Activation de fonctions carbonyles et d’imines

Depuis une vingtaine d’années, un travail conséquent a été réalisé de manière à démontrer le potentiel du niobium pour l’activation de fonctions carbonylées, et plus précisément d’aldéhydes. Des méthodologies impliquant l’utilisation de NbCl5 comme catalyseur ont été décrites (Figure I.5). Elles incluent notamment la condensation de Knoevenagel,¹⁰³ l’addition sur un aldéhyde activé de cétones¹⁰⁴ et de 1,3-dicétones¹⁰⁵ pour conduire aux composés α,β-insaturés correspondants. La double addition de 1,3-dicétones¹⁰⁶ permettant la synthèse de pyranes substitués a également été détaillée, tout comme l’addition de composés diazo.¹⁰⁷

102 Prix de NbCl5 chez Sigma Aldrich : 46€ / 50g (prix consulté le 25/07/2017).

103 P. Leelavathi, S. R. Kumar, J. Mol. Catal. A: Chem. 2005, 240, 99‒102.

104 A. Allahresani, M. A. Nasseri, B. Z. Nasab, Iran. Chem. Commun. 2015, 3, 93‒102.

105 J. S. Yadav, D. C. Bhunia, V. K. Singh, P. Srihari, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 2470‒2473.

106 (a) W. H. dos Santos, L. C. Da Silva-Filho, Chem. Pap. 2016, 70, 1658‒1664. (b) M. de Souza Siqueira, L. C. da Silva-Filho, Tetrahedron Lett. 2016, 57, 5050‒5052.

77 Enfin, il a aussi été montré que les allylstannanes108 et allylsilanes109 pouvaient s’additionner sur un aldéhyde, fournissant respectivement l’alcool et le dérivé cyclopropane issu de la double addition du silane (réactions de type Hosomi-Sakurai).

Figure I.5. Utilisation de NbCl5 comme catalyseur pour l’activation d’aldéhydes

Le pentachlorure de niobium(V) peut également être utilisé pour catalyser des condensations de Pechmann (Schéma I.1).¹¹⁰ Dans ce cas, NbCl5 activerait d’abord le β-céto-ester pour favoriser une première étape de transestérification avec le dérivé phénolique. La coumarine finale serait alors obtenue après une séquence en plusieurs étapes, toujours assistées par le niobium.

Schéma I.1. Synthèse de dérivés de la coumarine par condensation de Pechmann

108 C. K. Z. Andrade, N. R. Azevedo, Tetrahedron Lett. 2001, 42, 6473‒6476.

109 H. Maeta, T. Nagasawa, Y. Handa, T. Takei, Y. Osamura, K. Suzuki, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 899‒902.

78 Dans la même lignée, une autre méthodologie en catalyse au niobium a été développée, cette fois-ci impliquant l’activation d’un aldéhyde en présence d’un malonate et d’un alcool. Cette réaction à trois partenaires permet la synthèse de dérivés de 3,4-dihydrocoumarines, composés hautement fonctionnalisés (Schéma I.2).¹¹¹ Cette réaction impliquerait en premier lieu l’addition du malonate sur l’aldéhyde activé, suivie d’une étape de déshydratation correspondant à une condensation de Knoevenagel. Puis, le dérivé benzilidène formé serait à son tour activé ce qui permettrait l’addition-1,4 du dérivé phénolique au travers d’une étape de Friedel-Crafts, suivie finalement d’une fermeture de cycle conduisant au produit désiré. Même si les auteurs suggèrent un rôle catalytique de NbCl5 pour ces réactions, il est important de noter que les rendements chutent en dessous d’un équivalent de niobium utilisé. Toutefois, cette réaction a cette année été étendue à des alcools non phénoliques et à des malonates cycliques, avec l’utilisation de charges catalytiques de NbCl5.112

Schéma I.2. Méthodologie de synthèse de dérivés de la 3,4-dihydrocoumarine catalysée par NbCl5

Le pentachlorure de niobium est également efficace pour activer des imines. Un premier exemple d’Andrade publié en 2002 décrit une réaction d’allylation d’imines à partir d’allylstannanes catalysée par NbCl5.113 Par la suite, diverses réactions multicomposantes ont été mises au point, celles-ci impliquant la condensation in situ d’un aldéhyde et d’une amine primaire pour conduire à l’imine correspondante, qui peut ensuite subir l’addition de divers nucléophiles (Schéma I.3). Ainsi le catalyseur NbCl5 peut être utilisé aussi bien pour des réactions de Mannich,114 impliquant l’addition d’un énol, que pour des réactions de

111 (a) W. H. dos Santos, L. C. da Silva-Filho, Synthesis 2012, 44, 3361‒3365. (b) W. H. dos Santos, M. de Souza Siqueira, L. C. da Silva-Filho, Quim. Nova 2013, 36, 1303‒1307. (c) A. de Andrade Bartolomeu, M. L. de Menezes, L. C. da Silva-Filho, Synth. Commun. 2015, 45, 1114‒1126. (d) P. B. Oshiro, P. S. da Silva Gomes Lima, M. L. de Menezes, L. C. da Silva-Filho, Tetrahedron Lett. 2015, 56, 4476‒4479.

112 (a) W. H. dos Santos, L. C. da Silva-Filho, Tetrahedron Lett. 2017, 58, 894‒897. (b) W. H. dos Santos, E. F. de Oliveira, F. C. Lavarda, I. A. Leonarczyk, M. A. B. Ferreira, L. C. da Silva-Filho, Synthesis 2017, 49, 2402‒ 2410.

113 C. K. Z. Andrade, G. R. Oliveira, Tetrahedron Lett. 2002, 43, 1935‒1937.

79 Fields115 pour lesquelles le nucléophile est un phosphite ou encore pour l’addition du cyanure de triméthylsilyle116 conduisant à la synthèse d’α-aminonitriles. Pour ces différents exemples, le pentachlorure de niobium permet non seulement de catalyser la formation de l’imine, mais aussi d’activer cette dernière pour faciliter l’addition du nucléophile et l’obtention finale d’amines fonctionnalisées.

Schéma I.3. Stratégies de synthèse d’amines fonctionnalisées

Par la suite, cette méthodologie a été étendue à des réactions plus complexes impliquant l’utilisation de dérivés de l’aniline comme amines primaires pour conduire à la synthèse de dérivés du type tétrahydroquinoline¹¹⁷ et quinoline¹¹⁸ (Schéma I.4). Dans le premier cas, le complexe de niobium activerait l’imine pour permettre l’addition de l’éther d’énol, suivie de la cyclisation par Friedel-Crafts. Dans le second cas, les auteurs proposent un mécanisme impliquant l’activation de l’alcyne entraînant la formation d’un acétylure de niobium, qui pourrait ensuite s’additionner sur l’imine pour conduire à la propargylamine correspondante. Après cyclisation, dont le bilan peut être considéré comme une hydroarylation formelle de la triple liaison activée par le niobium, le dérivé dihydroquinoline obtenu serait oxydé en quinoline en présence d’oxygène. Le pentachlorure de niobium est donc non seulement capable de complexer et d’activer des fonctions portant un hétéroatome, mais aussi des fonctions purement carbonées.

115 J.-T. Hou, J.-W. Gao, Z.-H. Zhang, Appl. Organomet. Chem. 2011, 25, 47‒53.

116 A. Majhi, S. S. Kim, H. S. Kim, Appl. Organomet. Chem. 2008, 22, 466‒470.

117 B. H. S. T. da Silva, L. M. Martins, L. C. da Silva-Filho, Synlett 2012, 23, 1973‒1977.

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Schéma I.4. Stratégies de synthèse de dérivés tétrahydroquinoline et quinoline

Enfin, l’activation des fonctions carbonyles par NbCl5 a été utilisée pour catalyser des réactions de Diels-Alder impliquant des diénophiles substitués par des aldéhydes¹¹⁹ ou des cétones.¹²⁰ Par ailleurs, une autre réaction de Diels-Alder impliquant le furane et des esters ou nitriles α,β-insaturés a été développée,¹²¹ tout comme une réaction d’hétéro Diels-Alder entre des N-phénylimines et un éther d’énol.¹²²