Tetrahedron Lettera IIo. 28, pp 2397 - 2400, 1974. Pergamoxl Rwes. Printed in Great Britain.

REGIOSELECTIVITE DANS LA REDUCTION PAR LES HYDRURES : CYCLOPENTENONE - CYCLOHEXENONE

J. DURANDx, NGUYEN TRONG ANHxX et J. HUET x+

( ) w Departement de Chimie Organique, Laboratoire de Chimie Organique IV, E. S. C. I. L. , 43, Boulevard du I1 Novembre 1918, 69621 Villeurbanne (France).

(xx) Laboratoire de Chimie Thkorique (490), Universite de Paris-Sud, Centre d’Orsay,

91405 Orsay (France).

(Received in Fwcr 22 *y 1974; received in UJK for pUbli~tiO*29 &Y 1974)

La rCgiosklectivit6 observee au tours de l’addition de reactifs nucl&ophiles sur des

klectrophiles ambidents comme les a enones s’explique d’une maniere simple a partir du

prjncjpe de PEARSON (1) : les reactifs mous s’additionnent de prCf&rence sur le carbone C4

de l’kone, tandis que les reactifs durs s’additionnent sur le carbone C, (2), (3), (4).

4//3\2//01 8 1. 2

Si l’on fait r6agir l’hydrure de lithium et d’aluminium sur la cyclohexknone 1 et sur

la cyclopentknone 2, on observe dans le premier cas une addition l-2 (5) presque exclusive

et dans le second cas l’addition 1-4 est majoritaire (6). Des rksultats analogues ont et6

obtenus sur des cyclohexenones et cyclopentknones substituees (7).

Dans le premier cas la rhaction serait sous contr8le de charges et dans le second

sous contrsle frontalier. De nombreux rksultats de la littkrature s’expliquent de cette

maniere a condition de s’assurer que le produit de la r&action est le produit cinktique et

non le produit thermodynamique (3), (4).

CHOIX DU SUBSTRAT

Les hydrures Qtant des nuclkophiles les interactions les plus fortes de ces reactifs

ont lieu avec les plus basses orbitales moleculaires vacantes (BV) du substrat. L’hnergie

de perturbation peut s’kcrire sous une forme simplifiCe (3), (8) :

Ep = kl 9, 9, +

m n C et c sont les coefficients des atomes C

r S R et Cs dans l’orbitale vacante la plus basse de

1’8none d’dnergie Exm et la plus haute occupee du nucldophile d’dnergie Ez .

4 auteur B qui la correspondance doit-gtre adresske.

2397

2398 llo. 28

Pour des attaques sur le carbone 2 et SW le carbone 4 de It&one le deuxi’eme

terme de 1’6nergie de perturbation prend les valeurs :

z 2 rz::: 82] z 2 pc:;_(;*l

La cyclohexknone et la cyclopentenone ont 6th calculCes par la mgthode ab-initio

ST0 3G : la BV de la cyclopentenone a une energie inferieure de 6, 9 kcal. B celle de la

cyclohexenone. Dans le calcul de 1’6nergie d’interaction, lorsque l’on compare les deux

cdtones la variation du dCnominateur est beaucoup plus importante que celle du numkra-

teur et c’est ce terme qui pre’doniine.

Le calcul de l’bnergie d’jnteraction d’un doublet d’6nergie variable avec les deux

atomes C4 de ces c&ones a egalement kt6 fait : on trouve que l’interaction avec le

carbone C 4 de la cyclopentsnone est toujours la plus forte. Par consCquent, si les seuls

facteurs orbitalaires sont seuls en cause il est plus facile de faire l’addition l-4 sur la

cyclopenthnone que sur la CyclohexCnone.

On dojt done s’attendre dans des reductions competitives 1-2, l-4 5 trouver que

l’addition l-4 est favoriske dans un domaine de mollesse des rkactifs plus grand pour la

CyclopentCnone que pour la cyclohexknone. Si la duretk du rkactif augmente on observera

d’abord une addition 1-4 sur les deux &tones, puis une addition 1-2 sur la cyclohexCnone

et une addition l-4 sur la cyclopent&one et enfin pour des rkactifs tres durs l’addition l-2

deviendra prCpondCrante pour chacune des ct &ones.

GHOIX DES HYDRURES

Nous avons choisi comme reducteurs l’hydrure de lithium et d’aluminium et ses

dkrivks obtenus par addition de 3 moles d’alcool ou de thiol 5 une mole de LiA1H4. Les

resultats sont rassembles dans le tableau A.

1”) LiA1H4 et derivks des alcools

Cette comparaison a dkja kt6 faite par l’un d’entre nous (1) : rappelons que MeO-

ktant plus dur que H- le pourcentage d’addition 1-2 doit-gtre plus important avec

LiA1H(OMe)3 qu’avec LiA1H4. De msme tBuO- e’tant plus mou que MeO- le pourcentage

d’addition l-4 doit augmenter lorsque l’on remplace MeOH par tBuOH.

2’) LiAlHq et dkrivbs des thiols

Si l’on utilise des thiols 2 la place des alcools on doit s’attendre 5 obtenir des

rhactjfs beaucoup plus mous et 2 favoriser l’addjtion l-4.

lo. 28 2399

En effet, l’atome de soufre est plus mou que l’atome d’oxyg’ene et le remplacement de

trois groupes R-O- par des groupes R-S- rend la liaison Al-H des hydrures .+

(RS)3AlH_Li

plus covalente par effet symbiotique (9). Un hydrure modifik par trois molkcules de thiol

doit done se comporter comme un rdactif plus mou qu’un hydrure modifid par trois molCcules

d’alcool et dormer par consequent davantage d’addition l-4.

C’est effectivement ce que nous avons observe lorsque l’on remplace le methanol par

le mdthanethiol et l’alcool tert-butylique par le methyl-2 propane-2 thiol. Dans ce dernier

cas la cyclohexknone est un meilleur substrat que la CyclopentCnone pour diffCrencier les

deux hydrures.

Les comparaisons 4 I’intkrieur d’une msme skrie sont e’galement significative.

Comme nous l’avons dkja indique’, remplacer le mkthanol par l’alcool tert-butylique equivaut

h rendre plus mou le reducteur et la m8me conclusion peut Gtre dkduite 2 partir des thiols

correspondants. 11 n’est cependant pas possible d’e’tablir une e’chelle de durete’ des riactifs

en faisant abstraction du substrat. Cette dtude est actuellement poursuivie par la reduction

de cCtones cycliques dans le cadre d’une etude beaucoup plus gkndrale (10).

TABLEAU A

Pourcentage d’addition l-4 dans la reduction des &tones 1. et z(x)

Re’ducteur f LiAIH4 LiAlH4 LiAlH4 LiAlH 4

LiA1H4 ,

Cdtone 1 + 3 MeOH t 3 tBuOH t 3 MeSH t 3 tBuSH - !

L ’ zz(=) 5 I 78 56 95

2 I I

86 (6) 100 (6) 95 100 - k )

(x) Conditions : addition de la c&one dans l’hydrure en solution dans le THF

(0,8 mole/litre) ; t = O’C.

(wy) JOHNSON (5) indique 6% dans l’kther.

lo. 28

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

BIBLIOGRAPHIE

R. G. PEARSON, J. Chem. Ed. , 45, 581, (1968) ; J. SEYDEN PENNE, Bull. Sot. Chim.

France, 3871, (1968).

J. BOTTIN, 0. EISENSTEIN, C. MINOT et NGUYEN TRONG ANH, Tetrahedron Letters,

3015, (1972) ; 0. EISENSTEIN, J. M. LEFOUR, C. MINOT et NGUYEN TRONG ANH,

C. R. Acad. Sci. , (C), 274, 1310, (1972).

B. DESCHAMPS, NGUYEN TRONG ANH et J. SEYDEN PENNE, Tetrahedron Letters,

527, (1973).

J. BERTRAND, N. CABROL, L. GORRICHON-GUIGON et Y. MARONI-BARNAUD,

Tetrahedron Letters, 4683, (1973).

M. R. JOHNSON et B. RICKBORN, J. Org. Chem. , 35, 1041, (1970).

H. C. BROWN et H. M.HESS, J. Org. Chem., 34, 2206, (1969).

J. MALEK et M. CERNY, Synthesis, 218, (1972) ; W. R. JACKSON et A. ZURGUIYAN,

J. Chem. Sot. , 5280, (1965) ; W. L. DILLING et R.A. PLEPYS, J. Org. Chem. , 35, 2971,

(1970) ; P.R. STORY et S. R. FAHRENHOLTZ, J.Amer. Chem. Sot., 87, 1623, (1965) ;

G. CUEILLE et R. JULLIEN, Bull. Sot. Chim. France, 301, (1972).

K. FUKUI, Act. Chem. Res. , 4, 57, (197 1) ; G. KLOPMAN et R. F. HUDSON, Theo. Chim.

Acta. , 8. 165, (1967) ; R. F. HUDSON et G. KLOPMAN, Tetrahedron Letters, 1103,

(1967) ; G. KLOPMAN, J. Amer. Chem. Sot. , (90), 223, (1968) ; G. KLOPMAN, K. TSUDA,

J. B. LOUIS et R. E. DAVIS, Tetrahedron, 2, 4549, (1970) ; F. FILIPPINI et R. F. HUDSON,

Chem. Comm., 522, (1972) ; R. F.HUDSON, Angen. Chem.internal. Edit., 12, 36, (1973).

9) R, G. PEARSON et J. SONGSTAD, J. Amer. Chem. Sot. , 89, 1827, (1967).

10) Y. MARONI-BARNAUD, M. C. ROUX-SCHMITT et J. SEYDEN PENNE, Tetrahedron

Letters., 5 paraitre.