Thèse présentée à la Faculté des sciences de l'Université de Paris
pour obtenir le grade de Docteur de l'Université de Paris

par

M. Martynoff

Relations entre les propriétés chimiques et la "couleur" des méthoxybenzophénone-oximes et de leurs dérivés

soutenue en novembre 1936

devant la commission d'examen :
Perrin, Jean, président
Ramart-Lucas, Dupont, G., examinateurs

INTRODUCTION

On sait l'intérêt qui s'attache depuis longtemps à l'étude des oximes. Un grand nombre de recherches, conduisant a des résultats parfois contradictoires, ont été faites en vue d'élucider les isoméries que présentent ces substances.

D'après Beckmann, l'isomérie des deux benzaldoximes serait une isomérie de compensation : l'un des isomères aurait la structure oxime (I), l'autre la constitution iso-oxime (II).

Selon Hantzsch et Werner, cette isomérie doit être attribuée à un arrangement spatial différent des atomes ou des radicaux liés au groupe > C = N — :

La formule iso-oxime (II) fut, peu à peu, abandonnée faute d'avoir pu être démontrée expérimentalement et la conception stéréochimique de Hantzsch et Werner fut généralement adoptée.

Signalons encore la formule "pseudo-oxime" (III) proposée par Mme Raikowa pour les cas où un seul des isomères prévus par la théorie de Hantzsch et Werner a pu être isolé (il est, d'ailleurs, a remarquer que celle formule laisse également prévoir l'existence de deux stéréo-isomères).

Des recherches plus récentes, effectuées sur les dérivés de substitution des oximes, ont, montré que, dans plusieurs cas, le nombre des isomères qui ont été trouvés est supérieur à celui qui peut être prévu par la théorie stéréochimique et que les propriétés chimiques et spectrales de ces isomères ne s'accordent pas avec celles qui correspondent aux formules de Hantzsch et Werner.

L'identification des différents isomères ainsi que la détermination exacte de leur structure par des méthodes chimiques se trouvent souvent compliquées par des transpositions intramoléculaires, provoquées par les réactifs, ou bien encore par l'absence de propriétés chimiques suffisamment sensibles à de faibles différences dans l'architecture moléculaire.

L'étude de certaines propriétés physiques, et, en particulier, de l'absorption dans l'ultraviolet moyen, a permis dans un très grand nombre de cas de préciser les structures des composés organiques.

On sait, en effet, qu'il existe une relation étroite entre les propriétés optiques des corps organiques et leur structure (mode de liaison des atomes dans la molécule et configuration spatiale).

C'est ainsi, comme je l'exposerai plus loin, que l'étude de l'absorption de certains dérivés des oximes m'a conduit à mettre en évidence que ces substances peuvent subir une transposition intramoléculaire d'une nature spéciale, et qui, à ma connaissance, n'était pas connue.

En ce qui regarde l'étude des spectres d'absorption des oximes, rappelons que Mme Ramard-Lucas, avec Mme Grumez et avec Mme Bruzeau, a mesuré l'absorption d'un grand nombre d'oximes et a établi que ces substances peuvent exister, non seulement sous les deux formes prévues par la théorie de Hantzsch et Werner, mais également sous une autre forme ne possédant pas d'atome de carbone doublement lié, soit avec l'atome d'azote, soit avec un autre atome de carbone.

Les propriétés optiques des oximes de la première catégorie (appelées par Mme Ramart-Lucas «absorbantes») s'accordent avec les formules proposées par Hantzsch et Werner. Pour les oximes de la seconde catégorie (ou oximes «transparentes») la formule iso-oxime ou celle d'un dérivé nitrosé, peuvent convenir l'une et l'autre du point de vue de l'absorption dans l'ultraviolet ; toutefois, d'une part, pour des raisons d'ordre chimique et, d'autre part. étant donné leurs spectres infrarouges, seule la forme iso-oxime a été retenue.

Les mesures d'absorption dans l'infrarouge, effectuées par Mr et M. Freymann ont, en effet, confirmé les travaux de Mme Ramart-Lucas. La présence du groupe — NH — dans les oximes «transparentes» a été observée dans tous les cas étudiés.

En ce qui concerne les dérivés alcoylés des oximes (appelés improprement, éthers par certains auteurs), leur étude optique est, un peu moins avancée.

Mme Ramart-Lucas a constaté avec J. Hoch (expériences inédites) que les dérivés alcoylés des oximes, dans lesquels le radical substituant est fixé sur l'atome d'oxygène du groupe fonctionnel, ont une absorption assez voisine (forme et position des bandes) de celle des oximes dont ils dérivent. L'étude de l'absorption des oximes N-substituées permet de conclure, dans beaucoup de cas, à la présence d'un atome d'azote que l'on considère d'une façon générale comme étant pentavalent. De plus, lorsque le radical alcoyle fixé à l'azote possède un groupe CH2 = ou CH = lié directement à l'azote, on observe des variations d'absorption qui doivent être attribuées à une migration de la double liaison azote

Je citerai, à titre d'exemple, le dérivé N-benzylé de la benzophénone-oxime dont on connaît les deux formes isomères qui peuvent être identifiées par des mesures d'absorption :

O. Lisle Brady, au cours d'une étude sur l'absorption des dérivés alcoylés de certaines oximes, avait depuis longtemps été conduit a envisager dans ces substances la présence d'un atome azote pentavalent.

Il est assez intéressant de noter que, pendant très longtemps, les formules à oxygène pontal furent les seules admises pour la représentation des N-alcoyl-oximes. D'après les travaux plus récents, ces formules ne seraient applicables qu'à quelques cas particuliers, notamment aux dérivés alcoylés des oximes de cétones a-trisubstituées.

Néanmoins, certaines transformations que subissent les dérivés des oximes paraissent impliquer l'apparition intermédiaire de la forme de Beckmann et permettent de préjuger de son existence de façon plus générale.

Dans le présent travail, j'apporte une contribution à l'étude de la constitution et du comportement chimique des. oximes de ce tories diarylées dissymétriques et de leurs dérivés.

J'ai préparé, a l'état aussi pur que possible, les ortho-, méta- et paraméthoxybenzophénone-oximes et leurs dérivés benzylés.

J'ai étudié, par des méthodes chimiques et par des déterminations de spectres d'absorption, la structure et la configuration spatiale des différents isomères, les transformations qu'ils peuvent subir sous l'action de certains réactifs et l'influence qu'exerce, sur leur comportement chimique, un groupe — OCH3 suivant la place qu'il occupe sur l'un des noyaux benzéniques voisins du groupement fonctionnel.

J'ai étudié également les stéréomutations que ces substances sont susceptibles de subir lorsqu'elles sont soumises a l'influence des rayons ultraviolets.

J'ai constaté, en particulier, au cours de mes recherches, que les produits N-substitués, obtenus dans la benzylation des méthoxybenzophénone-oximes, ne sont pas les dérivés N-benzylés normaux mais des produits de transposition qui doivent être considérés comme dérivant de la benzaldoxime.

J'ai pu montrer, en outre, que les réactions d'hydrolyse, utilisées depuis longtemps pour la détermination de la structure des dérivés des oximes, sont, dans certains cas, précédées par des phénomènes de transposition et conduisent à des résultats qui paraissent, a première vue, contradictoires. Ainsi, lorsque l'on fait agir l'acide chlorhydrique aqueux sur la N - (orthométhoxybenzhydryl) - benzaldoxime, on obtient, à côté de la benzaldéhyde, non pas le chlorhydrate de la N-(orthométhoxybenzhydryl)-hydroxylamine, mais le chlorhydrate de l'hydroxylamine non substituée et l'oxyde de l'ortho-méthoxybenzhydryle. La formation de l'hydroxylamine non alcoylée provient du fait que, au cours de l'action de l'acide chlorhydrique sur le dérivé N-substitué initial, celui-ci subit une transposition en dérivé 0-substitué correspondant plus aisément hydrolysable.

Les faits observés peuvent être résumés par le schéma suivant :.

Par conséquent, la formation d'hydroxylamine dans l'hydrolyse d'une alcoyloxime ne permet pas toujours d'affirmer que le produit de départ est un dérivé O-substitué.

Les méthodes d'alcoylation, dont on se sert couramment pour la préparation des dérivés des oximes, aboutissant à un mélange de différents isomères, ne donnent que peu d'indications sur leur constitution. Dans la mesure du possible, afin de fixer avec plus de certitude la structure des produits obtenus par alcoylation des oximes, j'ai réalisé la synthèse de ces corps par une autre méthode.

L'étude de l'absorption a nécessité la préparation des oximes et de leurs dérivés à l'état de très grande pureté.

Lorsque le produit présentait un point de fusion ou un point d'ébullition invariables, on effectuait la première mesure ; on poursuivait ensuite les cristallisations ou les distillations, jusqu'à ce que le spectre ne soit plus modifié.

CONCLUSIONS

Afin d'apporter une contribution à l'étude des propriétés chimiques et spectrales des diarylcétoximes dissymétriques et de leurs dérivés O- et alcoylés, j'ai préparé, à l'état aussi pur que possible, les méthoxybenzophénone-oximes et leurs dérivés benzylés.

Dans la première partie de ce travail, relative a la préparation et à la purification des oximes, j'ai décrit la synthèse d'un certain nombre de ces .substances, effectuée par des méthodes autres que celles qui avaient été utilisées jusqu'ici. Parmi ces synthèses, je citerai celles qui consistent à obtenir les oximes par action de l'hydroxylamine sur les cétimines correspondantes et la préparation des méthoxybenzophénones effectuées en traitant les chlorures des acides méthoxybenzoïques par les dérivés organozinciques mixtes.

Jusqu'ici, la réaction de Friedel et Gratis a été la seule utilisée pour l'obtention des méthoxybenzophénones. Elle présentait l'inconvénient de donner des rendements assez faibles, car une partie de la cétone était déméthylée au cours de la réaction et passait à l'état d'oxybenzophénone.

Dans la deuxième partie, la plus importante, j'ai décrit la préparation, la purification et l'étude chimique des dérivés benzylés des méthoxybenzophénone-oximes.

J'ai observé que l'action du chlorure de benzyle sur les mélhoxybenzophénone-oximes, en présence d'éthylate de sodium, conduit à la formation de deux dérivés isomères, dont l'un est substitué à l'oxygène et l'autre à l'azote.

La constitution des O-benzyl-oximes des méthoxybenzophénones a été établie au moyen de leurs synthèses effectuées en condensant les cétones ou les cétimines avec 1 'O-benzylhydroxylamine.

La structure des dérivés N-substitués, dont les synthèses sont souvent difficiles à réaliser, a été déterminée, d'une part, à l'aide de certaines réactions telles que l'hydrolyse chlorhydrique et la réduction au moyen du sodium et de l'alcool absolu et, d'autre part, par la mesure de leur absorption.

Cette étude chimique a montré que les produits N-substitués obtenus dans la benzylation des méthoxybenzophénone-oximes n'étaient pas des dérivés N-benzylés normaux, mais des produits de transposition résultant d'une migration d'un hydrogène avec déplacement de la double liaison :

J'ai, en effet, constaté que l'hydrolyse des N-alcoyl-oximes conduit, dans certains cas, à la formation de l'hydroxylamine non substituée, ce qui s'explique par la transposition, sous l'action de l'acide chlorhydrique, du dérivé N-alcoylé initial en dérivé O-alcoylé correspondant plus aisément hydrolysable. A ma connaissance une telle transposition n'avait pas encore été observée.

J'ai constaté que la réduction à l'aide du sodium et de l'alcool absolu permet également d'établir une distinction entre les oximes O- et N-substituées.

De même que les oximes dont elles dérivent, les O-alcoyl-oximes donnent par réduction des aminés primaires. Il y a une coupure entre les atomes d'azote et d'oxygène du groupement fonctionnel.

Par contre, les N-alcoyI-oximes conduisent, dans ces conditions, à des aminés secondaires. La forme et la longueur de la chaîne principale ne sont pas modifiées.

Dans la troisième partie j'ai décrit les essais de stéréo-mutations photochimiques effectués sur les méthoxybenzophénone-oximes et leurs dérivés benzylés.

Ici encore, les comportements des oximes et de leurs dérivés O-benzylés ont été tout a fait semblables ; pour les deux catégories de corps j'ai obtenu un certain nombre de résultats positifs.

En ce qui concerne les N-alcoyI-oximes, il ne m'a pas été possible de mettre en évidence une stéréomutation. Ces substances se résinifient et se décomposent très rapidement sous l'action des rayons ultraviolets.

La quatrième partie comprend l'étude de l'absorption, dans ultraviolet moyen, des produits décrits dans les parties précédentes.

De même que l'oxime de la benzophénone, dont elles dérivent, les méthoxybenzophénone-oximes sont constituées par la forme oxime («forme absorbante»).

Les dérivés O-benzylés ont une absorption trop voisine de celle des oximes non substituées correspondantes pour que l'on puisse envisager une différence structurale quel-conque. Le remplacement de l'hydrogène du groupement fonctionnel par le radical benzyle provoque une légère augmentation du coefficient d'absorption et un déplacement faible des bandes vers le visible.

Par contre, l'absorption des N-alcoyI-oximes diffère beaucoup de l'absorption des oximes et de leurs dérivés O-substitués. Ce changement dans les propriétés spectrales correspond à une modification profonde de la structure du groupement fonctionnel.

En ce qui concerne l'absorption des stéréo-isomères (oximes et 0-benzyl-oximes), j'ai constaté que les isomères syn et anti ont des couleurs différentes mais les différences sont faibles et consistent surtout en un déplacement des bandes et une variation de l'intensité de l'absorption sans qu'il y ait de modifications sensibles dans la forme des bandes.

Cette dernière constatation est en accord avec les conclusions des travaux de Mme Ramart-Lucas et de ses collaborateurs sur le comportement optique des composés stéréo-isomères.

Au cours de ce travail, j'ai préparé les composés suivants, qui, à ma connaissance, n'avaient pas encore été signalés :

Imine de l'orthométhoxybenzophénone.

0-(benzyl)-orthométhoxybenzophénone-oxime (syn et anti).

0-(orthométhoxybenzhydryl)-benzaldoxime.

N-(orthométhoxybenzhydryl)-benzaldoxime.

Oxyde de l'orthométhoxybenzhydryle.

Dérivé acétylé de la N-(orthométhoxybenzhydryl)-benzyl-amine.

Métaméthoxybenzophénone-oxime.

0-(benzyl)-métaméthoxybenzophénone-oxime.

N-(métaméthoxybenzhydryl)-benzaldoxime.

N-(pararnéthoxybenzhydryl)-benzaldoxime.