Produits obtenus par réaction "domino" de diols insaturés diversement fonctionnalisés
Chapitre 1 Étude méthodologique d’une réaction domino initiée par le tétra-acétate de plomb
1.1 Les réactions domino
1.1.3 Quelques exemples de réactions domino
Les premières réactions domino sont celles que l'on trouve dans les organismes vivants. Dans la nature, les réactions domino sont communes et très performantes. Mais elles ne peuvent être comparées à une réaction dans un laboratoire du fait des très nombreuses enzymes mises en jeu, permettant la catalyse de différentes étapes, le tout avec un contrôle total de la stéréochimie des centres formés. L'une des réactions domino naturelles les plus connues est la biosynthèse du lanostérol 14 à partir de l'époxy-squalène 13.20 Durant cette réaction, six liaisons C-C sont formées (dont deux migrations de groupements méthyle) ainsi que six centres stéréogéniques totalement contrôlés.
20 a) Corey, E. J.; Russey, W. E.; Ortiz de Montellano, P. R., J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 4750. b) Corey, E.
J.; Virgil, S. C., J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 4025-4026. c) Corey, E. J., Virphil. S. C.; Sarshar, S., J. Am.
Chem. Soc., 1991, 113, 8171-8172. d) Corey, E. J.; Virgil, S. C.; Liu, D. R.; Sarshar, S., J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 1524-1525.
O E n z y m e+
H H O
1 3 1 4
Schéma 3 : Biosynthèse du lanostérol.
Aujourd'hui beaucoup de biosynthèses sont connues, et les chimistes essaient de reproduire ces réactions domino en laboratoire, comme dans la synthèse du triterpène sophoradiol 17 réalisée par Johnson et al. en 1994.21
O H
F
S iM e3
F
H
H H T F A
3 1 % H
H H H O
O H H
1 5 1 6 1 7
Schéma 4 : Synthèse biomimétique du Sophoradiol
La première réaction en laboratoire pouvant être considérée comme une réaction domino est la réaction de Strecker, réalisée en 1850, qui consiste à faire réagir un aldéhyde avec de l'ammoniaque et du cyanure d'hydrogène pour conduire à la formation d'une amine secondaire chirale sous forme racémique.22
O
R H
N H3 H2O
1 8 1 9 2 0 (± )-2 1
H C N
N H2 R C N
H
Schéma 5 : La première réaction domino: la réaction de Strecker
21 Fish, P. V.; Johnson, W. S., J. Org. Chem., 1994, 59, 2324-2335.
22 Strecker, A., Liebigs Ann. Chem., 1850, 75, 27.
Robinson publia en 1917 la première synthèse d'un produit naturel par une réaction domino, la synthèse de la tropinone 22.23 Cette réaction domino se compose de réactions de Mannich intra- et inter-moléculaires comme décrit dans le Schéma 6.
C H O C H O
M e N H2
C H O N H H O
C H O N N O H
O H
N
O H
H O
H O2C H O2C N
O C O2H O H
C O2H N
O H C O2H
C O2H N
O C O2H
H O2C N
O H C l -2 C O2
tro p in o n e (2 2)
Schéma 6 : Synthèse domino de la tropinone.
Les réactions domino ont ainsi trouvé une place croissante dans la synthèse organique. De nombreuses synthèses de produits naturels ainsi que de nombreuses méthodologies ont été élaborées. Tietze a alors proposé une classification des réactions domino. Ainsi, une réaction domino peut être décrite en fonction des différents mécanismes réactionnels impliqués dans la réaction, que ce soit cationique, anionique, radicalaire, péricyclique, photochimique ou induit par un métal de transition.
Par exemple, Tietze et al.24 ont obtenu un intermédiaire de la corynantheine 25 par une réaction domino intramoléculaire ène de type Pictet-Spengler25 à partir du produit 23, qui peut être classifiée comme une réaction domino anionique-péricyclique.
23 Robinson, R., J. Chem. Soc., 1917, 111, 762-768.
24 Tietze, L. F.; Wichmann, J., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1992, 31, 1079-1080.
25 Pictet, A.; Spengler, T., Chem. Ber., 1911, 44, 2030.
N
Schéma 7 : Synthèse d'un intermédiaire de la corynantheine.
L'équipe de Rodriguez, quant à elle, a effectué la synthèse domino de polyhétérocycles pouvant conduire à des structures d'intérêt biologique.26 Leur réaction met en jeu un dicarbonyle-1,3 26 avec un composé carbonylé , insaturé 27 et une diamine primaire 28 comme représenté sur le Schéma 8.27 En plus de conduire à des polyhétérocycles très complexes, la réaction ne nécessite que du tamis moléculaire comme catalyseur, et seule de l'eau est récupérée comme produit secondaire, faisant de cette réaction domino un modèle d'un point de vue environnemental. Cette réaction est une réaction domino de type anionique-anionique.
N H2
Schéma 8 : Synthèse de polyhétérocycles par réaction domino.
Toujours réalisée par l'équipe de Rodriguez, la cascade MARDi permet d'accéder à des structures variées hautement fonctionnalisées en utilisant une base simple tel le DBU
26 a) Giorgi, G.; Miranda, S.; López-Alvarado, P.; Avendaño, C.; Rodriguez, J; Menéndez, J. C., Org. Lett., 2005, 7, 2197-2200. b) Coquerel, Y.; Bensa, D.; Doutheau, A.; Rodriguez, J., Org. Lett., 2006, 8, 4819-4822.
27 a) Liéby-Muller, F.; Simon, C.; Imhof, K.; Constancieux, T.; Rodriguez, J., Synlett., 2006, 11, 1671-1674.
b) Simon, C.; Peyronel, J.-F.; Rodriguez, J., Org. Lett., 2001, 3, 2145-2148. c) Simon, C.; Liéby-Muller, F.;
Peyronel, J.-F.; Constancieux, T.; Rodriguez, J., Synlett., 2003, 15, 2301-2304. d) Liéby-Muller, F.;
Constancieux, T.; Rodriguez, J., J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 17176-17177.
ou le K2CO3 comme catalyseur.26b,28 MARDi est l'acronyme des transformations se déroulant durant cette réaction domino de type anionique. La réaction de cascade débute par une addition de Michael, suivie d'une condensation intramoléculaire d'Aldol puis d'une réaction de Retro-Dieckmann pour donner des cycloheptanes hautement fonctionnalisés.
En fonction de la quantité de base ajoutée, il est possible de finir cette réaction par une déshydratation suivie d'une saponification d'ester chimiosélective menant à des cycloheptènes. On accède ainsi, par une réaction comprenant trois ou cinq transformations, à des cycloheptanes 34 ou des cycloheptènes 35 très variés, comme représenté sur le
Schéma 9 : Réaction domino MARDi.
Un autre exemple est représenté sur le Schéma 11. Il s'agit d'une réaction domino de type radicalaire permettant la synthèse de l'epi-illudol 47, réalisée par l'équipe de Malacria en 1997.29 Tout d'abord Malacria et al. ont synthétisé un cycle à onze chaînons.
Ils ont obtenu le composé 41 en quatorze étapes avec un rendement global de 22,5%
28 a) Filippini, M.-H.; Rodriguez, J.; Santelli, M., J. Chem. Soc., Chemm. Commun., 1993, 1647-1648. b) Filippini, M.-H.; Rodriguez, J., J. Org. Chem., 1997, 62, 3034-3035. c) Rodriguez, J., Synlett., 1999, 5, 505-518. d) Filippini, M.-H.; Rodriguez, J., Lett. in Org. Chem., 2004, 1, 53-54. e) Coquerel, Y.; Bensa, D.;
Moret, V.; Rodriguez, J., Synlett., 2006, 17, 2751-2754.
29 a) Elliot, M. R.; Dhimane, A.-L.; Malacria, M., J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 3427-3428. b) Magnol, E.;
Malacria, M., Tetrahedron Lett., 1986, 27, 2255-2256. c) Agnel, G.; Malacria, M., Tetrahedron Lett., 1990, 31, 3555-3558. d) Fensterbank, L.; Dhimane, A.-L.; Wu, S.; Lacôte, E.; Bogen, S.; Malacria, M., Tetrahedron, 1996, 52, 11405-11420. e) Journet, M.; Malacria, M., J. Org. Chem., 1992, 57, 3085-3093.
comme représenté sur le Schéma 10. Plus récemment l'équipe de Malacria s'est penchée sur l'étude de nouvelles voies de synthèse de ce type de macrocycle.30
is o p re n (3 6)
2 é ta p e s
O E t O H
O 1 2 é ta p e s
O T B S
O
4 :1
N IS , A g N O3 a c é to n e , t.a .
S i O B r
O T B S 4 1
O
O T B S 3 9 I
H O
O T B S 4 0
C rC l2(T H F )2 8 1 %
8 8 % B M D M S C l
D M A P , N E t3 C H2C l2
q u a n t.
3 7
3 8
Schéma 10 : Synthèse du macrocycle 41.
Comme représenté sur le Schéma 11, la mise en réaction du macrocycle 41 avec l'AIBN en milieu très dilué va permettre une cyclisation radicalaire conduisant au composé 46. Dans un premier temps, le radical se forme en du silicium et va mener via une cyclisation 5-exo-dig à un radical vinylique 43. Puis, ce dernier effectue une cyclisation transannulaire 4-exo-trig donnant le radical -cyclobutyle 44. Cette dernière cyclisation est réversible, mais la fermeture 6-exo-trig finale va empêcher tout retour en arrière.
Finalement une oxydation de Tamao31 va permettre d'obtenir la molécule 46 qui sera déprotégée pour obtenir le -OH epi-illudol 47 de façon biomimétique.
30 Rychlet Elliot, M.; Dhimane, A.-L.; Hamon, L.; Malacria, M., Eur. J. Org. Chem., 2000, 155-163.
31 Tamao, K.; Ishida, N.; Tanaka, T.; Kumado, M., Organometallics, 1983, 2, 1694.
S i O
Schéma 11 : Réaction domino de type radicalaire. Synthèse de l'épi-illudol.
Toujours par cyclisation radicalaire, Malacria et al. ont obtenu des polyhétérocycles azoté (réaction domino de type radicalaire) par réaction avec l'AIBN et le Bu3SnH dans le benzène à 80°C.32 Le radical aromatique 49 va effectuer une cyclisation 5-exo-dig conduisant au radical vinylique 50, qui va ensuite mener au radical 51 par un processus 6-endo-trig. On obtient ainsi la molécule 52 en une étape.
B r
Schéma 12 : Exemple de polyhétérocycle obtenu par réaction domino radicalaire.
32 Marion, F.; Coulomb, J.; Servais, A.; Courillon, C.; Fensterbank, L.; Malacria, M., Tetrahedron, 2006, 62, 3856-3871.
On peut donc voir que les réactions domino sont un moyen simple et efficace d'augmenter la diversité structurale. Ainsi, au laboratoire a été découverte et étudiée une réaction domino initiée par le Pb(OAc)4. Nous verrons que cette réaction mène à de très nombreuses structures, à un contrôle parfait des centres stéréogéniques formés et qu'elle ouvre la voie à de nombreuses possibilités de synthèses.