet ether-sel peut Ctrc considCr6 cornme dblinitivement demontr6.

cf. I’ERKIN et ‘I’IiOnPE, Journ. (;hem. SOC. 71, 1182 (1897).

c b , d’oii l’on pourrait apporter un argument contre le symbole de THORPE), nous avons de nouveau CtudiC la rCaction avec soin, dtant donnC l’importance de la question.

PR~PARATION DE L’ACIDE DIBROMOGLUTARIQUE.

On expose pendant 36 heures A l‘action d’un exck de vapeurs de brome sec 10 gr. d’acide glutaconique pur, soigneusement sCchC, puldrisd et CtalC en couche mince. On reprend ensuite par 1’Cther sec, Cvapore celui-ci ; le rdsidu, apr6s pulvCrisation soigneuse est de nouveau soumis B l’action des vapeurs de brome pendant 36 heures etc. ; de cette faqon, ctn obtient par le renouvellement de la surface une bromuration aussi totale que possible.

On n’a absolument pas obtenu d’acide bromhydrique ; dans ce cas il ne peut donc i tre question de substi tution d’hydrogdne $ar le brome.

La bromuration terminCe, le poids de l’acide Ctait 21,3 gr. ; 11.3 gr. de brome furent donc lids, c. Ad. 92% de la quantitC thkrique.

0,4440 gr. du produit de rCaction exigerent pour la neutralisation 32.78 cm3. d’eau de baryte O,I n., d’oA il dkoule que la quantiti. de brome lib est de 880h de la quantitC thbriquel) ; les deux chif- fres sont donc absolument concordants.

Par cristallisation fractionnde du produit de rkaction dans l’acide formique anhydre (d = 1,22) on ohtint I‘acide dibromoglutarique avec un rendement de 85% de la quantitC thdorique.

0,3040 gr. exigent pour la neutralisation 2i,O5 cm*. d’eau de baryte 0,i n. TrouvC: M = 289,2.

0,1951 Rr. exigent pour la ncutralisation 13.50 cm*. d’eau de berytc 0,i n . Trouvb: 11 = 259,7

0,1632 gr. d’acide donnent 0,2121 gr. de AgBr. TrouvC : 55.:K)o& Br.

CalculC pour C,H,O,Br,: 11 = 289,9, Br = 55,15%.

P r o p r i t t is. L’acide a 8-dibromoglutarique se prCsente sous forme de cristaux incolores, fondant A 157’ (corrigd) avec lCg6re dCcompo- sition. L’acide est trks aisCment soluble dans l’eau et dans l’kher, assez bien dans I’acide formique froid, peu dans le chloroforme, trks peu dans 1’Cther de pdtrole et le benzkne; recristallise dans le chloro- forme, ce qui s’opkre aisCment, il donne une poudre blanche micro- cristalline. La solution aqueuse de I’acide donne a p r b un certain temps avec

N0,Ag un prCcipitC de AgBr : en milieu nitrique cette rCaction ne s’effectue que tr6s lentement, ce qui est en concordance avec ce qui a Ctd trouvC pour plusieurs autres bromoacides. Dans ce fait il y a donc une difference avec l’un des acides a y-dibromoglutariques (celui fondant B basse tempkrature) prCparC par THIELE 2) ; ce dernier signale, en effet, qu’avec le h’0,Ag en solution aqueuse il y a for-

1) Trouv6 PM = 272, calcule pour I’acide glutaconique 130, pour l’acide di-

1) Ann. d. Ctieni. S14, 309. bromoglutarique = 290.

mation inzmkdzate de AgBr et en milieu nitrique dkji apr&s quel- ques minutes.

Constitution. Les deux acides a y-dibromoglutariques prtvus pax la thbr ie sont connus ; ils fondent respectivement A 169-170” I) et 143’ 2) (avcc ddcomposition). Par dkbromuration avec la poudre de zinc et I’acide sulfurique dilut, ils se transforment tr&s aiskment en acide glutarique.

L’acide prCpard par nous possede un point de fusion diffkrent ; par dkbromuration effectuke de fason abwlumcnt identique, il ne donne pas une trace d’acide glutarique, mais donne rxclusavement de l’acidc glutaconaque. 3, L a place des deux atomes de brome dans la m o l h l e , se trouve ainsi dkfinitivement fixke.

On effectue la dkbromuration en laissant digCrer pendant quelque temps une solution de 2 gr. d’acide dans 50 cm3. d’acide sulfurique B 2y0 avec 3 gr. de poudre de zinc. Par des expkriences soigneuses effec- tukes skparkment on montra que dans ces conditions l’acide gluta- conique n’est pas rtduit ; m&me par une kbullition prolongke de plusieurs heures avec du zinc et de l’acide sulfurique diluk, il reste complPtement inaltcrd. 4) On extrait le liquide par l’kther, on (tvapore celui-ci et on recristallise le rdsidu dans un mklange d’acttone et de benzhe ; on obtient alors I’acide glutawnique pur. Point de fusion (corrigk) : 136-137‘. En mClangeant cet acide avec un produit syn- thCtique le point de fusion reste inaltCrC.

I1 reste encore B rCsoudre la question de savoir lequel des deux isomZres de l’acide a ,!$dibromoglutarique nous avons en prksence ; nous basant sur les propriCtCs citkes, compardes avec celles des deux acides a 8-dibromosucciniques, et tenant compte de notre thkorie sur la formation de l’acide par l’intermkdiaire de l’acide cis-labile-glutaco- nique, la configuration-tmns nous parait la plus probable.

H Br

Br H HOOC--CH~--C-C-COOH

Dans cette hypothese, nous avons en mdme temps tenu compte de la formation connue d’acide trans-(iso)dibromosuccinique (racC- mique) a partir de l’acide maltique.

Solution mdre. La solution formique, de laquelle on a &park autant que possible l’acide a 8- dibromoglutarique dkcrit ci-dessus, devrait entre autres encore contenir l’acide a y-dibromoglutarique kventuellement form&. On ne put isoler aucun des deux isomeres de cet acide. Une autre preuve qu’ils ne s’ktaient point formks par notre mkthode de

1) AI’WERS et BERXIIARDI, Ber. d. deutsch. chem. Ges., 24, 2230 ( iR9 i ) ; TIiIELE, loc. cit.

*) THIELE : loc. cit. ’) Ce fait a di.jii ete signal6 par Tl i IELE (loc. cit.). Donc celui-ci doit avoir

p&pare l’acide-a p-tlibron~oglutarique ; les details de rette recherchemanquent abso- lumen t.

*). Nous reviendrons sous peu sur la resistance qu’offrent h la reduction l’acide glutaconiquc, airisi que les acides aconitiques.

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bromuration, dCcoule de l’examen du produit obtenu par debromura- tion du rCsidu restant a p r b Cvaporation de l’acide formique; on ne parvint A isoler que de l’acide glutaconique parfaitement pur dont le point de fusion Ctait de 136-137’. En mClangeant cet acide avec un produit synthktique, le point de fusion resta inaltCrC.

Nous avons Cgalement examink d’un peu plus prZs la bromuration de l’acide glutaconique en quelques dissolvants.

a) en solution aquewe. I1 y a quelques annCes, K I L I A N I ~ ) a dCja effectuC la bromuration de l’acide glutaconique en solution aqueuse tr6s concentrCe ( I : 2) ; le produit de la ritaction n’a pas C t C is016 par h i , mais servit intermkdiairement

On ajouta a une solution de 10% de 5 gr. d’acide glutaconique la quantitC thhorique (6.15 gr.) de brome. Aprks I heure environ celui-ci est compl6tement absorbd, absorption qui a Cgalement lieu dans l’obscuritk : la solution est alors compl6tement incolore. AprPs Cva- poration sous pression rkduite, on soumet le rhidu en grande partie cristallin, a la cristallisation fractionnhe dans I’acide formique anhy- dre ; on put isoler 5,4 gr. ( = 47%) de l’acide a 8-dibromoglutarique decrit plus haut.

d’autres fins.

b) dans l’acide formique anhydre ( d = 1,22). Un mClange de 5 gr. d’acide glutaconique pur, dissous dans 20 cm3.

d’acide formique anhydre et 6,15 gr. de brome est expos6 a la lu- mi6re. L’absorption du brome est t r b lente et n’est terminke qu’aprb quelques jours ; une partie du produit de la ritaction s’est sCparCe de la solution A l’t5tat cristallin, tandis que la solution Ctait fortement colorCe en brun.

Comme prCcCdemment, on ne put isoler que Ie mCme acide mp-di- bromoglutarique ; le rendement est de 8,6 gr. ( = 78% de la thkrie) .

Par la brornuration surtout en solution aqueuse, - mais @dement en solution dans I’acide formique et d‘autres milieux - il se forme de l’acide bromhydrique en quantitC appreciable ; de plus, les derni6res solutions mZres sont toujours sirupeuses. Dans ces cas il y a donc, ou substitution d’atomes d’hydroghe par du brome2) ou - ce qui nous parait plus probable - separation de HBr de l’acide dibromC qui se serait form6 tout d’abord.

Par suite dc ces rCactions secondaires, la question de savoir si pour une certaine partie I’addition de brome a l’acide glutaconique pourrait dans ces cas avoir lieu encore en a et y ne peut plus &re rCsolue avec certitude.

x) Bcr. d . deutsch. chem. G F S . 18, 2517 (1585); K I L I A N I ct LOEFFLEH, ibid. 38, 3624 (1905).

*) Kn solution aqueuse concentree l’ac,ide a ~-dibrornoglutarique pur nc reagit pas avec le bromc. W m e en exposant le melange B la lurnikre tres active pendant quelques sernaines, il n‘y cut pas rneme un trace de tli.gayenient d’acide bromhydrique et I’acide ditmoxnoglutarique Iut retrouvi. parfaitemc’nt inalter(..

I1 est cependant possible que dans la inolPcule de l’acida glutaconique les atomes dhydrogkne mobiles du groupcment CW, seront substitu6s par le brome, la liaison double restant en mPme temps intacte.

59’

Nous avons pourtant, dans ces cas, encore effectuC la dCbromuration du rCsidu des cristallisations, obtenu a p r b Cvaporation de l’acide formique, par I’emploi de poudre de zinc et d’acide sulfurique diluC; il ne fut possible d’extraire par 1’Cther que de l’acide glutaconique (le point de fusion apres recristallisation dans un mClange d’acCtone et de benz&ne, dtait de 136-137~; point de fusion du mClange avec un produit synthetique inaltCrC). La prbence d’acide glutarique ne fut jamais constatke. l)

Le glutaconate d’Cthyle, nkcessaire pour nos expkriences, fut pre- park d’aprb les indications de BLAISE 2), c. A d. en partant de I’acide acktonedicarbonique. On l’obtient Q 1’Ctat pur en le sournettant Q des fractionnements repCtCs, dabord B la pression ordinaire et, pour terminer, dans le vide. P. d’db. 125’ sous 12 mm. de pression (BLAISE : 129-131’ sous 16 mm. ; MERESCHKOFSKY 3, : 124.5-125’5 sous 13mm.)

En ajoutant prudemment un excPs de brome au glutaconate d’kthyle refroidi dans la glace, et en exposant ce milange ri la lumidre pendant un jour, FEIST~) a obtenu un Gther didthylique d’un acide dibromoglutarique bouillant vers 162-164’ sous 12 mm. et cela avcc un rendement de 80-85%.

L’auteur admet, sans plus, que dans cette substance les deux atomes de brome occupent les positions resp. a et j3; on ne trouve pas de rksultats d’analyse.

Nous avons remarque qu’un excPs de brome n’est pas nkcessaire pour la bonne marche de la rkaction, de mCme qu’on peut negliger l’exposition Q la IumiPre sans aucun inconvenient.

Mime en prenant les pricautions les plus rigoureuses, il se forme toujours pendant la bromuration de I’acide bromhydrique ; de plus 1’Cther obtenu possede - Cgalement B cause d’une ICgere decomposition pendant le fractionnement - une teneur en brome trop basse.

La bromuration fut effectuCe par nous de faqons t r k differentes. Nous n’en donnerons que deux:

a) Lorsqu’on applique la methode suivie plus haut pour l’acide glutaconique (voir p. 588) c’est A dire dans une atmosphere saturee de brome Q la tempCrature du laboratoire, la bromuration est rapide- ment terminCe. C’est ainsi qu’au bout de 4 heures, 60% de la quantitd thdorique de brome s’Ctait dCjB liC A 40 gr. de 1’Cther tandis qu’aprb 12 heures le liquide avait dissous un grand exck de brome.

Nous serions donc tentks de conclure B une tendance pour le brome du glutaconate d’Cthyle plus grande que celle de l’acide glu-

1) En tous cas Ies produits de la bromuration ne contierment donc pas de

9 Bull. SOC. chim. de France (3) 29, iOi3 (1903). 8 ) Journ. snc. phys. chim. russe 48, 5i7 (i914). *I Ber. t!. deutsch. chem. Ges. 44, 137 (1911).

l’acidc (I p y-tribrornoglutarique.

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taconique, ce qui d‘ailleurs est tres probable. D’un autre cat6 il ne faut pas perdre de vue la difference de ces deux compos&, l’un se presentant A 1’Ctat liquide, l’autre B l’etat fixe.

b) Dans un petit flacon bouchC A 1’Cmeri contenant 20 grammes (la quantitC thbrique) de brome, on place un petit vase de bohCme contenant 17,2 gr. de glutaconate d’Cthyle. On porte le tout dans une glacikre. A cette basse temperature l’addition de brome s’effectue t r k lentement ; elle n’est complete qu’aprb 4 jours. I1 n’y a ici qu’un lCger dCgagement d’acide bromhydrique.

On fractionne tres soigneusement le produit obtenu dans le vide. Rendement : 80 A 85% de la thbrie .

L’Cther form6 est un liquide incolore, d’odeur un peu piquante, mais non dbagrkable. P. d’eb. 135-136” (A) sous 2,o mm.; 168-169” (A) sous 19 mm. tous deux avec lkgke decomposition.

Deux produits obtenus pendant des experiences diffkrentes donncrent les rbultats suivants :

0,2249 gr. de rriatiere v-+ 0,2275 gr. AgBr.

0,1882 gr. de matiere y--+ 0.1940 gr. AgBr. Trouve: 43,00/6 Br.

TrouvB: 43,9% Br. Calcule pour CpH,,O,Br, : Br = 46,20%.

Par un fractionnement repkt6 d‘un de ces produits nous avons trouvk: 0,1883 gr. de matiere ~t-r 0,1724 gr. AgBr.

TrouvC: 38,9% Br. 0,.1458 gr. de matiere t* 0,1340 gr. AgBr.

Trouve: 39,1% Br.

D tbromuration de I’ dther. La dkbromuration s’opere tr6s a i s h e n t de la maniQe suivante l) : On dissout 2 3 gr. de 1’Cther-sel dans 5 gr. d’alcool mkthylique absolu

et on ajoute B la solution 2,5 gr. de copeaux de zinc. La separation de bromure de zinc commence bientbt (en general), avec faible dCga- gement de chaleur.

A p r b avoir abandonnd, pendant 24 heures A la tempkrature du laboratoire, on fait bouillir avec un peu plus de la quantitC calculee d’une solution de potasse B IO%, pour saponifier les Cthers-sels.

Aprh avoir acidifit5 avec de l’acide chlorhydrique on extrait A l’kther ; le rksidu, obtenu a p r b avoir chassk l’kther, et recristallisC dans un melange d’acetone et de benzol Ctait de l’acide glutaconique pur. 1)

On peut dkbromurer le dibromoglutarate d’dthyle egalement avec de la poudre de zinc et de l’acide acktique glacial; on obtient alors Cgalement l’acide glutaconique comme unique produit de reaction.

1) Cf. CASPARY et TOLLENS, Ann. d. Chem. 167, 241 (1873). 1) Par exces de precaution, nous avons soumis le glutaconote ti’ethyle pur

au meme traiternent (d’abord avec du zinc et de l’alcool nt&thylique, ensulte avec de la potasse). On trouva ici egalement exclusivement de I’acide glutaconique, ce qul d’ailleurs n’est pas surprenant.

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La formation exclusive d’acide glutaconique et la non-formation d’acide glutarique donnent tout lieu de croire que, tgalement pour la bromuration du glutaconate d’e’thyle, les d e w atomes de brome sont 1 2 s aux atomes de carbone a et p, et que dans ce cas encore l’addition en a y n’a pas lieu, choseque nous ne pouvons dire avec absolue certitude, puisque 1’Cther dibromC n’a pu Ctre obtenu A un 6tat de puret6 suffisant.

Saponification de l’e‘ther. Des essais de saponification de cet Cther-sel avaient, a priori, peu de chance de succits, puisque I‘dbullition avec des acides minkraux ou avec des alcalis donnait lieu, en dehors des acides dibromoglutariques & la substitution des atomes de brome par des groupes hydroxyles l ) , a la sCparation d’acide bromhydrique, et plus puisque des rkactions de condensation 2) Ctaient possibles. L’un de nous dtudiera ces rhctions de f a p n plus dktaillee en temps voulu ; nous nous bornerons ici a signaler les essais prkliminaires effectubs avec l’acide bromhydrique, &ant donn6 qu’avec cet agent chimique nous aurons ici le moins de chances, nous semble-t-il, de rencontrer des rbactions secondaires. 3,

agiter, jusqu’a dissolution com- plcte, 10 gr. de 1’6ther brut, c. a d. nondistiIlC, avec 15 cm3. d’une solution d’acide bromhydrique A 27%. ce qui a lieu apres 3 A 4 heures : le liquide est alors legitrement b r u n h e .

Par @vaporation dans le vide, il subsiste une masse en partie cris- talline, de laquelle on p u t isoler le mame acide u p-dibromoglutarique.

Nous dtudions en ce moment la bromuration de l’acide aconitique normal et de son isomitre labile 4) ; nous espkrons pouvoir commu- niquer SOUS peu les rbultats de nos recherches.

Nous nous rCservons egalement 1’Ctude de la bromuration des acides glutaconiques alkylb.

On fait bouillir sur une machine

KO t t e r d a m, Laboratoire de I’C‘niversite‘ de Commerce, le 31 mai 1920. -

1) KILIANI: IOC. cit. s, Conip. p. ex. la Iorrnation curieuse d’acide pyromellithique A partir du

dibrornoglutnrate d’bthyie sous l’action de potasse alcoolique, constatbe par FEET (loc. cit.).

J ) Cf. Miir.r.En, Zeitsctir. f . physik. Chem. 41, 483 (1902); SENTER et I’ORTER. Journ. Cherri. Soc. 98, 1049 (19iO). 9 BLAND et THOKPE, Journ. Chcm. SOC. 101, 1490 (1912).

( R e p le 5 juin 1920).