I Bull. SOC. Chim. Belg., 57, pp. 24-31, 1948 I

Sur quelques dhrivb acylm6thyl6niques de bases h6thocycliques

Par

A. VAN DORMAEL et Th. GHYS

R~~suME. - Apres avoir donne un apercu des diverses mBthodes de preparation des dkrivhs acylm6thylCniques de bases hhterocycliques, les auteurs dhcrivent une nouvelle synthese de ces chtones par l’action d’es- ters acylpyruviques sur les sels cycloammoniques porteurs d’un groupe- ment thio-alcoyle rkactionnel.

L’action des acides acylpyruviques libres sur ces memes sels a Bga- lement BtB BtudiCe.

Les d6riv6s 2-acylm6thyl6niques de bases hdtdrocycliques azotkes, tel que le 2-acBtylm6thyl&ne-3-Bthyle-dihydrobenzo- thiazol (I) , constituent des produits intermediaires intdressants de la synthhse des carbocyanines assymdtriques, qui ont une grande valeur comme sensibilisateurs optiques d’emulsions photographiques.

Ces produits r6agissent en effet ais6ment avec un sel cyclo- ammonique porteur d’un groupement mdthyle actif :

D I ~ I V ~ S A C Y L M I ~ F I Y L ~ N I Q U E S 25

Le premier reprbsentant de ces d6riv6s acylm6thyl6niques semble 6tre la 2-benzoylm6thylhne-N-6thyle-dihydroquinol6ine, obtenue par Vongerichten et Rotta (’) par l’action du chlorure de benzoyle sur l’iodo6thylate de quinaldine d’aprhs le procede Schotten-Baumann.

Ce n’est qu’en 1935 que Kodak (’) a dCcrit toute une s6rie de d6riv6s acylm6thyl6niques obtenus par l’action, en milieu pyridique, de chlorures acides sur les sels cycloammoniques B groupement methyle actif.

Depuis lors, les laboratoires de recherches des autres firmes photographiques importantes ont mis au point de nouveaux procedes de preparation de ces produits intermbdiaires.

En 1936, 1’1. G. a brevet6 (3) l’action des chlorures acides sur les bases mkthyleniques, obtenues par l’action des alcalis sur les sels cycloammoniques a m6thyle actif. Cette firme signale plus tard (‘) l’action des cPt&nes sur ces bases m6thy- kniques, r6action conduisant aux m&mes d6rivBs acylm6thyl6- niques.

Plus recemment, Levkoev et Svechnikov (’) ont obtenu les d6riv6s acylmethyl6niques, cat6 de carbocyanines sym6- triques, par I’action, en milieu pyridique, des ortho-esters sur les sels cycloammoniques i groupement m6thyle actif; tandis que Ilford (’) arrive aux m6mes d6riv6s par l’action de certains esters b&ta-c6toniques, tel yue l’ac6tylo-ac6tate d’dthyle, sur les m6mes produits de depart.

En 1940, Kodak (‘) d6crit une nouvelle synthhse, par hydrolyse acide des d6rivCs diocylmCthyl6niques, tel que le produit IV (R = R’ = -CO-CH,), obtenus par l’action de b&ta-didtones sur les sels cycloammoniques ?i groupement thio- alcoyle actif (111 : A = -SCH,; X ’= anion).

Auparavant, cette m&me firme avait signal6 (’) une r6ac- tion analogue avec un diester-malonique menant au d6riv6 dicarbalcoxymbthylenique correspondant (IV : R = R’ = -COOC,H,) dont l’hydrolyse acide conduisait au sels cyclo- ammonique ?i groupement m6thyle (111 : A = -CH,; X =

( l ) Ber . , 44 (1911), 1419. (z) KODAK : B. F. 808.598 (prior. USA. 5-7-1935 e l 10-7-1905) (9 I. G . : B. F. 829.442 (prior. D. R. 20-11-1936). (4) I. G. : DRP. 729.849 (prior. D. R. 1-7-1941). ( 5 ) URSS. Pat. 66.870 (prior. URSS. 10-10-1943). ( 6 ) Ilford : B. P. 577.259 (prior. E. 12-5-1944). (’) Kodak : B. F. 898.698 (prior. USA. 8-11-1940). (”) Kodak : B. F. 889.285 (prior. USA. 21-8-1940).

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anion). Le rdsultat, obtenu lors de cette hydrolyse, Ctait Bga- lement fort intdressant, puisqu’elle permettait la transforma- tion d’un sel cycloammonique porteur d’un groupement mCthyle-mercapto, en sel correspondant h groupement mBthyle.

S \ S R / \ / c=c

(111) (W Nous avons signal6 r6cemment l’action d’esters acylac6-

Ziques (’) , d’anilides acylacdtiques ( l o ) , d’esters cyanac6ti- ques ( Io ) ou d’esters-anilides-maloniques ( lo) sur des sels cycloammoniques h fonction m&hyle-mercapto, conduisant respectivement aux d6rivCs IV, oh

R’ = -COOC,H, R’ = -CO--NH-C,H, R’ = - CN R = -CO-CH, R = -CO-CH, R =--COOC,H,

R =-COOC,H, R’ = -CO-NH-C,H,

L’hydrolyse acide de ces derives m6thylBniques disubstitubs a fourni les sels cycloammoniques correspondants h groupe- ment mbthyle (111 : A = -CH,; X = anion).

Une hydrolyse en des conditions plus delicates, du derive ac6tyle-carbdthoxy (IV : R = -CO-CH,; R‘ = COOC,H,) a conduit h un resultat assez surprenant, en nous donnant un derive carb6thoxymBthylCnique (IV : R = -H; R’ = -COOC,H,) . Ce dernier derive Btait, en effet, identique h celui fourni par l’action des alcalis sur le dim6thylsulfate de benzo- thiazolyl-2-ac6tate d’6thyle (111 : A = -CH,COOC,H,; X = - SO,CH,) , obtenu par quaternation du benzothiazolyl-2-ac6- tate d’6thyle (”) .

Dans un autre brevet enfin ( I * ) , nous avons d6crit la r6ac- tion, sur les sels cycloammoniques h fonction thio-alcoyle, des acides acylac6tiques libres.

(*) Gevaert : B. B. 463.365 (prior. Belg. 27-2-1946). ( lo) Gevaert : dem. B. B. 30.717 (prior. Belg. 2-12-1947). (”) Gevaert : dem. B. P. 8961/47 (prior. E. 2-4-1947). (Iz) Gevaert : B. B. 461.648 (prior. Belg. 6-12-1946).

D ~ R I V B S ACYLM~TTHYL~NIQUES 27

Dans ce cas nous avons obtenu, en un seul stade, et avec de bons rendements, les ddrivks acylmdthylkniques (IV : R = -H; R’ = -CO-CH,) .

Ce rksultat etait Cgalement quelque peu surprenant, si on se rappelle la grande instabilitd des acides acyl-acktiques. Dans le cas prdsent, la ddcarboxylation n’a eu lieu qu’aprbs conden- sation du groupement mdthylhique avec la fonction thio- alcoyle.

Dans le present travail nous decrivons l’action d’esters acylpyruviques sur les sels cycloammoniques h groupement alcoyl-mercapto; elle nous a conduits directement aux ddrivds acylmdthylkniques IV ( R = acyle; R’ = H) ; nous dkcrivons dgalement la reaction avec les acides acylpyruviques libres. Celle-ci btait moins nette, et comme premier rksultat nous pou- vons signaler, dans le cns de l’acide acktylpyruvique, l’obten- tion avec de faibles rendements, de la 3-mkthyle-benzothiazo- lone-2.

La genkse de ce dernier produit peut s’expliquer, ou bien par hydrolyse du dCrivk acdtylpyruvique-mdthylknique inter- mkdiaire (IV : R = -CO-CH,; R’ = -CO-COOH) , ou bien par formation directe aux dkpens d u sel cycloammonique h fonction thio-alcoyle.

En effet, nous avons rdussi la synthhse de la benzothiazo- lone, en traitant le dimkthylsulfate de 2-mdthyle-mercapto- benzothiazol par la trikthylamine en milieu alcoolique. Nous rappelons que Ilford (I3) signale l’obtention d’une 3-alcoyle- benzothiazol-thione-2 par l’action de la pyridine sur un sel quaternaire du 2-m~thy1e-mercapto-benzothiazo1, tandis que Sexton ( I “ ) ddcrit la synthbse d’une 3-alcoyle-benzothiazolone-2 par l’action de la soude caustique en solution aqueuse sur ce mbme sel.

L’identification des dkrivds acylmkthylkniques obtenus dans ce travail a 6td: faite par comparaison avec 16s dkrivds de structure identique obtenus par l’action des chlorures acides sur les sels cycloammoniques correspondants h fonction me- thyle actif (’) . L’identification de la 3-mbthyle-benzothiazo- lone-2 obtenue, a 6th faite par comparaison avec un dchantillon prdparC par oxydation, au moyenu d’eau oxygknCe en milieu alcalin, de l’iodo-mdthylate de benzothiazol, d’aprBs les indi- cations de Mills, Clark et Aeschlimann (15), ainsi que par

(I3) Ilford : R. P. 475.647 (prior. E. 20-5-1936 et 19-5-1937). (14) SEXTON, SOC. (1939), 470. (I5) SOC., 123 (1923’1, 2358.

28 A . VAN DORMAEL ET TH. GHYS

transformation en thione correspondante ( I e ) , suivie de qua- ternation en dim6thylsulfate de 2-mCthyle-mercapto-benzo- thiazol.

Ce travail a 6t6 ex6cutC sous la direction de M. le professeur P. Bruylants, directeur du Service de recherche de la S. A. Photo-Produits Gevaert, ?i qui nous adressons ici notre respec- tueuse gratitude.

Les micro-analyses ont 616 effectufes sous la direction d u D’ L. Moelants, que nous remercions ici sincbrement.

PARTIE EXPgRIMENTALE

1” 2-Ac6tylm6thyl~ne-3-m6thyle-dihydrobenzothiazol (IV : R = H; R’ = -CO<H,)

L’acetylo-pyruvate d’ethyle a 6t6 prCparC d’apres les indications d e Marvel et Dreger (I7).

2 g (1,25 mole) de ce derive (Eb. 130-132O ROUS 37 mm) sont m6- langes & 3 g (1 mole) de dimethylsulfate de 2-mt!thyle-mercaptobenzo- thiazol, et chauff6s 21 reflux en pr6scnce dc 15 em3 d’alcool et dc 1,4 cm’ (1 mole) de triethylamine, durant trente minutes. On ajoute ensuite 21 la solution refroidie 100 em3 d’eau glacee. Le d6riv6 acftylm6thylhique, pr6cipit6, est rssore : Fus. 150-153O. Le rcndement atteint 1,9 g, soit 95 %. AprPs cristallisation de la pCtroleine, le rendement est encore de 70 % et le point de fusion monte 21 158-159O.

Un point de fusion mixte avec le derive acCtylmCthyl6nique obtenu d’aprbs le procCd6 de Kodak (”) par l’action du chlorure d’achtyle sur le dimethylsulfate de 2-m6thyle-benzothiaxol, en milieu pyridique, ne donne pas de d6pression.

Analyse : Trouv6 6,81 et 6,90 % N2 (Dumas). Calcul6 pour C,,H,,ONS : 6,82 % N2.

2 O 2-Propionylmithyline-3-mithyle-dihydrobenzothiazol (IV : R = H; R’ = <O-C,H,)

‘Le propionyl-pyruvate d’Cthyle a CtC obtenu en suivant les indica- tions de Diels, Sielisch et Muller ( I 8 ) .

3,6 g (1,25 mole) de cet ester (Eb. 124-125” sous 12 mm) sont m6- langes A une solution de 4,6 g (1 mole) de dim6thylsulfate de 2-m6thyle- mercapto-benzothiazol dans 20 cm3 d’alcool, et chauffes 21 reflux durant trente minutes en presence de 2’1’ ems (1 mole) de trikthylamine.

A la masse refroidie on ajoute 200 cm3 d’eau glade. Le derive pro- pionyl-mCthylCnique est essor6 : Fus. 103-104O.

Le rendement est de 1,7 g, soit 52 %. Un point de fusion mixte avec le derive propionylm6thy16niquer

( l a ) HASAN et HUNTER, SOC. (1936), 1672. (”) Org. Synth., 6, 40. ( l a ) Ber., 39 (1906), 1333.

D ~ I V ~ S ACYLMETRYLBNIQUW, 29 obtenu par l’action du chlorure de propionyle sur le diin6thylsulfate de 2-m~thyle-benzothiazol, en milieu pyridique (*) ne donne pas de d6- pression.

3 O 2-Benzoylmt%hyl~ne-3-mithyledihydrobenzothiazol (IV R 1 H; R’ = 4 0 - C , H , )

Le benzoylpyruvate d’bthyle a 6th obtenu d’aprbs le procede decrit par Beyer et Claisen (”).

2,9 g (1,25 mole) de cet ester (Fus. 4 1 O ) sont melanges B une solu- tion de 3 g (1 mole) de dim6thylsulfate de 2-mbthyle-mercapto-benzo- thiazol dans 20 cm3 d’alcool, et chauffes A reflux, en presence de 1,4 cm3 (1 mole) de tri&hylamine, durant trente minutes. De la masse refroidie on prbcipite le derive benzoylni6thylhique A l’eau glade : Fus. 164-167O. Le rendement est de 2,6 g, soit 96,5 %. Aprhs une cristallisation de la phtroleine, le point de fusioii monte A 174-176O et le rendemelit est de 1,2 g (soit 44,5 %).

Nous donnons encore ci-aprhs la preparation de ce derive benzoylb, d’aprhs le proc6dE Kodak c 2 ) , sa syiithhse n’6tant pas dCcrite dans le brevet en question :

14 g de dimethylsulfate de 2-nibthyle-benzothiazol sont dissous dans 50 cmS de pyridine. Le melange est refroidi A -5O et trait6 A cette tem- perature goutte A goutte par 6,6 cm3 de chlorure de benzoyle. On laisse reposer la masse de reaction durant trenle minutes dans la glace fon- dante, ensuite durant trente minutes A 18O et finalement on la chauffe durant trente minutes B 1000, au bain d’huile.

La masse refroidie est versee ensuite sous bonne agitation dans 250 cms d’eau glade. Le derive benzoylt! cristallise rapidement. Le pr6- cipit6 est essore, lave A l’eau glacee et s6ch8. On l’extrait ensuite a la petroleine bouillante, et le cristallise de ce solvant : le rendement est de 273 %. Fus. 174-170”.

Un point de fusion mixte avec le derive benzoylC prepare aux depens du benzoyl-pyruvate d’bthyle ric donne pas de depression.

4. 2-Ac6tylm6thyl~ne-l-rn6thyle-dihydroquinol6ine

3 g (1 mole) de dim6thylsulfate de 2-mbthyle-mercapto-quinol6ine et 2 g (1,25 mole) d’acetylo-pyruvale d’bthyle sont chauffes durant quarante minutes A reflux, dans 40 cms d’alcool en presence de 1,4 cm3 de triethylamine. La solution refroidie est versee dans 200 cm3 d’eau glade, sous bonne agitation. Le derive ac6tylmCthylCnique prBcipit6 est essore et cristallisb de la petrolkine.

Le rendcmrnt n’est que de 5 %. Fus. 108-11lo. A tilre d’identification nous avons comparE ce produit A celui obtenu

par notrc mfthodc ?I l’acide acetylo-acCtique ( la) : 3 g (1 mole) de dimethylsulfate de 2-m6thyle-mercapto-quinoleine

sont melanges A 3 , l g (3 moles) d’acide ac6tylo-acCtique dans 10 cm3 d’alcool en presence de 1,5 cm3 de triethylamine, et chauffCs doucement A reflux a u bain d’eau durant dix minutes. La solution est ensuite versee dans 250 cm3 d’eau glade. Le pr6cipit8, essor6, est cristallisb de la petrolkine. Le rendement n’atteint que 8 %. Fus. : 110-1120.

(I9) Ber . , 20 (18871, 2181.

30 A . VAN DORMAEL ET TE. GEYS

Le point de fusion de ce produit en melange avec celui obtenu aux depens de 1 ’acdtylo-pyruvate n’est pas abaiss6.

* * * La condensation de I’acCtylo-pyruvale d’Cthyle avec d’autres sels

cycloammoniques, tel que le 2-m&hyle-mercapto-benzoxazol et benzo- selCnazo1 quatern&, est encore A 1’Ctude.

5” Action de l’acide propionylpyruvique sur un sel quaternaire du 2-mhthyle-mercapto-beneothiazol ; obtention de la N-mhthyle-benzo- thiazolone-2.

L’acide propionylpyruvique a 6td obtenu en suivant le mode ope- ratoire donne par Diels, Sielisch et Miiller (”).

1 g (2 moles) de cet acide est rhauffd durant trente minutes avec 1,4 g (1 mole) de dimdthylsulfate de 2-m6thyle-mercapto-benzothiazoI dans 20 cms d’alcool en presence de 0,5 cms (1 mole) de triethylamine. En prdcipitant la solution alcoolique refroidie par 200 cms d’eau glacde, on obtient un precipite de cristaux incolores : 0,5 g. Fus. 71-72O.

Ce produit, &ant identique ii celui isole dans la reaction suivante, ne pouvait &re un derive propionylmethylhique.

6 O Action de l’acide achtylpyruvique et obtention de la m8me benzo- thiacolone-2

L’acide acetylpyruvique a B t B prepare d’aprhs les donnees de Mumm et Bergell (‘O).

4,2 g (2 moles) de cet acide (Fus. 98-990) sont chauff6s A reflux durant trente minutes avec 4,8 g (1 mole) .de dimethylsulfate de 2-mCthyle-mercapto-benzothiazol dans 60 cms d’alcool, en prksence de 2,2 cms (1 mole) de triethylamine. En precipitant la solution alcoolique par 260 cms d’eau glade, on isole 1,8 g de produit fondant

Un point de fusion mixte avec le produit fus. 71-720 de la conden- sation prhckdente ne donna pas de depression.

L’analyse de ce produit donna les resultats suivants :

68-700.

C : 60,32 %; H : 4,61 %; S : 18,76 %; N : 7337 % qui correspondaient relativement bien avec ceux calcules pour la N- methyle-benzothiazolone-2 : C,H,ONS :

C :.68,18 %; B : 4,24 %; S : 1 9 3 %; N : 8,47 % et pour laquelle on troqve dans la litteratme (l6) le point de fusion de

Afin de dkterminer avec certitude l’identitd entre ces deux produits,

a) Transformation de notre produit de reaction en dim6thylsulfate

0,2 g du produit Fus. 71-720, obtenu lors de la condensation de l’acide propionylpyruvique, sont chauffes avec 0,2 g de pentasulfure de phosphore durant cinq heures ?I 1300. Une extraction ?I la pCtrol6ine

75-76O.

nous avons effectue les deux verifications suivanks :

de 2-mdthyle-mercapto-benzothiazol :

Ber. , 45 (1912), 3044.

D B R I V ~ S ACYLMETHILBNIQUES 31 de la masse de reaction fournit une huile (N-m6thyle-benzothiazol- thiorie-2) qui, chauffee durant quelques minutes avec du dimCthylsulfate au bain d’eau, donne un sel quaternaire presentant les reactions de coloration specifiques h un groupement thio-alcoyle rbactionnel.

Nous savions, en effet, que le dimbthylsulfate de 2-mbthoxybenzo- thiazol, dont la formation Btait h craindre aux depens de la N-m6thyle- benzothiazolone lors de la quaternation, n’est pas apte A &re condense en colorant cyanine (cf. 21).

b) Comparaison de riotre produit de reaction avec un Cchantillon

A une solution refroidie de 2,5 g d’iodom6thylate de benzothiazoI dans 20 cms d’eau, on ajoute une solution glacee de 12 cm3 d’eau oxygenbe h 3,5 ‘jt, r t de 10 om3 de soude caustique h 10 %. On con- serve le melange entre 0 et 5O durant une heure. On extrait h 1’6ther et distillc le r6sidu h la vapeur d’eau : on obtient ainsi la N-rnethyle- I)enzothiazolone pure : Fus. 74O.

Un point de fusion rnixte avec notre produit Fus. 71-720, obtenu lvrs de la condensation de I’acide propionylpyruvique, ne donna pas de depression : 72-73”.

7” Obtention de la N-mkihyle-benzothiazolone-2 aux d6pens du dimi-

de N-m6thyle-bcnzothiazolone-2 de synthhse ( 16) :

lhylsulfale de 2-mkthyle-mercapto-benzothiazol :

1,5 g de dimethylsulfate de 2-m6thyle-mercapto-benzothiazol sont chauffks h reflux durant trente minutes dans 2,5 cms d’alcool, en pr6- sence de 0,7 cm3 de triethylamine. La solution refroidie, prbcipitbe par l’eau glade, donne 400 mg de produit cristallin : Fus. 71-73, et qui ne donne pas de dbpression de point de fusion en melange avec la N-m6thyle-benzothiazolone-2 dr synthhse : Fus. 72-73”.

Laboratoires de recherche chimique de la S . A . Photo-Produits Gevaert

Mortsel-2ez-Anvers.

Communiqut ct la SociCtd chimique de Belgipue , Ze 3 uaril 1948.

(”) BEILENSON et HAMER, Soc. (1939), 147.