75 (1956) RECUEIL ff21

547.689 HYDROCARBURES POLYCYCLIQUES AROMATIQUES,

11. l) La formylation du pCryl2ne et du 3-mCthylpCryl2ne 2 )

PAR

N. P. BUUAHOY et C. T. LONG (Departement de Chimie organique, Institut du Radium de I‘UniversitC de Paris).

I1 est montre que le perylene peut &re formylt? par la N-methylfonnanilide en presence d’oxychlorure de phosphore, et que le monoaldehyde obtenu est le 3-formylperyl6ne. Cette reaction constitue une voie d’acces vers de nom- breux derives monosubstitues du perylene, et s’applique egalement au 3-methylperylene.

Le perykne ( I ) est un hydrocarbure polycyclique interessant, au point de vue de reactivite chimique, par son degrk de symetrie eleve; les nombreuses recherches systematiques faites par Zinke et son kcole 3)

ont montre que Ies reactions habituelles de substitution effectuees sur cet hydrocarbure conduisent & des derives di- ou polysubstitub, mCme lorsqu’on utilise les methodes les plus douces. C’est ainsi par exemple que le chlorure de sulfuryle conduit un melange de 3.9- et de 3,lO-di- chloropCrylene 4 ) et que le pentachlorure de phosphore fournit un hexachloroperyltne 5 ) ; de mtme, l’action mcme mknagee du brome con- duit & des dibromoperyltnes, et les acylations par la mkthode de Friedel- Crafts fournissent des 3,9- et 3,l O-diacylperyl6nes 6 ) . Pour ces raisons, on ne connait encore que trts peu de derives monosubstitues du perylene, et si le 2,11-dimCthylpCrylene a dej& ete synthet,ise par Royer et Buu- Hoi’ 7), aucun autre alkylperylene n’a encore 6te decrit B notre connaisd sance jusqu’g ce jour.

1) Travail dedie a M. le Prof. Alois Zinke (Universite de Graz) 2 l‘occasion de

8 ) lere partie: N. P. Buu-Hoi et D. Lavif, Rec. trav. chim. 75, s) La plupart de ces travaux ,sent r6sum6s dans ,,Elsevier’s Encyclopaedia of

Organic Chemistry” 14, 459 (1940); 14 (supplement), 734(s) (1951). 4) A. Pongrafz et E. Eichler, Ber. 69, 1292 (1936). 6 ) A. Zinke, K. Funke et N. Lorber, Ber. 60, 577 (1927); A. Zinke, A. Pongratz et

0 ) A. Pongratz, Monatsh. 48, 585 (1927); A. Zinke, F. tinner et 0. WoZfbauer,

7) R. Royer et N. P. Buu-HOT, Compt. rend. 22, 558 (1946).

son anniversaire. (1956).

K. Funke, Ber. 58, 330 (1925).

Ber. 58, 323 (1925).

1222 N. P. Buu-Hoi: ef C. T. Long,

Dans le cadre de nos recherches sur le carcinogknese chimiques), nous desirions etudier les propriCtCs biologiques de quelques alkyl- perylenes (dont certains pourraient &re presents dans les goudrons de houille et de tabac), et il nous a alors fallu rechercher une reaction qui permette de monosubstituer le perylene de facon commode. Une telle reaction a ete trouvee dans l’action de la N-methylformanilide sup le perylene en presence d’oxychlorure de phosphore, ce qui conduit, avec de bons rendements, A un monoaldehyde qui est le 3-formylp6ryl&ne (11). En effet, I’oxime de cet aldehyde, trait6 par l’anhydride acktique, conduit h un nitrile qui doit Ctre le 3-cyanop6rykne (111), car il donne par saponification alcaline I’acide perylene-3-carboxylique ( IV) , deja connu, et dont la synthese h partir de la naphtalimide Q) ou de la peri- naphtindane-dione l*) ne laisse aucun doute sup la structure.

(1) (11) CHO

Le 3-formylpkryl&ne peut Ctre re,duit aisement par la methode de Kishner- Wolf/ (simplifiee par HuanpMinlon) , et on obtient ainsi le 3-mCthylp6rylene (V) avec d’excellents rendements. Cet hydrocarbure, tout comme le perylene lui-meme 11), donne avec I’anhydride maleique une synthese dienique conduisant ti un melange des deux anhydrides

I I

(111) CN (IV) CO2H

methyl-1.1 2-benzoperyl~nedicarboxyliques possibles ( V I ) et (VII) : en effet, par decarboxylation h I’aide de la chaux sodke, on aboutit h un

8 ) cf. A. Lacassagne, ,,Les cancers produits par des substances chimiques exoghes”

0 ) Kalle, brevet allemand D.R.P. 394.794 (1921). 10) Kalle, brevet allemand D.R.P. 408.513 (1922). l1 ) E. Clar, Ber. 65, 846 (1932).

(Paris, 1946); N. P. Buu-Hod Strahlentherapie 98, 197 (1955).

Hydrocarbures polycycliques arornatiques. II. 75 (1956) RECUIL 1223

produit ne fondant pas nettement, et qui est alors probablement un me- lange de 3-methyl- et de 4-m~thyl-l,l2-benzop~ryl~ne (par cristallisa- tions rCpCtCes, on arrive i isoler un hydrocarbure fondant assez nette- ment vers 192O, et qui pourrait &re l'un de ces deux isomtres) . Notons que ces methyl-l,12-benzoperyl~nes sont interessants, car le 1.12-benzo- perylene hi-meme est legerement cancerogene, et a ete isole de la fumee de tabac 12) et de papier ti cigarettes 13) .

___,

CH3 (VI) (V) CH3 (VH) CH3

Le 3-m&thylpkryltne peut-ttre formyle ti son tour, et, des produits de la reaction, on isole aisement un aldehyde pur, qui pourrait ttre le 1 O-formyl-3-m~thylp~ryylene (VIII) , si on applique au noyau perykne les regles d'orientation qui prevalent dans la serie du naphtalhe (sub- stitution en position 4 chez les 'a-alkylnaphtaltnes) : la reduction de cet

CHO I

(VIII) CH3 (IX) CH3

aldehyde conduit B un hydrocarbure pur, de point de fusion assez bas (202O), qui est probablement le 3,IO-dimethylperylene (IX) (le 3,9- dimethylp6rykne fondrait vraisemblablement beaucoup plus haut, comme tous les peryltnes 3,9-disubstitu6s). Nous avons d'ailleurs en cours des recherches en vue d'effectuer la synthese totale du 3,lO-di- methylperykne.

Le 3-formylperyltne peut-&re condense avec le cyanure de benzyle en presence de soude caustique, ce qui conduit ti l'lcc-phenyl-~-( 3-p6- rylenyl) acrylonitrile ( X ) : les cyanures de p-chlorobenzyle et de

1') R. L. Cooper et A. J. Lindsey, Brit. J. Cancer 9, 308 (1955). 1s) R. L. Cooper, J. A. S . Gilbert et A. J. Lindsey, Brit. J. Cancer 9, 442 (1955).

1224 N . P . Burr-Hoi ef C. T . Long.

p-bromobenzyle rtagissent de la meme maniere, et fournissent l'a-p+ chlorophCnyl-~- (3-perylenyl) acrylonitrile (XI ) et l'a-p-bromophenyl- ,% (3-perylhyl) acrylonitrile (XII) : la couleur rouge orange de ces nitriles s'explique par le fort degre de conjugaison de leurs molecules.

X; R=H i X1: R=Cl i XII; R=Br

En rCsum6, la formylation constitue un moyen commode pour acceder h de nombreux perylenes monosubstitues; le fait que le groupement aldehyde est fix6 en position 3 est conforme aux predictions deduites de la repartition des electrons n dans la molecule du perylene 1 4 ) determinee 8 l'aide de la mecanique quantique.

Le present travail a ete effectue grfice B une subvention accordee par le U.S. Department of Health, Education and Welfare, ainsi qu'8 l'aide materielle accordee par la Regie nationale des Tabacs (service de M. Cusin). Nos remerciements vont aux autorites de ces deux orga- nismes.

P a r t i e e x p e r i m e n t a l e.

Formylation du p&ylhe. Le perylene utilise dans nos experiences est un produit de couleur jaune orange, fondant vers 272" apres recristallisation dans le benzene. On chauffe pendant 12 heures au bainimarie bouillant zlll melange de 10 g de perylene, 11 g de N-methylformanilide, 11 g d'oxychlorure de phosphore et 20 ml d'o-dichloro- benzene anhydre. Le melange prend une coloration violette intense, et il se produit un lent degagement de gaz chlorhydrique. On ajoute ensuite une solution aqueuse concentree de 50 g d'acetate de sodium, et entraine a la vapeur 1'0-dichlorobenzene. Le residu solide est essork, seche, et recristallisi une fois dans l'acide acCtique, puis 2 fois dans le benzene. Rendement: 7 g de 3-formylperylene, SOUS forme de fins prismes jaune brun, F 236" (noircissement auaessus de 230"). L'halochromie avec I'acide sulfurique est bleu fond, avec virage rapide au violet; la fluorescence des solutions benziniques est verte.

Trouve : C 89.7 ; H 4.2 Calc. pour G,H,,O (280.30) : ,, 89.98; ,, 4.31.

Loxime correspondante eet preparee avec le chlorhydrate dhydroxylamine et la soude aqueuse au sein du dioxane avec des rendements quantitatifs apr& 10 heures de chauffage; c'est une poudre microcristalline jaune orange, peu soluble dans I'ethanol,

1 4 ) cf. N. P. Buu-Hoi, I?. Daridel et C. Vroelant, Bull. soc. ch,im. France 16, 211 (1949).

Hydrocarbures polycycliques aromaliques. I I . 75 ( 19%) RECUIL 1225

soluble dans le dioxane, et se decomposant audessus de 260" environ: la solution sulfurique est violette.

3Xyanuperylene (111). Un melange de 1 g de l'axime precedente et 20 ml d'anhydride acetique est chauffe au reflux pendant 12 heures; apres refraidismment, on traite par de l'eau alcalinisee par la soude, en agitant fortement. Le precipite obtenu avec des rendements theoriques est recristallise 2 fois dans le benzene, ce qui fournit de fines aiguilles jaune brillant, F 228", donnant avec l'acide sulfurique une coloration violet fonce intense.

Trouve : N 4.9 Calc. pour C,,H,,N (277.30) : ,, 5.05.

Ad& $ ~ l h e - 3 - c & o x y l i ~ (IV) . La saponification du 3-cyanoperylene en acide perylene-3-carboxylique constitue une methode commode pour preparer ce dernier corps. Un melange de 1 g du nitrile precedent, 0.4 g de soude caustique dissoute dans 10 ml d'Cthano1, et 10 ml de dioxane, est chauffe au reflux pendant 60 heures: on chasse l'alcool sous vide, ajoute quelques ml d'eau, et essore le perylkne- 3-carboxylate de sodium insoluble. On lave ce prkcipite au benzene bouillant, puis i l'ether, le met en suspension dans I'eau, et libere l'acide libre par l'acide chlorhydrique. Lacide perylkne-3-carboxylique cristallise du nitrobenzene en une poudre micro- cristalline jaune verditre, se decomposant par chauffage progressif au-dessus de 322" et fondant a 334" (la litteratwe indique F 330").

3-M6thylp&yPne (V). On chauffe jusqu'i dissolution un melange de 2 g de 3-formylp4rylene, 2 g d'hydrate d'hydrazine a 95 % et 50 ml de diethyl6neglycol (l'hydrazone jaune se forme rapidement). A p r b refroidissement, on ajoute 2 g de potasse caustique, et chauffe le melange ii douce ebullition (en enlevant l'eau) pendant 90 minutes. Apres refroidissement. on ajoute de l'eau. essore le pr&ipitC forme, et le recristallise dans le benzene d e w fois. Rendement: 1.5 g de paillettes jaunes, brillantes, facilement solubles dans le benzene, F 217". L'halochromie avec l'acide sulfurique est verte (virant rapidement au violet), et la fluorescence bleu vert intense est analogue a celle du @rylPne lui-meme.

Trouve Calc. pour C&H,, (266.32) : ,, 94.71; ,, 5.30.

: C 94.4 ; H 5.2

Le picrate correspondant constitue des aiguilles brillantes, noires, fondant vers 226" (decomposition au-dessus de 212").

Synthsse dibique avec le 3-m6thylp6cyl~ne. On chauffe au reflux pendant 2 heures une solution de 0.5 g de 3-rn6thylpCrylPne et 1.5 g d'anhydride mal6ique dans 10 ml de nitrobenzene anhydre. A p r b refroidissement. on ajoute quelques ml de benzene, et essme le precipitt jaune brun obtenu; aprPs recristallisation du nitrobenzene, celui-ci se presente sous forme d'une poudre microcristalline, ne fondant pas en-dessous de 365". Le rendement m ce melange des anhydrides 3- et 4-mCthyl-1,12-benzoperylPne- dlcarboniques est presque thkorique. Ce produit (0.4 g) , chauffe avec 3.5 g de cham sodee, fournit un distillat (sous 15 mm) solide qui, apres une recristallisation dans le benzene, donne des paillettes jaunes, brillantes, F m 181". Ce prdui t n'est pas pur, car, apres deux autres recristallisations dans le benzene on arrive i un hydrocarbure F 192-193", donnant avec l'acide sulfurique une halochromie verte, analogue i celle fournie par le 1,12-benzop5rylPne lui-m&me. Faute de produit en quantites suffisantes, nous n'avons pas pu poursuivre les cristallisations audelh de ce stade.

Trouve : C 95.0 ; H 4.8 Calc. pour C,,H,, (290.34) : ,, 95.14; ,, 4.86.

a-Phinyl-B-(3-~~~yl)acryloffltrile (X). A une solution tiede de quantitb equimoleculaires de 3-fomylp6rylene et de cyanure de benzyle dam le dioxane, on

1226 N. P. Buu-Hoi et C. T. Long, Hydrocarbures polycycliques aromatiques. 11.

ajoute quelques ml de soude alcoolique, en agitant vigoureusement. Par refroidisse- ment, on obtient un precipite que l'on essore, et recristallise dans le dioxane, apres I'avoir fait bouillir avec de l'acide acetique. Aiguilles rouges, F 265", donnant avec I'acide sulfurique une coloration bleu de Prusse.

Trouve : C 91.5 ; H 4.4 Calc. pour C,,H,,N (379.43) : ,, 91.79; ,, 4.51.

a-p-Chloroph&yl-&( 3-p&yl6nyl) acrylonitcile (XI) . Prepare de facon analogue 2 partir du cyanure de p-chlorobenzyle, il cristallise du dioxane sous forme de fines aiguilles rouges F 279". donnant avec I'acide sulfurique une coloration bleue.

Trow6 Calc. pour C,,H,,NCI (413.88) : ,, 84.15; ,, 3.89.

: C 83.8 : H 3.8

a-p-Bromoph&yt/7- (3-p&yl6nyl)acrylonitrile (XII) . Prepare cornme dans les 2 exemples precedents, il se presente apres des recristallisations repetees dans le dioxane, sous la forme de fines aiguilles rouges, F 269-270", donnant avec l'acide sulfurique une coloration bleue. Les rendements de ces 3 condensations varient de 70 a 80 yo.

: C 76.3 ; H 3.3 Trouve Calc. pour C,,H,,NBr (458.34) : ,, 75.99; ,, 3.52.

3 5

Formylation du 3-rn6thylpEryliine. On chauffe au reflux un melange de 0.5 g de aethylperylene. 0.6 g de N-methylformanilide, 1 g d'oxychlorure de phosphore et ml d'o-dichlorobenzene pendant 12 heures au bain-marie huillant. Apres le traite-

ment habituel, on obtient un solide brun qu'on recristallise dans le benzene: apres deux autres recristallisations, on aboutit a de fins primes jaune brun, F 243" (noircissement au-dessus de 240"). Lhalochromie avec l'acide sulfurique est bleu vmt avec virage rapide au violet. Rendement: 0.3 g environ.

Trouve : C 89.5 : H 4.5 Calc. pour C,,H,,O (294.33) : ,, 89.77; ,, 4.79.

3,lO(?)-Dim6thylp&ylhe. On traite 0.25 g de l'aldehyde precedent par 0.1 g d'hydrate d'hydrazine et 0.1 g de potasse au sein de 20 ml de diethyleneglycol de la meme maniere que pour le 3-methylperylene. Le rendement est de 0.2 g d'un hydro- carbure, lequel, recristallid 2 fois dans le benzene p i s une derniere fois dans I'Cthanol, se presente SOW forme de belles paillettes jaune pzle, F 202". La fluorescence des solutions benzeniques est bleu vert comme dans le cas des homologues infkrieurs; avec l'acide sulfurique, on a une halochromie verte.

Trow6 : C 94.2 : H 5.6 Calc. pour C,,H,, (280.34) : ,, 94.25; ,, 5.75.

(Recu le 14 avril l956).