547.513

DkRIVfiS SIMPLES DU 4-SPIROHEPTANE, PORTANT DEUX SUBSTITUANTS IDENTIQUES EN POSITION

OPPOSfiE (2,6) PAR

H. J. HACKER et H. G. KEMPER 1) .

Apres avoir decrit anterieurement *) les acides 2.6dibromo- et 2.6- disulfo-4-spiroheptane-2,6dicarboxyliques et leur dedoublement optique. les auteurs ont etudi.6 quelques derives simples. disubstitues (-2.6). du spiroheptane. Le derive portant deux groupes hydroxymethyle en position 2 et 6 a ete d6doubk optiquement, 2 I'etat de son ether phtalique acide. Apres cet alcool dip:imaire. deux alcools ditertiaires correspondants ont ete prepares. La deshydratation du bisdiphenylhydroxyrnethyl-spiroheptane donne naissance 2 un hydrocarbure non sature. dont l'oxydation conduit B une combinaison de la spiroheptanedione et de la benzophenone.

Les derives du 4-spiroheptane presentent une isomerie optique lorsque les atomes de carbone 2 et 6 portent chacun un substituant X ou deux substituants X et Y.

171 111

Les deux types de composes dedoublables peuvent @tre representes par les schemas suivants:

X Y \ A / X H \ / y y ; X/\/ y/ A / \ y

Le dedoublement de deux representants du dernier type, les acides 2.6-dibromo- et 2,6-disulfo-4-spiroheptane-2,6-dicarboxyliques, a ete decrit dans notre premier memoire 2 ) .

Parmi les composes appartenant au premier type, on a dedouble

I ) Voir pour les details: H. G. K e m p e r . These Groningue 1937. 2, H. J. B a c k e r et H. G. K e m p e r , Rec. trav. chim. 57, 761 (1938). LVll 42

_ _ ~ -

H. 1. Backer et H. G. Kemper. .-

1250

l'acide dicarboxylique 3) et la diamine 4 ) . Nous avons etudie main- tenant un alcool divalent, le 2,6-bis-hydroxymethyI-4-spiroheptane, que nous avons prepare en reduisant l'ether diphenylique de I'acide spiro- heptanedicarboxylique: cet ether diphhylique est un produit cristallin, fondant a 96-96.5'.

L'ether diphtalique acide de ce diol se laisse dedoubler au moyen d'alcaloides. Le sel de strychnine donne le composant dextrogyre, celui de brucine, l'isomere levogyre. Afin d'obtenir des derives de cet alcool divalent dans lesquels deux groupes R,COH remplacent les deux groupes CH,OH, nous avons d'abord fait agir l'iodure de methylmagnesium sur l'ether dimethylique de l'acide spiroheptane- dicarboxylique.

Nous avons vainement tiiche de deshydrater cet alcool ditertiaire afin d'obtenir un' compose a deux groupes dimethylmethylhe (CH,),C: en position 2 et 6, compose qui aurait pu donner. par oxydation. la spiroheptanedione. L'alcool se deshydrate difficilement et le produit obtenu parait Etre un melange. En effet, il est possible que les groupes methyliques concourent a fournir l'hydrogkne pour la formation de l'eau.

Afin d'eviter ces reactions accessoires, nous avons prepare ensuite, aux depens du bromure de phenylmagnesium et du spiroheptanedicar- boxylate dimethylique, l'alcool ditertiaire a quatre groupes phenyliques.

Cet alcool ditertiaire perd facilement deux molecules d'eau lorsqu'il est chauffe en presence d'iode et, comme cette scission ne peut avoir lieu aux depens des groupes phenyle, le produit non sature doit 6tre le bis-diphknylmethylkne-spiroheptane:

(C&j)2C = 00 (:(C6H5)2

L'oxydation de cet hydrocarbure non sature semble pouvoir donner

s, H. J. B a c k e r et H. B. J. S c h u r i n k, Proc. Akad. Wetenschappen Amster- dam 31, 370 (1928).

4, S. E. J a n s o n et W. J. P o p e. Proc. Roy. Soc. London A 154, 53 ( 1936).

Derives simples dii 4-spirohepfane, portant deux substituants, etc. 125 1 _ _ - - __.

naissance a deux molecules d e benzophenone et a une molecule de spiroheptanedione:

Cependant, l'ozonisation de I'hydrocarbure non sature ne nous a donne qu'une seule molecule de benzophenone et un autre produit dont la composition correspond a celle d'une cornbinaison entre la dicetone attendue et une molecule de benzophenone.

Enfin, nous avons cherche a preparer le derive suivant de I'hydro- carbure non sature, derive portant deux groupes differents a chaque extremite de la molecule et pouvant donner lieu a une isomerie optique:

Esperant aboutir a cet acide non sature par deshydratation de l'oxyacide qui sernblait pouvoir Ctre obtenu par addition d'acide cyanhydrique au 2,6-dibenzoyl-spiroheptane, nous avons commence par preparer ce dernier compose.

Le 2.6-dibenzoylspiroheptane se forrne par la reaction de F r i e d e 1 et C r a f t s entre le dichlorure de I'acide spiroheptanedicarboxylique et deux molecules de benzene.

La structure de cette dicetone est confirmee par sa reaction avec le bromure dc phenylmagnesium, reaction qui conduit a l'alcool ditertiaire que nous avons decrit ci-dessus. Contrairement a notre attente, les essais effectues pour fixer deux molecules d'acide cyanhydrique a la dicetone n'ont pas donne de resultat.

PARTIE EXPBRIMENTALE.

I. 2,6-Bis-hydroxym~thyl-4-spiroheptane. a. Dichlorure d e l'acide 4-spiroheptane-2,6-dicarboxylique.

COCl . CH(CH2)C <""')CH. COCl CH2 CH2

O n chauffe au bain-marie, pendant deux heures, 26 g (0.14 mol) d'acide spiroheptanedicarboxylique avec 120 g de chlorure de thionyle. Par distillation dans le vide on obtient le dichlorure, liquide incolore qui bout a 158-16OC sous une pression de 15 mm et qui cristallise a -8' en aiguilles unies en rosettes. Rendement 24.5 g soit 78.5 %.

1252 H. J. Backer et H. G. Kemper.

Le dichlorure est plus lourd que l'eau et n'est hydrolyse que par chauffage. I1 est tres soluble dans les solvants organiques et reagit vivement avec l'alcool.

Subst. 0.2977, 0.1738 g; AgCl 0.3826, 0.2227 g.

C,H,,O,CI, (221.08). Calcule: ,, 32.08. Trouve: C1 31.79, 31.70.

b. Ether diphPn ylique de l'acide 4-spiroheptane-2.6-dicarboxylique.

On ajoute 4.4 g (0.02 mol) de dichlorure de l'acide spiroheptane- dicarboxylique, dissous dans 20 cm3 de chloroforme anhydre, 8 une solution de 4.7 g (0.05 mol) de phenol dans 40 g de pyridine. Le melange s'echauffe et se colore en jaune.

Apres trois heures d'ebullition, la solution jaune orange est lavee avec de I'eau et de I'acide sulfurique dilue. La solution chloroformique et l'extrait ether6 de la solution aqueuse sont laves. d'abord avec une lessive de soude caustique pour kliminer le phenol et puis a l'eau, seches et distill&. On fait recristalliser le residu dans l'alcool.

L'ether diphenylique cristallise en losanges minces, fondant a 96- 96.5'. I1 peut Ctre recristallise dans l'alcool et dans l'essence de petrole; il est tres soluble dans les autres solvants organiques.

Subst. 3.104, 3.064 rng; CO, 8.51. 8.39 mg; H,O 1.62, 1.61 rng. Trouve: C 74.82, 74.72; H 5.84, 5.88.

C,,H,,O,(336.37) .-. Calcule: ,, 74.98: ), 5.99. c . Preparation d u 2,6-bis-hydroxym~thyf-4-spiroheptane.

CHzOH . C H < y ) C < c H 2 > . CH2OH ..H2 CH2

On introduit 23.5 g (0.07 mol) d'ether diphenylique de l'acide spiroheptanedicarboxylique dans un ballon A trois cols, muni d'un agitateur et d'un refrigerant ascendant, et on les dissout dans 125 cm3 d'alcool absolu chaud. Tout en agitant la solution, on y ajoute peu a peu 22 g de sodium, de faqon a maintenir l'alcool en douce ebullition. Lorsque la rnasse se met a mousser et a devenir visqueuse, on y ajoute encore 35 cm3 d'alcool absolu. Enfin, tout en agitant le melange, on y introduit 150 crn3 d'eau.

Apres acidification par l'acide chlorhydrique concentre et essorage du chlorure sodique, la solution est neutralisee. Apres distillation de l'eau dans le vide, le residu est extrait par l'alcool absolu bouillant. Distillee sous pression rduite, la solution alcoolique donne d'abord du phenol et puis le diol. Rendement 5.0 g soit 46 %.

Derives simples du 4-spirohepfane, portanf deux subsfituanfs, etc. 1253

Le 2,6-bis-h ydroxymethyl-4-spiroheptane est un liquide incolore, visqueux et hygroscopique, bouillant a 167' sous une pression de 16 mm.

Subst. 2.806, 3.032 rng; CO, 7.09. 7.65 rng; H,O 2.56, 2.79 rng.

C,H,,O, ( 156.22). <:alcule: ,, 69.19: ,. 10.32. Trouve: C 68.95, 68.85; H 10.21, 10.30.

Bfher diphtaliqiie acide du 2,6-bis-hydroxyrnethyf-4-spiroheptane. 1.56 g (0.01 mol) de bis-hydroxymethyl-4-spiroheptane et 2.96 9 (0.02 mol) d'anhydride phtalique, dissous dans 10 cm3 de pyridine anhydre, ont ete chauffes au bain-marie pendant 3 heures et demie. Apres distillation de la pyridine dans le vide, le residu visqueux est dissous dans une solution de 8 g de carbonate sodique dans 150 cm3 d'eau.

Apres acidification de la solution filtree, I'ether diphtalique se separe sous forme d'une masse demi-solide qui cristallise lentement. Triture avec de l'eau le produit se presente sous forme d'une poudre cristalline incolore. Rendement 3.5 g soit 75 %. On purifie le produit en le dissolvant dans I'acide acetique et en le precipitant par addition d'eau.

L'kther diphtalique acide d u bis-hydroxymkthyl-spiroheptane cris- tallise en petites aiguilles brillantes, fondant 139-139.5'. Le produit se dissout tres peu dam I'essence de petrole; il est soluble dans l'ether, tres soluble dans l'alcool, le chloroforme et l'acide acetique.

Subst. 488.5, 361.8 rng; 27.97, 20.76 c d de NaOH 0.0773 n (phenolphtaleine).

C,,HZ,O, (452.44). Calcule: ,, ,, 226.2.

d.

Ttouve: p. equiv. 225.9, 225.5.

e . Dedoublernent optique de l'ether diphtalique acide. On prepare le sel de brucine en 'dissolvant 0.90 9 ( 2 m.mol) d'ether diphtalique et 1.58 g (4 m.mol) de brucine dans 10 cm3 d'alcool bouillant et en evaporant ensuite la solution dans le vide. Le residu, recristallise dans l'alcool dilue, donne 1.6 g de produit cristallise. D'aprks l'analyse. ce produit est un melange des sels acide et neutre de brucine.

En decomposant 0.5 g de ce sel par une lessive de soude caustique et en eliminant ensuite la brucine par extraction au chloroforme, on obtient une solution du sel sodique, qui, diluee au volume de 25 cm3, presente, dans un tube de 4 dm, la rotation: aI , = -0.03'.

En acidifiant cette solution, on a obtenu le diphtalate acide, dont on a contrde le poids equivalent (224.7, calcule 226.2). Ce diphtalate acide a ete dissous dans l'alcool et s'est egalement revele levogyre.

L'eau-mere dans laquelle le sel de brucine s'est depose a ete decom- posee par une lessive de soude caustique, extraite au chloroforme et

1254 H. 1. Backer et H. G. Kemper.

acidifiee. On a ainsi obtenu le diphtalate acide A l’etat pur; poids equivalent 226.6. alors que le calcul donne 226.2. Rotation du sel sodique: an = +O.O45O (dans un tube de 4 dm; volume 25 cm3). Par acidification, on obtient le diphtalate acide, qui, dissous dans l’alcool, se revele egalement dextrogyre.

Le sel de strychnine cristallise mieux que celui de brucine. O n le prepare en solution alcoolique, aux depens ,de 0.90 g ( 2 m.mol) de diphtalate et de 1.34 g (4 m.mol) de strychnine.

Le sel est triture avec de l’acktone bouillante et recristallist? dans l’alcool. On en obtient ainsi 1.5 g et, aprts une seconde recristallisation, 0.8 g. Le sel neutre de strychnine cristallise en petits cristaux brillants, unis en rosettes.

Subst. 0.4878, 0.3352- g: 11.31, 7.70 cm* de NaOH 0.0773 n.

&H,,O, . 2 C,,H,,O,N,( 1121.25). Calcule: ,, ,, 560.6. l’rouv6: p. 6quiv. 558.0, 563.2.

0.4878 g de sel neutre de strychnine, transformks en sel sodique, ont donne, dans un volume de 25 cm3 et dans un tube de 4 dm, la rotation: aD = + 0.035’. Calculee 5 partir de cette donnee, la rotation moleculaire [MI, du sel sodique serait de + 5 O . &pendant, il est tres probable que le pouvoir rotatoire est plus notable, car, faute de inatkriel, nous n’avons pu achever completement le dedoublement.

11. 2,6-Bis-dimBthylhydroxymCthyl-4-spiroheptane.

a. ether dirnkthylique de l‘acide spiroheptanedicarboxylique. Cet ether est dej5 connu 5) . Nous l’avons prepark par deux methodes.

1. On ajoute lentement 22.1 g (0.1 mol) de dichlorure de l’acide spiroheptanedicarboxylique b 35 cm3 d’alcool methylique. Le melange. qui se met a bouillir, est chauffe encore pendant dix minutes au bain- marie. L’addition d’eau provoque la separation de l’ether dimethylique, qui est plus lourd que I’eau.

La solution du produit dans l’ether est lavee, d’abord avec du bicarbonate, puis avec de l’eau, sechee et distillee sous pression rkduite. Rendement 18.3 g soit 87 %.

On fait bouillir, pendant 4 heures. un melange de 36.8 g (0.2 mol) d’acide spiroheptanedicarboxylique, 500 cm3 d’alcool methy- lique et 50 cm3 d’acide sulfurique. Apres distillation de l’alcool.

6 , G. J. O s t l i n g , J. G e m . b c . 101, 476 (1912); W. A. R o t h et G. 1. Ost - 1 i n g. Ber. 46, 312 (1913).

2.

Derives simples du 4-spiroheptane, portant deux substituants, etc. 1255

on ajoute de l'eau, ce qui provoque la separation de l'ether; on le purifie par distillation dans le vide. Rendement 33 g soit 80 %.

L'ether dirnefhylique bout a 141' sous une pression de 1 1 mm et donne par refroidissement des prismes fondant a 14'.

b. Preparation du 2,6-bis-dim~thylhydroxym~thyl-4-spiroheptane. O n fait agir. en solution ethkree et a froid. 21.2 g (0.1 mol) de spiro- heptanedicarboxylate dimebhylique sur l'iodure de methylmagnksium. Finalement. on fait bouillir le melange pour achever la reaction. Le compose magnesien est decompose par de l'acide acetique diluk. La couche etheree et l'extrait ether6 de la solution aqueuse, laves, sechks et distill&, abandonnent un produit cristallin, qu'on fait recristalliser dans un melange d'essence de petrole et de benzene. Le bis-dimithyl- hydroxymeth yl-spiroheptane cristallise en aiguilles aplaties. fondant vers 75-76'. I1 se dissout aisement 5 froid dans les solvants usuels, sauf dans l'essence de petrole.

Subst. 3.334, 2.811 n g ; CO, 8.95, 7.56 mg; H,O 3.35, 2.81 mg. Trouve: C 73.25, 73.39: H 11.24, 11.19.

C,,H,,0,(212.32). Calcule: ,, 73.54; ,, 11.39.

Chauffe a 180' avtrc de I'iode, le diol perd de I'eau, sans cependant donner un produit defini. La solution benzhique du diol, agitee avec de l'acide chlorhydrique concentre. donne le dichlorure correspondant.

I I I. 2,6-Bis-diphCnylhydroxymgthyl-4-spiroheptane.

O n ajoute lentement, a 0' et en agitant le melange, une solution etheree de 13.0 g (0.06 mol) de spiroheptanedicarboxylate dimethylique a une solution etherke de 0.3 mol de bromure de phenylmagnesium (volume total d'kther 200 cm3). Lorsque la separation d'un produit solide empeche ]'agitation, le melange est chauffe a l'ebullition pendant deux heures. Le compose magnesien est decomposk 5 froid par de l'acide acetique dilue en presence de 100 cm3 de benzene. La couche aqueuse est extraite au benzene: la solution du produit dans le melange d'ether et de benzene est lavke au bicarbonate et a l'eau et puis distillee a la vapeur d'eau. Le produit qui distille renferme du diphenyle. Le residu rst une huile epaisse qui se prend en masse. Le produit pulverise est blanc. Rendement 23.5 g (84 %).

Le bis-diphenylhydroxymPthy1-spiroheptane cristallise difficilement d a m la plupart des solvants usuels. La recristallisation dans l'ether et dans la pyridine donne des combinaisons moleculaires avec ces dissol- vants.

1256 H . J . Backer ef H . G. Kemper.

La combinaison du bis-diphenylhydroxymethyl-spiroheptane avec deux molecules de pyridine cristallise dans l'essence ,de petrole en petits prismes clairs, fondant a 105-105.5'.

Subst. 3.660, 3.864 mg; CO, 11.18, 11.81 mg; H,O 2.20, 2.35 mg. ,. 0.2053, 0.1877 g;8.22caS (14.7",744.5mm),7.S@cm~ (16.3",744.8mm) N.

Trouvk: C 83.36, 83.41; H 6.73, 6.81; N 4.65, 4.81. C&H,,O, . 2 C,H,N(618.79). Calcult?: ,, 83.46: ,, 6.84; I, 4.53.

Dissous dans l'eau chaude, ce produit se decompose avec separatior, du diol.

La combinaison avec deux molecules d'ether se depose a la tem- perature ordinaire en cristaux clairs, qui se liquefient vers 56' en se dkomposant.

Subst. 0.3430, 0.3822 g: perte d'ether B 120" 0.0835, 0.0931 g.

C,,H,,O, . 2 C,H,,0(608.83). Calculk: ,, 24.35. Trouve: ether 24.34, 24.36.

Proprietes cristallographiques, Systeme monoclinique. a : b : c = 1.631 : 1 : 1.125: p = 90'44'.

Formes: a = (100); q = (011): o = (111).

Angles Observe a : q = (100) : (011) = 89O32' a : o = (100) : ( 1 1 1 ) = 64O18'

[o i l ] : [oii] = 78056' C33H320~ ~ C ~ H I O O

Dans le vide sulfurique les cristaux perdent l'ether pour donner le bis-diphenylhydroxymethyl-spiroheptane fondant a 138.5-1 39O.

IV. 2,6-Bis-diphCnylmCthyl&1e-4-spiroheptane.

On fait bouillir, pendant 45 minutes, une solution de 5 g de bis- diphenylhydroxymethyl-spiroheptane dans 75 cm3 d'acide acetique renfermant 0.1 g d'iode. Puis, la solution est chauffee avec un peu de charbon vegetal et filtrke. Le 2,6-bis-dipht!nylmdfhykne-spiro- hepfane se depose en petites aiguilles fines, fondant 2 116-1 16.5'. Rendement 3.65 g soit 79 %. Le produit peut Ctre recristallise dans l'alcool et dans l'acide acetique. I1 se dissout aisement 5 froid dans les autres solvants usuels.

Derives simples du 4-spiroheptane, porfant deux substituants, etc. 1257 ~ - -- . . . .- . - - ._

Subst. 3.129, 2.424 mg; COz 10.70, 8.28 mg; H,O 1.84, 1.46 mg.

C,,PH2,,(424.56). Calcule: ,, 93.35; ,, 6.65. T'rouve: C 93.32, 93.22; H 6.58, 6.74.

Une solution chloroformique du produit non sature donne une coloration jaune lorsqu'on I'additionne de tetranitromethane. Elle fixe du brome mais ne decolore pas le permanganate en presence de car- bonate sodique.

Une suspension de 21.2 g (0.05 mol) de bis-diphenylmethylene-spiroheptane dans 200 cm3 d'acide acetique se dissout sous l'action d'un exces d'ozone. La solution obtenue est distillee a la vapeur d'eau. Le produit distill6 et le residu sont extraits a l'ether. Apres elimination de produits acides par un lavage au bicarbonate, 1es solutions etherees sont distillees; elles donnent 9.0 g de benzophenone, s i t la moitie de la quantite pouvant theoriquement prendre naissance ( 2 mol6cules).

Le produit qui est insoluble dans I'eau et dans I'ether et qui n'est pas volatil avec la vapeur d'eau, peut t t re recristallisC dans I'alcool. I1 cristallise en petites aiguilles fondant a 190-190.5°; sa composition correspond a celle d'une combinaison de la spiroheptanedione et de la benzophenone en quantites equimoleculaires.

Subst. 1 1 . 1 , 6.3 rng; 109.8. 101.3 rng de camphre. depression c:yoscopique

Subst. 2.840, 2.776 rig; CO, 8.16. 7.97 mg; H,O 1.55, 1.50 mg.

C,,H,,O, (306.35). Calcule: ,, ,, 306; ,. 78.41; ,, 5.92.

Oxydation par /'ozone.

12.6, 7.5".

'rrouve: p. molec. 328, 332: C 78.41. 78.35; H 6.11. 6.05.

Nous avons obtenu 2.3 g de ce produit, qui peut avoir la structure suivan te:

V. 2,6-Dibenzoyl-4-spiroheptane.

On melange 13.5 g (0.1 mol) de chlorure d'aluminium, 50 g de sulfure de carbone. 8.8 g (0.04 mol) de chlorure de I'acide spiro- heptanedicarboxylique et 12.5 g (0.16 mol) de benzene. La reaction, qui degage de I'acide chlorhydrique, est moderee par refroidissement a l'eau glacee.

Apres distillation clu sulfure de carbone. le residu est additionne d'eau glacee, de benzene et d'acide chlorhydrique. La solution benze- nique, lavee, sechee e t distillee, abandonne un sirop qui se prend en

1258 H . 1. Backer et H . G. Kemper. Derives simples du 4-spiroheptane, etc.

masse. Le produit solide est purifie par distillation dans le vide. Le dibenzoylspiroheptane bout h 263' sous une pression de 6 mm et cristallise dans l'alcool en petits cristaux incolores et brillants, fondant a 73.5-74'. Rendement 8.1 g soit 67%.

Subst. 3.076, 3.016 mg: CO, 9.345, 9.15 mg: H,O 1.85, 1.79 mg.

C,,H,,O,( 304.37). Calcule: ,, 82.87; ,, 6.62. Trouve: C 82.91, 82.79: H 6.73, 6.64.

Addition d e bromure d e phknylmagnesium au dibenzoylspiroheptane. O n ajoute, a 0' et en agitant le melange, une solution de 1.5 g ( 5 m.mol) de dibenzoylspiroheptane dans 30 cm3 d'kther absolu h un excPs de solution etheree de bromure de phenylmagnesium ( 2 g de bromobenzene, 0.3 g de magnesium et 20 cm3 d'ether). O n chauffe ensuite le melange, pendant deux heures, au bain-marie. A p r b addition de benzene et d'acide acetique diluk, la couche superieure est distillee a la vapeur d'eau. Le residu est une huile qui se prend en masse et qui. par recristallisation dans la pyridine, donne la combinaison moleculaire du bis-diphknylhydroxymkthyl-spiroheptane avec 2 mole- cules de pyridine. La combinaison fond a 105-105.5° et est identique a celle qui a Cte dkcrite plus haut. Rendement 1.6 g soit 52 %.

Nous avons essay6 de fixer deux molecules d'acide cyanhydrique au dibenzoylspiroheptane en solution dans la pyridine anhydre 6 ) ,

mais la dicetone a ete recupCree presque completement.

G r o n i n g u e, Labor. d e chimie organ. d e I'UniversiN.

(Regu le 8 septembre 1938)

_ _ _ . ~

E. P. 359262: chem. Zentr . 1932 I, 1950.