Brevet FR2219164A1 — publié le 19740920

La présente invention a pour objet des radicaux libres nitroxydes oxaziniques utilisables notamment en chimie macromoléculaire Les radicaux selon l'invention se caractérisent en ce qu'ils ont pour formule générale dans laquelle R1, R/ R5, R6 sont choisis dans le groupe constitué par les atomes H et les radicaux alkylesr R3 et Rq sont des groupements alkyles ou forment avec l'atome C du cycle oxazinique un noyau cyclohexanique, R2 et R7 sont des atomes H ou constituent avec les deux atomes C du cycle oxazinique un noyau cyclohexanique. A titre d'exemples non limitatifs des radicaux selon l'invention, on peut citer - la pentaméthyl-2,2,4, 6,6, oxazine-1,3 oxyle-1, de formule - le triméthyl-2,4,4, oxa-l, aza-5, spiro (5,5) undecane oxyle-5, de formule - le (laR,4aS, 7R) pentamethyl -2,2,4,4,7 octahydro-1,3-benzoxazine oxyle-3, de formule - le (laS, 4aS, 7R) spiro (triméthyl-4,4, 7 oxyl-3 octahydro-1,3 benzoxazine-2,1', cyclohexane), de formule - le (laR, 4aS, 7R) spiro (triméthyl -4,4,7 oxyl-3 octahydro-1,3 benzoxazine-2,1' cyclohexane), de formule L'invention a également pour objet le procédé de préparation des radicaux nitroxydes définis ci-dessus.Ce procédé se caractérise notamment en ce que l'on part d'une cétone a, B-éthylénique, on soumet ladite cétone à l'action de l'ammoniac aqueux sous pression de maniere à obtenir une aminocétone, on fait subir alors à ladite amino-cétone une réaction de réduction de manière à obtenir un 8-amino-alcool, on fait subir audit ss-amino-alcool une réaction de condensation en présence d'une cétone de manière à obtenir une oxazine, et on fait subir à ladite oxazine une réaction d'oxydation. Selon l'invention, la réduction de l'amino-cétone peut etre effectuée par action du tétrahydruroaluminate de lithium, des métaux alcalins dissous dans l'ammoniac liquide, de l'hydrogène, en présence d'un composé organo-magnésien R5 M X. g Le procédé de préparation des radicaux selon l'invention peut être schématisé de la façon suivante La cétone a, B-éthylénique de départ VII soumise à l'action de l'ammoniac se transforme en amino-cétone VIII qui, réduite en présence d'un composé organo-magnésien, conduit à un amino-alcool IX. La condensation de 1 'amino-alcool IX avec une cétone donne une tétrahydro-oxazine X. L'oxydation de l'oxazine X donne le radical nitroxyde I. A titre d'exemples non limitatifs du-procédé de préparation selon l'invention, on donne ci-dessous, les synthèses des composés II, III, IV, V et VI. Synthèse du radical II Cette synthèse peut être schématisée de la façon suivante L'oxyde de mésityle XI, traité par l'ammoniac, conduit à la diacétonamine XII qui, réduite par le tétrahydruroaluminate de lithium, donne le méthyl 2-amino-2 pentanol XIII. Le méthyl-2 amino-2 pentanol XIII, condensé avec l'acétone, donne l'oxazine XIV qui, par oxydation, donne le radical 11. La mise en oeuvre s'effectue de la manière suivante - 200 g d'oxyde de mésityle XI dans 400 ml d'ammoniaque aqueux (260) sont agités à la température ordinaire pendant 3 jours. On précipite l'oxalate de la diacétonamine XII formée par une solution d'acide oxalique à 3%. La diacétonamine XII est régénérée à partir de l'oxalate par la soude diluée. - 5 g de diacétonamine XII sont alors traités par 2g de tétrahydruroaluminate de lithium dans 100 ml d'éther éthylique. Après 2 heures de réaction, on ajoute 2 ml H20, 2 ml de soude à 15%, et 6 ml H20. Après filtration, extraction à l'éther et évaporation du solvant, on obtient 4,9 g d'une huile jaune pâle (composé XIII). Le phényl-isothiocyanate de ce composé à un point de fusion de 1910C. La microanalyse a donné les résultats suivants C H O N S calculé % 61,88 7,99 6,34 11,20 12,68 trouvé % 62,05 7,82 6.,28 10,92 12,50 -1,5 g d'amino-alcool (XIII) et 20 ml d'acétone en ampoule scellée sont chauffés à 650C pendant 54 heures. Puis l'acétone est évaporée sous vide.La tétrahydro-oxazine XIV brute ainsi obtenue (1,35g) est oxydée par l'acide m-chloro perbenzolque dans 20 ml d'éther éthylique à OOC pendant 1/2 heure. La formation du nitroxyde II est suivie par résonance paramagnétique électronique durant l'oxydation. Après lavage basique (CO3Na2 saturé 3 x 20 ml) et évaporation du solvant, on obtient 1,2 g d'une huile brun-verte. Par chromatographie sur couche mince de SiO2 avec comme éluant un mélange de 90% de pentane et de 10% d'éther, on recueille 163 mg d'une huile rouge. Le rapport de la distance parcourue par la substance à la distance parcourue par le front de l'éluant Rf=0,22. Le rendement est de 7%. Spectrographie de masse : M /e = 172, M + 1 "e = 173 m/e = 157 (élimination de CH3) m /e = 114 (élimination de 0 = Synthèse du radical III. Cette synthèse s'effectue à partie de l'amino-alcool XIII préparé de la même manière que dans l'exemple précédent et peut être schématisée de la façon suivante Le méthyl-2 amino-2 pentanol XIII est condensé avec la cyclohexanone. On obtient l'oxazine XV qui, par oxydation, donne le radical nitroxyde III. Lamise en oeuvre de cette synthèse s'effectue de la manière suivante - 1,7 g d'amino-alcool (XIII) et 4 ml de cyclohexanone contenus dans une ampoule scellée, sont chauffés pendant 3 jours à 650C. La fraction basique du mélange réactionnel est séparée de l'excès de cyclohexanone par lavage acide, neutralisation et extraction à l'éther ethylique. Les 2,1 g d'huile brune ainsi obtenus (composé XV) ne sont pas purifiés, et sont oxydés par 2,7g d'acide m-chloro perbenzoique dans 50 ml d'éther à OOC. L'huile verte obtenue est chromatographiée sur couche mince de SiO2 avec comme éluant un mélange de 85% de pentane et 15% d'éther éthylique. On obtient 625 mg de cristaux rouges (composé III). Rf = 0,43; rendement = 20%. Spectrographie de masse : M mye = 212 : M+ + 1m/ = 213 (17%) M + + CH3 m/e = 227 (3%), m/e = 114 (élimination de cyclohexanone) Synthèse des radicaux IV, V et VI Dans une première étape, on traite de la pulégone naturelle par l'ammoniaque, puis on fait subir une réaction de réduction au produit obtenu; ceci peut être schématisé de la façon suivante: L'action de l'ammoniaque sur la pulégone XVI conduit à 1 'amino-cétone XVII. La réduction de 1 'amino-cétone XVII donne l'amino-alcool XVIII. En fait, la réaction de l'ammoniaque sur la pulégone XVI conduit à un mélange de deux amino-cétones isomères cis XVI lb et trans XVIIa que l'on peut représenter de la façon suivante: La réduction de l'amino-cétone XVII conduit aux amino-alcools XVIIIa, XVIIIb, XVIIIc, XVIIId: La condensation de l'amino-alcool XVIIIb avec l'acétone conduit à uneoxazine qui, par oxydation, donne le radical IV. La condensation de l'amino-alcool XVIIIa avec la cyclohexanone conduit à une oxazine, qui par oxydation, donne le radical V. La condensation de l'amino-alcool XVIIIb avec la cyclohexanone conduit à une oxazine qui, par oxydation, donne le radical VI. La mise en oeuvre des préparations des radicaux IV, V et Vl s'effectue de la manière suivante: a) Préparation de la pulégone amine XVII 30 g de pulégone XVI ( aD = + 23,5) sont traités à l'autoclave par 100 ml d'ammoniaque liquide et 20 ml d'eau pendant 6 jours. On sépare les fractions basique et neutre par extraction acide base. On obtient 29 g d'une huile brune qui est distillée sous vide (10 2 mm Hg) à une température de 480C. Le rendement est de 78%. C'est un mélange des isomères trans (XVIIa) et cis (XVIIb). Par résonance magnétique nucléaire, on évalue les proportions relatives a trans = cis Le picrate de l'amine XVII a un point de fusion de 1760C. La microanalyse a donné les résultats suivants: C H O N calculé % 48,24 5,57 32,13 14,07 trouvé % 48,14 5,61 32,13 13,88 Le phényl isothiocyanate de l'amine XVII a un point de fusion de 2540C. La microanalyse a donné les résultats suivants: C H O N S calculé % 67,08 7,95 5,26 9,20 10,51 trouvé % 66,86 7,83 5,36 9,43 10,51 b) Préparation de l'amino-alcool XVIII - A une suspension de 3 g de LiAlH4 dans 100 ml d'éther, on ajoute goutte à goutte 5g de pulégone amine XVII dans 50 ml d'éther. Après trois heures d'agitation à température ordinaire, on reprend par 3 ml H2O, 3 ml NaOH 15%, 9 ml H2O; on filtre et on évapore le solvant.Le produit brut (5g) est fractionné sur couche mince de Ai203 avec comme éluant un mélange éther 95% - méthanol 5%. On élue successivement XVIIIc, XVIIIb, XVIIId dans les proportions respectives 20%, 50%, 30%. - Dans 100 ml de NH3 liquide, on met 5,7g d'amino-cétone XVII et 15 ml d'éthanol. On ajoute 1,5g de lithium par petites portions en une heure. Après évaporation de NH3, on reprend par l'eau et on extrait à l'éther. L'alcool obtenu est un mélange des deux isomères XVIIId et XVIIId non fractionnables sur couche mince. On obtient XVIIId pur qui est majoritaire par recristal lisation dans le pentane à - 40C. c) Préparation du radical IV lg d'amino-alcool (XVIIIb) et 7 ml d'acétone en tube scellé sont chauffés trois jours à 600C. Après évaporation de l'acétone en excès, le produit brut de réaction est oxydé par lg d'acide m- chloro perbenzoïque dans 50 ml d'éther éthylique à O C. Après chromatographie sur couche mince de SiO2 avec comme éluant un mélange pentane 85% - éther 15%, on sépare 143 mg de cristaux rouges (composé IV) - Rf = 0,32, Rendement = 9%, Fusion = 340C. L'analyse de ce composé a donné les résultats suivants: Microanalyse C H O N calculé % 68,98 10,69 14,12 6,19 trouvé % 69,01 10,67 14,14 5,97 Spectrographie de masse: M+ m/e = 226 (C13 H24 NO2) + + îm = 227 (18%) m/e = 168 (élimination d'acétone) m /e = 138 (élimination de NO à partir de m/e = 168) d) Préparation du radical V îg d'amino-alcool (XVIIId) et 3 ml de cyclohexanone sont chauffés pendant trois jours à 600C dans une ampoule scellée. Après élimination des produits neutres (cyclohexanone en excès) par extraction acide-basique, le produit brut de réaction est oxydé par 1,2 g d'acide m-chloro perbenzoique dans 50 ml d'éther à OOC. Le produit brut de réaction est chromatographié sur couche mince de SiO2 avec comme éluant un mélange pentane 95% - éther 5%; on obtient 334 mg (Rendement = 22%, Fusion = 119 C) de cristaux rouges (composé V) (Rf=0,34). La microanalyse de ce composé a donné les résultats suivants: C H O N calculé % 71,97 10,54 11,99 5-,26 trouvé % 72,13 10,59 12,01 5,26 e) Préparation du radical VI On opère de la même manière que précédemment à partir de 1' amino-alcool XVIIIb. On obtient 504 mg (Rendement = 33%, Fusion = 660C) de cristaux (composé VI) (Rf = 0,38) La microanalyse de ce composé à donné les résultats suivants: C H O N calculé % 72,13 10,59 5,26 12,01 trouvé % 72,32 10,51 5,12 12,06 Les radicaux selon l'invention trouvent une application en chimie macromoléculaire comme inhibiteurs de polymérisation et anti-oxydants. Les radicaux nitroxydes selon l'invention sont également très importants en ce qui concerne llétude de la structure des liquides et les phénomènes de solvatation. En effet, le comportement de n'importe quelle cétone dans n'importe quel milieu devient facile à suivre à l'aide de la résonance paramagnétique électronique. La cétone que l'ôn veut étudier est transformée par la suite des réactions décrites précédemment en nitroxyde; le comportement du composé ainsi obtenu est directement visualisé par les paramètres de son spectre hyperfin. Pour l'étude d'un fluide donné, il est donc possible de sélectionner une cétone de départ, par le choix d'une fonction particulière et/ou la chiralité dans les groupements R1 et R2 ou R6 et R7 et le nitroxyde correspondant permettra grâce à la résonance paramagnétique électronique, de mettre en évidence les mouvements, les associations et/ou interactions éventuelles avec le solvant et/ou d'autres solutés, de quelque forme qu'elles soient. REVENDICATIONS 1. Radicaux nitroxydes oxaziniques, caractérisés en ce qu'ils ont pour formule générale: dans laquelle R1, R8, R5, R6 sont choisis dans le groupe constitué par les atomes H et les radicaux alkyles, R3 etR4 sont des groupements alkyles ou forment avec l'atome C du cycle oxazinique un noyau cyclohexanique, et R2 et R7 sont des atomes H ou constituent avec les deux atomes C du cycle oxazinique un noyau cyclohexanique. 2. Radical selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par le pentaméthyl-2,2,4,6,6 oxazine-l, 3 oxyle-l. 3. Radical selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par le triméthyl-2,4,4 pxa-l, aza-5 spiro (5,5) undecane oxyle-5. 4. Radical selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par le (laR, 4aS, 7R) pentaméthyl2,2,4,4,7 octahydro, 1,3-benzoxazine oxyle-3. 5. Radical selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par le (laS, 4aS, 7R) spiro (triméthyl4,4, 7 oxyl-3 octahydro 1,3-benzoxazine-2,1'-cyclohexane). 6. Radical selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par le (laR, 4aS, 7R) spiro (triméthyl-4,4,7 oxyl-3 octahydro 1,3-benzoxazine-2,1' cyclohexane). 7. Procédé de préparation d'un radical selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on part d'une cétone a , B-éthylénique, on soumet ladite cétone à l'action de l'ammoniaque de manière à obtenir une amino-cétone, on fait subir alors à ladite amino-cétone une réaction de réduction de manière à obtenir un 6-amino-alcool, on fait subir audit amino-alcool une réaction de condensation avec une cétone de manière à obtenir une oxazine, et on fait subir à ladite oxazine une réaction d'oxydation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la réaction de réduction s'effectue au moyen d'un composé choisi dans le groupe constitué par le tétrahydruroaluminate de lithium, les métaux alcalins dissous dans l'ammoniaque liquide, l'hydrogène, en présence d'un composé organo-magnésien. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la cétone de départ est constituée par l'oxyde de mésityle. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la cétone de départ est constituée par la pulégone. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la cétone employée pour condenser le 6-amino-alcool est choisie dans le groupe constitué par l'acétone, la cyclohexanone. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'oxydation de l'oxazine s'effectue par action de l'acide métachloro-perbenzoique.