Soutenance mémoire
Méthodes principales de préparation des cyclopropènes
Le cyclopropène L1 a été synthétisé pour la première fois en 1922 par Demjanov et Doyarenko en réalisant la décomposition thermique à 320 °C de l’hydroxyde de triméthylcyclopropylammonium L2 sur argile platinisée. Par élimination d’Hofmann, de la triméthylamine et du cyclopropène sont formés mais la présence de N,N diméthylcyclopropylamine et de propyne a également été détectée. Le cyclopropène L1 pur est un alcène instable qui polymérise facilement en polycyclopropène via des réactions de type ène successives. En 1960, Closs et Krantz ont montré que le traitement du chlorure d’allyle par l’amidure de sodium (huile minérale, 80 °C) permettait de préparer le cyclopropène avec un rendement faible de 10%. La formation de ce dernier a été démontrée sans ambiguïté par cycloaddition de Diels Alder avec le cyclopentadiène conduisant au composé tricyclique L3. Signalons que le protocole expérimental a été ensuite amélioré par Binger et al. en 1996 en réalisant l’addition lente du chlorure d’allyle à une solution de NaHMDS dans le toluène à reflux. Dans ces conditions, le cyclopropène L1 a pu être isolé avec un rendement de 40%. Les auteurs ont observé que la polymérisation du cyclopropène commençait à se produire à une température de -30 °C .
La découverte d’acides gras naturels possédant un cyclopropène 1,2-disubstitué comme motif structural a probablement contribué au développement de méthodes de synthèse de cyclopropènes. L’acide malvanique L4 et l’acide sterculique L5, isolés d’huiles de graines de différentes plantes, sont connus pour provoquer divers troubles physiologiques chez les animaux (retard de croissance, dysfonctionnement de l’appareil génital, induction du cancer du foie…). Ces composés naturels sont des inhibiteurs de l’enzyme ∆ -désaturase qui catalyse la déshydrogénation de l’acide stéarique en acide linoléique.
La première revue consacrée à la synthèse et à la réactivité des cyclopropènes a été publiée en 1964 par Carter et Frampton. A l’époque, aucune méthode de synthèse efficace et générale de cyclopropènes diversement substitués n’avait été développée. De plus, la structure des composés n’avait pas toujours été déterminée sans ambiguïté.
Grâce à des additions sur la double liaison, les cyclopropènes conduisent à des cyclopropanes substitués qui constituent une classe particulièrement intéressante de composés rencontrés dans des produits naturels et/ou bioactifs. C’est ainsi qu’au cours des cinquante dernières années, la synthèse de cyclopropènes a fait l’objet de nombreux travaux, répertoriés dans des revues et dans des chapitres d’ouvrages.
Les cyclopropènes diversement substitués peuvent être préparés:
− à partir d’halogénures cyclopropaniques grâce à une réaction de β-élimination de type E2 [Schéma 5, voie (a)].
− à partir de 1,3-dihalogénoalcanes par traitement par une base forte qui induit des réactions d’élimination-1,3 et -1,2 successives [Schéma 5, voie (b)].
− à partir de 1,1,2-trihalogénocyclopropanes par traitement avec deux équivalents d’un organolithien. Ce dernier peut en effet initier un premier échange halogène-métal, suivi d’une β-élimination et d’un second échange halogène-métal [Schéma 5, voie (c)].
− par cycloaddition [2+1] entre un alcyne et un carbène ou un carbénoïde, le plus souvent issu de la décomposition d’un composé diazo par irradiation photochimique ou catalysée par un complexe métallique [Schéma 5, voie (d)].
− à partir de cyclopropènes déjà formés par métallation en position vinylique puis fonctionnalisation par réaction avec un électrophile ou grâce à des couplages palladocatalysés [Schéma 5, voie (e)].
Signalons que d’autres voies d’accès existent et font intervenir l’isomérisation de méthylènecyclopropanes ou de vinylcarbènes (méthode utilisée pour la synthèse du cyclopropène L1) [Schéma 5, voie (f)], des contractions de 5H-furan-2-ones ou de 3H-pyrazoles par extrusion de dioxyde de carbone ou de diazote, respectivement [Schéma 5, voie (g)] et des rétro-cycloadditions de type rétro-Diels-Alder [Schéma 5, voie (h)]. Par souci de concision, ces méthodes, beaucoup moins générales, ne seront pas développées dans notre étude bibliographique.
La numérotation des substituants du cyclopropène sera toujours réalisée de la même manière, C1 et C2 correspondant aux carbones vinyliques.
Synthèse de cyclopropènes 3,3-disubstitués
A partir d’halogénures cyclopropaniques
Les cyclopropènes 3,3-disubstitués sont facilement obtenus à partir d’halogénures cyclopropaniques grâce à une réaction de β-élimination de type E2. Les alcènes α,α-disubstitués de type L6 peuvent être utilisés comme précurseurs d’halogénures cyclopropaniques. La première stratégie utilisée consistait à réaliser l’addition du chlorocarbène (engendré par déprotonation de CH2Cl2 par NaHMDS) sur des alcènes L6 pour obtenir des chlorocyclopropanes de type L7. 7a Un protocole plus général en deux étapes a été développé qui consiste à réaliser l’addition du dibromocarbène [engendré in situ par traitement du bromoforme par t-BuOK ou, plus généralement, par la soude en catalyse par transfert de phase (CTP)]. Le gem dibromocyclopropane résultant L8 est ensuite soumis à une réaction d’hydrodébromation. Le diéthylphosphite ou l’hydrure de tributylétain ont souvent été employés pour réaliser cette opération mais l’utilisation du bromure d’éthylmagnésium associé à Ti(Oi-Pr)4 (Et2O, reflux) permet d’obtenir les bromures cyclopropaniques correspondants L9 avec de meilleurs rendements et évite la formation de sous-produits toxiques. Lorsque les halogénures cyclopropaniques L7 ou L9 sont traités par le tert-butanolate de potassium dans le DMSO, les cyclopropènes de type L10 sont obtenus avec de bons rendements .
Cette méthode permet d’accéder en trois étapes, à partir d’alcènes α,α-disubstitués, à des cyclopropènes substitués en C3 par un ou deux groupements alkyle, aryle, alcényle ou alcynyle. Les étapes impliquées dans cette séquence sont compatibles avec plusieurs groupements fonctionnels tels que des éthers, des éthers silylés, des chlorures ou des fluorures aromatiques ou encore des nitriles, et de très nombreux exemples ont été rapportés dans la littérature.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1: METHODES PRINCIPALES DE PREPARATION DES CYCLOPROPENES. ADDITIONS SUR LA DOUBLE LIAISON DES CYCLOPROPENES CATALYSEES PAR LES METAUX DE TRANSITION
1 – Méthodes principales de préparation des cyclopropènes
1.1 – Synthèse de cyclopropènes 3,3-disubstitués
1.1.1 – A partir d’halogénures cyclopropaniques [Schéma 5, voie (a)]
1.1.2 – A partir de 1,3-dihalogénoalcanes [Schéma 5, voie (b)]
1.1.3 – A partir de l’acétylène ou d’alcynylsilanes par cycloaddition [2+1] [Schéma 5, voie (d)]
1.2 – Synthèse de cyclopropènes substitués en C3 et C1 ou en C3, C2 et C1
1.2.1 – A partir de trihalogénocyclopropanes [Schéma 5, voie (c)]
1.2.2 – A partir d’alcynes substitués par cyclopropénation [Schéma 5, voie (d)]
1.2.3 – Dédoublement cinétique de dérivés d’acides cycloprop-2-énylcarboxyliques
1.2.4 – Cyclopropénation énantiosélective d’alcynes à l’aide de composés diazo possédant un
groupement électroattracteur
1.2.5 – Cyclopropénation énantiosélective à l’aide de composés diazo possédant un groupement
électroattracteur et un groupement électrodonneur
1.2.6 – Cyclopropénation énantiosélective à l’aide de composés diazo possédant deux groupements
électroattracteurs
1.2.7 – A partir d’autres cyclopropènes par fonctionnalisation [Schéma 5, voie (e)]
1.2.7.1 – Par métallation et ajout d’un électrophile
1.2.7.2 – Couplages pallado-catalysés impliquant des cyclopropénylmétaux 37
1.2.7.3 – Couplages pallado-catalysés impliquant des iodures cyclopropéniques
1.3 – Bilan et tableau récapitulatif
2 – Généralités sur les réactions des cyclopropènes catalysées par les métaux de transition
3 – Additions catalysées par des métaux de transition sur la double liaison des cyclopropènes
3.1 – Hydrogénation, hydroformylation et hydroacylation de cyclopropènes.
3.1.1 – Hydrogénation
3.1.2 – Hydroformylation
3.1.3 – Hydroacylation
3.2 – Addition de pro-nucléophiles sur les cyclopropènes
3.2.1 – Hydroalcynylation
3.2.2 – Hydrophosphorylation
3.3 – Hydrométallation, métallométallation et carbométallation de cyclopropènes
3.3.1 – Hydrométallation
3.3.2 – Dimétallation
3.3.3 – Carbométallation
3.3.3.1 – Carbozincations catalysées par le fer ou le cuivre
3.3.3.2 – Carbomagnésiation cupro-catalysée
3.4 – Bilan
CHAPITRE 2: REACTIONS DE METATHESE IMPLIQUANT DES CYCLOPROPENES
1 – Réactions de métathèse impliquant des cyclopropènes
1.1 – Polymérisation par ouverture de cycle par métathèse
1.2 – Ouverture de cycle par métathèse croisée des acétals de la cyclopropénone
1.3 – Ouverture de cycle par métathèse désymétrisante–métathèse croisée
2 – Rappels sur les réarrangements de cycles par métathèse
2.1 – Généralités
2.2 – Considérations mécanistiques
2.3 – Applications
2.3.1 – Réarrangements de structures bicycliques
2.3.2 – Réarrangements de cycloalcènes de taille moyenne
2.3.3 – Réarrangements de cyclobutènes
3 – Résultats: Réarrangements de cycle par métathèse de cyclopropènes
3.1 – Objectif
3.2 – Réarrangements de cycle par métathèse des cyclopropènes possédant une chaîne insaturée en C3
3.2.1 – Préparation des substrats requis pour l’étude
3.2.2 – Synthèse d’hétérocycles par réarrangement de cycle par métathèse des cyclopropènes de
type A
3.2.3 – Bilan et discussion mécanistique
3.3 – Réarrangements de cycle par métathèse des cyclopropènes possédant une chaîne insaturée en C2 83
3.3.1 – Préparation des substrats requis pour l’étude
3.3.2 – Synthèse d’hétérocycles par réarrangement de cycle par métathèse des cyclopropènes de
type B
3.3.3 – Bilan et perspectives
CHAPITRE 3: OUVERTURE DE CYCLOPROPENES EN PRESENCE DE COMPLEXES DE METAUX DE TRANSITION. CYCLOISOMERISATION DE CYCLOPROPENE-ENES
1 – Ouverture de cyclopropènes en présence de complexes de métaux de transition
1.1 – Considérations structurales
1.2 – Addition de nucléophiles sur les carbénoïdes résultant de l’ouverture des cyclopropènes
1.2.1 – Réactions intramoléculaires
1.2.1.1 – Réarrangement des cyclopropènes substitués par des groupements carbonyles en C3 en
furanes
1.2.1.2 – Réarrangement d’acétates de cyclopropénylcarbinyle en 2-acétoxy-1,3-diènes
1.2.1.3 – Réarrangement des cyclopropènes substitués en C3 par un groupement 2-pyridyle en
indolizines
1.2.1.4 – Réaction de Friedel-Crafts intramoléculaire
1.2.1.5 – Réarrangement de 3-styrylcyclopropènes en cyclopentadiènes
1.2.2 – Réactions intermoléculaires
1.2.2.1 – Addition de pro-nucléophiles aminés et carbonés
1.2.2.2 – Addition d’alcools
1.2.2.3 – Addition de diphénylsulfoxyde
1.2.2.4 – Réaction avec les furanes
1.3 – Cycloaddition
1.3.1 – Carbonylation d’esters et de cétones cyclopropéniques: cycloaddition [5+1]
1.3.2 – Cycloaddition [5+2] entre les cyclopropénylcétones et les alcynes
1.3.3 – Cycloaddition [3+2] de cyclopropène-ynes
1.3.4 – Cycloaddition [3+2+1] carbonylante de cyclopropène-ènes et de cyclopropène-ynes
1.4 – Réactions caractéristiques des carbènes
1.4.1 – Homocouplage
1.4.2 – Insertion dans des liaisons C(sp3 )-H
1.4.3 – Cyclopropanation d’alcènes
1.4.3.1 – Réactions intermoléculaires
1.4.3.2 – Réactions intramoléculaires
2 – Contexte et objectif: Synthèse de bicyclo[n.1.0]alcanes par des réactions catalysées par des
métaux de transition
2.1 – Contexte
2.2 – Objectifs
3 – Résultats: Cycloisomérisation de cyclopropène-ènes catalysée par des complexes d’or
3.1 – Etude préliminaire
3.1.1 – Synthèse du substrat-type requis pour l’étude
3.1.2 – Réactivité du cyclopropène-ène 71 en présence de complexes de métaux de transition et
d’acides de Brønsted
3.1.3 – Détermination de la configuration relative du composé 72
3.1.4 – Analyse des résultats
3.1.4.1 – Interprétation de la diastéréosélectivité
3.1.4.2 – Effets des substituants en C1 et C3 du cyclopropène
3.1.4.3 – Ozonolyse du 5-isopropylidène-3-oxabicyclo[4.1.0]heptane 72
3.2 – Cycloisomérisation d’éthers allyliques dérivés de cyclopropénylcarbinols: synthèse de 3-oxabicyclo-
[4.1.0]heptanes
3.2.1 – Cycloisomérisation d’éthers allyliques diversement substitués dérivés du
cyclopropénylcarbinol 70
3.2.1.1 – Synthèse des substrats requis pour l’étude
3.2.1.2 – Cycloisomérisation des éthers allyliques substitués dérivés du cyclopropénylcarbinol 70
3.2.2 – Cycloisomérisation d’éthers allyliques dérivés de divers cyclopropényl-carbinols secondaires
3.2.2.1 – Synthèse des substrats requis pour l’étude
3.2.2.2 – Cycloisomérisation des cyclopropène-ènes 99 et 107–113
3.2.3 – Bilan 169
3.3 – Cycloisomérisation de N-allylcyclopropénylcarbinylamines
3.3.1 – Synthèse des substrats requis pour l’étude
3.3.2 – Cycloisomérisation de N-allyl-cyclopropénylcarbinylamines catalysée par le chlorure d’or(I)
3.3.3 – Bilan
3.4 – Cycloisomérisation de cyclopropène-ènes catalysée par des complexes d’or(I): synthèse de
bicyclo[4.1.0]heptanes
3.4.1 – Synthèse des substrats requis pour l’étude
3.4.2 – Cycloisomérisation de cyclopropène-ènes: synthèse de bicyclo[4.1.0]-heptanes substitués
3.4.3 – Bilan
3.5 – Extension aux éthers de vinyl- et d’allyldiméthylsilyle dérivés de cyclopropénylcarbinols
3.6 – Bilan: cycloisomérisation de cyclopropène-ènes catalysée par des complexes d’or
4 – Résultats: Synthèse de benzobicyclo[6.1.0]nonanes par cycloisomérisation de cyclopropèneènes catalysée par le rhodium(II)
4.1 – Objectif de l’étude et résultats préliminaires
4.1.1 – Objectif
4.1.2 – Résultats préliminaires
4.2 – Cycloisomérisation de (2-allyloxy)phénylcyclopropénylcarbinols substitués catalysée par Rh2(OAc)4:
Synthèse de benzo-3-oxabicyclo-[6.1.0]nonanes
4.2.1 – Préparation des substrats requis pour l’étude
4.2.1.1 – Préparation de cyclopropénylcarbinols Y’ substitués sur le cycle aromatique
4.2.1.2 – Préparation de cyclopropénylcarbinols Y’ possédant des éthers allyliques phénoliques
substitués
4.2.2 – Cycloisomérisation des (2-allyloxy)phénylcyclopropénylcarbinols Y’ diversement substitués
4.2.2.1 – Substrats possédant un groupement aromatique substitué
4.2.2.2 – Evaluation de la tolérance fonctionnelle
4.2.2.3 – Substrats possédant un éther allylique substitué
4.2.2.4 – Transformation des benzo-3-oxabicyclo[6.1.0]nonanes Z’
4.3 – Cycloisomérisation de 1,8-cyclopropène-ènes en benzobicyclo-[6.1.0]nonanes
4.3.1 – Etude de l’influence des atomes d’oxygène
4.3.2 – Synthèse de benzoxocanes possédant un groupement amino en position benzylique
4.3.3 – Synthèse de benzazocanes possédant un motif bicyclo[6.1.0]nonane
EXPERIMENTAL SECTION: RING-REARRANGEMENT METATHESIS OF CYCLOPROPENE-ENES
1 – Synthesis and ring-rearrangement metathesis of cyclopropene-enes of type A
1.1 – Synthesis of cyclopropene-enes of type A
1.2 – Ring-rearrangement metathesis of cyclopropene-enes of type A
2 – Synthesis and ring-rearrangement metathesis of cyclopropene-enes of type B
2.1 – Synthesis of cyclopropene-enes of type B
2.2 – Ring-rearrangement metathesis of cyclopropenes of type B
EXPERIMENTAL SECTION: TRANSITION METAL-CATALYZED CYCLOISOMERIZATION OF
CYCLOPROPENE-ENES
1 – Gold-catalyzed cycloisomerization of cyclopropene-enes
1.1 – Preliminary study
1.1.1 – Synthesis and transition metal-catalyzed cycloisomerization of cyclopropene-ene 71
1.1.2 – Determination of the relative configuration of 3-oxabicyclo[4.1.0]heptane 72
1.1.3 – Gold-catalyzed cycloisomerization of cyclopropene-ene 34
1.1.4 – Synthesis of cyclopropene-ene 81
1.1.5 – Ozonolysis of 3-oxabicyclo[4.1.0]heptane 72
1.2 – Gold-catalyzed cycloisomerization of allylcyclopropenylcarbinyl ethers
1.2.1 – Synthesis and gold-catalyzed cycloisomerization of allylcyclopropenyl-carbinyl ethers derived
from cyclopropenylcarbinol 70
1.2.1.1 – Synthesis of allylic ethers 86–91
1.2.1.2 – Gold-catalyzed cycloisomérisation of cyclopropene-enes 86–91
1.2.2 – Synthesis and gold-catalyzed cycloisomerization of allylcyclopropenyl-carbinyl ethers
1.2.2.1 – Synthesis of allylcyclopropenylcarbinyl ethers 99
1.2.2.2 – Synthesis and determination of the relative configuration of cyclopropenylcarbinols 101 and
102
1.2.2.3 – Synthesis of allylcyclopropenylcarbinyl ethers 107–113
1.2.2.4 – Gold-catalyzed cycloisomerisation of cyclopropene-ene 99 and 107–113
CONCLUSION GENERALE
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