partir de l’iodobenzène
IV.3. Arylation de phénols variés par divers iodures d’aryles à partir d’un seul système catalytique M1/Cu recyclé plusieurs fois
L’objectif de cette partie du travail est de généraliser la réaction d’arylation mise au point précédemment sur divers iodures d’aryle et phénols substitués, tout en appliquant le principe de recyclage/réutilisation du système hétérogène (Schéma 75). Ainsi, le système précurseur catalytique M1/Cu a été engagé une première fois dans la réaction d’arylation du 3,5-diméthylphénol par l’iodobenzène selon les conditions établies dans le paragraphe précédent. Cette première utilisation du système catalytique est notée ‘’cycle n° 1’’. Lorsque la réaction est finie, le système catalytique est recyclé puis réutilisé (voir schéma 71, paragraphe IV.1.3) pour une deuxième O-arylation à partir de produits de départs différents (ni le cuivre ni le ligand ne sont rechargés). Ainsi, l’exemplification de
75 la réaction est poursuivie tout en faisant régir des phénols et des iodures d’aryles différents jusqu’au ‘’cycle n° n’’.
Schéma 75 . Arylation de divers phénols par des iodures aromatiques. Réaction réalisée à l’aide d’une catalyse
au cuivre et en présence du matériau M1.
Dans un premier temps, on a choisi le 3,5-diméthylphénol comme nucléophile pour tous les exemples et on a fait varier le substituant R1 sur l’iodure d’aryle (Schéma 76). Les conditions réactionnelles appliquées pour toutes ces arylations sont celles prédéfinies dans le paragraphe IV.1.1. Ainsi, on utilise un équivalent de l’iodure d’aryle (2 mmol) pour 1,5 équivalent du 3,5-diméthylphénol (3 mmol) en présence du carbonate de césium (1,5 éq., 3 mmol) et du catalyseur hétérogène (10% mol., 0,2 mmol) selon le ratio CuI/M1 = 1/1, dans 2 ml de DMF, durant 22 h, à 110 °C (Schéma 76).
Schéma 76. Arylation du 3,5-diméthylphénol par différents iodures aromatiques catalysée au cuivre en présence
du matériau M1.a)
Tableau 8. Modification de la nature du substituant en para de l’iodobenzène.
entrée R1 cycle produit rdt isolé b)
1 4-H 1 1 93 2 4-Me 2 2 80 3 4-OMe 3 3 81 4 4-NO2 4 4 91 5 4-CN 5 5 87 6 4-CO2Me 6 6 91 a)
Conditions générales pour la réaction : iodure d’aryle (2 mmol), 3,5-diméthylphénol (3 mmol), CuI (0,2 mmol), M1. (0.2 mmol), DMF (2 ml), 22 h, 110 °C. b) Rendements isolés déterminés après purification par chromatographie sur gel de silice.
76 Le premier essai ‘’cycle n°1’’ a concerné le 3,5-diméthylphénol et l’iodobenzène (Tableau 8, entrée 1). Le produit de couplage 1 est récupéré en fin de réaction par une simple filtration du mélange réactionnel. Après purification par chromatographie sur gel de silice, le rendement isolé est de 93%. Le brut insoluble restant est lavé au DMF, séché sous vide (schéma 73, paragraphe IV.1.3), puis réutilisé pour une deuxième réaction d’arylation. Celle-ci, correspondant au ‘’cycle n° 2’’, a concerné l'arylation par le p-iodotoluène. La réaction a eu lieu avec un rendement isolé de 80% en 1,3-dimethyl-5-(p-tolyloxy)benzene 2 (Tableau 8, entrée 2). Nous avons continué le processus de recyclage/réutilisation pour un 3ème cycle en choisissant le p-iodo-anisole. L'éther de diaryle : 1-(4-methoxyphenoxy)-3,5-dimethylbenzene 3 est obtenu avec un rendement isolé de 81% (Tableau 8, entrée 3). Le quatrième cycle a concerné le p-nitroiodobenzène pour lequel le produit d’arylation 4 est obtenu avec 91% (entrée 4). Après un quatrième recyclage du système catalytique Cu/M1, le p-cyanoiodobenzène a été utilisé. Le couplage a donné lieu au 4-(3,5-dimethylphenoxy)benzonitrile 5 (rdt = 91%) (entrée 5), et enfin, le ‘’cycle n° 6’’ impliquant le p-iodobenzoate de méthyle, a permis la synthèse du methyl 4-(3,5-dimethylphenoxy)benzoate 6 avec un rendement de 87% (entrée 6).
Les rendements obtenus (80-93%) en diaryléthers après 24 heures de réaction à 110 °C sont donc excellents quelle que soit la nature du substituant porté par le dérivé aromatique iodé. Notre système est donc compatible avec un grand nombre de fonctions.
Le recyclage est donc très efficace puisque après cinq cycles, le système catalytique Cu/M1
n’a montré aucune baisse d’activité.
Dans un deuxième temps, nous avons fixé l’iodobenzène comme agent d’arylation et divers phénols substitués par des groupements électrodonneurs ou électroattracteurs ont été testés. Les conditions opératoires sont toujours celles définies auparavant (Tableau 9).
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Tableau 9. Arylation de différents phénols par l’iodobenzène catalysée au cuivre en présence du matériau M1.a)
entrée R2 cycle produit rdt isolé (%) b)
1 4-H 1 7 90 2 4-Cl 2 8 50 3 4-tBu 3 9 91 4 4-OMe 4 10 95 5 4-Me 5 11 95 6 2-Me 6 12 94
a) Conditions générales pour la réaction : iodure d’aryle (2 mmol), 3,5-diméthylphénol (3 mmol), CuI (0,2 mmol), M1 (0.2 mmol), DMF (2 ml), 22 h, 110 °C. b) Rendements isolés déterminés après purification par chromatographie sur gel de silice.
Nous avons commencé par le couplage entre l'iodobenzène et le phénol (Tableau 9, entrée 1). Ce premier cycle a donné le produit 7 avec un rendement isolé de 90 %. Après avoir recyclé notre système catalytique, l'arylation testée avec le p-chlorophénol a donné un rendement isolé en diarylther 8 de 50 % (Tableau 9, entrée 2). Une troisième utilisation consécutive du système catalytique Cu/M1
réalisée avec le p-tBu-phénol a permis d'obtenir le 1-t-butyl-4-phenoxybenzene 9 (91% de rendement isolé) (Tableau 9, entrée 3). Un 3ème
recyclage réalisé avec le p-méthoxyphénol a aussi très bien fonctionné (1-methoxy-4-phenoxybenzene 10, 95 %) (Tableau 9, entrée 4). Le quatrième recyclage a permis l’arylation du p-crésol avec un rendement isolé de 95 % (Tableau 9, entrée 5). Un cinquième et dernier test a été réalisé avec l'O-crésol. Le 1-methyl-2-phenoxybenzene 12 est obtenu avec 94 % de rendement isolé (Tableau 9, entrée 6).
On peut noter que l’efficacité de la réaction est plus grande dans le cas où les phénols sont enrichis électroniquement par un groupement donneur, ce qui est logique puisque la nucléophilie est alors à priori renforcée. Les meilleurs rendements sont obtenus avec les substituants électrodonneurs par effet mésomères (OMe, Tableau 9, entrée 4) ou inductif (Me, Tableau 9, entrées 5, 6).
Notons aussi qu’une gêne stérique occasionnée par le méthyle en position ortho n’a pas ralenti la réaction (Tableau 9, entrée 6).
78 Par ailleurs, l’effet inductif attracteur du chlore l’emporte vraisemblablement sur son effet mésomère donneur, ce qui peut expliquer le faible rendement de 50 %. La réaction d’arylation du 4-chlorophénol forme seulement 50 % d’éther de diaryle souhaité en 24 heures dans les conditions stantards de la réaction (Tableau 9, entrée 2).
Enfin, il est aussi important de mentionner que l’arylation de phénols désactivés par un groupe fortement attracteur reste inefficace avec notre système. Ainsi, l’arylation du 4-nitrophénol n’a pas eu lieu dans les conditions mises en œuvre ce qui peut correspondre à une trop faible nucléophilie du phénol. Ce phénomène est général et a été mentionné à plusieurs reprises dans la littérature quelle que soit la nature du métal de transition utilisé.155,156,157
Schéma 77. Arylation du 4-nitrophénol par l'iodobenzène.