1034 RECUEIL (1958) 77
547.689.6-39 : 545.33
ETUDE POLAROGRAPHIQUE DES BISHYDROPEROXYDES STEROIDES
PAR
MAURICE LEGRAND, VLADIMIR DELAROFF et MADELEINE BIMBAD
(Services de Recherches Roussel-Uclaf. Paris)
En milieu hydro-alcoolique contenant du p-toluene sulfonate de sodium, l a bishydroperoxydes steroides fournissent, entre p H 5 et 8. des polare grammes presentant en general quatre vagues. ks deux dernieres permettent d'effectuer des dosages.
La troisieme .vague correspondrait B la reduction du bishydroperoxyde qui redonnerait la cetone de depart et de l'eau oxygenee ensuite reduite au niveau de la derniere vague.
Les etudes polarographiques de la fonction peroxyde ont deja montre que ce groupe etait en general reductible a l'electrode a gouttes de mercure. ce qui a permis de decrire divers dosages 1) 2 ) 3) . On a pu relier, dans certaines conditions, le potentiel de demi-vague a la struc- ture des peroxydes mis en jeu 4 ) .
L'objet de cette Note est d'examiner le comportement polarogra- phique d'une nouvelle classe de peroxydes: les bishydroperoxydes steroi'des, recemment decrits par Velluz et collaborateurs 5 ) S), qui presentent l'avantage d'avoir une structure sbien definie.
Les composes etudies correspondent a des bishydroperoxydes gemines en 3, I a IV * ) , en 17, V, ou en 20, VI et VII. Ces produits etant insolubles dans l'eau, leurs polarogrammes ont ete etablis dans un milieu tamponne hydroethanolique (25 % d'eau) contenant du
1) H. Bruschweiler, G. J. Minkoff et K. C. Salooja, Nature 172, 909 (1953). 2) H. Bruschweiler et G. J. Minkoff, Anal. Chim. Acta 12. 186 (1955). 3) D. A. Skoog et A. B. H. Lsuwzecha, Anal. Chem. 28, 825 (1956). 4 ) M. L. J. Bernard, Ann. chim. (12) 10. 315 (1955). 6, J. Warnant, R. Joly, J. Mathieu et L. Velluz. Bull. 'soc. chim. 1957. 331. 8 , L. Velluz, G. Amiard, J. Martel et J. Warnant, Bull. SOC. chim. 1957, 879. * ) Le compose I. qui n'a pas encore ete decrit, presente les caracteristiques sui-
vantes: F. 210". IdD = + 100" f 2 ( c = 0.5%. tetrahydrofuran).
Etude polarographique des bishydroperoxydes stkroides. 77 ( 1958) RECUEIL 1035
p-toluene sulfonate de sodium comme electrolyte de support. La cellule de mesure comportait une anode de mercure; les potentiels cathodiques et anodiques ont ete mesures par rapport a une electrode auxiliaire au calomel-KC1 sature.
HOO I. 21-Acktoxy
pregnane
H 0 6 3,3-bishydroperoxy 11. 21-Acktoxy 3,3-bishydroperoxy 20-one pregnane 1 1,ZOdione
111. ( R = H). 3,3-Bishydroperoxy
IV. (R = OAc) 21-Acktoxy 3.2bishydroperoxy etiocholane 1 I-one Ad-pregnene 20-one V. h-Acetoxy 17.17-bishydroperoxy
Ad-pregnene 20-one
OOH &-, OOH {<H,
OOH
AcCf Ac VI. 3aAcetoxy 20,20-bishydroperoxy VII. h-Acetoxy 20,20-lbishydroperoxy
pregnane pregnane 1 l-one
Etude en fonction du pH Dans la zone de pH comprise entre 5 et 8, tous les bishydroperoxydes
steroi'des etudies sont stables et fournissent des polarogrammes presen- tant, en general, quatre vagues. Les potentiels de demi-vague sont comptis entre + 0.1 et + 0.2 V (vague A), 0 et -0.05 V (vague B), -0.25 et -0.45 V (vague C) , -1.15 et -1.25 V (vague D) . Les hauteurs de paliers, h,, hB, h,, la hauteur hc etant prise pour unite, sont compa- rables pour les differents corps etudies. Vers pH 8, certaines vagues sont absentes ou confondues avec leur voisine, mais ces differences sont insuffisantes pour qu'on puisse les relier a la structure des produits mis en oeuvre. La figure 1 montre l'aspect des polarogrammes du bishydroperoxyde de progesterone. 111, obtenus a pH 5.7 et 7.6, et le tableau I resume l'ensemble des resultats.
La loi d'llkovif est verifiee dans tous les cas pour le courant total aux paliers de diffusion des vagues C et D; le dosage des peroxydes
I036 Maurice Legrand, Vladimir Delaroif et Madeleine Bimbad,
est donc possible aux potentiels correspondants. Le tableau I1 donne
et du potentiel auquel la mesure a les valeurs du coefficient
ete effectuee ( m a ete determine en circuit ouvert et le temps de goutte evalue pour le potentiel ou la lecture a ete faite). Cependant, la loi d'llkovit n'est pas suivie pour les vagues A et B (fig. 1 ) qui presentent des maxima en l'absence d'agents tensio-actifs. Nous n'avons d'ailleurs pas reussi a supprimer celui de la vague A en mettant en oeuvre les moyens usuels.
D'autre part, le rapport des hauteurs de paliers h,,/hc varie dans le temps et depend du traitenlent que la solution a subi. Si cette derniere n'a pas deja ete polarographiee, la variation du rapport est tres lente (0.30 pour t = 0 et 0.37 pour t = 60 h ) ; mais i l n'en est plus de mCme si la solution a ete precedemment soumise a une premiere polarographie (0.30 pour t = 0, 0.37 pour t = 1 h et 0.45 pour t = 60 h ) . Dans tous les cas. la valeur de hc reste pratiquement constante. Nous avons verifie qu'il ne s'agissait pas d'une modification de l'anode de mercure; en effet. en polarographiant une solution fraiche sur une anode ayant deja servi, on retrouve le rapport 0.3. I1 faut donc admettre que l'on assiste a une modification du peroxyde, catalysee par les produits de reduction forrnes lors de la polarographie. Cette hypothese est cepen-. dant difficile a ad<mettre etant donne la tres faible quantite de produit electrolyse durant la mesure.
1 1
Cm'/3 t'/a
I
Fig. 1 . a pH 5.7 (trait plein) et 7.6 (tirets).
Polarographie du bishydroperoxyde en 3 de la progestkrone (111)
Etude polarographique des bishydroperoxydes stbroides. 77 ( 1958) RECLIEIL 1037
0.82
-
0.63
0.77
0.74
0.8
0.71(?)
T a b l e a u I Hauteurs relatives des paliers
1
1
- - -
1
-
h* (0.1 B 0.2 V) Bishydro- I
peroxydes ~ 1 PH 5.6
V
VI
VII '?O
I I 0.3
0.36
0.135
0.1
I
i t Bishydro- C r n W tve I' Bishydro- I! peroxydes
pH 5.6 PH 7.6 II peroxydes
i t
C,'P t v e
p H 5.6 I--- pH 7.6
p H 7.6
3.33 (-1.4 V)
3.21 (-0.5 V)
3.46 (-1.4 V)
2.62 (-1.3 V)
-
-
0.39
0.35
0.5 (?)
- -
V 13.52 (-0.7 V) 12.81 (-0.7 V) VI '3.05 (-1.3 V) 2.79 (-1.3 V)
VII 3.12 (-0.95 V) 3.20 (-1.5 V)
hs (0 B -0.05 V)
I
I1
I11
IV
p H 5.6 I pH 7.6
3.55 (-1.3 V)
3.21 (-0.7 V) 3.92 (-1.32 V)
3.00 (-1.3 V)
ha (-0.25 A '-0.45 V) pH 5.6 1 p H 7.6
T a b l e a u I1 Coefjicients d'llkovif d p H 5.6 et 7.6
pH 5.6
1.27
-
1.12
1.16
1.05 (?)
-
1.08(?)
hD (-1.15 B -1.25 V) --
pH 7.6
1.21
-
1.1
- -
i t : courant total en rnA mesure au potentiel indique entre parentheses. C : concentration rnoleculaire en millirnoles/litre. m: debit du mercure en mg/s. i : temps de goutte en secondes.
T a b l e a u I11 Coefficients dllkovif a pH 2.5 et 3.5
i t C,VS t ' /O I pH 2.5 - - I p H 3.5
Bishydroperoxydes
1038 Maurice Legrad, Vladimir Delaroff et Madeleine B i d a d ,
Lorsqu'on s'ecarte trop de la zone de pH comprise entre 5 et 8, la plupart des bishydroperoxydes etudies ne sont plus stables. A pH 2.5 et 3.5, seulls les composes saturks portant h sfonction ibishydroperoxyde en 3 ou en 17 (I , 11. V) ont pu Ctre polarographiCs. Cette propriete
Fig. 2. Polarographie du tbi.&ydroperoxyde en .I7 de la 3a-acktoxy ethlocholane ll-one (V) a pH 2.5 (trait plein) et 3.5 (tlrets).
permet de les differencier. La figure 2 montre l'allure des polaro- grammes ainsi obtenus et le tableau 111 fournit les valeurs des coeffi- cients d'llkouic'.
Essai d'interprktation L'interpretation complete des polarogrammes des bishydroperoxydes
steroides etudies est particulierement difficile du fait de I'absence de definition de certaines vagues. Nous n'avons donc dktermine que la nature des produits de reduction correspondant aux vagues C et D et le nombre d'electrons mis en oeuvre.
1. - La vague D a ete attribuee a la reduction de l'eau oxygenee, le potentiel de demi-vague etant triis voisin de celui de ce compose intro- duit dans le mEme milieu. Cette eau oxygenee provient sans doute de la reduction du peroxyde au niveau de la vague C et non d'une decom- position thermique lors de la mise en solution. En effet. les polaro- grammes, determines a partir d'une solution donnee. ne varient prati- quement pas au cows de plusieurs heures. I1 ne s'agit pas non plus d'un equilibre chimique entre la cetone, I'eau oxygenee et le bishydro- peroxyde, car I les solutions de bishydroperoxyde de progesterone, examinees en spectrophotometrie U.V., ne revelent pas la presence de cetone conjuguee.
A cat6 de I'eau oxygenee, Ie produit obtenu par reduction au niveau de la vague C correspond A la cetone dont est issu le bishydroperoxyde.
Etude polerogrephique des bishydroperoxydes steroides. 77 ( 1958) RECUEIL 1039
Nous avons pu le verifier pour les bishydroperoxydes d'acetate de desoxycorticosterone, IV, et de progesterone, 111. En effet, l'examen
1 1 . 0 - 0.5 - ? -1.5 VOlts/ECS
Fig. 3. tarnponnb par l'acide rnalonique et la lithine.
polarographique vers des potentiels plus negatifs et en milieu tamponne par l'acide malonique et la lithine revele une vague supplementaire de E 112 = -1.55 V pour IV ou -1.49 V pour I11 (fig. 3). Or, les cetones correspondantes fournissent, dans le mCme milieu, -1.60 et -1.48. Ces resultats ont d'ailleurs ete confirm& dans le cas du bishydroperoxyde de progesterone, par electrdyse a potentiel constant. On deckle ainsi la progesterone par spectrophotometrie U.V. apres reduction complete, soit h -1.01 V, soit h -1.25 V.
2. - Nos essais d'electrolyse nous ont aussi permis de determiner le nombre d'electrons mis en jeu lors de la reduction totale d'un bishydro- peroxyde (fig. 3). Pour la reduction de I'ensemble bishydroperoxyde- eau oxygenee formee (palier de la vague D) . on obtient la valeur 4.27. c'est-h-dire 4 electrons aux erreurs experimentales pres. Au palier C, l'electrolyse conduit a la valeur 2.44. Si l'on prend en premRre approxi- mation la valeur 2, on peut attribuer I'exces a un debut de reduction de l'eau oxygknee formee. Cette hypothese est justifiee Ctant donne la petitesse du palier de reduction du bishydroperoxyde et la proximite de la vague de decharge de H202. La quantite de perhydrol ainsi electrolyse n'a pu Ctre estimke chimiquement en fin d'essai, car ce produit se decompose thermiquement en cours d'electrolyse.
En se basant uniquement sur les resukats de 1'~lectrolyse. on peut Ccrire les equations de reduction suivantes:
Polarographie du bishydroperoxyde en 3 de la progestbrone (111) en milieu
I040 ~
a-
Maurice Legrand, Vladimir Delaroff et Madeleine Bhbad, ~ _ _ .
OOH .OI V : H ~ O + +2e - + /\ 1 ,J \o + H ~ O ~ + Z O H @
En realite, le mecanisme de reduction a la cathode de mercure doit ttre plus complexe. En effet, un calcul effectue sur les hauteurs de vagues des polarogrammes montre que la vague de I'eau oxygenbe ne met en jeu que 0.38 k 0.01 Clectrons et celle de la progesterone 0.30 0.06, si I'on attribue 2 electrons au palier de la vague C. Or, on devrait obtenir, d'apres les schernas precedents, 2 electrons pour I'eau oxygenke, tandis que la reduction d'une cetone conjuguee neces- siterait 1 electron 7). D'autre part, nous nous sommes assures, par de nombreuses mesures, qu'a la precision de lecture pres les vagues C et D etaient des vagues normales, gouvernees par la diffusion. I1 est toutefois plus difficile de se prononcer sur la vague E. dont la mesure precise du courant de diffusion est rendue delicate par la decharge des ions presents dans le milieu.
O n doit donc admettre que la reduction du bishydroperoxyde au niveau de la vague C ne fournit pas en totalite de I'eau oxygenee et de la progesterone immediatement reductibles. On peut suggerer la for- mation partielle de produits intermediaires qui, par hydrolyse, con- duisent apres un temps plus ou moins long aux composes finaux. Leur duree de vie serait suffisamment importante pour echapper 2 la reduc- tion polarographique.
Pa r t i e e x p 6 r i m e n t a 1 e.
Polarogaphie.
Le polarographe utilisk permet d'appliquer aux electrodes une tension variable, B 5 mV pres. Les intensitks sont lues sur un galvanornetre SEFRAM, de sensibilitk maximum 1.82 10-'0 A/mm. muni de shunts permettant d'obtenir la sensibilite et I'arnortissement convenables.
Les constantes du capillaire sont rnesurees en circuit ouvert, en faisant tomber le mercure dans le milieu utilise a pH 7.6. Pour une hauteur de rnercure de 34.3 cm. la masse de mercure est de 2.06 mg/s et le temps de goutte de 4.5 secondes.
La cellule de polarographie employee (fig. 4) est maintenue B 25" et comporte une couche de mercure comme electrode impolarisable. Les solutions sont desoxygCn6es pendant 45 minutes par barbotage d'azote prealablement purifie selon la methode usuelle et saturk en vapeur du solvant utilise. Apres avoir trace le polarograrnme, on intmduit en ,.A" un pont muni de rodages contenant la solution hydroalcoolique
1) P. Kabasekalian et J. McGlotten, J. Am. Chern. SOC. 78, 5032 (1956),
Etude polarographique des bishydroperoxydes sfkroides. 77 ( 1958) RECUEIL 1041
b
Fig. 4. Cellule de polarographie a: mercure b: arrivee d'azote c: electrode B gouttes
d'electrolyte de support et on determinede potentiel de la couche de mercure par rapport A une electrode au calomel-KC1 sature, en differents points du polarogramme. La correction de courant residue1 est ensuite obtenue B partir d'un essai B blanc. Pour l'etude en fonction du pH. le produit B polarographier est dissous B une
concentration 5.10-' M environ. dans le milieu suivant:
- p-toluene sulfonate de sodium M, en solution aqueuse - rouge de methyle A 0.005 yo dam l'ethanol - tampon en solution aqueuse - eau distillee - ethanol
Les tampons utilises sont les suivants:
- Acide - Acide - Acide - Acide - Acide
p-toluene sulfonique N/10 malonique M- soude 0.2 M acetique 0.8 M - acetate de sodium 0.2 M malonique 0.5 M - soude 0.9 M p-toluene sulfonique 0.13 M - triethylamine M
: 1 cms : 1 cm3 : 1 cms : 0.5 cmS
q.s.p. 10 cm3
p H apparent final 2.5 3.5 5.6 7.5 10.1
Pour caracteriser les cetones formees. qui se reduisent B un potentiel tres negatif, on utilise un solvant, dont 1e pH apparent est de 8, obtenu A partir de:
- Acide malonique 0.5 M - lithine 0.9 M, en solution aqueuse 2 cm3 - Eau distillee 0.5 cm3 - Ethanol q.s.p. 10 c.mS
Electrolyse.
Pour eviter la diffusion vers I'anode des produits de reduction. les compartiments cathodique et anodique de la cellule d'electrolyse (fig. 5) sont separes par un verre fritte no 3. La cathode est une couche de mercure dont le potentiel peut &re mesure i tout moment par rapport a une electrode de reference. Une plaque de platine de grande surface sert d'anode.
1042 M. Legrand et co's Etude polarographique des bishydroperoxyde stiroides.
Fig. 5. Cellule d'electrolyse a: arrivee d'azote b: pont vers I'electrode de reference c: verre fritte d: depart d'azote e: agitateur magnetique f: cathode de mercure g: anode de platine
Lelimination de I'oxygene avant et pendant l'electrolyse est assuree par un bar- botage dazote dans les deux compartiments et le brassage de la solution est effectue au moyen d'un agitateur electro-magnetique flottant sur la cathode de mercure.
Le solvant Clectrolytique corres,pond au melange a base de lithine utilisb en polaro- graphie; la solution 3 electrolyser (environ 5 lo-' M en peroxyde) est verge dam le compartiment cathodique.
Avant I'electrolyse, on elimine l'oxygene par un barbotage d'azote durant 2 heures. Le potentiel de la cathode est maintenu a la valeur choisie k 20 mV pendant toute la durtk de l'electrolyse (environ 3 heures), et J'intensite i dbbitee mesurke en fonction du temps t. O n trace sur un m h e graphique la courbe i = f ( t ) et la courbe i' = ' f ' ( t ) obtenue lors d'un essai a blanc ef.fectu6 dans des conditions identiques. On en dMuit le nombre de coulonrbs mis en jeu dans la reaction.
( R e p le 16 mai 1958).
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