Etudes mécanistiques :

Dans un premier temps, le mécanisme proposé pour cette réaction sera présenté.

Ensuite, des études seront exposés qui montrent qu'un des sous-produits de la formation des cyclobutènes est un diène qui ne provient pas de la fragmentation du cyclobutène.

V.1 Mécanisme proposé :  

Le mécanisme proposé (schéma 29) est conforme aux mécanismes présentés dans le chapitre 1. La complexation de l'or sur 4.38 initie l'addition nucléophile de l'alcène sur la fonction alcyne activée. Cette cyclisation de type 7-exo fournit l'intermédiaire 4.55, en équilibre avec le cyclopropyl carbène d'or 4.56. L'agrandissement du cyclopropyl carbène d'or conduit au cyclobutyl or 4.57. Ensuite, l'élimination de l'or donne le cyclobutène complexé par l'or 4.58. La décomplexation de l'or produit le cyclobutène désiré 4.39.

Ce mécanisme a été supporté par des calculs réalisés par Stéphanie Labouille et le Dr Nicolas Mézailles au laboratoire de chimie du phosphore et hétéroéléments de l'Ecole Polytechnique (DCPH). Ces derniers ne sont pas présentés dans cette thèse.

Schéma 29 : Proposition de mécanisme pour la formation des cyclobutènes 

V.2 Formation de diènes par double fragmentation :  

La cycloisomérisation de l'ényne 4.38m fournit des traces du diène 4.41m. Mais soumis à nouveau aux mêmes conditions de réactions, le cyclobutène isolé ne fournit pas le diène 4.41m. La formation de ce diène est intrigante, d'autant plus qu'aucun autre substrat de ce type (4.38i-l) n'a permis la formation de ce sous-produit (schéma 32).

Plusieurs mécanismes permettent d'expliquer la formation de ce diène (schéma 33): le simple clivage du cyclopropyl or 4.65, la fragmentation du cyclobutène 4.64 catalysée à l'or(I) ou encore le double clivage, qui passe par l'intermédiaire carbène d'or 4.66.

Sur le schéma 33, il apparaît que les diènes 4.41m et 4.41m' diffèrent par la position d'un atome d'hydrogène. Le marquage par un atome de deutérium de la position terminale de la fonction alcyne permettrait de déterminer le mécanisme.

Schéma 32 : Cycloisomérisation de 4.38m 

Schéma 33 : Mécanismes expliquant la formation de 4.41m 

Cette expérience a été réalisée sur le substrat deutéré 4.38ad(D). Engagé dans les conditions de réactions, il fournit le produit 4.41ad(D), dont la constante de couplage entre les protons vinyliques (J = 18.1 Hz) ne laisse aucun doute sur la position du deutérium (en général la constante Jtrans est autour de 17Hz pour ce type de substrat et Jcis est de l'ordre de 10 Hz).

Ainsi le diène 6.41 obtenu est celui qui provient du double clivage du cyclopropane 4.65.

Nous avons cherché à modifier les ratios entre le cyclobutène 4.39 et le diène 4.41 en modifiant la stucture des substrats (tableau 4) :

• Différents groupements R ont été employés. Plus le groupe R est encombré, plus la formation de 4.66 est favorisée, ce qui augmente la formation du diène 4.41. Mais l'encombrement de ce groupe défavorise très fortement la réaction.

Avec les substrats 4.38m,ab où l'encombrement du groupement R est faible (R

= Me, Et), la réaction est terminée en quinze minutes, alors que pour les substrats 4.38ac-af qui possèdent des groupes R encombrés (R = i-Pr, Ar) la réaction dure au moins 24 heures.

• La nature électronique des substituants du noyau aromatique n'a que peu d'influence. Un noyau aromatique électronique appauvri en électron comme dans le cas de l'ényne 1,8 4.38ae n'a qu'une faible influence sur le ratio entre le cyclobutène 4.39ae et le diène 4.41ae comparé à la réaction effectuée avec le composé 4.38ad. Dans le cas d'un noyau aromatique riche comme l'ényne 4.38af, seul le cyclobutène 4.39af est formé, mais la précision de ce résultat est limitée par le faible avancement de cette réaction après 72 heures (16%, entrée 6).

Schéma 34 : Expérience de deutération pour mettre en évidence le mécanisme de type double clivage 

Ces résultats illustrent la difficulté d'effectuer des réactions de double fragmentation.

Aucun substrat qui exploite ce mécanisme, n'a permis la formation exclusive des diènes de type 4.41.

Une alternative à l'ouverture du cyclobutène, catalysée à l'or(I), est possible. Lorsque les substrats ne peuvent pas fragmenter en présence du complexe d'or, une ouverture thermique est possible. Ainsi, le cyclobutène 4.39ad peut s'ouvrir thermiquement pour former le diène 4.41ad. Cette transformation nécessite d'être au reflux du benzène, en effet le reflux du dichlorométhane ou du chloroforme ne permettent pas l'ouverture du cyclobutène.

Schéma 35 : Ouverture thermique du cyclobutène 4.39ad 

VI. Conclusions :

Ce projet a permis le développement d'un nouveau mode de cycloisomérisation des 1,8-énynes. La formation de nombreux cyclobutènes, et l'étude de la réactivité de ces derniers ont été réalisées. Nous avons montré que ces cyclobutènes pouvaient réagir en présence d'or dans des réactions telles que des fragmentations conduisant à des diènes, des cascades qui produisent des naphtalènes ou encore une réaction de type ène qui fournit des polycycles complexes.

Echavarren et son équipe¹²⁵ ont ainsi pu préparer des cyclobutènes par l'addition intramoléculaire d'une oléfine riche sur un alcyne pauvre. Cette réaction n'est efficace qu'avec un choix limité d'oléfines et d'alcynes. La réactivité de ces cyclobutènes en catalyse à l'or(I) n'a pas été étudiée.

Chapitre 5 : Couplage inter‐ et  intramoléculaires alcyne‐alcyne 

Introduction :

Les réactions de couplage entre deux fonctions alcynes en présence d'un catalyseur électrophile sont rares. Celles-ci nécessitent l'addition nucléophile d'une des fonctions alcynes sur un second alcyne activé par ce métal électrophile.

Ce chapitre présente deux travaux qui ont pour objet l'étude de ce type de couplage. Le premier est le développement d'une cycloisomérisation de diynes 1,10 qui permet d'obtenir des cycloalcynes fonctionnalisées (équation 1). Le second concerne le développement d'une réaction d'homodimérisation d'ynamides qui conduit à la formation de produits variés (équation 2).