Formation de lactones par cyclisation d’acides α- et β-alléniques (ou leurs dérivés)

Marshall et al. ont montré que les sels d’argent pouvaient catalyser la cyclisation des acides α-alléniques L57a-L57c en buténolides correspondants L58a-L58c avec de bons rendements (68-90%) (Schéma III.26). 107

Schéma III.26

Shin et al. ont décrit la préparation de buténolides disubstitués L60 (32-80%) à partir d’allénoates de tert-butyle L59 par traitement avec AuCl3 (5 mol %) (CH2Cl2, 80 °C). Deux mécanismes ont été proposés pour expliquer la formation des lactones L60. Le premier mécanisme (Schéma III.27, voie A) fait intervenir l’attaque nucléophile du groupement carbonyle de l’ester de

tert-butyle sur l’allène L59, activé par AuCl3, suivie de l’élimination d’isobutène et d’une protodéauration. Compte tenu de l’acidité de AuCl3, la coupure de l’ester de tert-butyle pourrait se produire aussi initialement pour engendrer l’acide carboxylique L61 (Schéma III.27, voie B). Après

attaque nucléophile de l’allène activé par AuCl3 et protodéauration, le buténolide L60 serait produit.108

Schéma III.27

La formation de buténolides a également été observée à partir d’acides β-alléniques substitués en α. Ainsi, le traitement des substrats L62a-L62b a fourni les 4-(silylméthylène) buténolides L63a-L63b avec de bons rendements (81-90%) et une excellente diastéréosélectivité (rd > 95:5) indépendante de la pureté diastéréomérique des substrats.109 Le motif allénylsilane est responsable du contrôle de la régiosélectivité de la cyclisation. Celle-ci se produit selon un mode

5-endo-dig inhabituel, favorisé par la stabilisation de la charge positive partielle qui se développe sur le

carbone central de l’allène par l’atome de silicium (effet β), lors de l’activation électrophile par le complexe d’or(I).109 La complexation de l’or(I) par la double liaison interne des allènes L62a et L62b (par la face la plus dégagée, opposée au groupement silylé) induirait l’attaque nucléophile de l’acide pour conduire aux complexes allyl-or L64a et L64b. Ohfune et al. ont expliqué la diastéréosélectivité observée par une protonation diastéréosélective des espèces allyl-or L64a et L64b en invoquant la

108 J. E. Kang, E. S. Lee, S. I. Park, S. Shin, Tetrahedron Lett., 2005, 46, 7431-7433

complexation du métal par le substituant hétéroatomique en α (R = NHBoc ou R = OH). En effet, si ce dernier substituant est remplacé par un groupement méthyle, comme illustré dans le cas de L62c, la régiosélectivité de la cyclisation est inchangée mais la γ-lactone L63c est alors obtenue sous la forme d’un mélange de diastéréomères cis et trans (Schéma III.28).109

Schéma III.28

La synthèse de δ-lactones par cyclisation d‘acides β-alléniques, catalysée par des acides de Lewis, a fait l’objet de peu d’études. En 1978, Grimaldi a observé la formation des trois δ-lactones insaturées L66a-L66c en traitant les acides β-alléniques L65a-L65c par BF3.2H2O dans le méthanol.110

Si le mécanisme proposé fait intervenir l’addition nucléophile de l’acide sur l’allène activé par l’acide de Lewis BF3, il est vraisemblable que la catalyse soit due à un acide de Brönsted (H2O ou MeOH) activé par BF3, dans ces conditions. En présence de H2SO4 dans le méthanol, seule la formation des esters méthyliques a été observée. L’extension à d’autres acides β-alléniques dont la cyclisation ne bénéficie pas d’un effet Thorpe-Ingold111 n’a pas été rapportée (Schéma III.29).

Schéma III.29

110 J. Grimaldi, C. R. Acad. Sci. Ser. C 1978, 286, 593-594.

Un exemple de cyclisation d’acide β-allénique catalysée par l’argent a été rapporté par Nelson et Wan dans leur synthèse totale du (–)-malyngolide. Ainsi, l’acide carboxylique homoallénique optiquement enrichi L67 (ee = 94%) a été traité par des quantités catalytiques d’AgNO3 et de iPr2NEt dans l’acétonitrile à 80 °C. La δ-lactone L68 a été obtenue avec un rendement de 80% sous la forme d’un unique diastéréomère sans altération de la pureté énantiomérique (ee = 94%) et a été convertie par hydrogénation catalytique en (–)-malyngolide (Schéma III.30).112

Schéma III.30

Notons que la cyclisation de l’acide carboxylique L67 se produit sur un carbone

gem-disubstitué, susceptible de stabiliser la charge positive partielle apparaissant par activation de

l’allène avec l’ion argent.

L’examen de la bibliographie nous a permis de trouver une unique publication rapportant la formation de δ-lactones par cyclisation de dérivés carboxyliques β-alléniques catalysée par un complexe d’or.113 Ainsi, lorsque les allényl-malonates L69 ont été traités par des quantités catalytiques de AuCl3 et de AgSbF6 (rapport 1:3) dans l’acide acétique à 70 °C, les δ-lactones-β,γ-insaturées L70 ont été isolées avec de bons rendements (61-99%). Le mécanisme proposé fait intervenir l’attaque nucléophile de l’allène, activé par un complexe d’or(III), par le groupement carbonyle d’un ester, suivie de l’élimination d’acétate de méthyle sur l’intermédiaire L71 et d’une protodéauration de L72 (Schéma III.31).

112 Z. Wan, S. G. Nelson, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10470-10471.

Schéma III.31

Notons que cette cyclisation se produit également sur un carbone allénique gem-disubstitué et qu’elle bénéficie en outre d’un effet Thorpe-Ingold.

2.3.4. Bilan

Notre analyse rétrosynthétique des α-hydroxy δ-lactones β,δ-disubstituées III.A, motif rencontré dans l’hémicalide (fragment C37-C41), repose sur deux transformations-clé : la cyclisation des α-alcoxy acides β-alléniques III.C et l’accès à ces derniers composés par réarrangement sigmatropique [3,3] d’Ireland-Claisen des glycolates III.E dérivés d’alcools propargyliques III.F (Schéma III.32).

Schéma III.32

L’examen de la bibliographie relative à ces deux classes de transformations a permis d’obtenir plusieurs éléments d’information importants. La faisabilité du réarrangement d’Ireland-Claisen des glycolates propargyliques III.E possédant une fonction hydroxyle libre est étayée par les travaux antérieurs de Fujisawa et al., bien que des substrats peu fonctionnalisés (substitués par des groupements méthyle, n-alkyle ou triméthylsilyle) aient été utilisés (Schéma III.33, eq. 1).87 La configuration relative attribuée aux α-hydroxy acides β-alléniques III.C issus du réarrangement sigmatropique [3,3] semblait a priori correspondre à celle désirée pour les précurseurs des δ-lactones III.B et III.A. La cyclisation des alcools α- ou β-alléniques, catalysée par les sels et/ou les complexes d’argent et d’or, constitue un outil efficace pour synthétiser respectivement des dihydrofuranes et des dihydropyranes. La formation des cycles à cinq chaînons est beaucoup plus facile que celle des cycles à six chaînons qui nécessite souvent une adaptation des conditions opératoires. La cyclisation des acides β-alléniques (ou leurs dérivés) en δ-lactones est une transformation beaucoup moins documentée dans la bibliographie. Les exemples rapportés correspondent essentiellement à des substrats pour lesquels la cyclisation est favorisée par addition

sur un carbone gem-disubstitué peu encombré (apte à stabiliser une charge partielle positive) et/ou par effet Thorpe-Ingold. Aussi, la mise au point de la cyclisation des α-alcoxy acides β-alléniques III.C en δ-lactones insaturées III.B semblait constituer un défi dans le cadre de notre approche synthétique des lactones III.A (Schéma III.33, eq. 2). Il semblait incontournable de devoir protéger la fonction alcool en α de l’allène dans les composés III.C afin d’éviter la formation plus favorable d’un dihydrofurane par cyclisation 5-endo-trig.

Schéma III.33

Nous allons à présent exposer nos résultats sur la mise en œuvre des différentes transformations envisagées dans notre stratégie d’accès aux δ-lactones III.A.

3. Résultats