Caractérisation des ions dioxalénium générés en milieu superacide HF/SbF

2.1.2.1 Evaluation de la réactivité du 1,2,3,4,6-penta-O-acétyl-β-D-glucopyranose

 Etude en milieu superacide

Co t ai e e tà àl a o eàα,àleà , , , , -penta-O-acétyl-β-D-glucopyranose 2.7 commercial conduit après réaction en milieu HF/SbF5 à laàfo atio àdeàl io àa liu à[‘MNà1_{Hàδ pp à , à s,à H,àCH3) ;} RMN 13_{Cà δ pp ) 150,0 (C=O}+_{), 4,7 (CH3)] en accord avec la perte d u à g oupe e tà a tateà deà laà} ol ule.àL a al seàd taill eàdesàaut esàsig au à‘MNài di ueàlaàfo atio àdeàl io àdio al iu à2.8 (Schéma 59).

Schéma 59 : Formation de l'ion 2.8

Le spectre RMN 1_{H de cet ion dioxalénium 2.8 présente les signaux caractéristiques des trois protons} de protonation des esters entre  = 13,43 et  = 12,21 ppm ainsi que la signal du proton anomérique à  = 5.84 ppm sous forme de doublet (3_{JH,H= 7,7 Hz) (Figure 37).}

Figure 37 : Spectre RMN 1_{H de l'ion 2.8 en milieu superacide}

D ap sà l a al seà duà spe t eà ‘MNà13_{C, trois signaux situés entre}  = 194,1 ppm et  = 193,6 ppm confirment la présence des trois carbonyles protonés des groupements acétates. Le pic observé à  = 108,6 ppm correspond au carbone anomérique et le car o eà a a t isti ueàdeàl io àdio al iu àseà situe à  = 192,5 ppm (Figure 38).

Figure 38 : Spectre RMN 13_{C de l'ion 2.8 en milieu superacide}

Huang148 _{a déjà caractérisé cet ion dioxalénium en solvant organique à partir du 2,3,4,6-tétra-O-} acétyl-1-thio-β-D-glucopyranoside de phényle. Ce dernier en présence de AgOTf et de chlorure de 4- toluènesulfonyle à -60 °C conduit à deux espèces :à leà t iflateà deà glu os leà età l io à dio al iu à (Schéma 60). Le déplacement chimique du carbone du dioxalénium dans ces conditions est de  = 191,7 ppm ce qui est très proche de la valeur obtenue de  = 192,5 ppm en milieu superacide. De même, les carbones anomériques ontà desà d pla e e tsà hi i uesà si ilai esà espe ti e e tà δà 113,3 ppm et 108,6 ppm, Schéma 60).

Schéma 60 : Caractérisation de l'ion dioxalénium (a) en milieu organique (b) en milieu superacide

 Analyse conformationnelle

L a al seàd taill eàduàspe t eà‘MNà1_{Hà o t eàlaàp se eàd u eàfai leà o sta teàdeà ouplageàe t eà} les protons H2 et H3 (3_{J2,3 1,7 Hz) accompagnée de grandes constantes de couplage en accord avec} une relation trans diaxiale des autres protons (H1-H2 (3_{J1,2 7,7 Hz), H3-H4 (}3_{J1,2 6,8 Hz) et H4-H5 (}3_J1,2 10,2 Hz)). Ces valeurs permettent de postuler une conformation 0_{S5 pour cet ion 2.8. Or les données} RMN théoriques telles que les déplacements chimiques calculés (Figure 39a) et les constantes de couplage (Figure 39b) suggèrent une conformation 4_{H5 (Figure 39c).}

Figure 39 : Modélisatio ol ulai e de l io 2.8 (a) Comparaison des déplacements chimiques 13_C expérimentaux et calculés par calculs DFT (b) Comparaison des constantes de couplage 3_J

H,H expérimentales et calculées par calculs DFT (c) Représentation de la structure modélisée (d) Répartition des charges

calculées par la méthode NBO (e) Comparaison des spectres RMN 1_{H expérimentaux et simulés} Cetteàdiff e eàdeà o fo atio àestàe àa o dàa e àl tudeàdeàWhitfield149 _{sur la conformation de} l io àdio al iu àpa à al ulsàDFT.àáp ès activation du 2-O-acétyl-3,4,6-tri-O-méthyl-D-glucopyranose, deux ions oxocarbénium sont alors générés et modélisés pour aboutir à deux ions dioxaléniums plus stables énergétiquement. Ces ions dioxalénium adoptent respectivement une conformation située entre 4_{C1 et} 1_{S5 et entre} 5_{S1 et} 3_S1.

Laàfo atio àdeàl io àdio al iu à2.8 o fi eà ueàl a o eàβàestàplusà a tifà ueàl a o eàαàe à o ditio sà supe a ides.à Pa à ailleu s,à laà fo atio à t a sitoi eà d u à io à o o a iu à A issu de l a ti atio deà l a tate anomérique et rupture de la liaison anomérique C-O peut être postulée. Cependant, cet ion oxocarbénium A està pasà o se à da sà lesà o ditio sà d a al se.à Co eà précédemment, un équilibre entre la forme neutre B et la forme protonée A peut être évoqué, ent ai a tàleàpi geageàdeàl io àg àda sàleà ilieuàpou à o dui eà àu àio àdio al iu àsta le.àU à

149 _{D.M. Whitfield, T. Nukada, Carbohydr. Res., 2007, 342, 1291.}

-0.43 -0.48 +0.9 Atomes C1 C2 C3 C4 C5 C6 C+ Me Charge des atomes -0,35 -0,01 0,02 0,03 0,02 -0,16 0,92 -0,81 Paire de protons 3_J (H, H) expérimentale (Hz) 3_J (H, H) calculée par DFT* (Hz) H1, H2 7,7 8,5 H2, H3 1,7 2,8 H3, H4 6,8 6,2 H4, H5 10,2 8,5 H5, H6 1,0 1,0 H5, H6´ 2,2 3,5 * B3LYP/ 6-31+g(d,p) Expérimental Calculs DFT D ép lac em en t ch im iq u e 13C ( p p m ) Atome Conformation 4_H 5 (a) (b) (d) (c) (e)

a is eà o e t à deà t peà SN à i pli ua tà l esp eà C,à a e à d pa tà deà l a tateà a o i ueà età attaque nucléophile concertée de la fonction ester vicinale sous fo eà eut eà o duisa tà àl io à2.8 peut également être envisagé (Schéma 61).

Schéma 61 : Mécanismes possibles de formation l'ion dioxalénium en milieu superacide

áp sàa oi àa al s àl io àdioxalénium en série D-glucopyranose, la formation des ions dioxalénium dérivés du D-mannopyranose et D-galactopyranose aà t à tudi eà pou à alue à l i fluence de la stéréochimie de la fonction hydroxyle en position 2 ou 4 sur la conformation de ces ions. Il est également important de préciser à ce stade que le même ion dioxalénium 2.8 peut être généré à partir du 2,3,4,6-tétra-O-acétyl-1-fluoro-α-D-glucopyranose montrant ainsi la bonne réactivité dans le milieu superacide des composés fluo sàd a o ieàαàetàβ.

2.1.2.2 Evaluation de la réactivité du 1,2,3,4,6-penta-O-acétyl-β-D-mannopyranose

 Etude en milieu superacide

Le 1,2,3,4,6-penta-O-acétyl-β-D-mannopyranose 2.9, disponible commercialement, soumis aux conditions superacides (Schéma 62) conduit à la formation de deux composés 2.10 et 2.11. La présence du composé 2.11, forme polyprotonée du composé 2.9, confirme la plus grande stabilité de ce dérivé d a o ieà β par rapport à son analogue en série glucose. Laà fo atio à deà l io à 2.10 semble être plus difficile à partir du dérivé 2.9 ueà laà fo atio à deà l io à a alogueà 2.8 en série glucose. Le composé 2.10,àissuàdeàl a ti atio àdeàl a tateàa o i ue,à o fi eàlaàpa ti ipatio àdeà l a tateàe àpositio à àe às ieà a ose,àdeàfaço àa alogue à ce qui fut observé précédemment en série glucose (Schéma 62).

Schéma 62 : Formation des ions 2.10 et 2.11 dérivés du D-mannopyranose en milieu superacide HF/SbF5 Cette différence de réactivité par rapport au D-glucopyranose se répercute sur le temps de relaxation lo sàdeàl a al seà‘MNàetà essiteàdo àpou àlesàd i sàduàD- a op a oseàu àte psàd a uisitio à supérieur.

Le spectre RMN 1_{H obtenu étant relativement complexe, la présence des deux espèces 2.10 et 2.11 a} t àd te i eàesse tielle e tà àl aideàduàspe t eà‘MNà13_{C (Figure 40).}

Figure 40 : Spectre RMN 1_{H des ions 2.10 et 2.11 en milieu superacide}

Malgré la complexité du spectre RMN 13_{C, la formation des deux espèces 2.10 et 2.11 est}

o fi eàpa àlaàp se eàdeàdeu à a o esàa o i uesà à , àetà , àpp .àLeàsig alà àδà=à

, àpp àestàatt i u àauà a o eàa o i ueàdeàl io àdio al iu à2.10 dont la présence est confirmée par le pic du méthyle à  = 14,1 ppm (Figure 41).

Figure 41 : Spectre RMN 13_{C des ions 2.10 et 2.11 en milieu superacide}  Analyse conformationnelle

Les données RMN 1_{H expérimentales bien que difficilement interprétables du fait de la présence des} deux espèces confirment la présence des deux ions décrits précédemment. Une modélisation des données RMN 1_{H et} 13_{C prédit une conformation chaise} 4_{C1 d fo eàpou àl io àdio ol iu à 2.10} (Figure 42).

Figure 42 : Modélisation moléculaire de l'ion 2.10 (a) Comparaison des constantes de couplage 3_J H,H expérimentales et calculées par calculs DFT (b) Représentation de la structure modélisée (c) Comparaison

entre les déplacements chimiques 13_{C expérimentaux et calculés par calculs DFT}

Whifield149_{aàopti is àlaà o fo atio àd u àio àdioxalénium perméthylé en série D-mannopyranose}

via la formatio à p ala leà deà l io à o o a iu à o espo da t.à áà pa ti à desà o fo atio sà

optimisées 5_{S1 et} 3_{S1 deàl io ào o a iu ,àlesà al ulsàDFTàp dise tàu eà o fo atio àsitu eàe t eà} les conformères 4_{C1 et} 1_{S5 pour les ions dioxaléniums correspondants, proche de celle observé dans} notre cas (Figure 43).

Figure 43 : Conformations optimisées par calcul DFT des ions dioxalénium en série D-mannopyranose

2.1.2.3 Evaluation de la réactivité du 1,2,3,4,6-penta-O-acétyl-β-D-galactopyranose

L i flue eà deà laà st o hi ieà deà la fonction h d o leà e à positio à à su à laà o fo atio à deà l io à dioxalénium a été étudiée en utilisant le dérivé 1,2,3,4,6-penta-O-acétyl-β-D-galactopyranose 2.12 disponible commercialement.

 Etude en milieu superacide

Tout comme en série D-glu op a ose,à leà β-D-galactopyranose peracétylé génère en milieu

supe a ideàu i ue e tàl io àdio al iu à2.13 (Schéma 63).

Schéma 63 : Formation de l'ion 2.13 Paire de protons 3_J (H, H) expérimentale (Hz) 3_J (H, H) calculée par DFT* (Hz) H1, H2 4,1 3,5 H2, H3 4,7 5,1 H3, H4 8,9 8,9 H4, H5 - 8,7 H5, H6 - 1,4 H5, H6´ - 7,8

* B3LYP/ 6-31+g(d,p) Conformation 4C1déformée

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C+ Me Atome (a) (b) (c)

Le spectre RMN 1_{H présente seulement trois protons au-delà de 11 ppm ainsi que le signal du} th leàdeàl io àacylium à  =à , àpp à eà uiàp ou eàleàd pa tàd u àg oupe e tàa tateà Figure 44).

Figure 44 : Spectre RMN 1_{H de l'ion 2.13 en milieu superacide}

Le spectre RMN 13Cà o fi eàlaàfo atio àdeàl io àa liu àa e àlesàsig au à à = 150,0 ppm et  = 4,7 ppm. Le carbone anomérique à  = 110,5 ppm est plus déblindé que celui du β-D-galactopyranose

pe a t l .àDeà e,àleàg oupeà th leàdeàl io àdio al iu àestà oi sàd li d à δà , àpp àpa à

rapport aux groupes th lesàdesàa tatesàp oto sà δà , -18,9 ppm) (Figure 45).

Figure 45 : Spectre RMN 13_{C de l'ion 2.13 en milieu superacide}

A titre de comparaison, Williams150 _{a caractérisé en 2010 un ion dioxalénium en série D-} galactopyranose obtenu à partir du 3,4,6-tri-O-acétyl-2-déoxy-2-O-(2,4,6-triméthylbenzoyl)-1-thio-α- D-glu op a oseàdeà th lph le.àL ajoutàd a ideàt ifli ueà àu eàsolutio àdeàthio-galactoside dans le CDCl3 en présence de N-Iodosuccinimide à - °Cà aà pe isà deà g e à età d a al se à l io à dioxalénium correspondant par RMN. Cet ion est caractérisé par un carbone anomérique à  = 111,0 pp ,à aleu àp o heàdeà elleào te ueàpou àl io à2.13 (Figure 46).

Figure 46 : Caractérisation par RMN 13_{C d'ions dioxalénium en série galactose}  Analyse conformationnelle

L a al seà o fo atio elleàdeàl io àdio al iu à2.13 montre une bonne superposition des spectres RMN 1_{H et} 13_{C théoriques et expérimentaux prédisant une conformation} 4_{C1 légèrement déformée} entre les atomes C2 et C3 (Figure 47).

Figure 47 : Mod lisatio ol ulai e de l io 2.13 (a) Comparaison entre les déplacements chimiques 13_C expérimentaux et calculés par calculs DFT (b) Comparaison des constantes de couplage 3_J

H,H expérimentales et calculées par calculs DFT (c) Représentation de la structure modélisée (d) Répartition des charges

calculées par la méthode NBO

E à o lusio ,àl tudeàdeàl assista eàa hi i ueài pli ua tàu àeste àe àpositio à àaàpe isàdeà caractériser en milieu superacide des ions dioxalénium en série glucose, mannose et galactose. La p se eàd u àg oupe e tàa ialàp oto àe àpositio à à eàse leàpasài pa te àlaàfo atio àdeàl io à dio al iu àg àda sà esà o ditio s.àE às ieà a ose,àl io àdio al nium de conformation 4_C1 déformée semble plus difficile à générer en milieu superacide.

-0.44 +0.92 -0.46 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C+ Me C@C3 C@C4 C@C6 experimental DFT calculated Atome C1 C2 C3 C4 C5 C6 C+ Me Charges des atomes 0,35 -0,01 0,02 0,04 0,02 -0,16 0,92 -0,81 (a) (b) (d) (c) Conformation 4_C 1déformée Atome Paire de protons 3_J (H, H) expérimentale (Hz) 3_J (H, H) calculée par DFT* (Hz) H1, H2 7,5 8,5 H2, H3 5,4 4,6 H3, H4 3,7 4,1 H4, H5 2,0 0,7 H5, H6 1,0 1,0 H5, H6´ 3,0 4,7 * B3LYP/ 6-31+g(d,p) Expérimental Calculs DFT D ép lac em en t ch im iq u e 13C ( p p m ) CO(C3) CO(C4) CO(C6)