Etude des différents paramètres expérimentaux sur le 2,2-diphénylhex-4-èn-

Pour démarrer l’étude sur les hydroalkoxylations d’alcènes catalysées par des complexes de niobium, l’hydroxyalcène 18a a été choisi comme substrat modèle (Tableau IV.1). Que ce soit les trois complexes de niobium étudiés, ou le pentachlorure de tantale (homologue au tantale de notre complexe d’intérêt NbCl5), aucun de ces complexes n’a permis de conversion dans les conditions réactionnelles testées (Tableau IV.1, entrées 1 à 4). En revanche, la formation de niobium cationique s’est révélée cruciale pour le devenir de la réaction, et en particulier, le niobium(V) cationique formé à partir d’un mélange équimolaire de NbCl5 et AgClO4 a montré les meilleurs résultats à température ambiante (Tableau IV.1, entrée 5 et 6). En effet, dans ces conditions réactionnelles, les hétérocycles 19a et 20a, correspondant respectivement aux produits de cyclisation de type 5-exo-trig et 6-endo-trig, ont été obtenus en mélange avec un rendement global de 41 % et un ratio de (88 / 12) en faveur du dérivé tétrahydrofurane. En guise de comparaison, le chlorure de tantale en présence de sel d’argent n’a donné lieu à aucune conversion (Tableau IV.1, entrée 7). Enfin, les expériences de contrôle ont montré que le perchlorate d’argent seul était inactif dans ces conditions (Tableau IV.1, entrée 8), tandis que l’acide perchlorique permettait de générer les produits de cyclisation avec

122 des rendements similaires à ce qui avait été obtenu pour le niobium(III) cationique (Tableau IV.1, entrée 9).

Entrée Cat. ^Ratio

(18a / 19a + 20a)a ρ (%) (19a / 20a)a

1 NbCl3(dme) 100 / 0 ‒ ‒ 2 NbCl5 100 / 0 ‒ ‒ 3 Nb(OEt)5 100 / 0 ‒ ‒ 4 TaCl5 100 / 0 ‒ ‒ 5 NbCl3(dme) / AgClO4 88 / 12 10 91 / 9 6 NbCl5 / AgClO4 42 / 58 41 88 / 12 7 TaCl5 / AgClO4 100 / 0 ‒ ‒ 8 AgClO4 100 / 0 ‒ ‒ 9 HClO4 83 / 17 17 88 / 12

a Le ratio a été déterminé par analyse RMN 1H.

Tableau IV.1. Hydroalkoxylation du 2,2-diphénylhex-4-èn-1-ol avec différents systèmes catalytiques

Ces premiers résultats ont donc permis de révéler le potentiel du niobium(V) cationique en tant que catalyseur pour l’hydroalkoxylation de l’alcène 18a. Dans un second temps, l’influence du sel d’argent a été étudiée. Pour cela, deux paramètres ont été pris en compte : le ratio du sel d’argent par rapport au complexe de niobium, et la nature du sel d’argent.

Concernant l’influence du ratio niobium / argent, l’étude a été réalisée en présence de 10 mol % de NbCl5 et d’une quantité variable de AgClO4 (Tableau IV.2). Les résultats obtenus ont non seulement montré que le sel d’argent était nécessaire à l’activité catalytique du système (Tableau IV.2, entrées 1 et 2), mais aussi qu’un excès de sel d’argent permettait d’augmenter la réactivité de ce système. En effet, doubler la quantité d’argent par rapport au niobium permet de doubler la conversion, et de passer de 41 % de rendement à 74 %, tout en conservant une bonne régiosélectivité en faveur du produit de cyclisation 19a (Tableau IV.2, entrées 2 et 4). En revanche, passer de 20 à 30 mol % de sel d’argent n’est pas bénéfique, puisque le rendement ne change pas significativement.

123 Etant donné que le complexe d’argent seul ne permet pas de catalyser la réaction, cette amélioration d’activité catalytique peut s’expliquer de deux manières. D’un côté, un excès d’argent permettrait de s’assurer que l’intégralité des complexes de niobium en solution ont été cationisés. D’autre part, considérant la structure de NbCl5, il n’est pas exclu que l’excès d’argent permette d’abstraire plusieurs atomes de chlore sur un même atome de niobium, le rendant ainsi polycationique.

Entrée x (mol %) ^Ratio

(18a / 19a + 20a)a ρ (%) (19a / 20a)a

1 0 100 / 0 ‒ ‒

2 10 45 / 55 41 88 / 12

3 15 32 / 68 60 87 / 13

4 20 0 / 100 74 87 / 13

5 30 0 / 100 77 85 / 15

a Le ratio a été déterminé par analyse RMN 1H.

Tableau IV.2. Influence du ratio niobium / argent

L’influence de la nature du sel d’argent, et donc du contre-ion porté par le complexe de niobium(V) cationique a elle aussi été étudiée. Pour ce faire, différents sels d’argent ainsi que des sels de sodium ont été utilisés en quantité stœchiométrique par rapport au complexe de niobium (Tableau IV.3). En combinaison avec le pentachlorure de niobium(V), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure d’argent, aussi appelé triflimidure d’argent (noté AgNTf2) s’est avéré être plus efficace que le perchlorate d’argent, permettant l’obtention des produits de cyclisation avec un meilleur rendement et une meilleure régiosélectivité (Tableau IV.3, entrées 1 et 2). L’hexafluoroantimonate d’argent a quant à lui permis l’obtention d’une excellente régiosélectivité en faveur du tétrahydrofurane 19a, avec cependant un rendement bien moins bon que ce qui avait été observé précédemment (Tableau IV.3, entrée 3). Le système pentachlorure de niobium / triflate d’argent s’est lui aussi montré réactif, mais avec seulement 9 % de conversion après 24 h de réaction dans les conditions réactionnelles (Tableau IV.3, entrée 4). Quant aux autres sels d’argent testés pour cette réaction, aucun d’entre eux n’a été productif dans ces conditions (Tableau IV.3, entrées 5 à 10), pas plus que les sels de sodium (Tableau IV.3, entrées 11 et 12).

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Entrée Cat. ^Ratio

(18a / 19a + 20a)a ρ (%) (19a / 20a)a

1 AgClO4 45 / 55 41 % 88 / 12 2 AgNTf2 46 / 54 51 % 95 / 5 3 AgSbF6 80 / 20 12 % 100 / 0 4 AgOTf 91 / 9 ndb 89 / 11 5 AgOTs 100 / 0 ‒ ‒ 6 AgBF4 100 / 0 ‒ ‒ 7 AgTFA 100 / 0 ‒ ‒ 8 AgPF6 100 / 0 ‒ ‒ 9 Ag2CO3 100 / 0 ‒ ‒ 10 AgNO3 100 / 0 ‒ ‒ 11 NaClO4 100 / 0 ‒ ‒ 12 NaBPh4 100 / 0 ‒ ‒

a Le ratio a été déterminé par analyse RMN 1H. b Le rendement isolé n’a pas été déterminé.

Tableau IV.3. Influence de la nature du sel d’argent

Finalement la combinaison catalytique NbCl5 / AgNTf2 utilisée à hauteur de 10 mol % a été retenue comme étant la plus efficace dans ces conditions réactionnelles, générant les produits d’hydroalkoxylation avec un rendement global de 51 % et une régiosélectivité de 95 / 5 en faveur du produit de type 5-exo-trig 19a. Il est important de constater que la nature du contre-ion semble clairement cruciale pour le succès de la réactcontre-ion. D’après ces résultats, le système préférentiel impliquerait un contre-ion peu coordinant,¹⁸² mais aussi très faiblement basique¹⁸³ comme c’est le cas des ions ClO4‒, NTf2^‒, SbF6^‒ et OTf^‒. A l’inverse, un contre-ion plus coordinant et plus basique, comme NO3^‒, ou un contre-ion moins coordinant mais aussi plus basique comme BF4^‒, ne permettent pas d’obtenir une quelconque réactivité.

182 (a) R. Díaz-Torres, S. Alavarez, Dalton Trans. 2011, 40, 10742‒10750. (b) M. Jia, M. Bandini, ACS Catal.

2015, 5, 1638‒1652.

183 A. Kütt, T. Rodima, J. Saame, E. Raamat, V. Mäemets, I. Kaljurand, I. A. Koppel, R. Y. Garlyauskayte, Y. L. Yagupolskii, L. M. Yagupolskii, E. Bernhardt, H. Willner, I. Leito, J. Org. Chem. 2011, 76, 391‒395.

125 A partir de ces données, les conditions réactionnelles ont été optimisées en présence de pentachlorure de niobium(V) et de triflimidure d’argent (Tableau IV.4). Parmi tous les solvants envisagés, un effet bénéfique du 1,2-dichloroéthane (DCE) a été révélé, et les conditions réactionnelles ont été ajustées de manière à diminuer les charges catalytiques et minimiser le temps de réaction tout en gardant une température convenable. Finalement le meilleur compromis a été obtenu en présence de 2,5 mol % de NbCl5, 5 mol % d’AgNTf2 dans le DCE à 50 °C pendant 6 h : dans ces conditions réactionnelles, les produits de cyclisation ont été obtenus avec un rendement de 70 % et une régiosélectivité de 94 / 6 en faveur du produit 19a (Tableau IV.4, entrée 6). Dans ces mêmes conditions, les expériences de contrôle ont été réalisées, en présence de niobium seul ou d’argent seul, et dans les deux cas aucune conversion n’a été observée (Tableau IV.4, entrées 7 et 8). Enfin, la réaction a été réalisée à l’échelle du gramme, montrant des résultats identiques dans les mêmes conditions réactionnelles, les charges catalytiques pouvant même être diminuées à 1 mol % de NbCl5 et 2 mol % d’AgNTf2 avec des rendement et régiosélectivité analogues après 24 h de réaction (Tableau IV.4, entrées 9 et 10).

Entrée ^NbCl5 (x mol %)

AgNTf2

(y mol %) ^{Solvant T (°C) temps}

Ratio

(18a / 19a + 20a)a ρ (%) (19a / 20a)a

1 10 10 CH2Cl2 t.a. 24 h 46 / 54 51 95 / 5 2 10 10 DCE t.a. 24 h 28 / 72 62 96 / 4 3 10 20 DCE t.a. 24 h 12 / 88 75 94 / 6 4 10 20 DCE 80 10 min 0 / 100 69 90 / 10 5 2.5 5 DCE 80 30 min 4 / 96 63 93 / 7 6 2.5 5 DCE 50 6 h 10 / 90 70 94 / 6 7 2.5 ‒ DCE 50 6 h 100 / 0 ‒ ‒ 8 ‒ 5 DCE 50 6 h 100 / 0 ‒ ‒ 9b 2.5 5 DCE 50 6 h 8 / 92 69 93 / 7 10b 1 2 DCE 50 24 h 8 / 92 74 94 / 6

a Le ratio a été déterminé par analyse RMN 1H. b La réaction a été réalisée sur 1 g de substrat.

126 Avec ces conditions réactionnelles optimisées, l’étendue et les limites du champ d’application de cette réaction ont été étudiées sur divers hydroxyalcènes terminaux et internes.