1194 RECUEIL 75 (1956)

547.681 : 547.689

HYDROCARBURES POLYCYCLIQUES AROMATIQUES. I. Derives de substitution du 3,4-9,1 O-dibenzopyrkne

PAR

N. P. BUU-HOI et DENISE LAVIT (Departement de Chimie organique, Institut du Radium de 1'Universite de Paris).

I1 est mmtre que le 3,4-9,1O-dibenzopyrhe peut Ctre formyle par la N-mkthylformadlide en 5-formyl-3,4-9,1Odibenzopyrene; le 5-methyl-3.4 9,10-dibenzopyrene. obtenu par reduction de ce dernier aldehyde, peut a son tour etre formyle, et le 8-formyl.5-m~thyl-3,4-9,1O-dibenzopyrene ainsi prepare est rauctible en 5,8-dimCthyl-3,4-9,10-dibenzopyr6ne. La dactivitk des sommets mesoanthraceniques permet egalement de prbparer le 5.8-dinitro- 3,4-9,1O-dibenzopyr6ne, lequel est reductible en 5,8-diamino-3,4-9,10-dibenzo- pyrene avec le chlorure de sulfuryle, on a le 5,8-dichloro-3,4-9,1O-dibenzo- pyrene.

Alors que de nombreux travaux ont deja ete consacres ii I'etude de la production des cancers par le 3,4-8,9-dibenzopyr&ne 1) son isomere le plus voisin, le 3,4-9,1O-dibenzopyrene ( I ) n'a pas encore fait l'objet de recherches analogues. I1 etait donc intkressant de preparer cet hydro- carbure en quantites importants, afin de rechercher ses proprietes biolo- giques, et aussi, d'etudier ses proprietes chimiques. La presente publi- cation concerne une partie du travail que nous avons effectuee en ce sens.

La methode de synthese la plus commode pour le 3,4-9,10-dibenzo- pyrene est celle de Clar 2 ) , qui consiste ii rkduire la 3,4-9,10-dibenzo- pyrene-5,8-quinone au moyen d'un melange de poudre de zinc, de chlorure de zinc, et de chlorure de sodium. Bien que nous n'ayons pas reproduit les rendements indiquQ par cet auteur, cette methode nous a C/--L*T 7 c\

___) /'=<a= -zG -/- -

\=/ CHO

(1) (11)

1) W. E. Bachrnann, J. W . Cook, A. Dansi, C. G. M . de Worms, G. A. D. Has lewd , C. L. Heweff, et A. M. Robinson, Proc. Roy. SOC. 123 [B], 343 (1937); G. E. Kleinenberg, Arch. sci. biol. U.S.S.R. 51, 127 (1938); L. M. Shabad, Acta Umio internat. contra Cancrum 3, 189 (1938).

z) E. Czar, Bcr. 72, 1645 (1939).

Hydrocarbures polycycliques aromafiques. I. 75 (1956) RECUIL I195

fourni tout de mtme environ 50 i~ 60 % de rendement en 3.4-9,lO-di- benzopyrene, et cela, au cours d’une seule operation.

Le 3,4-9,1 O-dibenzopyr&ne, en solution dans l’o-dichlorobenzhe, reagit avec la N-mCthylformanilide en presence d’oxychlorure de phosphore pour donner le 5-formyl-3,4-9,1O-dibenzopyrene (11) : le comportement de cet hydrocarbure rappelle donc celui du 3,4-benzo- pyrene s ) , qui est Cgalement formyle en position 5: toutefois, les rende- ments en aldehyde sont nettement plus bas dans le cas du 3.4-9,IO-di- benzopyrene. Le 5-formyl-3,4-9,1 O-dibenzopyrene est facilement r6duit selon la methode de Kishner-Wolf/ (technique de Huang-Minlon) 4 )

en 5-mCthyl-3,4-9,1O-dibenzopyrkne (111). Ce dernier hydrocarbure reagit a son tour avec la N-methylformanilide par sa position mCso- anthrachique restante pour donner le 8-formyl-5-mCthyl-3,4-9,10cdi- benzopyrene ( I V ) et la reduction de cet aldehyde conduit 5 son tour au

5,8-dimCthyl-3,4-9,10-dibenzopyrene (V) . La constitution de tous ces composes est determinee par le fait que l’oxydation chromique de l’hy- drocarbure (V) conduit 8 la 1,Zphtalylanthraquinone 5 ) (VI ) , compte tenu du fait que les positions 1 et 2, de type mko-phenanthrknique, ne sauraient Ctre formylkes.

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La grande reactivite des positions meso-anthraceniques 5 et 8 dans la molecule du 3,4-9,l O-dibenzopyrene est montree Cgalement par le fait que l’action de I’acide nitrique a temperature ordinaire conduit au 5,8-dinitro-3,4-9,1 O-dibenzopyrene (VII) : ce derive nitre peut Ctre reduit par la phenylhydrazine en 5.8-diamino-3.4-9.1 O-dibenzopyrkne (VIII). Ici encore, la constitution de ces corps a ete d6terminCe par oxydation chromique de la diamine (VIII) en 1,2-phtalylanthra- quinone.

5) L. F. Fieser et E . B. Herschberg, J . Am. Chem. Soc. 60, 2542 (1938). 4) Huang-Minlon, J. Am. G e m . SOC. 68, 2487 (1946) : 71, 3301 ( 1949). 5) R. Schoff et H . Neumann, Ber. 55, 118 (1922).

11% N. P. Buu-Hoi: et Denise Lavit

Les hydrocarbures (111) et ( IV) sont particulikrement inttressants pour l'etude des relations entre constitution moleculaire et activite cancerogkne chez les hydrocarbures polycycliques condenses, car on sait que la methylation en position mbo-anthracenique est en general favorable & l'activite, comme en temoigne le pouvoir canckrogkne con- siderable du 5-mcthyl-3,4 benzopyrkne 6 ) . Un compose 6galemen.t intkressant de ce point de vue est le 5,8-dichloro-3,4-9,1O-dibenzopyr~ne, que nous avons obtenu aisement en faisant agir le chlorure de sulfuryle sur le 3,4-9,10-dibenzopyr&ne, B froid. Cette dernikre reaction est egale- ment caracteristique de la reactivite &levee des sommets 5 et 8.

Les substances nouvelles decrites dans le present travail sont en cours d'ktudes biologiques dans notre Institut.

P a r t i e e x p 6 r i m e n t a 1 e+

Pr6paration du 3.4-9,lO-dibenzopye (I). On melange soigneusement 27 g de 3,4-9.10-dibenzopyr~ne-5,8-quinone (aiguilles brillantes. rouges, F 365". apres recris- tallisation du xylene) avec 27 g de poudre de zinc et 27 g de chlorure de sodium anhydride, et, a ce melange, on ajoute 135 g de chlorure de zinc fondu et pulverise auquel on a ajoute 2 a 3 ml d'eau. On broie le tout jusqu'a homogenkisation, et chauffe en agitant jusqu'a 210". temperature a laquelle on obtient une masse epaisse & reflets bleus. On fait monter alors rapidement la tem@rature jusqu'a 290-300", et maintient I'agitation a cette temperature pendant 5 minutes, jusqu's obtention d'une masse noirAtre, fluide. Apres refroidissement, on triture avec une solution diluee d'acide chlorhydrique dans l'eau. essore le solide brunltre forme, le seche, et le recristallise dans le toluene. Apres une autre cristallisation en presence de noir animal, on obtient 13 g de paillettes jaunes, F 281-282" (Scholl et Neumann5) indiquent F 281.5-282"). Les solutions dans le toluene sont tres fluorescentes.

Formylation du 3,4,-9,10-dibenzopyr~ne, On chauffe pendant 8 & 10 heures au bain-marie bouillant un melange de 6 g de 3,4-9,1Odibenzopyr&ne, 4 g de N-methyl- formanilide, 4,6 g d'oxychlorure de phosphore, et 90 ml do-dichlorobenzene (le melange prend rapidement une coloration rouge violace intense). Apres refroidisse- ment, on ajoute une solution aqueuse contentree d'acetate de sodium, et entraine l'o-dichlorobenzene a la vapeur. Le r6sidu brun est essore, seche, et cristallisk dans le toluene; apres une seconde cristallisation en presence de noir animal, on obtient 3.9 g environ de 5-formyl-3,4-9,lO~ibenzopyrene (11) : prismes jaune brun, F 262". donnant avec l'acide sulfurique une coloration violette. Dans les eaux-meres, on recupere environ 1.5 g dhydrocarbure non reagi qui peut servir pour une autre operation de farmy lation.

Trouve Calc. pour C,,H,,O (330.36) : ,, 90.89; ,, 4.27.

: C 90.9 : H 4.2

8) M. Shear, J. Leifer et A. Pereult, J. Nat. Cancer Inst. 1,303, 314 (1940).

Hydrocarbures polycycliques arornatiques. I. 75 ( 1956) RECUEIL 1197

5-Mbthyl-3,4-9,10-dib~p~6ne (111). On chauffe jusqu'a dissolution un melange de 4.9 g de l'aldehyde precedent, 1200 ml de diethyleneglycol, et 7 g dhydrate d'hydrazine a 95%. laisse refruidir la solution, ajoute 5 g de potasse et chauffe a I'ebullition pendant une heure. Apres refroidissement, on dilue a l'eau. essore le precipite form&, le lave a l'eau, le seche, et le recristallise dans le toluene. Apres une seconde cristallisation, on obtient 3.2 g de fines paillettes jaunes, sublimables, F 293", donnant avec l'acide sulfurique une halochromie bleu vert virant rapidement au violet. Les solutions tolueniques presentent une vive fluorescence bleu vert, et sont calorkes en brun rougestre.

Trouve : C 94.6 ; H 5.0 Calc. pour C,,H,, (316.37) : ,, 94.90; ,, 5.10.

8 Pormyl-5-mkthyl-3,4,-9,lO~dibenzopyr6ne (IV) . On chauffe au bain-marie bouil- lant un melange de 3 g de l'hydrocarbure (III) , 2 g de N-methylformanilide, 2.2 g d'oxychlorure de phosphore et 45 ml do-dichlorobenzene pendant 12 heures. Aprks addition d'une solution aqueuse concentree d'acetate de sodium, et entrainement a l a vapeur, on obtient un prtcipite qu'on lave a l'eau, seche, et recristallise dans le toluene (dam lequel il est peu soluble). Apres une seconde cristallisation, on obtient 1.5 g de prismes jaune brun, fondant nettement a 329" par projection, mais se decomposant progressivement au-dessus de 300" par chauffage prolong& Lhalochromie avec l'acide sulfurique est violette.

: C 90.5 : H 4.4 Trouve Calc. pour C2,H,,0 (344.38) : ,, 90.67; ,, 4.68.

5,8-Dimbthyl-3,4,9,1O-dibenzopyrene (V) . O n opere avec 1.2 g de. I'aldehyde precedent. 2.2 g d'hydrate d'hydrazine, 600 ml de diethyleneglycol, et 1.2 g de potasse, comme dans le cas de I'homologue inferieur (111). Apres plusieurs recristallisations dans le toluene ,on aboutit a 0.75 g de fines aiguilles jaunes, sublimables, fondatlt nettement 5 356". mais se decomposant par chauffage progressif a l'air a partir de 326" environ. Les solutions tolueniques possedent une forte fluorescence verte. et les solutions dans l'acide sulfurique sont vertes, avec virage rapide de la couleur au violet.

Trouve Calc. pour C,,H,, (330.40) : ,, 94.51: ,, 5.49.

: C 94.2 : H 5.4

Nitration du 3,4-9,10-dibenzopyr&ne. NOUS avons opere dans les memes conditions que Joffe et Efros') qui ont pu mononitrer le 3,4-8,94ibenzopyrene, sauf que, pour avoir une precipitation, il nous a fallu doubler la quantite dacide nitrique. On dissout 2 g de 3.4-9.10-dibenzopyrene dans 600 ml de nitrobenzene etete, et ajoute goutte a goutte, et en agitant a 25". 1.4 g d'acide nitrique (d = 1.52) dilub avec 25 ml de nitrobenzene. On laisse reposer 3 heures, et essore le precipite orange forme: apres lavage a l'alcool, on le seche et le recristallise dans le nitrobenzene. Rendement: 2.3 g de fines aiguilles rouge orange, ne fondant pas jusqu'a 375", tres peu solubles dans les solvents usuels.

Trouve Calc. p a r C,,H,,O,N, (392.35) : ,, 73.46: ,, 3.08: ., 7.14.

: C 74.0 ; H 3.4 ; N 6.8

5.8-Diamino-3.4-9,lO-dibenzopyrLne (VIII) . On chauffe au reflux pendant 20 heures environ un melange de 2.2 g de 5,8-dinitro-3,4-9,10ibenzopyrene. 90 g de phenylhydrazine et 50 ml de quinoleine. Apres refroidissement, on ajoute une grande quantite dacide chlorhydrique dilu6, essore le precipitt forme, et le lave a I'eau. Apres

7 ) I . S. Joffi et L. S. Efros, J. Gen. Chem. U.S.S.R. 16, 111 (1946).

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trituration prolongee de ce produit brun avec une solution aqueuse de carbonate de sodium, il se forme la diamke libre, qui est essoree et recristallisee dans une grande quantite de toluene. Fins prismes bruns se decomposant au-dessus de 300". et se dissolvant dans l'acide sulfurique avec une halochromie brun violace.

Trouve : C 86.2 : H 4.6 Calc. pour C,,H,,N, (332.38) : ,, 86.72: ,, 4.85.

Oxydation du 5,8-dimEthyl-3,4-9,1O-dibenzopyr&ne. Cet hydrocarbure, mis en suspension dam l'acide acetique bouillant et trait6 par un grand exces d'acide chromique en solution acetique, conduit a un produit cristallisant du nitrobenzene SOUS forme de fines aiguilles jaunes fondant a 325"; tel est le point de fusion indique par SchoN et Neumhnn 6 ) pour le 12-phtalylanthraquinone. Cette quinone peut Stre egalement preparke par oxydation du 3,4-9,10-dibenzopyrPne lui-meme. et ne donne pas de depression du point de fusion par melange avec notre produit. Loxy- dation de la diamine (VIII) ou du 5,8-dichloro-3,4-9,1Odibenzopyrene conduit a la msme quinone.

5,&Dichloro-3,4-9,1O-dibenzopyr~e, A une solution de 0.2 g de 3,4-9,lOdibenzo- pyrene dans 60 ml d'o-dichlorobenzene, on ajoute en agitant 0.2 g de chlorure de sulfuryle dissous dans quelques ml do-dichlorobenzene. Apres une nuit de repos, on essore le prkapite cristallin jaune forme, le lave a l'alcool. et le recristallise dans le toluene. Rendement: 0.15 g de paillettes brillantes, jaunes, F 375", donnant m e coloration violette avec l'acide sulfurique.

Trouve : C 78.0 : H 3.5 Calc. pour G,H,,CI, (371.25) : ,, 7764; ,, 3.26.

Ce travail a ete effectut? grdce B l'aide materielle accordke par le U.S. Department of Health, Education, and Welfare; nos remerciements vont aux autorites de cet organisme, ainsi qu'a M. le Dr. S . Pefersen ( Lwerkusen-Bayerwerk, wissenschaftl. Hauptlaboratorium) qui a gknk- reusement mis a notre disposition la 3.4-9,l O-dibenzopyrhe-5.8- quinone necessaire pour nos recherches.

(Regu le 14 avril 1956).