Homocouplages

Sur des pyridines

Les travaux les plus récents portant sur la préparation de la 2,2’-bipyridine et de ses dérivés ont principalement utilisé des méthodes de catalyse par divers métaux [278]. Des voies de synthèses ont été développées notamment par Badger et Sasse [303–305] qui ont utilisé du nickel de Raney comme catalyseur pour préparer des 2,2’-bipyridines disubstitués symétriquement [306]. Les conversions sont généralement faibles mais le réactif non converti peut être facilement récupéré et recyclé.

Pour illustrer ce procédé, la 2,2’-bipyridine a été préparée simplement par chauffage de la pyridine en présence de nickel de Raney activé comme catalyseur [303]. De plus, il a été rapporté que la pyrolyse des traces de composés organonickelés obtenues en produits secondaires permettait de récupérer une quantité supplémentaire de bipyridine (schéma 4.7).

N H R N N R R Ni-Raney ou Pd/C 10% -2H R = H, CH3, CH2CH3, C6H5, COCH3, CN, CO2Et (0,5-11%)

Schéma 4.7 : Synthèse de 2,2’-bipyridines par homocouplage des pyridines.

De même, la 4-picoline a pu être couplée en présence de nickel de Raney dégazé pour obtenir la 4,4’-diméthyl-2,2’-bipyridine avec un rendement de 11% [307, 308] tandis que la conversion à l’aide de 10% de Pd/C n’a pu atteindre que 2 à 3% [309, 310]. Signalons au passage que la diméthyl-2,2’-bipyridine permettra, après oxydation, d’obtenir la 4,4’-dicarboxy-2,2’-bipyridine nécessaire à la préparation des complexes envisagés dans notre étude. La 3-picoline plaçée dans des conditions similaires en présence de Ni-Raney [311] ou Pd/C [310] a également donné accès à la 5,5’-diméthyl-2,2’-bipyridine avec des rendements de 15% et 0,5% respectivement.

Bien que le nickel de Raney soit relativement efficace à ces températures élevées, Rh/C en revanche ne présente aucune efficacité [312]. Le nicotinate d’éthyle en présence de Pd/C à 120°C sous 16 Torr a pu conduire en revanche au produit de couplage avec un rendement exceptionnel de 35% [313]. Des optimisations de ces réactions ont été obtenues par utili-sation de pyridines fraîchement distillées, l’emploi de catalyseurs parfaitement anhydres, et l’ajustement des températures de réaction. Ainsi, lorsque Pd/C a été utilisé comme catalyseur à basse pression, les 4,4’-diacétyl-, 5,5’-diacétyl-, 5,5’-bis(éthoxycarbonyl)-, 5,5’-dicyano-et 5,5’-diméthyl-2,2’-bipyridine ont été obtenues avec succès depuis les précurseurs pyridi-niques correspondants [314, 315].

4.1 Introduction à la préparation des 2,2’-bipyridines 67

Sur des 2-halogénopyridines

L’homocouplage des 2-halogénopyridines est devenu une méthode privilégiée pour la préparation de bipyridines substituées et symétriques avec d’importants rendements. La réac-tion classique de Ullmann [280] a été employée au début pour préparer la 3,3’-diméthyl-2,2’-bipyridine par couplage de la 2-bromo-3-picoline dans des solvants à haut point d’ébullition (ex : p-cymène 177°C) en présence de poudre de cuivre [316]. Les inconvénients évidents de cette méthode tiennent dans les conditions drastiques qui doivent être employées et une conversion généralement faible, même si le réactif peut être recyclé. Une réelle améliora-tion a consisté à mettre en place un transfert de phase [317]. Ainsi la 2-bromo-6-picoline en présence de 5% de Pd/C a pu conduire à la bipyridine correspondante dans une gamme de rendements de 50% à 68% (schéma 4.8) et a pu être adaptée sur de grandes quantités (plusieurs centaines de grammes) [318, 319].

N Br ^{N N}

Pd/C, NaOOCH

NaOH, BzEt₃NCl H₂O / 100°C / 48 h

Schéma 4.8 : Synthèse de 2,2’-bipyridines par homocouplage catalysé des 2-bromopyridines.

Par ailleurs, l’homocouplage des halogènures d’aryls catalysé au nickel a reçu une at-tention considérable [319–321]. En effet, cette réaction présente une bonne compatibilité fonctionnelle et peut être réalisée en présence de nombreux groupements avec de bons ren-dements dans des conditions plus douces que celles de la réaction d’Ullman [322, 323]. En raison de sa large flexibilité, de nombreuses améliorations ont été rapportées. La 2-bromo-6-picoline a été traitée par une quantité stœchiométrique de Ni-Raney dans le toluène au reflux pour conduire à la bipyridine attendue avec un rendement de 65% [324, 325]. Ainsi, Chan et al. ont placé la 2-chloro-4,5,6-trifluoropicoline en présence de nickel ou de palladium pour préparer la bipyridine correspondante [326].

Tiecco et al. quant à eux sont parvenus à générer in situ Ni(PPh₃)₄ à partir de NiCl₂, de PPh₃, et de poudre de zinc dans le DMF à 50°C. Ceci permet de transformer des 2-chloro- ou 2-bromopyridines en 2,2’-bipyridines avec d’excellents rendements (68-86%) [322, 327]. Les 3,3’-dihydroxy-2,2’-bipyridine [328, 329], 3,3’-diméthoxy-2,2’-bipyridine [330], et 4,4’-ditolyl-2,2’-bipyridine [331] ont pu être préparées par cette méthode (schéma 4.9).

Une autre méthode développée par Iyoda et ses collaborateurs utilise Et₄NI afin de permettre à la réaction catalysée au nickel de se dérouler dans le THF, l’acétonitrile ou l’acétone [323]. Cette méthode de couplage est également applicable aux bromo- ou 2-chloropyridines. Ainsi, 0,3 éq. de NiBr₂(PPh₃)₂, un excès de Zn(0) comme agent de

réduc-N X R N N R R NiCl_2, PPh_3, Zn° DMF / 50°C / 4 h

R = H, OH, OMe, tol. (68-86%) X = Cl, Br

Schéma 4.9 : Synthèse de 2,2’-bipyridines par homocouplage au nickel.

tion, et Et4NI conduisent de façon remarquable aux produits de couplage (schéma 4.10).

N X _{THF / Et} N N 4NI R, R' = H, OMe, COOMe (53-90%) X = Cl, Br NiBr₂(PPh₃)_2, Zn° R R' R R R' R'

Schéma 4.10 :Homocouplage au nickel en présence d’iodure.

En effet, il a été démontré que l’anion I^- pouvait accélérer ce type de réaction catalysée au nickel [332]. Les rendements de préparation de la 2,2’-bipyridine à partir de la 2-bromo-ou 2-chloropyridine sont de 72% et 60% respectivement lorsqu’une quantité équimolaire de Et₄NI est employée, et chutent lorsque Et₄NI est utilisé en quantité catalytique.

Récemment, Kira et al. ont employé cette méthode avec la 5-silyl-2-bromopyridine ainsi que la 2-chloronicotine et la 2-chloro-6-méthoxypyridine pour préparer les bipyridines cor-respondantes dans des rendements compris entre 53% et 90% [333]. Zhang et Breslow ont également couplé la 5-amino-N-benzylidène-2-chloropyridine à l’aide de cette technique [334].

Des familles de 2,2’-bipyridines ont également pu être synthétisées à partir des 2-halo-génopyridines adéquates dans le DME à l’aide det-BuONa/NiCRA/PPh₃(NiCRA = NaH-t -BuONa-Ni(OAc)₂) par Fort et Caubère. La 5,5’-bis(trifluorométhyl)-, diméthyl- et 6,6’-diméthoxy-2,2’-bipyridine ont été préparées de cette manière à partir des dérivés bromés ou chlorés correspondants avec des rendements compris entre 44 et 90% (schéma 4.11) [335, 336]. N H R N N R R t-BuONa-NiCRA-PPh₃ R = H, Me, OMe, CF_3, NH₂ (44-90%) DME / 60°C / 2h X = Cl, Br

Schéma 4.11 :Synthèse de 2,2’-bipyridines par le système Ni-CRA.

4.1 Introduction à la préparation des 2,2’-bipyridines 69

Lemaire et al. ont pu mettre au point une alternative catalytique à la réaction de Ull-mann. Des dérivés de la 2,2’-bipyridine diversement substitués ont été ainsi synthétisés avec d’excellents rendements à l’aide de Pd(OAc)₂comme catalyseur,n-Bu₄NBr, et une base (gé-néralement la trialkylamine) dans le 2-propanol [337]. Enfin, Chujo et al. ont utilisé K₂CO₃ comme base et sont parvenus à obtenir la 5,5’-diméthyl-2,2’-bipyridine à hauteur de 70%.