2,4-Dioxo(dimercapto)-1,5-benzodiazepine-13-crown-2, a new chelating macrocycle of Ag+ ion

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We describe herein the synthesis of new macrocycles 5 et 6 derived from 1,5-benzodiazepine-2,4-dione in a heterogenous media using phase transfer catalysis conditions. A crystallographic study by x-ray of 5 was carried out to confirm the structure suggested; moreover the macrocycle 6 presents chelating properties with respect to the ion Ag⁺ easily observed by IR and UV spectroscopies.

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Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related
Elements
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2,4-Dioxo(dimercapto)-1,5-benzodiazepino-13-
couronne-2, Nouveau Macrocycle Complexant de L'ion
Ag +
A. Keita a , F. Lazrak a , E. M. Essassi a , I. Cherif Alaoui b , Y. Kandri Rodi b , J. Bellan c & M.
Pierrot d
a Université Mohamed V , Rabat, Maroc
b Faculté des Sciences et Techniques Fès-Saïss , Maroc
c Université Paul Sabatier , Toulouse Cedex, France
d Université Aix-Marseille , Marseille, France
Published online: 27 Oct 2010.
To cite this article: A. Keita , F. Lazrak , E. M. Essassi , I. Cherif Alaoui , Y. Kandri Rodi , J. Bellan & M. Pierrot (2003) 2,4-
Dioxo(dimercapto)-1,5-benzodiazepino-13-couronne-2, Nouveau Macrocycle Complexant de L'ion Ag +, Phosphorus, Sulfur, and
Silicon and the Related Elements, 178:7, 1541-1548, DOI: 10.1080/10426500307884
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Phosphorus, Sulfur, and Silicon, 178:1541–1548, 2003
C
Copyright Taylor & Francis Inc.
ISSN: 1042-6507 print
DOI: 10.1080/10426500390212933
2,4-DIOXO(DIMERCAPTO)-1,5-BENZODIAZEPINO-
13-COURONNE-2, NOUVEAU MACROCYCLE
COMPLEXANT DE L’ION Ag+
A. Keita,a F. Lazrak,a E. M. Essassi,a I. Cherif Alaoui,b
Y. Kandri Rodi,b J. Bellan,c et M. Pierrotd
Universite´ Mohamed V, Rabat, Maroc;a Faculte´ des Sciences et
Techniques Fe`s-Sa¨ıss, Maroc;b Universite´ Paul Sabatier,
Toulouse Cedex, France;c et Universite´ Aix-Marseille, Marseille,
Franced
(Received August 13, 2002; accepted January 28, 2003)
Nous de´crivons dans cet article la synthe`se de nouveaux macrocy-
cles 5 et 6 de´rivant de la 1,5-benzodiazepine-2,4-dione 3 dans un mi-
lieu he´te´roge`ne utilisant la catalyse par transfert de phase. Une e´tude
cristallographique par rayons-x de 5 a e´te´ re´alise´e pour confirmer la
structure propose´e, de plus le macrocycle 6 pre´sente des proprie´te´s com-
plexantes vis-a`-vis de l’ion Ag+, observables par spectrome´trie IR et UV.
We describe herein the synthesis of new macrocycles 5 et 6 derived from
1,5-benzodiazepine-2,4-dione in a heterogenous media using phase
transfer catalysis conditions. A crystallographic study by x-ray of 5 was
carried out to confirm the structure suggested; moreover the macrocy-
cle 6 presents chelating properties with respect to the ion Ag+ easily
observed by IR and UV spectroscopies.
Mots-cle´s: 1,5-Benzodiazepine-2,4-dione; benzodiaze´pine-13-couronne-
2; catalyse par transfert de phase; complexation se´lective; constante
de stabilite´; rayon-x; re´actif de Lawersson
Keywords: 1,5-Benzodiazepine-2,4-dione; benzodiazepino-13-crown-2;
phase transfer catalysis; constant of stability; reagent of Lawesson;
selective complexation; x-ray
Depuis la de´couverte de Pedersen,1 les macrocycles ont suscite´ un grand
inte´reˆt. L’aptitude de ces compose´s a` former des complexes avec les
me´taux,2–4 a permis leur utilisation en physiologie pour transfe´rer des
Address correspondence to E. M. Essassi, Laboratoire de Chimie Organique
He´te´rocyclique, Faculte´ des Sciences—Rabat, Maroc. E-mail: essassi@fsr.ac.ma
1541

1542
A. Keita et al.
ions a` travers une membrane naturelle ou artificielle;5,6 dans l’industrie
pour la construction des e´lectrodes se´lectives7 et dans les r
e´actions
8
de la catalyse par transfert de phase. Nous pre´sentons dans ce tra-
vail nos premiers re´sultats concernant la synthe`se et l’e´tude des pro-
prie´te´s complexantes d’une nouvelle famille de compose´s oxyge´ne´s 5
et soufre´s 6 de´rive´s de la 1,5-benzodiazepine-2,4-dione et du 1,2-bis(2-
chloroethoxy)e´thane, selon le mode [1 + 1].
RESULTATS ET DISCUSSION
Synthe`se des Compose´s 5 et 6
Il a e´te´ montre´ dans la litte´rature que, la condensation mole a` mole
de l’o-phe´nyle`nediamine et de l’acide malonique, dans l’acide chlorhy-
drique, a` chauffage mode´re´, pendant trois heures, conduit au compose´
3 avec de bons rendements9–11 (Sch
e´ma 1).
´
SCHEMA 1
L’e´ tape de´terminante de la synthe`se du compose´ 5 est donc l’addition
du 1,2 bis (2-chloroe´thoxy) e´thane sur l’azote de la fonction lactame du
compose´ 3 dans les conditions de la catalyse par transfert de phase en
solution dans le dime´thylformamide (Sche´ma 2).
La structure du macrocyle 5 a e´te´ de´termine´e par les me´thodes
spectrome´triques usuelles (RMN 1H, RMN13C, et IR), les analy-
ses cente´simales et la spectrome´trie de masse utilise´e en mode de
de´sorption sous ionisation chimique (gaz re´actif: ammoniac). Ainsi le
m
m
spectre de masse met en e´vidence deux pics a` = 598 et = 581 cor-
z
z
respondant aux ions 2 M,NH4+ et 2 M,H+ et non au macrocycle de type
2 + 2. Par ailleurs on note la pre´sence de deux pics intenses a` 308 et
291 correspondant a` (M + 18)+ et (M + 1)+.
L’analyse cristallographique confirme que le macrocycle obtenu est
de type [1 + 1].

Nouveau Macrocycle Complexant De L’ion Ag+
1543
L’addition de deux e´quivalents de re´actif de Lawesson12 sur le de´rive´
5, conduit apre`s 20 heures au reflux du tolue`ne, au macrocycle soufre´
6 (Sche´ma 2).
COMPLEXATION
Sites de Complexation
La comparaison des spectres IR des ligands seuls et complexe´s avec des
cations me´talliques, constitue une bonne me´thode pour de´terminer les
sites de complexation.13
Nous avons donc enregistre´ les spectres IR du compose´ 5 en solu-
tion dans un me´lange ace´tonitrile-te´trahydrofurane (50-50), puis en
pre´sence de quantite´s croissantes de perchlorates me´talliques, des pi-
crates de me´taux alcalins, alcalino-terreux et des me´taux de transition.
Pour le compose´ 5, nous n’avons observe´ aucune modification des
bandes
,
,
COC. En revanche la re´action re´alise´e sur la 2,4-
C
O
CH2
dimercaptobenzodiazepino-13-couronne-2 6 avec le nitrate d’argent
monohyrate´ s’est montre´e positive, on observe un de´placement vers les
faibles nombres d’ondes des vibrations du groupe C S (1 = 15 cm 1),
ceci peut trouver une explication dans le fait que l’argent est un acide
mou et par conse´quent il peut complexer une base molle telle que le
groupe mercapto (Tableau I).

1544
A. Keita et al.
´
SCHEMA 2
De´termination des Constantes de Complexation
Pour de´terminer les constantes de stabilite´ des complexes forme´s par
les ligands et les cations, la spectrome´trie UV constitue une me´thode de
choix. D’une part elle consomme tre`s peu de produit et d’autre part elle
permet de couvrir une large gamme des valeurs des constantes (102 <
k < 105).14 Cette m
e´thode est donc choisie pour e´tudier les proprie´te´s
complexantes des compose´s 5 et 6, mais pour qu’elle soit exploitable,
il faut pouvoir observer des modifications significatives des spectres
d’absorption re´sultant du phe´nome`ne de complexation.
TABLEAU I Donne´es Spectrales IR (KBr) du
Ligand 6 Libre et Complexe´ Avec le Nitrate
d’Argent
Compose´
Vibration
Ligand
Complexe
1
1
1
1
1
6
2893 cm
1100 cm
1140 cm
2893 cm
1095 cm
1125 cm
0
05
15
CH2
COC
1
1
C
S
1
=
Complexe
ligand.

Nouveau Macrocycle Complexant De L’ion Ag+
1545
TABLEAU II Constante de Formation des Complexes
ML
Log
ML2
Log
M2L
Log
3
Complexes
1
2
Constante de formation
6,4 0,2
11,2 0,2
10,9 0,2
Les essais de complexation du ligand 5 avec diffe´rents me´taux al-
calins, alcalinoterreux et des e´le´ments de transition n’ont montre´ au-
cune variation de densite´ optique. Avec le compose´ 6 nous avons effectue´
diffe´rents spectres d’absorption du ligand seul et par addition du com-
plexe AgNO3,H2O, on observe un d
e´placement bathochrome, un effet
hypsochrome de la bande d’absorption thioamidique et la pre´sence de
deux points isobestiques, l’un est a` 278 nm, l’autre a` 279 nm. Ces deux
phe´nome`nes prouvent que la complexation du ligand avec le me´tal a
bien eu lieu.
Par ailleurs un traitement informatique (programme START) nous
a permis d’e´valuer les constantes de formation des e´quilibres des com-
plexes. Le programme VOIR DO permet de mettre en e´vidence le
type de complexe probable entre le ligand et le me´tal. Un programme
supple´mentaire (STAR/FA) est utilise´ pour de´terminer le nombre des
espe`ces absorbantes en solution dont on de´duit le nombre de complexe.
On observe trois cassures pour = 0.5; = 1; et = 2 correspondant a`
la formation des complexes ML, M2L et ML2, les constantes de forma-
tion de ces complexes ont e´te´ calcule´es en utilisant le programme STAR
avec des tests statistiques satisfaisants (Tableau II).
Des re´sultats similaires ont e´te´ de´ja` observe´s par Matsumoto et
S. Shnikai.15 Les auteurs ont montr
e´ que la cavite´ du calixare`ne [4]
couronne-4 peut accepter le lithium et le sodium mais pas le potassium.
CONCLUSION
L’action de la 1,2-bis (2-chloroe´thoxy) e´thane sur la 1,5-benzodiazepine-
2,4-dione, constitue l’e´tape cle´ de la synthe`se des compose´s 5 et 6. Seul le
compose´ 6, pre´sente des proprie´te´s complexantes vis-a`-vis des ions Ag+.
L’e´ tude des spectres IR du ligand 6, en pre´sence du nitrate d’argent, met
en e´vidence l’intervention des groupements soufre´s lors de la complex-
ation.
Les constantes de formation de complexes de type ML, M2L, et ML2
ont e´te´ de´termine´es par spectrophotome´trie UV.
Nos prochains objectifs concernant ces compose´s seront :

1546
A. Keita et al.
r
Modifier la nature des espaceurs pour obtenir des macrocycles de type
[2 + 2] et peut eˆtre meˆme [3 + 3].
r
Augmenter le pouvoir complexant des macrocycles.
PARTIE EXPERIMENTALE
Les points de fusion ont e´te´ de´termine´s, en capillaire, sur un appareil
1
e´lectrothermal. Les spectres RMN H (250 MHz) ont
e´te´ enregistre´s sur
un appareil Bruker AC 250, les de´placements chimiques sont donne´s en
13
ppm par rapport a` H3PO4 85%. Les spectres RMN C ont
e´te´ re´alise´s
sur un appareil Bruker AC 250. Les spectres de masse (32, 44 MHz)
ont e´te´ re´alise´s sur un appareil Varian 311A. Les spectres IR ont e´te´
enregistre´s sur un appareil Perkin Elmer 1600. Les spectres UV ont
e´te´ enregistre´s avec un spectrophotome`tre Perkin-Elmer Lambda 17
couple´ avec un calculateur Epson PC-AX, les analyses e´le´mentaires
ont e´te´ effectue´es par le service commun de microanalyse de l’e´cole de
chimie de Toulouse.
3: Rdt. 95%; PF > 350 C
Ce compose´ est obtenu par condensation de 0.05 mmol d’o-
phenyle`nediamine et 0.05 mmol d’acide malonique dans 60 ml d’acide
chlorhydrique 4 M a` reflux pendant 3 h. Le pre´cipite forme´ est filtre´,
lave´ a` l’eau, se´che´ puis recristallise´ dans le DMF.
C9H8N2O2, calc: C: 61.36 H: 4.55 N: 15.91 O: 18.18
Tr:
C: 61.27 H: 4.61 N: 16.01 O: 18.01
5: Rdt. 70%; PF = 260 C
3
A une solution de 11.10 mmol de 1,5-benzodiazepine-2,4-dione
dans 60 ml de DMF on ajoute 33.10 3 mmol de carbonate de potassium,
3
11.10 mmol de 1,2-bis(2-chloro
e´thoxy)e´thane, et 0.006 mole de bro-
mure de tetra-n-butyl ammonium (BTBA). Sous agitation le me´lange
est chauffe´ a` une tempe´rature de 80 a` 90 C pendant 24 h. Apre`s fil-
2
tration des sels, le filtrat est concentre´ sous pression re´duite (1.10
mmHg). Le compose´ 5 est ensuite isole´ par chromatographie sur colonne
de gel de silice (e´luant: chloroforme/me´thanol: 95/5).
C15H18N2O4, calc: C: 62.07 H: 6.20 N: 9.66 O: 22.07
Tr:
C: 62.01 H: 6.12 N: 9.77 O: 22.17
1H (CDCl3): (ppm): 3.29–3.31 (m, 2H, CH2C(O)); 3.33–3.76 (m, 8H,
CH2OCH2); 4.68–4.76 (m, 4H, NCH2), 7.22–7.3 (m, 4H arom).

Nouveau Macrocycle Complexant De L’ion Ag+
1547
13C (CDCl3): (ppm): 44.89 (CH2 C(O)); 47.80 (CH2 N); 68.12 et 68.89
(CH2 O); 123 et 126 (C6H4); 138.37 (Cq); 165.74 (C O).
IR(KBr) cm 1: 1667 (C O)
6: Rdt. 90%; PF = 268 C
Dans un ballon de 250 ml, on introduit 7.10 3 mmol du macrocycle 5,
3
14.10 mmol du re´actif de Lawesson et 50 ml de tolue`ne. La solution
est chauffe´e au reflux sous agitation pendant 20 h. Apre`s avoir e´limine´
le tolue`ne sous pression re´duite, le re´sidu obtenu est repris par un peu
d’eau chaude puis extrait au chloroforme. La phase organique est se´che´e
sur sulfate de sodium anhydre et concentre´e. Le re´sidu obtenu est passe´
sur colonne de gel de silice (e´luant : chloroforme/e´ther die´thylique 9/1).
C15H18N2S2O2, calc: C: 55.90 H: 5.59 N: 8.69 O: 9.93 S: 19.87
Tr:
C: 55.9 H: 5.62 N: 8.61 O: 9.87 S: 19.92
1H (CDCl3): (ppm): 3.90–4.10 (m, 8H, CH2 O CH2); 3.84–4.19 (m,
2H, CH2 C S); 5.24–5.44 (m, 4H, N CH2); 7.17–7.29 (m, 4H arom)
13C (CDCl3): (ppm): 55.26 (CH2 C(S)); 63.01 (CH2 N); 67.17 et 68.38
(CH2 O); 123.33 et 127.30 (C6H4); 139.20 (Cq); 198 (C S).
I.R( KBr): cm 1: 1145 (C S).
De´termination des Constantes de Formation
Le protocole expe´rimental est celui utilise´ par J. Bellan et coll.16 Les
constantes de formation de complexes ion-ligand ont e´te´ de´termine´es en
solution dans le THF, par spectrome´trie UV selon la me´thode de Smid17
et en utilisant les programme de calcul STAR/FA et STAR de´veloppe´es
par Beltran.18
Dans le THF, les maxima des bandes d’absorption des nitrates sont
1
trouve´s a`
= 275 nm (εmax = 134000 cm
M
max
1) pour ML2,
=
max
max
1
275.9 nm (εmax = 75000 cm
M
1) pour ML et
= 281 nm (εmax
=
1
70900 cm
M
1) pour M2L.
*
)
Les e´quilibres de complexations sont du type nM + mL
MnLm
( i) ou M = me´tal et L = ligand.
A chaque complexe MnLm est associe´ une constante note´e i, cette
constante ne de´pend pas du me´canisme de formation du complexe, en
revanche a` chaque e´quilibre correspond une constante de stabilite´ note´
Ki qui de´pend du me´canisme de formation. Dans le cas de ML, la con-
stante de stabilite´ est e´gale a` la constante de formation du complexe
Ki = i.
Dans les autres cas les constantes de stabilite´ pourraient eˆtre
de´duites des constantes de formation a` partir de la formulation
d’hypothe`se sur le processus de formation de complexe.

1548
A. Keita et al.
Les e´quilibres (1), (2), et (3) sont les plus probables dans notre cas :
K1
[ML]
[M][L]
*
M + L ML; avec
)
= K1 =
(1)
(2)
(3)
1
K1
K2
[ML2]
[M][L]2
[M2L]
*
*
)
M + L ML; ML + L ML avec
= K1K2 =
= K1K3 =
)
2
2
3
K1
K3
*
*
)
M + L ML; ML + L M L avec
)
2
[M]2[L]
Ce sont ces constantes de formations ( i) que nous de´terminons par
spectrome´trie UV (Tableau II).
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