Cyclopropanation par catalyse photorédox

Le premier exemple de cyclopropanation réalisée par catalyse photorédox a été publié par le groupe du Pr. Guo en 2015 (éq 40).340 _{Cette réaction se base sur l’utilisation de}

dibromomalonates en tant que réactif de cyclopropanation. Ces derniers sont des précurseurs de carbanions stabilisés qui peuvent être formés par deux transferts mono-électroniques successifs avec le complexe de ruthénium utilisé en tant que photocatalyseur. Une fois le carbanion formé, celui-ci peut s’additionner sur l’accepteur de Michael afin de créer un nouveau carbanion stabilisé. Celui-ci réalise ensuite une substitution nucléophile de type SN2 éliminant un bromure

et permettant la formation du cycle à 3 chaînons. Cette réaction a pu être appliquée à un grand nombre de benzylidènes malonitriles et a donné les cyclopropanes désirés avec d’excellents rendements.

En 2017, le groupe du Pr. Suero a développé une réaction photochimique permettant la synthèse stéréoconvergente de cyclopropanes à partir de dérivés de styrènes et de diiodométhane catalysée par un complexe de ruthénium (éq 41).341 _{La réaction, réalisée sur un mélange}

d’oléfines (E) et (Z), permet l’obtention des cyclopropanes trans sélectivement avec des rendements allant de moyens à excellents. Il est à noter que du thiosulfate de sodium est ajouté ici pour neutraliser les espèces I3- et I2 formées au cours de la réaction. En effet, ces dernières

sont connues pour désactiver l’état excité du complexe de ruthénium utilisé.

La réaction développée passe par un mécanisme photorédox identique à celui expliqué dans la section 3.1.2 du chapitre 3 de ce manuscrit (Schéma 41). La N,N-diisopropyléthylamine (DIPEA) est utilisée ici en tant que réducteur sacrificiel capable de réagir avec le catalyseur de ruthénium excité. Le Ru(bpy)3+ ainsi formé peut ensuite réduire le diiodométhane générant un

radical iodométhyle, lequel s’additionne sur l’oléfine présente en solution. Deux intermédiaires sont alors formés : A et B. Ces derniers sont en équilibre du fait de la libre rotation de la liaison C-C. Il a été postulé que la réaction de fermeture de cycle conduisant au cyclopropane est rapide dans le cas de l’intermédiaire B, dans lequel les substituants sont en relation trans l’un par rapport à l’autre, alors que celle-ci est lente dans le cas de l’intermédiaire A, ce qui a pour conséquence de déplacer l’équilibre vers l’intermédiaire B.

Schéma 41. Mécanisme postulé pour la réaction développée par le groupe du Pr. Suero

La même année, les mêmes conditions ont également été appliquées à des substrats de type chalcone et ont permis d’obtenir les cyclopropanes correspondants avec des rendements allant de moyens à excellents.342 _{Il est intéressant de noter que le 1,1-diiodoéthane a pu être}

utilisé au lieu du diiodométhane afin d’obtenir un cyclopropane 1,2,3-substitué (éq 42).

En 2017 également, le groupe du Pr. Ferreira a décrit une synthèse photochimique de cyclopropanes à partir d’oléfines aromatiques riches en électrons et de composés diazoïques stabilisés en présence d’un catalyseur de chrome (III) (éq 43).343 _{Suite à une irradiation}

lumineuse, l’état excité du catalyseur de chrome peut oxyder l’oléfine formant ainsi un intermédiaire radical cation. Le composé diazoïque réagit alors sur cet intermédiaire par addition nucléophile. La fermeture de cycle est ensuite réalisée par élimination de diazote. Cette

méthodologie a permis la synthèse d’une série d’esters cyclopropyliques avec des rendements allant de moyens à bons.

En 2018, le groupe du Pr. Molander a utilisé un réactif de type bis-(cathécolato)silicate en tant que précurseur de radicaux (Schéma 42).344 _{Le photocatalyseur choisi ici est un complexe}

organique : le 4-CzIPN. Suite à une irradiation lumineuse, l’état excité du 4-CzIPN peut être réduit par le bis-(cathécolato)silicate afin de générer un radical iodométhyle. Celui-ci s’additionne ensuite sur l’oléfine, créant un nouveau radical. Un SET avec le catalyseur permet de former un carbanion à partir de ce dernier, capable de réaliser la fermeture de cycle par déplacement d’un iodure. La méthodologie développée a pu être appliquée à un grand nombre d’oléfines, dont trente comportant un groupement trifluorométhyle et une comportant un ester boronique de pinacol, avec des rendements allant de moyens à excellents.

Bien que le réactif développé soit un équivalent de diiodométhane, celui-ci s’est avéré plus efficace que son analogue diiodé : en effet, une comparaison entre la méthodologie développée et la méthodologie du groupe du Pr. Suero présentée précédemment a permis de montrer que de nombreux substrats non réactifs dans le cas de l’utilisation du diiodométhane donnaient ici les produits désirés avec de bons rendements. Ceci est probablement dû à la différence de potentiels d’oxydo-réduction des deux réactifs et aux mécanismes de cyclisation : une réaction de type SN2 dans le cas du bis-(cathécolato)silicate vs. une substitution radicalaire

dans le cas du diiodométhane.

La même année, le même groupe de recherche a publié une autre méthodologie se basant sur l’utilisation d’un réactif de type bis-(cathécolato)silicate (éq 44).345 _{Cette fois-ci, le groupe}

partant ne se trouve pas sur le réactif de cyclopropanation mais sur le substrat : un tosylate homoallylique. Le processus est néanmoins le même : formation d’un carbanion par deux transferts mono-électroniques successifs avec le photocatalyseur puis cyclisation par attaque nucléophile de type SN2. Cette méthodologie permet l’obtention de cyclopropanes 1,2-gem-

disubstitués. Un trifluoroborate a également pu être utilisé en tant que précurseur de radicaux plutôt qu’un bis-(cathécolato)silicate.

En 2018 également, les groupes des Prs. Fan, Jin et Li ont développé une méthodologie se basant sur la même stratégie mais utilisant des phosphonates vinyliques en tant que substrats et un complexe d’iridium en tant que photocatalyseur (éq 45).346 _{Les cyclopropanes 1,2-gem-}

Pour finir, le groupe du Pr. Li a publié une réaction de cyclopropanation photorédox d’oléfines en présence de diazoacétate d’éthyle, d’un photocatalyseur de ruthénium et d’une quantité catalytique d’iode (éq 46).347 _{La réaction entre l’iode et le diazoacétate d’éthyle permet}

de former un réactif de type diiodé comme dans le cas de la méthodologie du groupe du Pr. Suero. L’iode, utilisé en quantité catalytique, est régénéré par réaction entre une espèce iodée anionique et une espèce iodée radicale formant un radical anion ensuite oxydé par le catalyseur de ruthénium. La réaction développée a pu être appliquée à une série de styrènes diversement substitués avec d’excellents rendements de manière générale.

4.2 Développement d’une méthodologie de synthèse photochimique