260 B. Boyer et al. Recherche d’effets stkriques dans la rkactivitk de la norbornanone-2

cooling afforded a new crop of crystals. Total yield 74 %, calculated on methyl dithiopropionate; m.p. 35-36”.(Found: C, 46.67; H, 5.92; S, 47.50. C,H,,S, requires: C, 47.06; H, 5.92; S, 47.02%.) NMR (CS,): 2.30 (s, 6H), 2.13 (s, 6H). IR: 960, 1420, 2910 cm-’. UV: I,,, = 295 nm (log E 3.94). MS: m/e 204(M+, 6873, 189(100), 174(4), l42( 18), 97( 17), 69(42).

Coupling of the anion from methyl dithioisobutyrate with iodine (preparation of 7). Synthesis started from methyl dithioisobuty- rate using the same procedure and scale as described for methyl dithiopropionate. The product obtained from the oxidation with iodine was not distilled. Heating at 100” for 30 min. gave no change in NMR. NMR (30% in CCI,): 3.62 (s, 6H), 3.68 (s, 6H), 3.95 (s, 6H). np = 1.602 (undistilled product). Yield - lOO:<. As a structural proof the disulfide was cleaved and alkylated to give dimethylketene dimethyldithioacetal (8).

Dimethplketene dimethyldithioacetal (8). The crude disulfide was dissolved in 150 ml of dry ether and this solution was added to

300 ml of liquid NH,. Small pieces of Li were introduced gradually with stirring, until the blue colour persisted. A few drops of MeOH were added to remove the excess Li. Subsequently, 0.30 mole of Me1 was added in 5 min. The ammonia was evaporated by placing the flask in a waterbath at 40”. Water was added to the residue and the organic product was extracted with pentane. B.p. 76”/0.12 mmHg, n? = 1.5396. Yield 85%, calculated on methyl dithioiso- butyrate. The same ketene dithioacetal was obtained in 88% yield by converting methyl dithioisobutyrate with LiNH, in liquid NH, and subsequently adding MeI. NMR (30% in CCI,): 2.05 (s, 6H). 2.22 (s, 6H).

Acknowledgement

A grant from Statens Naturvidenskabelige Forskningsrhd is greatly appreciated.

Recherche d’effets stCriques dans la rCactivitC de la norbornanone-2 par la mesure des effets isotopiques secondaires du deuterium

B. Boyer, G. Lamaty et J. P. Roque

Lahoratoire de Chimie Organique Physique, Universitk des Sciences et Techniques du Languedoc. Place EugPne Butaillon, 34000 Montpellier

et P. Geneste

Laboratoire de Chimie Organique Physique Appliquke, E.N.S.C. M . , 8, Rue de I’Ecole Normale, 34000 Montpellier ( R e p le 2 janvier, 1974)

Abstract. The following compounds have been prepared: 2-norbornanone-3d1 exo, - 3-d, endo, -3,3-d2 and 5,6-d2 endo; the rates of borohydride ion addition and of decomposition of bisulfite addition compounds have been measured in order to explain the high exo side reactivity of norbormyl systems. In both reactions, there is no significant isdtope effect due to deuteration at the 5,6 endo positions. This observation can result either from an absence of any steric interaction or from a non- bonded interaction potential much smaller than usually admitted. The protons in 3-endo and 3-exo positions are not equivalent towards the nucleophile approach.

Introduction

Des etudes tres nombreuses ont ete realisees sur la reactivite de derives de la serie norbornyle. Bien que de caractere general, une proprittt de ce systeme semble cependant encore inexplicable: il s’agit de la forte reactivite de la face exo comparee a celle de la face endo. Ce phenomene se manifeste dans de nombreuses reactions aux mecanismes pourtant bien difTerents. On I’observe par exemple aussi bien dans la riduction du norcamphre par le sodium dissous dans I’alcool’ (addition electrophile) que dans sa reduction par un hydrure metallique2 (addition nucleophile). I1 intervient aussi dans les reactions d’addition electrophile sur la double liaison du norbornene3, et chaque fois qu’il y a depart d’un groupe au cours de la reaction oxydation chromique des norb0rnanols-2~, enolisation des norbornanone~-2~, ou reactions de substitutions nuclio- philes (-OTs, -OBs, -Cl, . . .)6 ~ c’est toujours lorsque le groupe partant est dans la position exo que la reaction est la plus rapide. Diverses interpretations ont ete proposees ; a present deux idkes contradictoires se digagent : l’une fait intervenir des

facteurs electroniques tandis que I’autre repose sur des facteurs steriques. Considerons par exemple la reaction de solvolyse des brosyl-2 norbornanes. L’isomere exo reagit 350 fois plus vite que I’isomere endo. Pour Winstein’, c’est la reactivite de I’isomere exo qui est anormalement Clevee, I’acceltration etant due a la participation anchimerique de la paire elec- tronique de la liaison C, -C6, conduisant a un ion ponte.

’ P . Hirsjarvi, Ann. Ac. Sci. Fenn. A,,, 81 (1957). S . Becknman et R. Mezger, Ber. 89, 2738 (1956). H . C. Brown, J . H . Hawakami et Kwang-Ting Liu, J. Amer. Chem. SOC. 95, 2209 (1973). J . C . Richer, L. A. Pilato et E . L. E M , Chem. Ind. (London), p. 2007 (1961). K . Kwar t , Chem. Ind. (London), p. 610 (1962). A . R o p e s , These de Doctorat es-Sciences, Montpellier, 1972. G. Larnaty, A . R o p e et L. Fonzes, Compte-Rendus de I’Acadtmie des Sciences 273, 922 (1971). G. A. Ulah et P . V. R . Schleyer, Carboniums Ions, Vol. 111, p. 1099. Edited by Wiley-Interscience, Inc., New-York, 1972.

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Recueil. Journal of the Royal Netherlands Chemical Society, 93/9-10, September-October 1974 26 1

Brown’, au contraire, considere que c’est la reactivite de I’isomere rndo qui est anormalement faible. I1 pense que les interactions de non liaison entre le groupe partant endo et les atomes d’hydrogene en position 5,6 rndo dkfavorisent la riaction. Schlryer’ a lui aussi avance I’idee d’un facteur stirique du aux interactions de torsion avec les protons en t&te de pont. I1 apparait cependant que de telles interactions sont trop faibles (inergie de I’ordre de 1 kcal/mole) pour expliquer a elles seules des dserences aussi grandes de reactivite. Nous avons mesure I’effet isotopique cinetique du deuterium dans des reactions d’addition nucliophile sur le norcamphre deuterie en position 5,6 endo. Nous voulions ainsi rechercher une preuve directe des interactions steriques invoquies par Brown. Une etude presque comparable a deja ete effectuee” schema 1 : la solvolyse de I’mdo-brosyl-2 norbornane-endo d , -6. L’effet isotopique observe est dans ce cas tres voisin de 1 et ce resultat a ete utilise par la suite pour rejeter I’hypothese de Brown. II nous semble cependant que I’interpretation de cette valeur est ici delicate. Etant donnee la geometrie du systeme, il est en effet possible que la distance entre I’atome de deuterium et le groupe partant soit fortuitement la mCme dans 1’Ctat initial et I’Ctat de transition. Ceci doit ntcessaire- ment se traduire par un effet isotopique nul.

A

/L btat initial I

OBS &at de transition

SchPma I

Le choix d’une reaction d’addition nucleophile sur le nor- camphre elimine par contre cette ambiguite. Nous avons retenu I’addition de BH, pour laquelle nous savons que I’etat de transition a un caractere sp3 bien marque”. I1 est ainsi certain que les distances entre les atomes de deuterium et I’atome d’oxygene sont modifiees lors du passage a I’etat de transition. Ceci doit donc permettre de dktecter I’appu- rition d’interactions stkriques entre ces atomes.

btat initial &at final

SchPmu 2

H . C. Brown, Chern. Eng. News 45, no. 7, 86 (1967). H . C. Brown, in “The transition State”, Chem. SOC. special. Publ. no. 16, 1962, pp. 14@158, 174-178. P. V. R. Schleyer, J. Amer. Chem. Soc. 89, 701 (1967).

l o B. L. Murr, A . Nickon, T. D. Swurtz et N. H . Werstiuk, J. Amer. Chern. Soc. 89, 1730 ( I 967). J . M . Jerkunica, S . Borcic et D. E . Sunko, J. Anier. Chem. SOC. 89, 1732 (1 967).

I I P. Gmesfe, G . Lumuty et J . P. Roque, Tetrahedron Letters 5007 ( 1970). P . Genesti,, G . Lamuty et J . P . Roque, Tetrahedron 21, 5544 (1971). G. Lumaty et J . P. Roque, Tetrahedron Letters 5293(1967).

Nous avons egalement mesure l’effet isotopique dans la reaction de decomposition de la combinaison bisulfitique du norcamphre, dont on sait que I’etat de transition res- semble a la cetone”. Nous savons que le produit d’addition correspond a celui provenant d’une attaque exo: donc a groupe hydroxyle endo. La situation est ici renversee et devrait permettre de detecter la disparition d’une interaction sterique entre le groupe hydroxyle et les protons endo en position $6. II est aussi important de remarquer que les protons situes en a du carbonyle, endo ou exo, peuvent intervenir sur la reactivite du norcamphre par des effets stkriques de torsion ou d’ap- proche. Pour apprecier de tels effets nous avons mesure les effets isotopiques provoquks par la deuteriation selective, soit endo, soit exo, de ces hydrogenes en CL. Nous avons Ctudie I’addition du borohydrure de sodium et la decomposition de la combinaison bisulfitique (depart de SO; -). Les constantes cinetiques ainsi que les effets isoto- piques obtenus sont rassembles dans le Tableau I . La synthese des produits et les mtthodes cinetiques utilisees sont decrites dans la partie experimentale.

Tableau I .

Produits

b

Addition de BHb

33.53

32.93

31.82

30.40

Rksultats et discussion

kH/kD

-

1.004

Decom- O H

7ositionde

7 I1,26 1.06,

11,43 1,04,

11355 1

1. Effets isotopiques drs protons 5.6 endo du norcamphrr

Le resultat le plus remarquable est I’absence d’effet isoto- pique des protons 5,6 endo. Quelle que soit la nature de la reaction : addition nucleophile de I’ion borohydrure ou decomposition de la combinaison bisulfitique, le rapport kFl/kD est egal a I’unite. Deux raisons peuvent Ctre avancees pour expliquer cet absence d’effet isotopique. a) I1 n’y a pas d’effet sterique provoque par ces atomes au cours de la reaction et dans ce cas I’hypothese de Brown est fause*. b) Les interactions de non liaison entre I’hydrogene endo 5 et I’cxygene du groupe hydroxyle sont moins severes qu’on ne le pcnsait a priori ; les fonctions de potentiel d’interactions itant plus ccdoucesn qu’on ne I’imaginait.

262 B. Boyer et al. / Recherche d’effets stiriques dans la rtactivit t de la norbornanone-2

r- 1

Schema 3

Si nous considerons la seule reaction de decomposition des combinaisons bisulftiques, - qui se fait selon le schema ci-dessous (Schema 3). - avec une disparition quasi totale des interactions de non liaison H-0, I’examen des modeles indique une valeur de 2,15 A pour la distance H - 0 ; en portant cette distance dans la formule de potentiel du type Lennard -Jones couramment utiliste: E = -90,4/d6 + 26800 e-4*57d l 3 on evalue a 0,533 kcal le potentiel d’inter- actions non liees H-0. Une variation de 1 74 de la distanced, - correspondant a ce que I’on peut attendre du remplace- ment d’un atome d’hydrogene par un atome de deuterium -, modife ce potentiel de 0,081 kcal (0,5334,452), conduisant a un efTet isotopique maximum kH/kD = 1,146; c’est a partir de ces premices que nous avons entrepris le travail decrit dans ce memoire. Le fait de ne pas avoir observe d’effet isotopique peut pro- venir de ce que la fonction de potentiel precedente est trop (( dure )) et conduit a des energies d’interactions beaucoup plus elevkes qu’elles ne le sont en realite. I1 se pourrait que le nuage electronique de l’oxygtne soit plus deformable que ne le traduit la formule precedente et que le potentiel d’interactions non likes soit beaucoup plus petit que la valeur 0,533 kcal ; a ce moment 18 une variation de 1 7; de la distanced provoque une variation negligeable du potentiel et I’effet isotopique n’est plus perceptible. A I’heure actuelle, il ne nous est pas possible de trancher entre ces deux explications.

2. Contribution a la rhactivitb drs protons en 3 du norcamphre

~ Examinons tout d’ahord la decomposition des combinai-

L’effet isotopique obtenu avec le norcamphre dideuterie en 3 (kH/kD = 1,06,) est bien en accord avec la valeur deja t r ~ u v e e ’ ~ . Cet effet est d’origine surtout hyperconjugative : ce facteur n’intervenant pas dans I’etat initial sp3 mais dans I’etat de transition sp2. Les produits monodeuteries en exo et rndo presentent les effets isotopiques (404, et 1,03,) sensiblement egaux, ce qui est normal etant donnees la geometrie du systeme et la nature surtout hyperconjugative de I’effet isotopique. La difference observee est a la limite des erreurs experimentales et elle n’est pas forcement signifcatives. On remarquera que les valeurs du rapport kH/kD sont multiplicatives*

sons bisulftiques

Eflets isotopiqurs dans la rbaction d‘addition du horo- hydrurr

Dans le cas de cette reaction d’addition nous passons con- trairement a celle de SO,, a un etat de transition sp3 . Avec un tel etat de transition, les facteurs susceptibles d’expliquer les effets isotopiques sont I’hyperconjugaison et les inter- actions de non liaisons dues a I’eclipsage possible des liaisons

C-H et C-OBH, du carbone reactionnel avec les liaisons C-H(C-D) en 3. La valeur de l’effet isotopique dans le cas du norcamphre dideuterik en 3 est tgal a 0,90,. Sur une base purement hyperconjugative on aurait pu s’attendre a avoir un effet isotopique inverse plus important. Le rapport kH/kD observe avec l’ion sulfite - etat de transition pres de sp2 - est egal a 0,92414. Avec l’ion borohydrure - Ctat de transition pres de sp3 - la contribution hyperconjugative doit avoir une plus grande influence et ainsi conduire a un rapport kH/kD beaucoup plus petit que 0,92,.Le fait de trouver une valeur assez voisine (0,90,) denote la presence d’un autre facteur. Une etude detaillee des effets isotopiques dans I’addition de l’ion borohydrureZ3 a permis de montrer qu’il s’agissait d’un facteur sttrique : la deuteriation aug- mentent les barrieres de torsion autour des liaisons C-C adjacentes”. Dans le cas du norcamphre cet effet sterique tend a destabiliser le produit deuterie au niveau de l’etat de transition (liaisons kclipsees), relevant ainsi la valeur du rapport kH/kD. Dapres nos resultats, il apparait que les deux derives mono- deuteries n’ont pas le mCme effet isotopique : la deuteriation en endo conduisant a un effet isotopique (kH/kD = 0,92,). Peut-on interprster ces resultats sur une base hypercon- j ugative. Cela reviendrait a supposer que le proton exo est mieux oriente pour s’hyperconjuguer que le proton endo. Nous avons fait I’etude RMN avec Eu(dpm), de ces produits pour voir quelle etait l’orientation des liaisons exo et endo. Bien que la difference soit faible, les resultats ne vont pas dans le sens attendu. I1 semblerait que le proton endo soit legerement plus pres de la perpendiculaire au plan du carbonyle. Le petit ecart observe nous laisse penser que la contribution hyperconjugative des 2 protons est sensiblement la mCme. I1 faut en outre noter que les angles des liaisons C-H exo et C-H endo avec le plan du carbonyle ne sont pas tres dif- f e r e n t ~ ’ ~ et donc que la difference d’hyperconjugaison est faible. Si la difference observee entre les effets isotopiques ne resulte pas d’un terme hyperconjugatif c’est qu’elle est probablement dQe a un terme sttrique. L’examen des modeles permet d’accorder effectivement un credit raison- nable a cette supposition. En effet on sait que l’attaque prkferentielle se fait par la face exo. Lors de la deuteriation endo en position 3 on fait intervenir, dans I’Ctat de transition, une interaction C-D/C-0 tandis qu’en deuteriant en posi- tion exo, on fait intervenir une interaction C-D/C-H mais dans ce cas une liaison C-H en cows de formation (Schema 4).

d, endo d, exo

Schema 4

Dapres les valeurs de la litterature les barrieres de rotation du propane et du propanol sont kgales (3,4 kcal/mole) et on peut donc supposer que I’interaction C-H/C-0 est plus forte que I’interaction C-H/C-H (en cours de forma- tion). Comme la contribution sterique a pour effet d’aug- menter la valeur kH/kD, les resultats paraissent normaux.

* Les effets isotopiques sont additifs sur les valeurs de A A G f et par suite multiplicatifs sur le rapport des constantes de vitesse.

I.’ T. L. Hill , J . Chem. Phys. 16, 399 (1948). l 4 J . P . Royue, These de Doctorat es-Sciences, Montpellier, 1970.

P . Genesre, G . Lamar-v et J . P. Royur, Tetrahedron 27, 5539 (1971).

I s C. Altona et M . Sundaralingam, J. Amer. Chem. SOC. 92, 1995

2 3 J . C . Davis, J r . and T. V. Van Auken, J . Amer. Chem. SOC. 87, ( 1 970).

3900 (1 965).

Recueil, Journal of the Royal Netherlands Chemical Society, 93/9-10, September-October 1974 263

Conclusion

En conclusion de ce travail on peut dire que I’utilisation de I’effet isotopique secondaire du deuterium dans les reactions d’addition nucleophile, sur des composes stereospecifique- ment deuteries, n’a pas permis de trouver une explication d’origine stkrique rendant compte de la forte reactivite de la face exo en serie norbornyle. La daerence mecanistique entre reaction de solvolyse et reaction nucleophile nous avait fait penser que les protons 5,6 endo interviendraient d’une faGon non negligeable : helas la deuteriation de ces positions conduit a un rapport kH/kD = 1 quelque soit le nucleophile. Nous avons pu cependant constater que dans le cas de I’addition de I’ion borohydrure les 2 protons en ct (exo et endo) du carbonyle ne jouent pas le mCme r61e sur la reactivite. I1 est probable que leurs contributions hyper- conjugatives sont tres voisines bien que peut etre legerement plus importantes pour le proton endo, mais la daerence es- sentielle est due a un effet sterique plus important du proton rxo comme d’ailleurs cela avait kte observe dam le cas de I’addition de I’hydroxylamine’4-’6.

Partie experimentale

A. Obtention des produits

I . Norcumphre d, 5,6 endo (7)

Ce produit a Ctt prepare suivant le schema ci-dessous: (schema 5)

SchPmu 5

Les produits I, 2 et 3 ont Cte prepares suivant la methode de L~~hell’.

Dibrorno-5,6-did~,utPrio-5,6-norhorneol-2 (4)

I1 a ttt obtenu selon la methode de Zwvifrl Brown’’ en traitant 174 g de 3 par B,H,-H202. Nous avons obtenu 168 g de 4, soit un rendement de 90%.

Norhornc;n-5-o/-2 d,-5.6 ( 5 )

168 g de 4 sont traites par du Zn dans AcOH a reflux pendant 3 jours; le melange reactionnel est additionnk d’eau et on I’extrait a I’Cther. La phase Ctheree est lavee avec une solution d’acide chlor- hydrique a l o x , puis avec une solution dc bicarbonate de sodium a 5’x, sechte, concentrke. Le produit brut obtenu est purifie par chromatographie sur colonne de silice (eluant ether de petrole ether 50/50). On a ainsi 26 g de 5. Rdt : 38 ‘:A. Ce mauvais rendement provient du fait que le zinc klimine les bromes places uniquement en trans. De ce fait, ayant un melange de trois isomeres, seule une fraction du produit 4 rkagit. Le spectre R.M.N. ne presente pas de protons vinyliques; a ceci prts il est identique a celui du norbornen-5-01-2 decrit dans la litterature 2 3 .

Le spectre I.R. presente les bandes v ( 0 H ) (3450 3600 em-’), v(C=C) (1600 em- ’ ) et v(C-D) (2260 cm-I) .

NorbornPo/-2 d2-5,6 endo (6)

II a ete obtenu en hydrogenant 14 g de 5 en presence de Pd/c a 10 % dans le methanol. Apres absorption de la quantite theorique d’hy- drogene on isole 12 g de 6 (Rdt : 85 %). L‘addition sur la double liaison du systeme norborntnyle est connue pour se faire nor- malement par attaque exo’’. Dans le spectre I.R. il y a disparition des bandes v(C=C).

Norcumphre d,-5,6 endo (7)

L’oxydation du produit 6 selon la methode de Brown2’ conduit au produit desire 7. La determination du pourcentage de deuterium sur ce produit ainsi que sur les deux norcamphres monodeutiriis en r, dont la prepa- ration est dkcrite ci-dessous, a ett effectuee sur leurs 2.4 dinitro- phinylhydrazones. Roques’ a montrk que le dosage isotopique par spectrographie de masse Ctait plus precis sur la D.N.P. que sur la cetone. La D.N.P. du produit 7 (F : 130°C) a donne les rksultats suivants :

do: 0.70”,, d , : 5,58%, d,: 93,73%.

Pour bien verifier la position endo des atomes de deuterium en position $6 nous avons t tudit les spectres R.M.N. du norcamphre et du produit 7 en presence de Eu (fod), dans CCI,. En prenant 40 mg de cttone et 50 mg de Eu(fod), dans 0,4 ml de CCI, le nor- camphre normal prksente le spectre suivant : massifa 6 = 4,95 (Hi tertiaire), massifa 6 = 4,63 (H3 exo et H, cwdo), massifa 6 = 3,45 (H, tertiaire), massifa 6 = 2,86 ( H J F + H5,h endo), et a 6 = 2,40 ( H J a + Hs,6 exo). Etant les plus eloignis de I’atome d’oxygene ces trois protons sortent comme on pouvait le prCvoir, au champ le plus &lev&. Dans le spectre du produit 7, obtenu dans les m&mes conditions, le massif s i t d a 6 = 2,86 ne correspond plus d’apres I’integration qu’a un proton seulement, les autres pics restant inchanges. II n’y a donc pas d’ambiguite sur la position des deuteriums dans la mole- cule. Apres sublimation de 7 la purete a etk controlec par C.P.V. ( > 99 7;).

2. Norcumphre d I -3 exo

I I a ete montre que les protons rxo et endo du norcamphre, en SL de la fonction cetone, s’echangeaient a des vitesscs tres differentes5. Nous avons utilisk cette propriett pour effectuer une deutkriation selective du norcamphre. Dapres les resultats de Roquc>.s5 nous a w n s pu determiner des conditions optimales d’tchange en milieu acide. Nous avons optre dans les conditions suivantes : 6,6 g de norcamphre additionnks a un melange contenant 60 ml de DBr/D,O 2N et 60 ml de dioxanne sont hisses a 40°C pendant 7 jours. Le produit est extrait au pentane; la couche organique est sechee puis t vapork a sec. La sublimation du produit brut conduit a 4,4 g de norcamphre d , - 3 exo. Rendement 66‘%,,. L’ktude du spectre de masse de la D.N.P. (F: 130°C) donne:

do: 4,06$/,, L’attribution de la position du deuterium a &te faite par I’Ctude du spectre R.M.N. en presence de reactifs de deplacement chimique. La meilleure separation des deux protons en 3 a pu &tre realisee en utilisant les conditions suivantes : norcamphre 40 mg, Eu(dpm), 60 mg et 0,4 ml de CCI,. Dans ces conditions le norcamphre normal presente un massif correspondant a un proton a 6 = 6.25 (H ~ m d o ) et un massif correspondant a un proton a 6 = 6.40 (H, cxo). Le

d , : 95,92%, d,: 0,02:‘!.

P. G m e s t e , G. Lumuty et J . P. Royue, Tetrahedron 27, 5561 ( 197 I). N . A . Lehel et P . D. Beirnr, J. Amer. Chem. Soc. 85, 3 I99 (1963). G. Zweifel et H . C. Brown, Org. React.. Vol. 13, p. 31. W. C. Buird, B. Frunzus et J . H . Surridgc,, J. Org. Chem. 34, 2944 ( 1969). B. Frunzus, W. C. Buird et J . H . Surridgc,, J. Org. Chcm. 33. 1288 (1 968). D. R . Arnold, D. J . Trrckrr et E . B. Whipplc, J. Amer. Chcm. Soc. 87, 2596 (1965). R . G. Weiss et E . 1. Snyder, J. Org. Chem. 35, 1627 (1970). J . K . S t i l k , F . M . Sonnenherg et T. H . K i n s f k , J. Amer. Chem. SOC. 88, 4922 (1 966). H . C . Brown et J . H . Kuwukumi, J. Amer. Chem. Soc. 92. 201 ( 1970).

I

19

2 o H . C . Brown, J. Org. Chem. 36, 387 (1971).

264 P. C. Traas et al. 1 Peroxidation and bromination of thujopsene

spectre du norcamphre d, -3 exo pris dans les m&mes conditions ne presente pas de massif A 6 = 6,40. Apres sublimation de la cetone, la pureti: a ttk contrdee par C.P.V. ( > 99 %).

3. Norcamphre d,-3 endo

Ce produit a t t t obtenu par dedeuteriation selective du norcamphre d,-3,3. Ce dernier a etC synthetisk par des echanges successifs dans D,O - dioxanne selon la methode de Lown”. D’apres les constantes de vitesses de dedeuteriation en milieu basique du norcamphre d,-3.3’ nous avons choisi les conditions experimentales suivantes : 4 g de norcamphre d,-3,3 sont places dans une solution de soude 0,2 N dans eau-dioxanne 50/50 pendant 1 h 40 mn a 25°C. Le melange reactionnel est extrait au pentane. La phase organique est sechke, concentrke. La sublimation conduit a 2,2 g de norcamphre dI-3-endo soit un rendement de 55%. La purete a ete contrBlte par C.P.V. (> 99 %). L’ktude du spectre de masse de la D.N.P. (F: 129”5) a montrk que le produit contient:

d o : 6,160,/,, d , : 82,10%, d,: 11,72%.

L’ktude R.M.N. effectuee en presence de Eu(dpm), dans les m&mes conditions que prtcCdemment montre la disparition presque totale d’un massif equivalent a 1 proton mais cette fois celui situt 6,25 6 correspondant au proton endo.

B. Methodes cinCtiques

1 . Etude cinttique de la dtcomposition des combinaisons bisulfitiques

Nous avons utilise les methodes prtcedemment decrites’,. La decomposition des combinaisons bisulftiques a Cte effectuee a 25,OO f 0.02”C dans I’eau a pH = 4,000 (AcOH/AcONa).

2. Cinktiques de riduction des cttones par Pion borohydrure

Les conditions experimentales ont ete celles utiliskes par Genesfez , dans le melange eau-dioxanne SO/SO en volume, 0,05 N en soude. La reaction est suivie a 25,OO f 0,05OC par spectrophotomktrie U.V. a une longueur d’onde (285 mp) pour laquelle seule la cetone de depart absorbe. On prepare une solution de cetone environ 0,05 M dans le solvant eau-dioxanne 50/50 (solution A) et une solution de BH,Na 0,7 M dans le m&me solvant (solution B). Cette derniere solution est soigneusement degazte. Les cinetiques sont effectutes en plaCant dans le cuve de reference 1 ml de la solution B et 1 ml de melange eau-dioxanne 50/50, et dans la cuve de mesure 1 ml de solution B et 1 ml de solution A. Les concentrations cinetiques deviennent alors :

[BH,], = 0,35 M [\C=O], = 0,025 M /

Nous sommes places dans des conditions ou la reaction est d’ordre apparent 1. Le temps zero est pris a I’introduction de la cetone dans la cuve de mesure.

C. Calculs

Le lissage des courbes a CtC effectut par la methode des moindres carres. L‘ensemble des calculs a Cte realist sur I’ordinateur I.B.M. 360-40 de 1’U.S.T.L.

” J . W. Lown, Can. J. Chem. 43, 3294 (1965). 2 2 P . Geneste, These de Doctorat es-Sciences, Montpellier, 1967.

P. Geneste et G. Lamaty, Bull. SOC. Chim. 669 (1968).

Introduction

Peroxidation and bromination of thujopsene

P. C. Traas, L. M. van der Linde and H. J. Takken

Naarden International Research Department, Naarden, The Netherlands (Received March 8th, I974 I

Abstract. We have confirmed that treatment of thujopsene (1) with peracetic acid and m-chloro- perbenzoic acid occurs exclusively from the side (/I) towards the cyclopropane ring in the molecule, while osmium tetroxide reacts from the a- as well as from the P-side. It was found that reaction of the unisolated intermediate epoxide 2 with acetic acid and m-chlorobenzoic acid yields, besides the thujopsanones (4) and (5), 2~-hydroxy-3~-acetoxythujopsane (7) and 2fi-(m-chloro- benzoyloxy)-3fl-hydroxy thujopsane (3), respectively, and not 2a-acetoxy-3~-hydroxythujopsane (1 1) and 2a-(rn-chlorobenzoyloxy)-3~-hydroxythujopsane (10) in contrast with what was previously reported by other authors. Reaction of thujopsene with hypobromous acid and bromine yields, in both cases, 3-bromothujopsene (21).

The chemistry of the unsaturated tricyclic sesquiterpene thujopsene has evoked a great deal of interest because of its ubiquity in nature and the presence of a reactive vinylcyclo- propane function. Much attention has been given to reactions of the double bond and their regio- and stereo-selectivity. In the present paper we describe the peroxidation with peracetic and m-chloroperbenzoic acid, the fission products of the primarily formed unstable epoxide and the isolation of a keto acid 6 as a new by-product in this peroxidation reaction. Similar reactions have recently been studied by Acharya and Brown’ and Ohlofl’ with essentially different conclusions regarding the regio- and stereo-chemistry.

Because of the analogy of the protonated epoxide with a bromonium ion the addition of hypobromous acid and of bromine to thujopsene was also studied.

A. Stereochemistry of reaction products from thujopsene and peracetic acid

When thujopsene is treated with peracetic acid in methylene chloride the epimeric thujopsanones 4 and 5 (in a ratio of

S. P . Acharya and H . C. Brown, J. Org. Chem. 35, 3874 (1970). * G. Ohloff; H . Strickler, B. Wilhalm, G. Borer and M . Hinder,

Helv. Chim. Acta. 53, 623 (1970).