The synthesis of azo compounds from nitro compounds using lead and triethylammonium formate

Article abstract of DOI:10.1016/S0040-4039(03)01387-X

Chemoselective synthesis of benzimidazoles in good yield was achieved with a variety of aldehydes in heterogeneous media. This efficient procedure has been developed for the condensation of ortho-phenylene-diamine with aldehydes by silica-supported thionyl chloride in dichloromethane at ambient temperature.

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TETRAHEDRON
LETTERS
Pergamon
Tetrahedron Letters 44 (2003) 5935–5937
Synthe`se chimiose´lective des benzimidazoles sur silice traite´e par
le chlorure du thionyle
Abdelkrim Ben Allouma,†, Khalid Bougrinb and Mohamed Soufiaouib,*
aLaboratoire de Chimie Organique et Bioorganique, Universite´ Choua¨ıb Doukkali, Faculte´ des Sciences, BP 20. El Jadida, Maroc
bLaboratoire de Chimie des Plantes et de Synthe`se Organique et Bioorganique, Universite´ Mohammed V-Agdal,
Faculte´ des Sciences, BP 1014 R.P. Rabat, Maroc
Rec¸u le 31er mars 2003, accepte´ le 27 mai 2003
Abstract—Chemoselective synthesis of benzimidazoles in good yield was achieved with a variety of aldehydes in heterogeneous
media. This efficient procedure has been developed for the condensation of ortho-phenylene-diamine with aldehydes by
silica-supported thionyl chloride in dichloromethane at ambient temperature.
© 2003 Elsevier Ltd. Tous droits rese´rve´s.
L’utilisation d’un support mine´ral pour effectuer des
re´actions organiques s’est largement de´veloppe´e depuis
quelques anne´es.1 D’autre part, la pre´paration de com-
pose´s comportant un syste`me benzimidazolique con-
stitue un the`me de recherche important en synthe`se
organique.2 Ces compose´s ont attire´ l’attention des
chimistes en raison de leurs activite´s biologique3 et
pharmacologique.4
Le me´canisme de cette oxydation est vraisemblablement
initie´ par un complexe de transfert de charge qui donne
naissance au cation radical amine´. En effet, Bonnaterre
et Cauquis7 ont mis en e´vidence par spectroscopie UV
la formation d’un complexe entre les amines et le
dioxyde de soufre. L’addition des amines a` une solution
du dioxyde de soufre dans le chlorure de me´thyle`ne fait
apparaˆıtre un maximum d’absorption a` 269 nm aux
de´pens de la bande caracte´ristique du dioxyde de soufre
situe´e a` 286 nm. Le dioxyde de soufre forme aussi des
complexes de transfert de charge avec de nombreux
donneurs tels que les alce`nes,8 les hydrocarbures aro-
matiques,9 les ce´tones,10 les alcools9 et les ions
haloge´nures.11
Les deux e´tapes essentielles dans la synthe`se des benz-
imidazoles par condensation de l’o-phe´nyle`ne-diamine 1
avec les alde´hydes 2 sont la formation de l’imine 3
(produit de monocondensation) et son aromatisation
par des oxydants. Cette re´action qui conduit a` l’imine 3
est concurrence´e par la formation de la 1,2-diimine,5
produit issu de la double condensation. Dans un milieu
hautement dilue´, seule l’imine 3 est obtenue. Le passage
par des sels de pyridinium permet aussi d’e´viter la
re´action concurrente6 (Sche´ma 1). Le dioxyde de soufre
forme´ in situ est responsable de l’oxydation de l’imine 3
en benzimidazole 4.
La me´thode de synthe`se de´crite par Van den Eynde et
al.6 pre´sente l’inconve´nient de mettre en œuvre un exce`s
de d’o-phe´nyle`ne-diamine (3 e´quivalents). L’exce`s de 1
joue le roˆle de base pour capter HC1 libe´re´. Le champ
d’application de cette me´thode est limite´ par la solu-
bilite´ de l’imine 3 dans le chlorure de me´thyle`ne. Dans
Sche´ma 1.
Keywords: chemoselectivity; benzimidazoles; silica; thionyl chloride; heterogeneous media
* Corresponding author. Tel./fax: +212 (0) 37 775440; e-mail: bougrin@fsr.ac.ma; soufia.u@fsr.ac.ma
† e-mail: benalloum@hotmail.com
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doi:10.1016/S0040-4039(03)01387-X

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A. B. Alloum et al. / Tetrahedron Letters 44 (2003) 5935–5937
Tableau 1. Re´sultats de la condensation de l’o-phe´nyle`ne
diamine avec des alde´hydes
le cas des imines insolubles dans ce solvant, le rende-
ment en benzimidazole 4 est nul. D’apre`s ces auteurs,
cette limitation peut eˆtre leve´e en effectuant la re´action
au reflux du chlorobenze`ne. Or, la stabilite´ des com-
plexes de transfert de charge (imine–SO2), premie`re
e´tape de l’oxydation, chute avec une e´le´vation de tem-
pe´rature.7,9 L’introduction d’un support solide permet
de pallier l’insolubilite´ de l’imine 3. La diffusion des
re´actifs se fait dans les pores, re´partis au sein du
support. A titre d’exemple, citons l’alkylation des phe´-
nols.12 En pre´sence du support solide, du type silice–
acide phosphorique, il est possible d’alkyler les phe´nols
solides dans des conditions douces en l’absence de
solvant. D’autre part, il a e´te´ de´crit dans la litte´rature13
que la silice traite´e par le chlorure du thionyle libe`re le
dioxyde de soufre et exalte son acidite´ de Lewis. Les
groupes hydroxyles de la surface sont tous transforme´s
en chlorures. Le syste`me SOCl2–SiO2 s’est ave´re´ efficace
et se´lectif dans des re´actions de thioace´talisation des
alde´hydes.13 Nous avons pense´ tirer parti de l’acidite´ de
Lewis de la silice traite´e avec le dioxyde de soufre forme´
in situ pour obtenir des benzimidazoles par la conden-
sation de l’o-phe´nyle`ne-diamine avec des alde´hydes sur
la silice traite´e par le chlorure de thionyle.14 Le traite-
ment de l’alde´hyde 2 et de l’o-phe´nyle`ne-diamine 1 par
SOCl2–SiO2 dans le chlorure de me´thyle`ne a` tempe´ra-
ture ambiante conduit au benzimidazole attendu
(Sche´ma 2) avec un rendement supe´rieur a` 77%
(Tableau 1). Les deux re´actifs, 1 et 2, sont utilise´s en
quantite´ e´quimolaire. La dure´e de la re´action varie de 4
h pour les alde´hydes aromatiques a` 6 h pour les alde´-
hydes acycliques. Au cours de la re´action, la coloration
du milieu re´actionnel passe du rouge a` l’orange, puis au
jaune par suite de la formation du benzimidazole 4.
Produits
R
Rdt. (%)a
F (°C)b
4a
4b
4c
4d
4e
4f
4g
4h
4i
4j
4k
4l
4m
4n
C6H5
92
80
84
86
94
90
98
88
86
88
92
84
80
77
292
270
226
294
316
234
210
242
252
288
218
162
230
176
4-MeC6H4
4-MeOC6H4
4-ClC6H4
4-NO2C6H4
2-ClC6H4
2-NO2C6H4
2-HOC6H4
2-Pipe´ronyl
2-Furanyl
2-Pyridyl
Pr
iPr
Et
a Rendement en produit isole´.
b point de fusion de´termine´ a` l’aide d’un appareil Bu¨chi 510.
traite´e semblent ne pas eˆtre des accepteurs suffisamment
forts pour favoriser davantage le transfert d’e´lectrons.
Ceci est en accord avec les donne´es de la litte´rature.15
Le transfert d’e´lectrons peut eˆtre rendu possible par
l’addition d’un co-accepteur. Le dioxyde de soufre a e´te´
utilise´ comme co-accepteur en pre´sence d’un acide de
Lewis (BF3) pour oxyder des compose´s aromatiques en
leurs cations radicaux.16 Il est probable que les re´sultats
obtenus sont imputables au dioxyde de soufre. La
pre´sence du support (SOCl2–SiO2) qui se traduit par
une dilution quasi-infinie e´vite la formation de produits
secondaires comme la formation des 1,2-diimines et de
dihydrobenzimidazoles.5 L’interme´diaire 3 est vraisem-
blablement oxyde´ par SO2 pour conduire au benzimida-
zole 4.
A titre de comparaison, nous avons repris la re´action
de´crite par Van den Eynde et al.6 avec un e´quivalent de
1 et nous avons constate´ que le rendement en benzimi-
dazole ne de´passe pas dans le meilleur des cas 25%.
Dans ces conditions, une partie de 1 se trouve protone´e
par HCl forme´ au cours de la re´action. Cette protona-
tion limite le rendement. Dans notre cas, il semble que
la premie`re e´tape qui conduit a` l’imine 3 est tre`s rapide;
l’o-phe´nyle`ne-diamine n’a pas le temps de re´agir avec
HCl libe´re´ au cours de la re´action.
D’autre part, Kamitori et al.13 ont mis en e´vidence
l’importance de l’effet du micro environnement produit
par le support SOCl2–SiO2 sur la re´activite´ des sites
fonctionnalise´s. A tempe´rature ambiante, la surface de
la silice traite´e n’est pas accessible aux ce´tones (encom-
brement de la surface). Le support SOCl2–SiO2, dans
les conditions ope´ratoires adopte´es laisse intacte les
fonctions ester, nitrile, acide et ce´tones.
Lorsqu’on ope`re avec SOCl2–SiO2 pre´pare´ selon Kami-
tori et al.13 c’est-a`-dire en l’absence de SO2, nous
n’avons pas observe´ la formation de 4. Par contre, si on
fait barboter le milieu re´actionnel avec SO2, issu de la
re´action de SOCl2 et de l’acide benzo¨ıque, on observe la
formation des benzimidazoles 4 avec des rendements
comparables a` ceux obtenus pre´ce´demment. Ces re´sul-
tats sugge`rent que les sites acides de Lewis de la silice
Dans le meˆme contexte, nous avons ve´rifie´ la se´lectivite´,
tout a` fait remarquable, apporte´e par la silice traite´e en
faveur de la fonction alde´hyde. Pour e´tudier la compe´ti-
tion avec les alde´hydes, nous avons choisi l’ace´tylac-
e´tate d’e´thyle 5. Pour cela, un me´lange d’abord
constitue´ par un e´quivalent de 2a et un e´quivalent de 5
a e´te´ additionne´ a` un e´quivalent de 1 en pre´sence de
SOCl2–SiO2 dans le chlorure de me´thyle`ne. Nous avons
Sche´ma 2.

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obtenu, comme cela e´tait pre´visible, le benzimidazole 4a
avec un rendement comparable a` celui obtenu en l’ab-
sence de 5. Meˆme avec un exce`s de 1 (2 e´quivalents),
nous n’avons pas constate´ la formation de produit
re´sultant de la condensation de l’o-phe´nyle`ne-diamine
avec l’ace´tylace´tate d’e´thyle.2a
K.; Loupy, A.; Petit, A.; Daou, B.; Soufiaoui, M. Tetra-
hedron Lett. 2001, 57, 163; (d) Kumar, D.; Jacob, M. R.;
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Anders, E. Bull. Soc. Chim. Belg. 1993, 102, 357.
7. Bonnaterre, R.; Cauquis, G. Bull. Soc. Chim. Fr. 1972,
3297.
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1959, 55, 1293.
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11. Norris, T. H.; Wooddhousse, E. J. Inorg. Chem. 1971, 10,
614.
Ce phe´nome`ne de l’encombrement de la surface de
SOCl2–SiO2 confe`re a` notre synthe`se une haute
chimiose´lectivite´; seuls les alde´hydes re´agissent avec
l’o-phe´nyle`ne-diamine en pre´sence de SOCl2–SiO2 a`
tempe´rature ambiante. Un autre aspect plus important
a` souligner dans notre travail est l’absence de produits
secondaires.5 Les benzimidazoles17 sont obtenus avec de
bons rendement dans des conditions douces. Cette
me´thode permet d’employer des alde´hydes peu ou tre`s
re´actifs et ouvre la voie a` la synthe`se d’un large e´ventail
de benzimidazoles.
12. Lamartine, R.; Lamsouber, F.; Perrin, R. Mol. Cryst.
Liq. Cryst. 1988, 161, 163.
13. Kamitori, Y.; Hojo, M.; Masuda, R.; Kimura, T.;
Yoshida, T. J. Org. Chem. 1986, 51, 1427.
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17. Les diffe´rents benzimidazoles synthe´tise´s ont e´te´ identifie´s
par chromatographie sur couche mince (silice comme
support et ace´tate d’e´thyle–hexane:2/8 comme e´luant),
1
par l’analyse de leurs spectres RMN H, IR, UV et par
comparaison avec des e´chantillons authentiques. Proto-
cole ope´ratoire: Dans un ballon de 250 ml contenant du
chlorure de me´thyle`ne (20 ml), on introduit 6 g de silice
et 1,5 ml du chlorure de thionyle (goutte a` goutte). Apre`s
agitation environ une heure a` tempe´rature ambiante,
l’alde´hyde (10 mmol) et l’o-phe´nyle`ne-diamine (10
mmoles) sont ajoute´s. On agite 4 h dans le cas des
alde´hydes aromatiques (6 h pour les alde´hydes acy-
cliques) et on extrait le produit avec 80 ml d’e´thanol. Le
solide est e´limine´ par filtration et le solvant est e´vapore´.
Le re´sidu obtenu est lave´ avec 10 ml d’e´ther de pe´trole.
Les produits sont purifie´s par recristallisation dans
l’e´thanol aqueux (20% de H2O). Il est important d’e´viter
l’introduction simultane´e des re´actifs sur la silice en
raison d’une re´action possible entre le chlorure du
thionyle et l’o-phe´nyle`ne-diamine.14
3. (a) Preston, P. N. Chem. Rev. 1974, 74, 279; (b) Peter, K.
Int. J. Parasitol. 2001, 31, 336; (c) Robinson, M. W.;
Hoey, E. M.; Fairweather, I.; Dalton, J. P.; McGonigle,
S.; Trudgett, A. Int. J. Parasitol. 2001, 31, 1264.
4. (a) Hua, D. Y.; Zhang, F.; Chen, J. J. Org. Chem. 1994,
59, 5084; (b) Skibo, E. B.; Islam, I.; Schulz, W. G.; Zhou,
R.; Bess, L.; Boruah, R. Synlett 1996, 297; (c) Bougrin,