Dans le cadre de son étude d'ensemble sur les condensations organo-magnésiennes des composés carbonylés, M. le Professeur J.-E. Dubois m'a proposé d'examiner l'action des halogénures d’alcoylmagnésium a-ramifiés sur les esters.

Le problème était a priori assez complexe, la fixation du réactif de Grignard sur le groupe carbonyle de l'ester faisant apparaître dans le milieu une cétone intermédiaire. Les condensations ultérieures de cette dernière et de l'ester en excès peuvent donner lieu à diverses réactions, déjà signalées dans la littérature, mais parfois controversées.

Nous avons essayé d'en préciser l'orientation, en choisissant comme agent condensant les chlorures d'isopropyl-et de tertiobutylmagnésium et en faisant varier systématiquement la structure de l'ester. Nous avons constaté, dans certains cas, un phénomène qui n'avait encore jamais été décelé : la formation d'un b-hydroxyester par fixation de l’anion énolate de l'ester sur le groupe carbonyle de la cétone intermédiaire.

La mise en évidence de cette réaction b-hydroxycarbonyhque a eu un double avantage :

— elle nous a permis d'interpréter plus clairement le mécanisme général des condensations organomagnésiennes des esters ;

— elle nous a amenée à élargir le domaine de recherches primitivement choisi.*

Il nous a, en effet, paru intéressant de dégager les facteurs structuraux et les conditions expérimentales qui permettent de rendre prépondérante la formation du b-hydroxyester.

Nous résumerons, dans la première partie de notre exposé, les résultats auxquels nous sommes parvenue. Nous montrerons, en particulier, que le problème se simplifie dans le cas des esters d'alcool tertiaire de formule générale :

R – CH2 – COO – C (R1,R2,R3)

qui ne forment pas de cétone intermédiaire en présence du compose organomagnésien ramifié, mais donnent au contraire une réaction d'ionisation sélective.

Les esters de ce type se prêtent donc avantageusement à l'étude systématique de la réaction hydroxycarbonylique envisagée, en permettant de faire varier à volonté la molécule associée.

Dans la seconde partie de notre travail, nous étudierons la condensation du plus simple de ces esters — l'acétate de tertiobutyle — sur divers composés carbonylés aliphatiques ou aromatiques, en présence de chlorure d'isopropylmagnésium.

Nous exposerons successivement :

— la mise au point de la méthode de condensation ;

— la préparation des hydroxyesters de tertiobutyle en série aliphatique ;

— les propriétés physiques et chimiques de ces composés ;

— les condensations effectuées avec des cétones cyclaniques et aromatiques, conduisant à des esters mono- et dihydroxylés.

— Enfin, nous examinerons brièvement le mécanisme des réactions étudiées, en essayant de préciser le rôle du composé organomagnésien en tant qu'agent de condensation.

Hauser et Walker ont proposé un schéma du même genre, pour représenter la condensation des esters aliphatiques sur eux-mêmes en présence de bromure de diéthylaminomagnésium. Il s'agit là d'une réaction de Claisen, mais les deux premières étapes sont identiques à celles de la condensation b-hydroxycarbonylique.

Conclusions

Dans l'état actuel de nos connaissances, il paraît difficile de choisir entre le mécanisme ionique et le mécanisme par complexes, pour représenter la formation d'hydroxyester par condensation de l'acétate de tertiobutyle sur les cétones, en présence de chlorure d'isopropylmagnésium, de bromure de diéthylaminomagnésium, ou d'arnidure de lithium.

Il ne semble pas d'ailleurs que ce choix soit nécessaire, car les deux mécanismes ne sont pas en opposition ; ils représentent chacun un aspect différent d'un même phénomène. Rien n'empêche de concevoir une participation simultanée de ces deux processus au déroulement de la réaction, l'intervention plus ou moins importante de l'un ou de l'autre pouvant dépendre de facteurs complexes comme le pouvoir coordonnant du cation métallique, la nature du solvant, la constante diélectrique du milieu, la concentration.

CONCLUSIONS GÉNÉRALES

Après avoir envisagé tous les types de réactions susceptibles de se produire dans l'action d'un composé organomagnésien sur un ester, nous en avons précisé l'orientation effective en fonction des structures de la molécule carboxylée et du réactif de Grignard. Dans certains cas nous avons mis en évidence un phénomène intéressant : la condensation de l'ester sur la cétone intermédiaire, conduisant à un b-hydroxyester.

C'est cette réaction hydroxycarbonylique particulière, très peu étudiée jusqu'à maintenant, que nous avons ensuite examinée, en cherchant à préciser ses modalités d'application, son mécanisme et son intérêt comme méthode de préparation des esters b-hydroxylés.

Nous avons montré que la réaction peut être effectuée facilement si l'on choisit comme molécule associante un ester d'alcool tertiaire et comme agent condensant un halogénure d'alcoyl magnésium a-ramifié, Sous l'influence de ce dernier, l'ester subit une ionisation sélective, mais il se condense lentement sur lui-même, ce qui permet d'opérer en deux étapes successives et de faire varier à volonté la structure de la molé-cule associée.

Le déroulement de la condensation peut s'interpréter en faisant appel à un mécanisme ionique ou à un mécanisme par complexes de coordination, qui ne sont d'ailleurs pas opposés dans leur principe et peuvent se. produire simultanément. Le pouvoir coordonnant du cation métallique joue un rôle important : il doit intervenir au moins dans la phase finale de la réaction pour stabiliser l'hydroxyester formé, mais son influence peut également se manifester dans les étapes intermédiaires.

Du point de vue pratique, nous avons étudié en détails la condensation de l'acétate de tertiobutyle sur des aldéhydes et des cétones saturés variés, en présence de chlorure d'isopropylmagnésium.

Nous avons mis au point une méthode de synthèse des hydroxyesters de tertiobutyle et, à partir de ces derniers, nous avons obtenu, avec d'excellents rendements, les acides et les esters éthyléniques aussi bien que les hydroxyacides.

Le procédé établi paraît être actuellement le plus aisé et le plus favorable pour l'obtention des esters b-hydroxylés aliphatiques et des composés dérivés. Il peut remplacer avantageusement la réaction classique de Reformatsky. D'autres agents récemment proposés pour la condensation de l'acétate de tertiobutyle sur les aldéhydes et les cétones (NH2Li, (C2H5)2NMgBr) exigent une préparation plus longue ou plus délicate que le chlorure d'isopropylmagnésium, sans donner de meilleurs rendements.

Il est vrai qu'en série aromatique ou cyclanique, avec certaines cétones à carbonyle très réactif (acétophénone, cyclohexanone), l'amidure de lithium ou le bromure de diéthylaminomagnésium permettent d'obtenir plus facilement les hydroxyesters. Mais, dans ces cas, le chlorure d'isopropylmagnésium conduit à d'autres produits intéressants: des esters b,d-dihydroxylés, décrits pour la première fois, et résultant de la condensation de l'ester sur le b-cétol de duplication de la cétone associée.

Le domaine d'application de la réaction étudiée n'est pas limité aux seuls cas envisagés dans ce travail.

La molécule associante peut être n'importe quel ester d'alcool tertiaire de structure R — CH2 — COOC(R')(R")(R"').

D'autre part, il n'est pas nécessaire de se limiter, pour les molécules associées, aux composés carbonylés saturés. Nous avons déjà constaté par ailleurs que les aldéhydes et les cétones a ou P-éthyléniques donnent également des résultats intéressants. Avec l'aldéhyde crotonique, par exemple, on obtient sans difficulté l'hexène-4 ol-3 oate de tertiobutyle dont la déshydratation fournit l'acide sorbique avec un rendement final supérieur à celui de tous les procédés de préparation classiques.

De même, la condensation de l'acétate de tertiobutyle sur l'oxyde de mésityle conduit au diméthyl-3,5 hexène-4 ol-3 oate de tertiobutyle, et l'action de l'acide chlorhydrique concentré sur ce dernier provoque, dans ce cas, une cyclisation avec formation d'une d-hexénolactone.

La condensation hydroxycarbonylique des esters de tertiobutyle sur les molécules carbonylées peut donc servir de point de départ pour des synthèses très variées.