Bull. SOC. Chim. Belg. vol. 85/n08/1976

ETUDE DES P R O D U I T S S E C O N D A I R E S FORMES LORS D E LA SYNTHESE DE 1.4-DIMETHYL-2-ALKYL (ARYL) IMIDAZOLINE-5-ONES.

A . M A Q U E S T I A U , Y . VAN HAVERBEKE. M. FLAMMANG-BARBIEUX e t F. BEAUFAYS-BAR. U n i v e r a i t l d e 1 ' E t a t , P a c u t t l dew S c i e n c e s ,

S e r v i c e d e chimie organique , 1 0 , avenue M a i a t r i a u - 7 0 0 0 Mona ( B e l g i q u e l .

J.M. DEREPPE e t R . TOUILLAUX.

I, p l a c e Louis P a s t e u r , 1 3 4 8 Louvain-La-Neuve. U n i v e r s i t d C a t h o l i q u e de Louvain, Bdtiment L a v o i s i e r ,

R e c e i v e d 24 /6 /76 - A c c e p t e d 6 / 9 / 7 6 .

ABSTRACT.

pounds were isolated, the structure of which can b e ascribed as a-acetylamino- N-methylpropionamide, meso and d l dimers. NMR ('H and I3C), U.V.. I.R. and m a s s spectral data are described. The configurational attributions of the dimers are based on RX measurements.So- me results obtained for 2-ethyl- and 2-phenylimidazolinones are a l s o discussed.

During the synthesis of 1,2,4-trimethylimidazolin-5-one, three other com-

I N T R O D U C T I O N .

i m i d a z o l i n e e e s t d e c r

Les N-m€thylimidazoline-5-ones d i s u b s t i t u e e s en p o s i t i o n 2 e t 4 s o n t en ge- n e r a l s y n t h e t i s e e s p a r c o n d e n s a t i o n d e N-methy lamide d ' a - a m i n o a c i d e s avec u n o r t h o e s t e r ( l n 2 ) .

OC2H5

R --C-OC2H5 I I -t R-CH-CO-NH-CHj -J&o R

CH3 OC2H5

Q u e l q u e s composes m e t h y l e s e t p h e n y l e s s o n t d e c r i t s p a r J a c q u i e r e t c o l l , ( 3 ) q u i en e t u d i e n t l ' e q u i l i b r e p r o t o t r o p i q u e . L ' a b s e n c e de f o r m e s f i x e s p o u r c e r t a i n s d e r i v e s a empeche de t i r e r des c o n c l u - s i o n s r i g o u r e u s e s dans t o u s l e s c a ~ ( ~ ) . L ' a c t i o n s u c c e s s i v e de l ' e t h o x y d e de t h a l l i u m ( 1 ) e t d e l ' i o d u r e d e me thy le .nous a y a n t p e r m i s de s y n t h e t i s e r de n o u v e l l e s f o r m e s b l o q u e e s dans l e c a s des i m i d a - z o l i n e - 4 - 0 n e s ( ~ ) , nous avons r e p r i s l a s y n t h e s e d e c e s composes. Le p r e s e n t a r t i c l e d e c r i t e s s e n t i e l l e m e n t l ' i i t u d e de l a r e a c t i o n e n t r e l a N - m e - t h y l a m i d e de l ' a c i d e a - a m i n o p r o p i o n i q u e e t l ' o r t h o a c e t a t e d ' e t h y l e (R=R'=CH3)

5 - t e

p o u r l a q u e l l e , nous avons i s o l e non s e u l e m e n t l a 1 . 2 . 4 - t r i m e t h y one ( I ) ma is e n c o r e t r o i s a u t r e s p r o d u i t s d o n t l ' e t u d e s t r u c t u r a c i - a p r e s .

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DISCUSSION.

La 1,2,4-trimethylimidazoline-5-one ( I ) est un solide blanc (F.32') qui s e degrade lentement a temperature ambiante en un melange complexe. U n e chromato- graphie sur alumine n e u t r e (CHC13-EtOH 95:5) permet d'isoler trois produits cristallins differents (II.F.162" ; III.F.154-157' ; IV.F.172-174"). Les composes I 1 1 et IV sont obtenus egalement par chromatographie du residu d e distillation d e l'imidazolone I. L e tableau I rassemble les d o n n e e s essentielles d e s spectres d e RMN, IR, UV e t d e m a s s e du compose 1 1 .

TABLEAU I.

R M N 41 (CDC13)

IR

1,26 (d) (J=7 H z ) 3 H ; 2.01 ( 5 ) 3 H ; 2.82 (d) (J=4 Hz) 3 H 4.54 (quintuplet) 1H ; 6.60 a 6.80 ppm ( Z H ) .

v(N-H) : 3.370 cm-' ; Y(C=O) : 1635-1665 cm-' (KBr)

u v i m a x : 220 nm ( E = 430)

SM 18 (100 X ) 4 3 (11.2) 44 (52) 86 (12) 8 7 (16) 144 ( < 1 % )

Ces donnCes spectroscopiques sont aisement interpretables sur la base d'une structure acyclique provenant d e l'hydrolyse d u produit I , B savoir l'a-acetyl- amino-N-methy lprop ionamide (11).

H 0

Notons qu'une reaction d'hydrolyse semblable est decrite par Kjaer(6) d a n s le cas d e la 2-benzylimidazoline-4(5)-one. Les deux autres produits (III.F.154-157' et IV.F.172-174") sont difficilement separables et c e n'est qu'apres plusieurs chromatographies sur a l u m i n e et si- lice, q u e l'on peut les obtenir a l'etat pur. Les resultats spectroscopiques compares a c e u x d e l'imidazolone ( I ) s o n t ras- sembles dans l e tableau 1 1 .

L e premier pic intense d e s spectres d e masse d e c e s composes, s e situe a m/e = 126 ; c e qui correspond a l'ion moleculaire d e l'heterocycle parent (I). L e spectre d e RMN montre 3 singulets d e m 6 m e intensite quelque utilise (CDC13. CD30D. DMSO d6, C6D6, C5D5N, CD3N02, T.F.A.). Un spectre analogue avait ete observe par Jacquier et coll. produit isole lors d e la synthese d e la 1,2.5-trimethylimidazo c e s auteurs, c e c o m p o s e pouvait eventuellement. 6 t r e une f o r m e presence d e deux composes, d e structure t r e s voisine (voir Tab d'exclure la presence d'une t e l l e forme.

soit le solvant

3, pour le seul ine-$-one. Pour mesoionique. La eau 1 1 ) permet

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TABLEAU 11.

Imidazo!one I11 I V I . F . 3 2 F . 154 -157" F.172-174 '

RMN'H CH3-2 2.22 ( d ) 2 .09 (s) 2.19 ( 5 )

( C 0 C l 3 ) CH3-4 1.34 ( d ) 1 .59 ( 5 ) 1 .50 ( 5 )

N - C H 3 3.05 (s) 3 . 0 1 ( 5 ) 3 . 0 1 ( 5 )

H-4 3.59 ( q d e q )

(JCH3-2, H4=2Hz)

(JCH3-4, H4=7,5H2)

* R M N 1 3 C C 5 183.5 ( 5 ) 182.5 ( 5 ) 182.6 ( 5 )

160.8 ( 5 ) 161.0 (s) 161 .1 ( 5 )

62.9 ( d ) 71.5 ( 5 ) 72 .6 ( 5 )

25.9 ( 9 ) 2 6 . 1 ( 4 ) 26.3 ( 4 ) 15.7 ( 9 ) 16.5 ( 4 ) 17 .4 ( 4 )

c 4 ' 15.2 ( 4 ) 15 .0 ( 4 ) 1 5 . 4 ( 4 )

I R v(C.0) 1715 c m - l 1740 - 1730 1740 - 1730

c? et'ou

(CHC13) v(C=N) 1635 v(C.0)

1640 1640 1710 - 1725 1710 - 1725

KBr v(C=N) 1640 1640

uv ( E t O H )

~~

hmax = 232 nm ( ~ = 4 0 0 0 ) ( e = 7 0 0 0 ) ( ~ = 8 0 0 0 )

hmaX = 232 nm hmaX - 232 nm

SM 1 2 6 ( 4 9 . 7 % ) 1 2 6 ( 5 2 . 1 % ) 1 2 6 ( 4 4 % ) 6 9 ( 8 . 5 ) 1 2 5 ( 6 1 . 1 ) 1 2 5 ( 5 3 . 6 ) 68 ( 6 . 1 ) 5 6 ( 1 0 0 ) 5 6 ( 1 0 0 ) 56 ( 100 ) 4 2 ( 13 .6 )

*Lea ddplacements chimiques s o n t exprirndaaen p p m , p a r r a p p o r t au PMS. Lee m u l t i p t i c i t l s dans t e s s p e c t r e s de C o n t d t d a t t r i b u d e a p a r l a t e c h n i q u e du ' I Off-dScoupl ing

En u t i l i s a n t des c o n d i t i o n s de h a u t e s e n s i b i l i t e , on p e u t c e p e n d a n t d e t e c t e r dans l e s p e c t r e de masse, un i o n d e t r e s f a i b l e i n t e n s i t e a 250 u.m. (<< 1 % d u p i c de base) s u g g e r a n t l a f o r m a t i o n de d i m s r e s . P l u s i e u r s s t r u c t u r e s m o l e c u l a i r e s s o n t , en p r i n c i p e , p o s s i b l e s s u i v a n t l e s s i - t e s i m p l i q u e s . L ' h y p o t h e s e d ' u n e d i m e r i s a t i o n i m p l i q u a n t l e s atomes de c a r b o n e C 4 semble c e p e n d a n t a p r i o r i l a p l u s p r o b a b l e ( F i g . 1). p u i s q u e l e s i m i d a z o l o - n e s - 4 ( 5 ) non s u b s t i t u e e s e n p o s i t i o n 5 ( 4 ) d i m e r i s e n t avec f a ~ i l i t e ( ~ ) .

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1 L 'examen des d e r e s o n a n c e m a g n e t i q u e ( H e t 1 3 C ) c o n f i r m e c e t t e hypo-

t h e s e . Dans l e s s p e c t r e s d e 1 3 C . o n remarque que s e u l e . l a r a i e 3 , a t t r i b u e e au c a r b o - ne en p o s i t i o n 4, s u b i t un d e b l i n d a g e i m p o r t a n t p a r r a p p o r t 8 l ' i m i d a r o l o n e ( I ) ( e n v i r o n 10 ppm). De p l u s , en r e s o n a n c e p r o t o n i q u e , l e s i g n a l c o r r e s p o n d a n t 8 l ' h y d r o g e n e 4 a d i s - p a r u e t l e m e t h y l e en c e t t e meme p o s i t i o n a p p a r a ? t 8 des champs p l u s f a i b l e s . L e s s p e c t r e s d e masse a p p e l l e n t q u e l q u e s c o m m e n t a i r e s . L ' i o n l e p l u s i n t e n s e p o u r l e s 3 composfs ( I , 111 e t I V ) se s i t u e 8 m/e=56 u . m . e t une s t r u c t u r e m e t h y l n i t r i l i u r n CH3-C=N-CH3 p e u t l u i e t r e a t t r i b u e e . P a r c o n t r e , s i l e s i o n s 8 1 2 6 u.m. s o n t i d e n t i q u e s p o u r I 1 1 e t I V . i I s d i f f e - r e n t de l ' i o n m o l e c u l a i r e d e ( I ) . a i n s i que l e m o n t r e n t l e s s p e c t r e s C I D ( C o l - l i s i o n I n d u c e d D i s s o c i a t i o n s ) donnes dans l e t a b l e a u III(8). TABLEAU 1 1 1 . S p e c t r e s C.I.D. d e l ' i o n m/e 126 d e I , 111 e t I V .

s p e c t r e s

m/ e 111 98 8 4 8 3 69 6 8 56 4 2 28 15

I . F . 3 2 " 3 19 - 1.5 11 - 6 0 4 1.5 1 I I I . F . 1 5 4 ' 9 1 0 3 4 56 15 3 1

I V . F . 1 7 2 " 9 1 0 3 3 58 1 4 2 1 ~~ ~ ~

B i e n que des m o l e c u l e s marquees n e s o i e n t pas d i s p o n i b l e s , il e s t p r o b a b l e que l e s d i m e r e s g e n e r e n t l ' i o n m/e 1 2 6 p a r une r e a c t i o n d e M c L a f f e r t y ( ' ) c o n d u i s a n t 8 l a f o r m e h y d r o x y l e e d e l ' h e t e r o c y c l e . L e s r e s u l t a t s m o n t r e n t donc l ' a b s e n c e d e t a u t o m e r i s a t i o n au n i v e a u d e l ' i o n mo- l e c u l a i r e d e l ' i m i d a z o l o n e ( I ) .

(+I M e - C Z N - M e

- e

I Me Me

lx

1 Me

T o u t e s l e s donnees s p e c t r o s c b p i q u e s s o n t donc en a c c o r d a v e c l e s s t r u c t u r e s 111 e t I V p o u r l e s composes d e F .154-157" e t 172-174 ' . La s t e r e o c h i m i e des deux i s o m e r e s a e t e d e t e r m i n e e p a r d i f f r a c t i o n d e s R X ( l 0 ) . q u i c o n f i r m e l a s t r u c t u r e d i m e r e des composes 1 1 1 e t I V . Les p r o j e c t i o n s d e Newman s o n t donnees c i - d e s s o u s .

c 1 0

111. F .154-157 ' ( d ou 1 )

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N7

I V . F . 172 -174 ' ( m e s o )

S i g n a l o n s e n f i n que l e s 1 , 4 - d i m 6 t h y l - 2 - € t h y l - e t 1 , 4 - d i m ~ t h y l - 2 - p h ~ n y l i n i d a r o l i - ne-5-ones s e d e g r a d e n t d ' u n e m a n i e r e i d e n t i q u e . Dans ces deux c a s , nous n ' a v o n s cependan t pu i s o l e r q u ' u n s e u l d i m e r e a l ' e t a t p u r ; l a p r e s e n c e de l ' a u t r e e s t t o u t e f o i s d e t e c t e e dans l e s p e c t r e d e RMN. Ce phenomene d e d i m e r i s a t i o n ne se p r o d u i t pas l o r s q u e l e s u b s t i t u a n t en p o s i - t i o n 4 e s t u n g roupement p h e n y l e e t c e , q u e l q u e s o i t l e s u b s t i t u a n t en p o s i t i o n

2. Rappe lons que dans son e t u d e d e t a u t o m e r i e . J a c q u i e r a v a i t n o t e l ' i n f l u e n c e d e - t e r m i n a n t e d ' u n g roupement p h e n y l e en 4 s u r l ' e q u i l i b r e p r o t o t r o p i q u e .

P A R T I E EXPERIMENTALE.

A p p a r e i l l a g e .

S p e c t r o m e t r e de r e s o n a n c e m a g n e t i q u e n u c l e a i r e : V A R I A N XL 100-15 f o n c t i o n n a n t dans l e s c o n d i t i o n s s u i v a n t e s : l a r g e u r s p e c t r a l e : 5.000 Hz ; temps d ' a c q u i s i - t i o n : 0.8 sec ; temps d e p u l s e : 20 u s e c ; nombre d ' a c c u m u l a t i o n s : 20,000 ;

i n t e r f e r o g r a m m e : 8 K" . S p e c t r o n e t r e I R : P e r k i n - E l m e r 577. S p e c t r o g r a p h i e u l t r a v i o l e t t e : H i t a c h i - P e r k i n - E l m e r 124. S p e c t r o m e t r e s d e masse : A . E . I . M S 902 ; V A R I A N 3 1 1 A .

Remerc iements. Nous r e m e r c i o n s v i v e m e n t l e P r o f e s s e u r M. VAN MEERSSCHE ( U n i v e r s i t e de L o u v a i n ) q u i a b i e n v o u l u s e c h a r g e r de l ' e t u d e c r i s t a l l o g r a p h i q u e des p r o d u i t s I 1 1 e t I V .

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