DCroulement anormal d'une rCaction de Michaelis-Becker: caractkre ambident de l'anion diCthylphosphonate (CzHs0)2PO-; stCrCochimie

de la rCaction de MichaelisBecker

CLAUDE BENEZRA ET JEAN-LOUIS BRAVET Diparrernenr de Chitnir, Ut~iversirid'orrn~va, Ot!awa, Canada K I N 6 N 5

R e ~ u le 28 juin 1974

CLAUDE BENEZRA JEAN-LOUIS BRAVET. Can. J. Chern. 53,474(1975). La reaction du phosphonate ditthylique monosodique NaOP(OC,H,), avec les m6sylates des

cis et rrans-r-butyl-4 cyclohexanols a ete t tudite dans le toluene, le dioxanne e t la dimethylformamide (DMF). A c8te des produits attendus de la rtaction (elimination et P-alcoylation), se forment des produits provenant de l'attaque par I'oxygbne du groupe phospho- nate. Cette attaque est en compttition avec la P-alcoylation (reaction de Michaelis-Becker normale) et correspond a la seule reaction de substitution dans la DMF. Une interpretation des rksultats est proposte qui fait intervenir la theorie des acides et bases durs et mous et Cgalement la solvatation prtferentielle. Le caractbre SN2 de la rtaction de Michaelis-Becker est confirme.

CLAUDE BENEZRA and JEAN-LOUIS BRAVET. Can. J. Chem. 53,474 (1975). The reaction of sodium diethylphosphonate NaOP(OC,H,), with the mesylates of cis and

trans-4-t-butyl cyclohexanols has been studied in toluene, dioxane, and dimethylformamide (DMF). Beside the products expected from the reaction (elimination and P-alkylation products originating from initial 0-attack have been isolated. This latter reaction competes with P-alkylation (normal Michaelis-Becker reaction) and is the only substitution reaction in DMF. Results are interpreted in terms of the HSAB (Hard and Soft Acids and Bases) theory and by preferential solvation. Since the substitution products are of inverted configuration, the SN2 mechanism seems to be well substantiated.

Parmi les mtthodes de synthese de liaison carbone-phosphore les plus utilistes, la rtaction de Michaelis-Becker (1) est une des plus anciennes. Dans cette rtaction, un sel alcalin d'un phosphonate dialcoylique, HP(O)(OR),, rtagit avec un halogtnure (1) ou un pseudo- halogtnure (X = OSO,R1) (2) pour donner un phosphonate

(RO),P-0-Mf + R'X + R'P(O)(OR), + MX

Cette rtaction comporte deux aspects encore ma1 connus: d'une part, bien qu'il soit gtntrale- ment admis (3), le caractere SN2 du mecanisme n'a pas t t t dtmontrt; d'autre part, l'anion phos- phonate est ambident

et peut thtoriquement attaquer soit par l'oxy- gene, soit par le phosphore. I1 n'y a, i notre con- naissance aucun exemple, dans la litttrature, de phosphonate alcalin rtagissant par l'oxygene (0-alcoylation). Le seul exemple qui se rapproche d'une rtaction de Michaelis-Becker avec O- alcoylation est celui du sel d'argent du phospho- nate ditthylique qui rtagit avec les chlorures de triarylmtthyle pour donner des produits d'O- et de P-alcoylation (4).

En ttudiant la rtaction de phosphonate ditthylique monosodique avec les mtthanesul- fonates (mtsylates, Ms) des cis et trans-t-butyl-4 cyclohexanols, nous avons dtcouvert que, d'une part, l'anion phosphonate (EtO),PO- pouvait rtagir par l'oxyg6ne et que, d'autre part, les rtactions de substitution se dkroulaient avec inversion de configuration, apportant ainsi une confirmation du mtcanisme SN2 postult. Les rtsultats de cette ttude conduite avec trois solvants (dioxanne, toluene, dimtthylformamide) sont dtcrits dans cet article.

Les reactions ont t t t rtalisies sur chacun des deux epimhes purs l b et 2b dans trois solvants diffkrents dans des conditions identiques de concentration. L'anion du phosphonate diC- thylique a t t t prtpart in situ par rtaction du sodium mttallique sur HP(O)(OC,H,),, sous azote. Apres obtention d'une solution claire du sel de sodium, le mtsylate dissous dans un solvant approprit a t t t rajoutk sous azote et le melange rtactionnel chauffk i la temptrature indiqute dans les tableaux 1 et 2, suivant un temps variable. Le tableau 3 rtsume les rbultats.

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TABLEAU 1. RCsultats obtenus i partir du rnCsylate axial l b

Poids (g) DurCe (h) de Produits de riaction: g (rnrnol)* de rnisylate reaction

(rnrnol) Solvant temperature 5 1b 2a 2d l e 4

5.00(21) Dioxanne 168 h (reflux) 0.94 0.74 0.12 0.42 0.10 0.79 (6.8) (3.3) (0.74) (1.4) (0.4) (2.9)

5.00(21) Tolutne 168 h (reflux) 1.39 0.37 0 0.28 0.18 0.77 (10.1) (1.6) (0.97) (0.69) (2.8)

4.03(17) DMF 40h(14OoC) 1.81 0.03 0.09 0.12 0.02 0 (13.1) (0.1) (0.6) (0.4) (0.06)

*Les produits sont indiques par ordre d'6lution (5 61u6 en premier. 4 en dernier).

TABLEAU 2. RCsultats obtenus i partir du rnksylate &quatorial26

Poids en g DurCe (h) de Produits de reactions: g (mrnol)* du rntsylate de rCaction depart (mmol) Solvant et ternpiratwe 5 26 l a Id 3

-

5.00(21) Dioxanne 168 h (reflux) 0.28 2.63 0.15 0.34 0.87 (2.0) (11.3) (0.96) (1.2) (3.1)

3.00(13) Toluene 168 h (reflux) 0.40 0.74 0 0.39 0.75 (2.9) (3.2) (1.3) (2.7)

5.00(21) D M F 24 h (140") 1.63 0 0.30 0.54 0 (11.8) (1.9) (1.9)

'Classes par ordre d'klution (5 est CluC en premier, 3 en dernier).

TABLEAU 3. RCsultats d'ensernble

Nature de la reaction AttaqueS Par -

Produit de depart Solvant Elimination* Substitution* Autres*? P 0

Dioxanne 56 42 2 57 43 Toluene 70 26 4 73 27 DMF 9 1 9 0 0 100

I (R = SOlCH,)

-R Dioxanne 27 73 0 59 41 Toluene 42 58 0 67 33

2 (R = SOICH,) DMF 75 25 0 0 100

*% Elimination + % substitution + % ';autres" = 100%. tProdults avec retention de la configuration: le. $% attaque par P + % attaque par 0 = 100%.

Tout d'abord quelques remarques gCnCrales s'imposent; la rCaction est la plus rapide dans la dimCthylformamide (DMF); 24 ti 48 h sont suffisantes pour que tout le mCsylate de depart soit consommC. Dans les autres solvants CtudiCs, le temps de riaction est beaucoup plus long (1 semaine) et le mCsylate de dCpart n'a pas entitrement rCagi. Aprts rtaction et isolement du mClange rkactionnel (voir Partie expirimen- tale), les produits ont CtC sCparts sur colonne de silice.

Structure et configuration des compose's obtenus Le t-butyl-4 cyclohex6ne 5 a t t t identifiC par

spectroscopie (i.r. et r.m.n.) et par chroma- tographie sur couche mince (c.c.m.) B un tchantil- Ion authentique. On rCcuptre dans la plupart des cas (sauf pour les rCactions dans le tolutne) l'alcool de configuration inverse de celle du mCsylate de dCpart. Les alcools axial l a et e'quatorial2a ainsi obtenus, ont 6tC identifiCs (i.r., r.m.n., c.c.m.) a des Cchantillons authentiques.

On isole Cgalement des phosphates Id et 2d a

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la place des phosphites l c et 2c, produits d'une 0-alcoylation. Ces phosphates sont trks vrai- semblablement des artefacts provenant de l'oxy- dation lors de I'isolement des phosphites cor- respondants. Nous reviendrons sur ce point important lors de la discussion. Les phosphates ainsi obtenus ont t t t identifits (i.r., r.m.n., c.c.m.) a des tchantillons authentiques prtparts par phosphorylation des alcools correspondants (5). L'aspect en r.m.n. du signal du proton H-1 permet d'ailleurs l'attribution non tquivoque de la configuration axiale ou e'quatoriale. I1 est bien connu, en effet, que dans le cyclohexane, un hydrogene axial donne un signal en r.m.n. considtrablement plus ttendu qu'un hydrogene tquatorial (6).

La reaction avec le mtsylate axial offre une particularitt par rapport a celle avec le mtsylate e'quatorial. Dans le premier cas, en effet, on obtient toujours, un hydrogene phosphonate tthylique l e de configuration identique (axiale) a celle du mtsylate de dtpart. Cette re'tention de configuration ne peut s'expliquer que par une attaque directe de I'anion phosphonate sur le soufre du groupement mtsylate et transesttrifi- cation. Ce point sera traitt plus en dttail dans la discussion. La determination de la structure de l'hydrogtne phosphonate mono-tthylique dt- coule de l'analyse centtsimale et des proprittts spectroscopiques: la liaison P-H est visible en infrarouge (2420 cm-') et l'hydrogtne attache au phosphore apparait en r.m.n. sous forme d'un

doublet avec une forte constante de couplage J P - , = 721 Hz. La configuration axiale du groupe PH(0)(OC2H5) est prouvte par l'aspect en r.m.n. de l'hydrogene H-1 (rnultiplet ttroit, compatible avec un hydrogene tquatorial). D'autre part, les deux hydrogenes phosphonates l e et 2e ont t t t prtpartsl a partir du melange commercial (Aldrich) des t-butyl-4 cyclo- hexanols et de PCl, et d'EtOH (7). 11s ont t t t stparts par chromatographie sur colonne de silice.

La configurations des t-butyl-4 cyclohexyl- phosphonates ditthyliques 3 et 4 a t t t plus difficile a ttablir. Les analyses centCsimales et les proprittts spectrales (i.r. et r.m.n.) sont com- patibles avec les structures attributes. D'autre part, nous leur attribuons une configuration inverse de celle du mtsylate de dtpart, ce qui est compatible avec un mtcanisme S,2 pour la rtaction de Michaelis-Becker.

Les structures sont essentiellement fondtes sur la spectromttrie de masse. Comme c'est gtntralement le cas pour des epimkres (8), notamment des derivts organophosphorts (9), les spectres des deux tpimeres 3 et 4 sont tres semblables. notamment. ils montrent tous les deux un pic de masse a m/e 276 et un pic de base

mle 219, correspondant a la perte du radical [(CH,),C.]. La difftrence essentielle entre les deux spectres est I'intensitt du pic a m/e 220, correspondant a la perte d'isobutylene. Par rapport au pic de base, ce pic reprtsente 2 7 x dans 17isom&e auquel nous attribuons la con- figuration equatoriale 4 alors qu'il reprtsente 9 8 z du pic de base dans l'isomere axial 3. Ceci peut s'expliquer par une tlimination plus facile lorsque les groupes t-butyle et P(0)(OC2H5), sont cis [I].

L A

'Cette synthkse aurait dO normalement donner les phosphites mixtes (t-butyl-4 cyclohexyl-I) P(OCZH5)2. L'obtention des hydroghnes phosphonates l e et Ze, peut s'expliquer par I'hydrolyse d'un intermMiaire tel que (t-butyl-4 cyclohexyl-I) P(OC2H5) (C1) -t (t-butyl-4 cyclohexyl-I) P(OC,H,)(OH) qui est sous forme hydro- ghne phosphonate.

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Ces attributions sont confirmtes par l'utilisa- tion des complexes de terres rares [Eu(dpm),] en r.m.n.: I'effet de l'addition d'Eu(dpm), sur le diplacement chimique du t-butyle est considt- rable pour l'isomkre cis ou axial 3 (l'addition de 0.50 equivalent ~ 'Eu" ' fait passer le dtplacement chimique du t-Bu de 0.882 B 1.2. p.p.m. soit (A6 = 0.33 p.p.m.) alors que I'effet de 1 '~u" ' sur l'isomkre trans (ou les groupes t-Bu et P(O)(OC,H,),, trans, sont plus tloignts) est faible (A6 = 0.09 p.p.m.). Bien que I'effet des complexes de terres rares dtpende non seulement de la distance au centre considtrt, mais aussi de I'angle de contact @ (lo), l'effet le plus important est celui qu'on attendrait avec la configuration attribute: 1 '~u" ' complexe l'oxygkne du groupe P=O (1 I).

La rtaction de Michaelis-Becker ttudite ici est sttrtosptcifique: avec le mtsylate axial lb, aucune trace du phosphonate axial 3 ou du phosphate axial I d n'a pu &tre dtcelte, avec le

I I

mtsylate &quatorial 26, ni 4 ni 2d n'ttaient prCsents.,

1 1 I Discussion

Des rtsultats rtsumts dans les tableaux 1, 2 et 3, deux constatations inttressantes sont a faire: (a) La rtaction de Michaelis-Becker est sttrto-

I selective et donne des produits avec inversion complgte de configuration (avec l'exception des produits secondaires le , obtenus avec I'isomkre axial); le caractkre S,2 (tout au moins en ce qui concerne le cours stertochimique de la rtaction) semble donc bien ttabli. (b) Le caractkre ambident de l'anion phosphonate (EtO),P=O- a ttC dtmontrt par l'isolement de phosphites (oxydts en phosphates) et d'alcools de con- figuration inverse du mtsylate de dCpart (et provenant donc de l'attaque par l'oxygkne).

Si l'on fait le bilan des produits obtenus, on s'aper~oit qu'il faut considtrer trois types de rtaction: (1) tlimination (obtention de t-butyl-4 cyclohexkne); (2) substitution par le phosphore

=En unites 6, par rapport au TMS, reference interne. 3Les isomeres 3 et 4 ont, en c.c.m., le mCme Rf (eluant:

acetate d'kthyl - hexane 1 : 1) aprks une elution; ils ont cependant des Rf nettement differents, et il devient facile de les distinguer, aprks 3 elutions successives dans le mCme melange de solvants. En solution dans CDCI3, le signal du groupe t-butyle se trouve au mCme endroit (0.87 p.p.m.) dans les deux Cpimeres; en solution benze- nique, cependant, le deplacement chimique du t-butyle est de 0.86 p.p.m. pour 3 et de 0.75 p.p.m. pour 4.

(produits normaux de Michaelis-Becker) et (3) substitution par l'oxygkne (produits anormaux). Considtrons successivement ces trois points.

I1 faut tout d'abord noter le fort pourcentage d'tlimination (obtention du t-butyl-4 cyclo- hexkne 5): celle-ci varie de 56 a 91% du total de la rtaction4 pour le mtsylate axial l b et de 27 a 75% pour l'tquatorial 26. Si l'tlimination de type E, est attendue avec l'isomkre l b B cause de l'orientation favorable (trans-diaxiale) des groupes H et MsO, elle est plus difficile a expliquer dans le cas de l'isomhe tquatorial. Ce rtsultat est cependant loin dl&tre unique puisque Winstein et al. (12) ont dtjB dCcrit 10 B 40% d'tlimination dans le cas de la rtaction de BrLi et ClLi avec les tosylates 1 et 2 (R = S02C,H4- CH,). Pour expliquer l'tlimination dans le cas de l'isomkre equatorial 2, malgrt un arrangement sttrtotlectronique dtfavorable, ils ont propost un mtcanisme baptist "merged bimolecular sub- stitution and elimination" (12) dans lequel l'ttat de transition classique pour une S,2 est remplact par un intermtdiaire 6

qui peut evoluer soit vers une dimination, soit vers une substitution. Le fort pourcentage d'klimination qui a CtC observt avec les mtsylates est a rapprocher de 1'Ctude par Roudier (13) de la rtaction de Michaelis-Becker de NaOP- (OC4H9), avec l'iodure de cyclohexyle; le seul produit obtenu est le cyclohexkne. Comme on pouvait s'y attendre (14), le pourcentage d'tlimination augmente avec la temperature de la reaction (c'est avec la DMF qu'il est le plus tlevt).

En ce qui concerne les produits de substitution, les produits normaux de Michaelis-Becker (les phosphonates 3 et 4, produits de P-alcoylation), le tableau 3 montre que la meilleure f a ~ o n de les obtenir consiste B faire la rtaction dans le toluene. En termes de thtorie des acides et bases "durs" et "mous" de Pearson et coll. (15), les composts de P-alcoylation correspondent B 19attaque d'une base "molle" (P) sur un centre "mou" (C-OMS). Ntanmoins ce centre C est beaucoup plus "dur" que lors de la rtaction de

4CalculC par rapport au mksylate qui a riagi.

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TABLEAU 4. (Concluded)

Analyse

Compostsa Calc. Tr. Infrarouge ( ~ m - ' ) ~ Resonance magnetique nucleaireC Massed

~ O P H ( 0 ) ~ O E t ) C 58.04 57.88 2420(P-H) 0.89(s, 9H, t-Bu); 1.37(t, 3H, 155(13), 111(100), 83(58), 81(19), H 10.15 10.41 1260(P=0) CH,CHZOP, JHH = 7.1); 4.13(d 69(13), 67(19), 58(10), 57(54), 56(19),

zt. P 12.47 12.25 1170(POEt) de q, 2H, CH3CH20P-, J H H = 7.1 55(26) (huile; p.e. 75O 0.05 Torr) -1000(POC) 2 JpH) 6.57(d, IH, P-H, JpH =

P(Ol(OEt12

d H C 58.04 57.88 2420(P-H) 0 . 8 7 ( ~ , 9H, t-Bu); 1.30(t, 6H, 276(M', 19), 220(98), 219(100), H 10.15 10.41 1260(P=0) CH,CHzOP, JHH = 7.2); 4.12(d 155(24), 139(24), 138(54), 1 1 1(29), P 12.47 12.25 1170(POEt) de q, 4H, CH,CH,OP, J H H = 7 .2 81(53), 57(45), 55(22)

3 (huile: p.e. 70-73O 0.05 Torr)

- 1000(POC) L z J P H )

&401(0El)2 C H 60.85 10.58 CH,CH,OP, J H H = 7 .2 ) ; 4.11(d 139(70), 138(54), 111(44), 81(75), - 1250(P=0) 0.87(s, 9H, t-Bu); 1.31(t, 6H, 276(M +, 48), 220(27), 219(100),

4 P 11.21 10.94 - 1000(POC) de q , 4H, CH2CH20P, JHH = 7 .2 67(44), 57(95), 55(54), 54(37)

(huile: p.6. 65-7O0 0.05 Torrl " J P H )

#p.f. ou huile (p.e.1 bSpectres pris sur Beckman IR-20 en liquide pur ou en suspension dans le Nujol. =Spectres pris dans C D C h sur un appareil Varian T-60; deplacements chimiques en unites f i p.p.m. par rapport au TMS. reference interne; entre parenthdse la lorme du signal d = doublet. t =

triplet etc. et le couplage en Hz. 'Spectres de masses pris sur Hitachi Perkin-Elmer RMU-6D; les pics les plus importants sont indiques (pourcentage du pic debase); les phosphates I d et 2d. et les hydrogenes phosphonates l e et

2~ ne donnent pas de pic de masse. <La determination de la masse exacte de cet echantillon a ete realisee sur un appareil MS-902-S a haute resolution; masse calculee pour CIJH2903P:276.185; masse trouvee: 276.19 f 0.01.

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Michaelis-Becker ordinaire avec des halogtnures comrne groupes partants, ce qui explique l'obtention de produits correspondant 5 une 0-alcoylation: phosphites (puis phosphates) et alcools.

L'O-alcoylation est importante; elle repr6 sente, pour le compost axial l b , 27% (tolutne), 43% (dioxanne) et 100% (DMF), pour le compost equatorial, 2b, 33% (tolu2ne), 41% (dioxanne) et 100% (DMF). I1 y a deux sortes de produits provenant d'une attaque par l'oxygtne, les phosphates Id et 2d et les alcools l a et 2a. Ces derniers proviennent trts certaine- ment de l'hydrolyse in situ des phosphites cor- respondants. En effet a partir du mtsylate axial l b on obtient l'alcool e'quatorial 2a et B partir de 2b, on obtient l'alcool l a ; il y a donc inversion de configuration.

L'obtention des phosphates Id et 2d au lieu des phosphites attendus l c et 2c s'explique sans doute par une oxydation lors de I'isolement de ces phosphites. En effet, bien que la rtaction ait t t t effectuke sous azote, on aurait pu con- cevoir une oxydation prtalable de l'anion phosphonate en anion phosphate et attaque nucltophile de l'anion phosphate sur le carbone porteur du groupe OMS.

Cette hypothtse a t t t tcartte de la fagon sui- vante: le mtsylate equatorial 2b en solution dans la DMF a t t t trait6 par une quantitt stot- chiomttrique du sel de sodium du phosphate ditthylique (NaO)P(O)(OC2H5), et chauff6 pen- dant 24 h. Le seul produit form6 a t t t le t- butylcyclohextne. D'ailleurs il est connu (16) que I'anion phosphate (C2H,O),PO2- n'est que faiblement nucltophile.

Un rtsultat du tableau 3 est frappant, si le % d'O-alcoylation est comparable dans le toluene et le dioxanne en revanche, il y a 100% d'attaque par l'oxygtne dans la DMF. Si, avec Hudson (17), on admet que dans un ion ambident on peut traiter les deux centres nucltophiles indt- pendamment, on peut concevoir que la DMF, qui solvate prtferentiellement les "gros" anions (18) (ici le P), rendrait ainsi l'oxygene plus dis- ponible pour une attaque nucltophile. D'ailleurs le fait d'obtenir 91 et 75% d'tlimination a partir des isorneres axial l b et e'quatorial 2b, respec- tivement, dans la DMF pourrait &tre interprttt

non seulement comme rtsultant d'une ternptra- ture plus tlevte (favorisant donc l'tlimination au detriment de la substitution (14), rnais aussi comme ttant le rtsultat de l'attaque d'une base "dure" (1'0- de P-0-) sur un acide "dur" (1'H en P du groupe MsO: [2]).

Les rtsultats dtcrits ici sugghent que le ditthyl- phosphonate de sodium se retrouve sous forme de paire d'ions intimes: (C,H,O),P-0- . . . Na+, dans le dioxanne et la toluene (favorisant I'attaque par le phosphore) et sous forme d'ions stparts (et solvatCs) dans le DMF.5 Dans ce dernier cas, la charge ntgative serait, probable- ment, plut6t sur l'oxygene, rendant compte ainsi du pourcentage tlevt d'O-alcoylation.

La rarett des 0-alcoylations dans les condi- tions de Michaelis-Becker s'explique bien par la thtorie des acides et bases "durs" et "rnous" (15); le centre d'attaque (le carbone C-X) est "mou" quand X est un halogtne (et donc est attaqut prtftrentiellement par la base "molle", le P de P=O-) et "dur" quand X = OTs ou OMS (et donc l'attaque par I'oxygene de P-0-, base dure, devient compttitive). En rtpttant l'exptrience de Myers et al. (2) sur le tosylate de cyclohexyle, nous avons pu mettre en tvidence la formation, A cat6 du phosphonate de cyclo- hexyle attendu, de composts a liaison 0-P (phosphites ou phosphates).

La rtactivitt des centres dans un ion ambident depend du substrat, du solvant et du cation (19). Lorsque le milieu est homogene c'est l'atome nucltophile de plus forte densitt tlectronique qui rtagit sur le centre positif (C-X). Ainsi peut- on expliquer l'exemple d'Arbuzov et Kaziljni- kova (4) dans lequel le sel d'argent du phos- phonate diisopropylique donne des phospllites avec des chlorures de triarylmtthyle.

Cet exemple difftre cependant des conditions de Michaelis-Becker; en effet en raison de la catalyse tlectrophile de l'ion Ag+ la rtaction a un caracttre S,l plus prononct e t on observe

'Nous rernercions un rapporteur d'avoir suggCrC cette interpretation cornplementaire.

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BENEZRA ET BRAVET: UNE REACTION DE MICHAELIS-BECKER 48 1

une attaque par l'atome de plus forte Clectro- nCgativitC (19).

La nature homogene ou hCtCrogene du milieu riactionnel, dans les reactions avec les ions ambident a Cgalement son importance (20); avec les ions phenolates, par exemple, on observe plus de C-alcoylation en milieu hCtCrogine, plus d'O-alcoylation en milieu homogene. Dans le cas des rCactions CtudiCes ici, la rtaction, homo- gene pendant un certain temps, devient hCtCro- gene a cause de la prkcipitation de NaOMs.

Enfin, il est inttressant de constater la forma- tion (bien qu'en faible quantitC) dans le cas du mCsylate axial lb, d'hydrogene phosphonate axial l e donc, avec rCtention de configuration. On ne peut expliquer l'obtention de ces produits que par une attaque directe sur le soufre du groupe mCsylate (laissant donc intacte la liaison C-0 axiale) et transesttrification de l'anion phosphonate sur l'alcool axial ainsi obtenu. Nous n'avons pas, pour l'instant, d'explication pour le fait que le composC equivalent (2e) ne se forme pas dans le cas du mCsylate Cquatorial.

En conclusion, cette Ctude a montrC d'une part le caractkre S,2 de la reaction de Michaelis- Becker (obtention des produits avec inversion de configuration) d'autre part, un des rares exemples de rCactivitC a I'oxygkne de I'anion phosphonate Na+-0P(OC,H5),. En contrBlant le groupe portant et le solvant, il devient donc possible d'orienter la rCaction de Michaelis-Becker vers une 0- ou vers une P-alcoylation.

Partie expbrimentale Indications ginirales

Le dioxanne a C t C purifie de la facon suivante: apres une nuit sur du CaH,, il a ete reflue 2 h puis distillt. La dimethylformamide (DMF) a t te distill6 puis pass6 sur une colonne d'alumine basique Woelm cation-otropique, activitt I, de Waters Associates Inc. pour le dkbarrasser de I'eau rtsiduelle. Le toluene a CtC distillt et conserve sur sodium. Le phosphonate ditthylique, d'Aldrich, a CtC distille avant reaction.

Siparation des iso111Pres axial et Pquatorial dlr t-butyl-4 cyclohexanol

Le produit commercial, dlAldrich, contient un melange 2: 1 des isomires Cquatorial et axial (on peut Cvaluer les proportions par r.m.n. en intigrant I'hydrogene-CHOH). Le melange d'epimere (35.0 g) est chromatographit sur lOOOg d'oxyde d'aluminium Shawinigan de McArthur Chemical (Montreal). Au mtlange ether de petrole - ether (I : I ) on Clue 10.46 g d'isomere axial pur l a , puis 6.07 g d'un melange des deux alcools et enfin a l'ether pur sont tluCs 16.04 g d'isomere Pqlraforial pur 2a.

PrPparation des rnPsylates I b et 26 (a) A une solution refroidie dans la glace d'alcool

axial l a (5.00 g, 320 rnrnol) dans du chlorure de methylene (60 ml) contenant du CH3S02C1 (4.22 g, 36.8 rnmol), on ajoute goutte goutte une solution de tritthylamine (3.72 g, 36.8 mmol) dans du chlorure de methylene (6.0 rnl). Apres addition, on laisse rCagir a temperature arnbiante pendant 10 min et on ajoute 60 rnl d'eau. La phase organique est sCparCe, puis la phase aqueuse est extraite du chlorure de mtthylene. Les phases organiques rCunies sont rCunies, lavtes a I'eau, sCchees sur Na2S0, et tvaporees a sec; on obtient ainsi 7.59 g de mesylate axial 1b pur. On purifie e n recristallisant dans I'ether de petrole (30-60").

(b) Le m&rne mode operatoire est suivi pour I'alcool Cquatorial on utilise 6.70 g (4.30 mmol) d'alcool + 80 ml CHzC12 + 5.16 g (45.0 mrnol) de CH3S02CI + 4.568 (45 mrnol) de triithylamine + 7.0ml CH2C12. On obtient 10.0 g d'un milunge d'alcool de depart et de misylate Cquatorial 2b (I :4) que I'on &pare sur colonne de silice. On obtient ainsi 7.77 g de misylate Cquatorial 2b pur. (Rendernent 75x. )

ProcPdP ginPral (reaction de Micllaelis-Becker) A I'aide d'une ampoule a addition munie d'un egali-

sateur de pression, on ajoute pendant environ vingt minutes, sous azote, goutte a goutte une solution de 1.25 n rnillimoles (mmol) de HP(O)(OEt), dans 0.33 n ml de solvant, a une suspension de 1.15 n atome-g de sodium dans 0.75 n ml de solvant. A la fin de I'addition, on chauffe le melange a 100" jusqu'a disparition complete du sodium (environ 1 A 2 h). On ajoute ensuite, toujours sous azote, n mmoles de mesylate dissoutes dans n ml de solvant, goutte a goutte, pendant 30 min. Le melange est alors chauffe a reflux pendant le temps indiqui sur les tableaux 1 et 2.

Isolernent et siparation dlr milunge (a) TohrPne: On filtre le precipite de NaOS02CH3 et

on evapore a sec le toluene. Le melange est alors mis sur une colonne de silice (40 fois le poids du brut).

(b) DMF et dioxanne: On ajoute 3 n ml d'Cther au melange riactionnel et on ajoute n ml d'eau. On extrait 3 fois a l'ether de la maniere habituelle, puis les fractions CthCrees sont lavtes a I'eau jusqu'a neutraliti, stchees sur sulfate de sodium et evaporees a sec.

Les produits sont eluts a l'ether pur puis avec des melanges ether-methanol contennant des quantitks croissantes de methanol. Les resultats sont consignes dans les tableaux 1 et 2.

Synrh Pse des pl1osphates de t-butylcyclohexyle et de diithvle Id et 2d.

A un melange de trans-t-butyl-4 cyclohexanol l a (0.50 g, 3.2 rnmol), d'HP(0)(OC2H,), (0.43 g, 3.0 rnmol) et de (CCI, 0.94 g, 6.1 mmol), on ajoute goutte goutte 0.34 g (3.4 mmol) de tritthylamine. On chauffe a reflux 4 h puis le melange refroidi est filtrC et le precipitk lave a l'ether. Les filtrats mis ensemble sont sechCs sur Na,SO,, tvapores a sec et chromatographits sur silice. O n recueille I'alcool qui n'a pas reagi et le phosphate de I-butyle et de diethyle I d (0.15 g, 0.51 rnmol) que I'on identifie (i.r., r.m.n., c.c.m.) au produit I d obtenu directernent dans la reaction de Michaelis-Becker.

Le m&me mode operatoire (5) est suivi pour prepart le phosphate equatorial 2d; a partir de 0.84 g de HP(0)- (OC2H,),, on obtient ainsi 0.51 g (1.8 mmol) de compost

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482 CAN. J. CHEM. VOL. 53, 1975

2d identifie au produit de la reaction de Michaelis-Becker (i.r., r.rn.n., c .c .~ . ) .

Synrhise des hydrogines phosphonares l e er 2e selon (7) A un melange refroidi a 0 "C de PCI, (6.85 g, 50 rnrnol)

et d'ether anhydre (10 rnl), on ajoute goutte a goutte pendant 1 h un melange des r-butyl-4 cyclohexanols d'Aldrich (7.80 g, 50 rnrnol) et de N,N-dirnithylaniline (6.05 g, 50 rnrnol) dans 10 rnl d'ether anhydre. On rajoute ensuite, pendant 2 h, un melange d'ethanol anhydre (4.6 g, 100 rnrnol) et de N,N-dirnCthylaniline (12.1 g, 100 rnrnol). A la fin de la reaction, on rajoute 25 ml d'ither anhydre, on filtre lave le precipitk a 1'Cther anhydre et evapore a sec; 11.56 g de residu sont chromatographies sur colonne de silice; on recueille les alcools qui n'ont pas riagi, puis les hydrogenes phosphonates; 2e (2.51 g, 10.1 rnrnol), un melange de 2e + l e ( I .OO g, 4.0 mmol) puis l e pur (1.00 g, 4.3 rnrnol).

Nous rernercions Madame Danielle Landry pour son aide technique tres appreciable et le Conseil national de la recherche du Canada pour son aide financiere (octroi A-5496).

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