Synthèse de biaryles cétones

Rappels bibliographiques

Les biaryles cétones symétriques ou dissymétriques sont d’importants motifs structuraux utilisés dans différents domaines, que ce soit en chimie médicinale et pharmaceutique  ou dans le domaine des matériaux .

Synthèse de biaryles cétones par acylation de Friedel- Crafts

La première description de la réaction entre un arène et un chlorure d’aroyle a été publiée par Friedel et Crafts en 1877 . Cette acylation est réalisée par un acide de Lewis présent en excès, le trichlorure d’aluminium dans le cas présent. Une deuxième acylation sur la benzophénone n’est pas possible, car cette dernière est désactivée et l’acylation ne fonctionne que sur des arènes activés.

130 Ans après cette découverte, l’acylation de Friedel-Crafts suscite toujours beaucoup d’intérêt et énormément de publications scientifiques et de brevets ont été écrits à ce sujet. Depuis l’utilisation du chlorure d’aluminium, d’autres acides de Lewis ont été étudiés comme FeCl3 et ZnCl2, SnCl4 et TiCl4. Cependant, ces acides de Lewis sont utilisés en quantités sur-stœchiométriques. De plus, les réactions doivent être réalisées dans des conditions anhydres du fait de la sensibilité de ces acides à l’eau. Les triflates de métal ont reçu une attention spéciale du fait de leur réactivité particulière dans les acylations de Friedel-Crafts. En effet, ces sels ne sont sensibles ni à l’air ni à l’humidité. Les premiers exemples d’acylation ont été décrits par Kobayashi en utilisant le sel de scandium Sc(OTf)3. Bien que le catalyseur puisse être réutilisé, le temps de réaction reste élevé. L’utilisation du catalyseur Bi(OTf)3 permet de réduire le temps de réaction entre des arènes activés ou non et le chlorure de benzoyle ou encore l’anhydride benzoïque .

Le groupe de Le a montré que la réaction était possible avec le même catalyseur mais sous irradiation micro-ondes, sans toutefois obtenir de bien meilleurs résultats, bien qu’une grande variété de cétones ait été obtenue. Ce même groupe a reporté l’année suivante l’acylation à partir d’acides carboxyliques en présence de Er(OTf)3, afin d’éviter la synthèse préliminaire de chlorures d’acides .Cependant, la réaction n’est possible que pour des arènes riches en électrons, et d’autre part l’arène doit être introduit en large excès dans certains exemples.

L’utilisation de catalyseurs en phase solide a également été développée avec le même objectif. Cependant, bien que le catalyseur puisse être réutilisé jusqu’à trois fois, la réaction n’est possible qu’avec des arènes enrichis en électrons.

La préparation de biaryles cétones générant un minimum de déchets et ne contenant pas de déchets halogénés ou métalliques reste un challenge, alors que la demande par les industries chimiques pour des méthodes plus « vertes » ou « durables » ne cesse de croitre. Wilkinson a développé l’acylation d’arènes pauvres en électrons à partir d’acides carboxyliques en utilisant l’anhydride méthane sulfonique . Cependant, cette méthode doit être améliorée afin d’augmenter la sélectivité de l’acylation, d’utiliser un solvant moins toxique que le toluène et de diminuer la quantité d’anhydride méthane sulfonique utilisé.

Il est également possible de réaliser une acylation de Friedel-Crafts à partir de triflates d’aroyles, mais les manipulations doivent se faire dans des conditions extrêmement anhydres et la synthèse de ces triflates d’aroyles est d’abord nécessaire.

Toutes ces méthodes ne sont pas entièrement satisfaisantes. En effet, les rendements sont en général bons en utilisant une quantité importante de catalyseur, avec un long temps de réaction ou des températures élevées. L’un des problèmes majeur de la réaction de Friedel-Crafts à partir d’un chlorure d’acyl est la production d’HCl corrosif en grande quantité, ce qui pose problème dans les synthèses industrielles. De plus, la synthèse de cétones à partir d’arènes portant des groupements électro-attracteurs reste très limitée, et, de manière générale, la régiosélectivité doit être améliorée.

Synthèse de biaryles cétones par activation d’aldéhydes et de ses dérivés

Réactions à partir d’aldéhydes

Avec des halogénures d’aryle
La première réaction de couplage entre un halogénure d’aryle et un arylaldéhyde a été décrite par Miura en 1996. Les salicylaldéhydes sont utilisés ici car la fonction alcool en ortho de l’aldéhyde permet la coordination du palladium à celle-ci, facilitant ainsi l’addition du catalyseur dans la liaison C-H de l’aldéhyde. L’addition du chlorure de lithium promeut la réaction en diminuant le temps et en augmentant les rendements, qui restent toutefois moyens à bons . Par la suite, cette réaction a été développée par Nowrouzi en utilisant l’eau comme solvant, des bromures d’aryle ou encore d’autres métaux de transition.

Quelques années plus tard, Cheng a étendu cette réaction aux arylaldéhydes ne portant pas de groupement directeur, dans des conditions simples .Les rendements obtenus sont moyens à bons, même à partir d’iodure polycycliques, mais les hétéroaryles donnent de moins bons résultats. Cependant, cette réaction n’est toujours possible qu’à partir d’iodures d’aryle. En effet, avec les bromures d’aryle, les rendements en cétones sont faibles et le produit majoritaire de la réaction est le diphénylméthanol.

La réaction entre un arylaldéhyde et un halogénure d’aryle reste cependant très peu étudiée. De nouvelles conditions doivent être développées, notamment pour accomplir la réaction dans des conditions plus douces tout en réalisant les réactions sans groupements directeurs et à partir de chlorures ou bromures d’aryle

Avec des réactifs organométalliques
La réaction entre un aldéhyde et un réactif organométallique a été bien étudiée, en particulier à partir d’organoboranes qui ont l’avantage d’être plutôt stables à l’air et à l’humidité en plus d’avoir une bonne tolérance vis-à-vis des groupements fonctionnels.

Miyaura a été l’un des premiers à faire réagir un acide arylboronique avec un aryle aldéhyde en présence d’un catalyseur au rhodium (Rh(acac)(coe)2/t-Bu3P), conduisant à des biaryles méthanols qui peuvent ensuite être oxydés en cétones. Quelques années plus tard, Buchmeiser a développé des complexes de rhodium et d’iridium avec des ligands carbènes N-hétérocycliques, utilisés pour la réaction d’un acide arylboronique avec un arylaldéhyde. Cependant, la réaction n’est pas sélective, et selon les substituants présents sur les deux aryles le produit de la réaction est soit la biaryle cétone soit le biarylméthanol. Ainsi, Genet et Darses ont été les premiers à reporter sélectivement la synthèse directe de biaryles cétones à partir d’arylaldéhydes et de trifluoroarylborates de potassium par catalyse au rhodium en 2004. Les cétones sont obtenues avec de bons ou d’excellents rendements à partir d’(hétéro)arylaldéhydes ou . L’acétone est nécessaire dans cette réaction afin de former l’espèce active d’alkoxorhodium(I) à partir d’une espèce d’hydrure de rhodium (I), permettant ainsi d’effectuer l’étape de transmétallation et d’éviter la formation du produit de réduction. De plus, la réaction peut se faire à partir d’autres réactifs organométalliques tels que les organostanniques et les acides boroniques. Cette nouvelle réaction entre un acide arylboronique et un arylaldéhyde a été développée par la suite dans les mêmes conditions avec ajout d’une base.

Quelques années plus tard, le même groupe a reporté la synthèse, dans des conditions similaires, de biaryles cétones fortement encombrées, le ligand P(t-Bu)3 étant généré in situ par action du carbonate de potassium sur le sel de phosphonium HP(t-Bu)3BF4. Par la suite, d’autres métaux et systèmes catalytiques ont été développés pour la synthèse de biaryles cétones à partir d’un aldéhyde et d’un acide boronique, afin notamment de tolérer des groupements fonctionnels sensibles, d’utiliser des catalyseurs respectueux de l’environnement et peu onéreux ou encore d’utiliser des solvants non toxiques. Suivant l’objectif souhaité mentionné auparavant, il est possible d’utiliser du palladium,  du cuivre, du cobalt, du ruthénium ou encore du rhodium . Outre les acides boroniques, les arylaldéhydes peuvent réagir avec d’autres réactifs organométalliques. En effet, les organostanniques peuvent être activés par des complexes de palladium et de ruthénium, mais les rendements en biaryles cétones sont moyens .

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Table des matières

Sommaire
Liste des abréviations
Introduction générale
Chapitre 1 : Synthèse de biaryles cétones
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de biaryles cétones par acylation de Friedel- Crafts
I-2. Synthèse de biaryles cétones par activation d’aldéhydes et de ses dérivés
I-2-1. Réactions à partir d’aldéhydes
I-2-2. Réactions à partir de dérivés d’aldéhydes
I-3. Synthèse de biaryles cétones par carbonylation
I-3-1. Réactions avec du monoxyde de carbone
I-3-2. Réactions avec du monoxyde de carbone formé in situ
I-3-3. Utilisation de complexes métal carbonyle
I-4. Synthèse de biaryles cétones par réaction de réactifs organométalliques avec des dérivés électrophiles
I-4-1. Réactions à partir d’anhydrides d’acides
I-4-2. Réactions à partir de chlorures d’acyles
I-4-3. Réactions à partir de (thio)esters ou de cétones
I-4-4. Réactions à partir de nitriles
I-5. Synthèse de biaryles cétones par oxydation
I-5-1. Oxydation de biaryles méthanols
I-5-2. Oxydation de biaryles méthanes
II. Réactions de couplage entre les arylzinciques et un chloroformiate
II-1. Synthèse de cétones symétriques
II-1-1. Optimisation des conditions réactionnelles
II-1-2. Étendue de la réaction en une étape
II-1-3. Étendue de la réaction en deux étapes
II-1-4. Limitations
II-1-5. Études du mécanisme
II-2. Synthèse de cétones dissymétriques
III. Réactions de couplage entre les arylzinciques et différentes sources de CO
III-1. Réactions avec la N-formyle saccharine
III-2. Réactions avec du monoxyde de carbone
III-3. Réactions avec d’autres dérivés carbonylés
IV. Conclusion et perspectives
Chapitre 2 : Synthèse de biaryles
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de biaryles par réaction entre deux halogénures d’aryle
I-1-1. Homocouplage d’halogénures d’aryle
I-1-2. Hétérocouplage d’halogénures d’aryle
I-2. Synthèse de biaryles par réaction avec des réactifs organométalliques et des halogénures d’aryle
I-2-1. Réactions avec des arylboranes (couplage de Suzuki-Miyaura)
I-2-2. Réactions avec des arylétains (couplage de Stille)
I-2-3. Réactions avec des arylzinciques (couplage de Negishi)
I-2-4. Réactions avec des arylmagnésiens (couplage de Kumada-Corriu)
I-2-5. Réactions avec des arylsiliciums (couplage d’Hiyama)
I-2-6. Réactions avec d’autres réactifs organométalliques
I-3. Synthèse de biaryles par C-H activation
I-3-1. Réactions entre deux arènes
I-3-2. Réactions entre un halogénure d’aryle et un arène
I-3-3. Réactions entre un réactif organométallique et un arène
I-4. Synthèse de biaryles par décarboxylation
I-4-1. Réactions entre un acide et un halogénure d’aryle
I-4-2. Réactions entre un acide et un réactif organométallique
I-4-3. Réactions entre un acide et un arène
I-4-4. Réactions entre deux acides
II. Réactions de couplage entre un arylzincique et un bromure d’aryle
III. Réactions de couplage entre un arylzincique et la trichlorotriazine
III-1. Optimisation des conditions réactionnelles
III-2. Réaction à partir du 2-bromothiophène
IV. Conclusion et perspectives
Chapitre 3 : Synthèse de thioéthers d’aryle
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de thioéthers à partir d’halogénures organiques
I-1-1. Réactions avec des disulfures
I-1-2. Réactions avec des thiols
I-2. Synthèse de thioéthers à partir de réactifs organométalliques
I-2-1. Réactions avec des disulfures
I-2-2. Réactions avec des thiols
I-2-3. Réactions avec des dérivés de thiols
I-3. Synthèse de thioéthers à partir d’arènes
I-3-1. Réactions avec des disulfures
I-3-2. Réactions avec des thiols
I-3-3. Réactions avec des dérivés de thiols
I-4. Synthèse et réactivité des sels de Bunte
II. Réactions de couplage catalysées au cobalt entre un sel de Bunte et un arylzincique
II-1. Réactions avec un sel de Bunte benzylique
II-2. Réactions avec un sel de Bunte aromatique
III. Conclusion et perspectives
Chapitre 4 : Synthèse de trifluorométhylarènes
I. Rappels bibliographiques
I-1. Trifluorométhylation d’halogénures d’aryle
I-1-1. À partir d’une quantité stœchiométrique de CuCF3
I-1-2. Réactions catalysées à partir de dérivés acétates
I-1-3. Réactions catalysées à partir de (trifluorométhyl)trialkylsilanes
I-2. Trifluorométhylation de réactifs organométalliques
I-2-1. Réactions à partir de CF3 –
I-2-2. Réactions à partir de CF3+
I-2-3. Réactions à partir de CF3
I-3. Trifluorométhylation d’arènes
I-3-1. Réactions à partir de CF3 –
I-3-2. Réactions à partir de CF3 +
I-3-3. Réactions à partir de CF3
II. Synthèse de trifluorométhylarènes à partir d’arylzinciques
II-1. Réactions avec un réactif de Togni
II-2. Réactions avec un dérivé de N-(trifluorométhyl)acétanilide
II-2-1. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir de la N-chloroacétanilide
II-2-2. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir de l’acétanilide
II-2-3. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir d’isothiocyanate
II-2-4. Synthèse du méthyle (trifluorométhylphényl)carbamate
II-3. Réactions avec le réactif de Ruppert-Prakash
II-4. Réactions avec le trifluorométhylthiol d’argent
III. Conclusion et perspectives
Conclusion générale

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