Chapitre 2. Réactions domino catalysées par le Palladium
2.1. Considérations bibliographiques
2.1.1. Cyclocarbopalladation
La réaction de carbopalladation est une transformation impliquée dans certains processus pallado-catalysés comme la réaction de Heck. Elle correspond à l’addition d’un complexe carbone-palladium lié par une liaison σ sur une insaturation menant au produit d’insertion migratoire (schéma 45).75
Scheme 45 : La réaction de carbopalladation
Ce processus met en jeu un complexe organo-palladié dans son état d’oxydation +2. La réaction de carbopalladation respecte une stéréochimie bien précise. Elle suit strictement le processus d’une syn-addition, le carbone et le palladium se retrouvent en configuration cis après insertion sur l’insaturation. Par contre, l’étape de coordination du complexe organo-palladié sur l’insaturation peut suivre deux voies différentes.76 La première se fait par dissociation d’un ligand neutre du palladium. Elle peut avoir lieu uniquement si le palladium est lié à un halogène, issu de l’addition oxydante du palladium dans une liaison C-X (X = halogène). La deuxième voie implique un processus cationique via la dissociation de l’halogénure. Elle est privilégiée lors de l’utilisation d’un pseudo-halogénure à la place de l’halogène (triflate, tosylates…) (schéma 46).
La réaction de carbopalladation induit aussi un problème de régiochimie. Si elle suit la voie 1, l’addition du groupement R se fait selon des facteurs stériques. Il s’additionne sur le carbone le moins encombré. Cependant, si elle suit la voie 2, ce qui est plus rare, ce sont les facteurs électroniques qui prédominent. Le groupement R s’additionne
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Negishi, E. ; Copéret, C. ; Ma, S. ; Liou, S.Y. ; Liu, F.Chem. Rev. 1996, 96, 365.
76
(a) Ozawa, F.; Kubo, A.; Hayashi, T. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1417. (b) Sato, Y.; Sodeoka, M.; Shibasaki, M. Chem.
sur le carbone de plus faible densité électronique. Dans le cas d’une carbopalladation d’alcyne, l’addition est essentiellement influencée par les facteurs stériques. Le groupement R s’additionne sur le carbone le plus encombré.
Schéma 46 : Coordination du palladium sur l’insaturation
Cette addition peut aussi se faire de manière intramoléculaire induisant la formation de cycle. Elle est appelée réaction de cyclocarbopalladation. Les mêmes règles que pour la réaction de carbopalladation sont suivies mais la régio-sélectivité dépend de la taille des cycles formés. Les règles de Baldwin permettent de prédire la taille du cycle obtenu.77 Deux processus exo ou endo sont alors possibles. Il est dit exo si la liaison attaquée se retrouve à l’extérieur du cycle et endo si elle se retrouve à l’intérieur du cycle (schéma 47).
Schéma 47 : Types de cyclisation selon Baldwin
Les règles s’appliquant à la formation de cycles allant de 3 à 7 atomes sont les suivantes :
• Système tétragonal : 3 à 7-exo-tet favorisé ; 5 à 6-endo-tet défavorisé.
77
• Système trigonal : 3 à exo-trig favorisé ; 3 à 5-endo-trig défavorisé ; 6 à
7-endo-trig favorisé.
• Système digonal : 3 à 4-exo-dig défavorisé ; 5 à exo-dig favorisé ; 3 à
7-endo-dig favorisé.
Ainsi, elles prédisent que lors de la formation d’un cycle à 5 ou 6 chaînons par addition sur un système digonal (une triple liaison) la cyclisation exo et endo sont possibles. Cependant, la cyclocarbopalladation se faisant en syn, il n’est possible d’avoir que la cyclisation en exo.
Cette transformation peut conduire à la synthèse rapide et efficace de molécules cycliques complexes. C’est pourquoi, nous avons décidé de mettre en place des méthodes de synthèse impliquant ce type de transformation. Elle sera suivie d’un couplage croisé pour induire la construction de plusieurs liaisons dans la même étape et obtenir ces hétérocycles soufrés polyfonctionnalisés.
2.1.2. Couplages-croisés pallado-catalysés
Les couplages croisés sont des réactions généralement catalysées par des métaux de transition, permettant la formation de liaisons entre deux partenaires réactionnels non-identiques (schéma 48).
Schéma 48 : Couplage croisé
De nombreux couplages croisés utilisant différents métaux de transitions et divers partenaires de couplage ont été développés au cours du temps. Le palladium est encore une fois le métal ayant le plus contribué au succès de plusieurs couplages (Tableau 1). En 2010, trois prix Nobel ont été décernés dans ce domaine pour la conception de nouvelles réactions pallado-catalysées.
Ces réactions débutent par l’utilisation d’un complexe de palladium dans son état d’oxydation (0) à 14 électrons et impliquent les deux états d’oxydation du palladium 0 et +2.
Couplage partenaire de couplage
Kumada Corriu R1-MgX
Stille R1-SnBu3
Hiyama-Denmark R1-SiR3
Suzuki Miyaura R1-BY2
Sonogashira + Cu(I)
Mizoroki-Heck
Negishi R1-ZnR
Tableau 1 : Les principaux couplages croisés pallado-catalysés
Leurs mécanismes suivent généralement trois étapes principales (schéma 49) : 1) L’addition oxydante permet l’insertion du palladium(0) dans la liaison
carbone-halogène
2) La transmétallation, réaction d’échange de ligand entre le complexe de palladium(II) formé et le partenaire de couplage organométallique.
3) L’élimination réductrice, termine le cycle catalytique par élimination du palladium pour créer la liaison souhaitée tout en régénérant le catalyseur au degré d’oxydation (0).
Schéma 49 : Mécanisme générale des couplages croisés
De nombreuses stratégies impliquant un processus domino pallado-catalysé ont utilisé ces réactions (carbopalladation, couplage croisé).78 Ces méthodes ont notamment permis la synthèse de plusieurs carbocycles complexes hautement fonctionnalisés mais aussi la synthèse de différents hétérocycles azotés ou oxygénés complexes. En 2011, la synthèse de dérivés dienynes cycliques II-2 ou triénynes cycliques II-3 a été effectuée par notre groupe via la conception d’un processus domino impliquant une cyclocarbopalladation
78
(a) Tietze, L. F.; Brasche, G.; Gericke, K. M. Transition Metal-Catalyzed Domino Reactions. In Domino Reactions in Organic Synthesis ; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2006; pp 359-493. (b) Vlaar, T ; Ruijter, E. ; Orru, R.V.A.
Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 809. (c) Chinchilla, R. ; Najera, C. Chem. Rev. 2014, 114, 1783. (d) Bour, C. ; Blond, G. ;
Salem, B. ; Suffert, J. Tetrahedron 2006, 62, 10567. (e) Charpenay, M. ; Boudhar, A. ; Siby, A. ; Schigand, S. ; Blond, G. ; Suffert, J. Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 3151. (f) Düfert, A. ; Werz D.B. Chem. Eur. J. doi : 10.1002/chem.201603044.
4-exo-dig et un couplage croisé à partir de substrats II-1 possédant des fonctionnalités appropriées judicieusement positionnées. La méthode a été étendue au couplage de Suzuki et de Sonogashira permettant la synthèse d’un grand nombre de composés avec de bons rendements (schéma 50).
Schéma 50 : Cyclocarbo-palladation/couplage croisé (Suzuki ou Sonogashira)