Les premiers travaux concernant le couplage oxydant entre des acides arylboroniques
et des arylsulfinates de sodium ont été effectués par Evans et coll. en 2004 (Schéma 70).9
Schéma 70 : couplage au cuivre entre des acides arylboroniques et des arylsulfinates de sodium
Ce couplage s’effectue avec de l’acétate de cuivre en quantité stœchiométrique (1,1 éq.), deux équivalents de carbonate de potassium et du tamis moléculaire dans du DMSO à température ambiante. Cette publication rapporte dix-huit exemples de synthèse de sulfones
principalement au départ de méthylsulfinate de sodium. Le phényle et le para-chlorobenzène
sulfinate de sodium complètent ces travaux avec des sulfones obtenues à 60% de rendement. Cette méthode a pour avantage de ne pas avoir besoin de chauffage. Mais, le cuivre est utilisé en quantité stœchiométrique.
104 En 2007, Batey et Huang ont mis au point des conditions utilisant le cuivre en
quantité catalytique (Schéma 71).10
Schéma 71 : catalyse de couplage oxydant au cuivre entre acides boroniques et sulfinates de sodium
L’utilisation de dioxygène a permis de diminuer la quantité de cuivre à 10 % molaire.
Ce couplage oxydant s’effectue dans un mélange CH2Cl2/DMSO (15:1) chauffé à 40 °C avec
un tamis moléculaire. Le dioxygène est utilisé pour oxyder le cuivre afin de régénérer le catalyseur après l’élimination réductrice. Ainsi, le cuivre peut être utilisé en quantité catalytique dans ces conditions de réaction qui permettent d’obtenir dix-huit sulfones portant différents substituants donneurs et attracteurs. Bien que la réaction ait l’avantage de s’effectuer à seulement 40 °C, le temps de réaction est tout de même de 72 h.
La réaction peut être moins longue lorsque 20 % molaire d’acétate de cuivre accompagné de 40 % molaire du 1-benzylimidazole sont chauffés dans du DMSO à 60 °C (Schéma 72). Aucun oxydant n’est ajouté ici mais la réaction s’effectue à l’air atmosphérique. Le temps de réaction est de 22 h mais seulement deux exemples de sulfone d’aryle sont représentés parmi les dix-sept exemples de la publication puisque le méthyle sulfinate de
sodium est utilisé en majorité.11
Schéma 72 : autre exemple de couplage oxydant au cuivre entre acides boroniques et sulfinates de sodium s’effectuant à l’air
10 Huang, F.; Batey, R. A. Tetrahedron2007, 63, 7667.
105
c. Activation C–H
i. Avec une source de radicaux
Des conditions radicalaires peuvent être employées afin d’activer des liaisons C–H. Des indoles peuvent être fonctionnalisés sélectivement en position C-2 avec 10% de diiode et
1 équivalent d’hydroperoxyde de t-butyle TBHP dans l’acide acétique à température ambiante
(Schéma 73).12
Schéma 73 : fonctionnalisation d'indoles par voie radicalaire sélective en position C–2
106 Ces conditions permettent en 1 à 4 h de synthétiser vingt exemples de sulfones avec des rendements allant de 34 à 90%. La réaction permet de coupler des arylsulfinates de
sodium pauvres ou riches en électrons substitués en position para. De nombreux indoles sont
aussi tolérés dans ces conditions excepté lorsqu’ils sont substitués en position 5 par un chlore ou un brome où les rendements chutent respectivement à 50% et 34%. Le TBHP qui est utilisé comme source de radicaux va oxyder l’arylsulfinate pour former un radical qui va se déplacer entre l’oxygène et le soufre. Ce composé va s’additionner en position C-2 de l’indole
pour fournir le radical A qui va réagir avec le diiode pour générer l’intermédiaire B et un iode
radicalaire. L’élimination de l’intermédiaire B forme le produit souhaité et de l’acide
iodhydrique HI. Cet acide peut être réoxydé par le TBHP pour former un iode radicalaire. La
combinaison de deux radicaux I• régénère le diiode I2. C’est pourquoi le diiode est utilisé en
quantité catalytique.
ii. Avec le cuivre
Tan et coll. ont publié en 2015 l’activation C–H ortho–dirigée par de l’acétate de
cuivre(II) sur des dérivés de l’acide benzoïque à l’aide d’un fragment 8-aminoquinoline en
tant que groupement directeur bidenté (Schéma 74).13 Ce groupement a l’avantage de pouvoir
facilement être enlevé en deux étapes avec la méthylation de l’amide suivie d’une hydrolyse de l’amide pour former l’acide carboxylique.
Schéma 74 : sulfonylation sélective en position ortho à l’aide du cuivre.
Un équivalent d’acétate de cuivre est utilisé avec deux équivalents de base K2CO3 dans
le DMF à 80 °C pendant 4 h. Ces conditions permettent de coupler des arylsulfinates de
sodium substitués en position para. Le rendement diminue à 54% lorsque l’aryle porte le
groupement électroattracteur CF3. Un exemple utilise un aryle substitué en position ortho par
un méthyle donnant un rendement de 52%. Plusieurs dérivés de l’acide benzoïque sont tolérés
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avec des groupements donneurs ou attracteurs en position para et méta. Les rendements les
plus faibles sont présents lorsque l’aryle est pauvre en électrons avec les substituants NO2
(50%), CF3 (59% en position 4 ; 62% en position 3) ou CO2Me (57%). Globalement, ces
conditions permettent d’obtenir vingt-et-un exemples de sulfones avec des rendements allant de 50 à 80%. Deux équivalents de base sont nécessaires afin, dans un premier temps, de déprotoner l’amide facilitant la coordination au cuivre. Le deuxième équivalent permet
l’activation C–H sélective en position ortho grâce au groupement directeur. Le cuivre est
utilisé en quantité stœchiométrique puisqu’il n’est pas régénéré après l’élimination réductrice. Il est possible d’utiliser un oxydant dans le but d’utiliser le cuivre en quantité
catalytique comme Shi et coll. l’ont publié en 2015.14 Ce couplage oxydant est effectué sur
des dérivés de l’acide benzoïque avec le groupement directeur 2-isopropylpyridine PIP et
permet d’activer sélectivement une liaison C–H d’aryle en position ortho à l’aide de la
catalyse au cuivre (Schéma 75).
Schéma 75 : couplage oxydant ortho-dirigé catalysé au cuivre
Le cuivre est utilisé en quantité catalytique (10 % mol.) grâce à l’utilisation de 2
équivalents d’oxydant Ag2CO3. Le solvant de cette réaction est le dichloroéthane chauffé à
120 °C pendant 24 h. Cette réaction tolère des arylsulfinates de sodium pauvres et riches en
électrons substitués en position para. Comme dans l’exemple précédent, lorsque l’aryle est
substitué par un groupement CF3, la réaction est un peu moins efficace et le rendement est de
56%. Différents acides benzoïque ont été fonctionnalisés offrant vingt-quatre sulfones avec des rendements de 39-80%. Deux équivalents d’oxydant sont nécessaires pour cette formation. Après l’activation C–H du cuivre sur l’acide benzoïque, le premier équivalent permettrait l’addition oxydante du sulfinate de sodium pour former un complexe de Cu(III).
108 Le second équivalent permettrait de régénérer le catalyseur après l’élimination réductrice (Cu(I) Cu(II)).
Le faible nombre de substrats arylsulfinates de sodium présents dans le commerce constitue la principale limitation des protocoles présentés précédemment. Les chlorures d’arylsulfonyle sont un peu plus nombreux dans le commerce.
2. Utilisation de chlorures d’arylsulfonyle
Les chlorures d’aryle sulfonyle de formule R–SO2–Cl (électrophiles) peuvent être
utilisés dans la formation de sulfones par réaction avec des composés arylés et leurs homologues borylés.