Bull. SOC. Chim. Belg. vo1.8b/no12/1977

S Y N T H E S E E T I S O M E R I E D E T H I O M E T H Y L P Y R A Z O L E S . A . M A Q U E S T I A U , Y . V A N H A V E R B E K E e t J . - C . V A N O V E R V E L T

S e r v i c e de Chirnie Organique , F a c u l t 6 d e s S c i e n c e s , U n i v e r s i t S de I ' E t a t , Mons - B e l g i q u e .

( Received 8/11/77 - Accepted 1 6 / 1 2 / 1 1 . )

ABSTRACT.

The shortly performed thermal conversion of 1,2-dimethylpyrazolin-5-thio- nes leads to I-methyl-3-methylthiopyrazoles. The isomerization of these com- pounds into mixtures of 3-methylthio and 5-methylthiopyrazoles is observed af- ter several months at room temperature or more rapidly after prolonged heating. I-methyl-3-methylthio- and 5-methylthiopyrazoles appear thus respectively as the kinetic and thermodynamic products o f the reaction which proceeds at least mainly via an intermolecular mechanism.

The thermal intermolecular conversion of I-phenyl-Z-methylpyrazolin-5- thiones leads exclusively to I-phenyl-5-methylthiopyrazoles as described in the literature.

Les 5-methylthiopyrazoles peuvent ktre preparbs par rearrangement thermi- que des pyrazoline-5-thiones methylees sur 1 'azote en position 2(l).

Lors d'essais de preparation de tels pyrazoles par cette methode, nous o b -

servons les faits decrits ci-apres : les 1 - p h e n y l p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e s (produits 4 1 6 : tableau 1 e t figure 1) conduisent exclusivement aux 1-phenyl-5-methyl- thiopyrazoles 1 O A 1 12.4 quelles que soient la duree e t la temperature d e chauffage. Par contre, les pyrazoline-5-thiones N1-methylees I 1 3 peuvent, se- lon les conditions experimentales, donner divers melanges d e composes 3 - ou 5- thiomethyles (figure 1 ) . Les 3-methylthiopyrazoles apparaissent comme etant les produits cinetiques car ils se forment par chauffage bref ( 30 minutes ) d e la pyrazoline-5-thione 1 une temperature a peine superieure a son point de fusion. Les 5-methylthiopyrazoles, au contraire, sont thermodynamiquement plus stables e t sont prepares par chauffage prolong6 du compose d e depart (figure 1). D e m e - me, 1 temperature ambiante, en phase liquide o u en solution chloroformique, les derives 3-methylthiopyrazoles s e transforment. en quelques mois, e n melanges d e 3 - et 5-methylthiopyrazoles (figure 1).

- 961 -

C e s o b s e r v a t i o n s sont s c h e m a t i s e e s a l a f i g u r e 1 c i - a p r e s :

F I G U R E 1. S y n t h e s e et isornerie de rnethylthiopyrazoles.

A u x t a b l e a u x 1 et 2 sont g r o u p e e s les d o n n e e s d e R . M . N . p r o t o n i q u e r e s p e c - t i v e m e n t des p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e s de d e p a r t ( 1 a 6 ) et d e t h i o m e t h y l p y r a z o l e s 7 a I 2 o b t e n u s . L ’ i d e n t i f i c a t i o n d e s d e u x t y p e s d e p y r a z o l e s ( A : 5 - m C t h y l t h i o - ; B : 3 - m 6 t h y l t h i o - ) est r e a l i s e e s u r b a s e de la g r a n d e u r r e l a t i v e d e s c o n s t a n t e s de c o u p l a g e J R ( 2 ’ 3 ) .

3 4 Ainsi. l e 1,5-dim@thyl-3-methylthiopyrazole 7 B s e c a r a c t e r i s e par l e c o u p l a g e a l l y l i q u e J C H d e 0,7 H z a l o r s q u e c h e z s o n isornere, le 1,3-dimethyl-

n e v a u t q u e 0,4 Hz(Tab1eau 2). 5 - m e t h y l t h i o p y r a z o l e 7A,le c o u p l a g e J 3 ( 5 P ( 4 )

C H 3 ( 3) -H (4)

CH3

N !$-,,,, CH3 7 A

,kH 7 B

C H 3 ‘gH5 C H 3 C H 3 C H 3

‘gH5 C H 3 C6H5 C H 3 C H 3

‘gH5 ‘sH5

1

3,85 3,97 3,89

7,30-7,70 7.30-7.60 7,50-7,60

1 T A B L E A U 1. Donnees d e R.M.N. H d e s p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e s 1 a 6. [J(Hz)l. d : d o u b l e t ; q : q u ~ a d r u p l e t .

- 962 -

L'identification des pyrazoles A a egalement ete effectuee par comparaison avec les spectres des 5-m@thylthiopyrazoles purs prepares par action du diazo- methane sur les pyra~ole-5-thiols(~) (voir partie experimentale).

R l

- N "

7 A -

7 B

8 A

8 B

9 A

9 B

OA

I A

2 A -

2 CH3

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

:gH5

'gH5 :gHg

TABLEAU 2.

R?c N\N SCH3

R7=(R4

R4 - H

H

H

H

CH3 CH3

H

CH3 H -

___

R1 3 , 8 2

3,70

3,90

3,81

3,90 3,76

',27-7 ,62

',20-7,70 ' ,30-7,80

R 3 2,22

[0,4(d) I

' ,20-7,50 ',70-7,80

(3H)

( 2 H )

2,16

2,29 0,4(d)l

2.12 7,30-7,80

R 4

. Donnees de R . M . N . 'H des 5-methylthiopyrazoles

B

I SCH3

2 , 3 6

2,42

2 ,40

2,51

2 . 2 4 2,44

2,29

2,28 2 , 3 8

%

30

70

80

2 0

40 60

100

100 100 -

7 A a 1 2 A et de 3-me- thylthiopyrazoles 78 5 9 B . [J(Hz)l d : doublet ; q : quadruplet.

La transformation thermique de la pyrazoline-5-thione deuteriee 1 3 conduit a des melanges dont la composition ( voir partie experimentale ) varie selon la duree du chauffage ( figure 2 ) . La structure des produits obtenus est deduite des constantes de couplage et des deplacements chimiques observes sur les spec- tres de R . M . N . L'obtention dans ces melanges de composes exempts de deuterium demontre que le mecanisme presidant a la conversion thermique des pyrazoline-5- thiones 1 3 est au moins partiellement intermoleculaire. Parmi les 8 pyrazoles que l'on peut, a priori,obtenir par rearrangement thermi- que, quatre seulement sont assez abondants pour pouvoir Otre identifies avec certitude (figure 2).

- 963 -

h 1 / 2 heure

1 6 O O C

CH3 1 4 (Produit preponderant) 1 3

CH3 H CH3 H

A 2 4 heures - 2 o o o c N g S C H 3 0 S C D 3

CH3 I S

CH3 CH3 1 3 7 A

1 6 1 4

FIGURE 2. Derives obtenus par distillation de la 1 , 3 - d i m e t h y l - 2 - t r i d e u t e r i o - m e t h y l p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e 1 3 .

Enfin, en ce qui concerne la transformation par voie thermique des pyrazoline- 5-thiones 4 a 6, substituees sur l'azote en position 1 par un groupe phenyle, i l est clair q u e le mecanisme est intermoleculaire (Figure 3 , A ) . Selon un pro- cessus intramoleculaire, i 1 s e formerait des composes d e type S-phenyles et rien d e tel n'est observe (Figure 3 , B ) .

/ N

% Fig. 3 , B .

a 7+

t - 1

FIGURE 3 . Mecanismes possibles pour la transformation thermique d e l-phenyl-2- methylpyrazoline-5-thiones.

- 964 -

Ce resultat peut s'expliquer par la conjugaison d e la paire d'electrons d e l'azote avec le noyau benzenique rendant la rupture du lien azote-carbone aro- matique plus difficile.

CONCLUSIONS.

Contrairement a ce qui est decrit dans la litterature(l), la transforma- tion thermique des 1,2-dimethylpyrazoline-5-thiones conduit ?i des l-methyl-3- methylthiopyrazoles. Ces derniers s'isomerisent en phase pure o u e n solution pour conduire a des melanges des composes 3-methylthio- e t 5-methylthiopyrazo- les qui apparaissent respectivement comme produits cinetiques et thermodynami- ques de cette reaction d e conversion thermique dont o n prouve qu'elle procede via un mecanisme intermoleculaire. D'autre part, quelles que soient les conditions operatoires, le chauffage des l - p h e n y l - 2 - m e t h y l p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e s conduit exclusivement selon une voie in- termoleculaire aux 1 - p h e n y l - 5 - m e t h y l t h i o p y r a z o l e s ce qui est en accord avec la 1 i tterature( '1.

PART I E EXPERIMENTAL E .

VARIAN XL 1 0 0 - 1 5 . L e s spectres de R.M.N. sont releves dans le CDC13. L e s chimi- ques sont exprimes e n s(ppm) par rapport au T M S utilise comme reference in- terne.

6. Syntheses.

deplacements

- Les pyrazoline-5-thiones I , 2 , 4 a 6 et methylthiopyrazoles I O A a 1 2 A sont la litterature(l), le derive 3

- Les 3-methylthiopyrazoles 7 B a 9 B sont synthetises cornme suit : on chauffe les pyrazoline-5-thiones 1 .3 3 une demi-heure au voisinage d e leur point d e fusion et on distille ensuite.

prepares selon les methodes decrites dans selon T. TANAKA(5).

78 202-206"C/761 mm Hg 8 R 183-184"C/13 mm Hg 9 B 6O-6 l0C/18 mm Hg

- T o u s les 5-methylthiopyrazoles ( 7 A a I 2 A ) peuvent Btre prepares par action d'un exces de diazomethane sur les pyrazoline-5-thiones tautomerisables correspond ante^(^) en suspension dans 1 'ether. L e s points d'ebullition des liquides obtenus n'ont pas ete determines.

- La pyrazoline-5-thione deuteriee 2 3 est obtenue par action du C D 3 1 12 heu- res e n tube scelle a lOO"C, sur le 1,3-dimethyl-5-chloropyrazole (6) suivi d'un traitement par le NaSH(l) du derive 2 0 ainsi obtenu.

1 3 F. : 144-145"C(EtOH) M+' : 145 u.m.a. 2 0 F. : 258-259"C(EtOH) M" : 2 7 5 u.m.a.

- Les pyrazoles 14 ?i 1 6 , obtenus lors du chauffage de 1 3 , n'ont pas ete iso- 16s des melanges reactionnels.

- 965 -

- L e s e x p e r i e n c e s d e c h a u f f a g e de l a p y r a z o l i n e - 5 - t h i o n e 1 3 s o n t r e s u m e e s c i - d e s s o u s : - C h a u f f a g e une d e m i - h e u r e a u b a i n m e t a l l i q u e ( T o b a i n : 1 6 0 ° C ) .

- C h a u f f a g e 24 h e u r e s ( T o b a i n : 1 9 0 - 2 0 0 ° C ) s u i v i d ' u n e d i s t i l l a t i o n . D i s t i l l a t i o n d u m e l a n g e : 1 0 2 - 1 0 6 " C / 1 6 m m Hg ( 9 3 % 1 4 ) .

Deux f r a c t i o n s : - 9 4 - 9 8 " C / 2 4 mm Hg [ C o m p o s i t i o n : 7.4 ( 6 2 % ) ; 1 4 ( 1 0 % ) ; 1 5 ( 2 3 % ) ; 1 6 ( 5 % ) . 1

-130-133°C/24mmHg [ C o m p o s i t i o n : 1 4 ( 7 8 % ) ; 1 6 ( 2 0 % ) ;

2 % d ' a u t r e s composes n o n i d e n t i - f i a b l e s d e m a n i e r e n o n a m b i g u e ) . ]

- L e t a b l e a u 3 c i - d e s s o u s r e p r e n d l e s d o n n e e s d e R . M . N . d e s composes 1 3

1 6 en s o l u t i o n d a n s l e CDC13.

N O hN1-CH3 & C H 3 ( 3 ) h H ( 4 )

1 3 3,82 2 , l O 6,OO

1 4 5,94

1 5 3 ,76 2 , 2 1 6 ,02

1 6 - 5.94

t 0 , 7 ( d ) 1 t 0 , 7 ( q ) 1

[ 0 , 7 ( q ) I

[ 0 , 4 ( d ) I [ 0 , 4 ( q ) l

[ 0 * 7 ( q ) l

B IBL I O G R A P H I E .

1. R . H . WILEY, P . WILEY, P y r a z o l o n e s , P y r a z o l i d o n e s and D e r i v a t i v e s ; I n t e r -

2 . A . R . K A T R I T Z K Y , F . W . M A I N E , S . GOLDING. T e t r a h e d r o n , 25, 1693 ( 1 9 6 5 ) .

3 . J . D . ALBRIGHT, L . GOLDMAN, J . O r g . Chem., 2, 2 7 3 ( 1 9 6 6 ) . 4 . A . M A Q U E S T I A U , Y . V A N H A V E R B E K E , J.C. VANOVERVELT ( A r t i c l e p r e c e d e n t ) . 5 . T . TANAKA, Yakugaku Z a s s h i , 91, 3 1 1 ( 1 9 7 1 ) .

6 . K . V . A U W E R S , F. N I E M E Y E R , J . P r a k . Chem., 110, 189 ( 1 9 2 5 ) .

s c i e n c e P u b l i s h e r s , J o h n W i l e y ( 1 9 6 4 ) .

- 966 -