Hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par des

toxicité de ce métal, quelques exemples d’hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par des complexes de mercure ont été rapportés. Mori a montré en 2013 que dans certains cas, le complexe de mercure Hg(OTf)2 était un catalyseur efficace pour ce type de

90 cyclisation (Schéma I.15).152 En comparaison, les complexes d’argent testés pour ces mêmes réactions nécessitent d’être introduits en quantité stœchiométrique, dans des conditions bien plus drastiques, fournissant les produits de cyclisation avec des rendements et des diastéréosélectivités plus modérés.

Schéma I.15. Hydroalkoxylations 6-exo-trig de δ-hydroxyallènes catalysées par un complexe de mercure

Une méthodologie plus large a été proposée pour l’hydroalkoxylation 5-endo-trig d’α-hydroxyallènes catalysée par le complexe de mercure Hg(ClO4)2·3H2O (Schéma I.16).¹⁵³ Alors que ces conditions réactionnelles sont efficaces avec une large variété de substituants en position α, et en position interne de l’allène, on notera tout de même qu’elles ne sont compatibles qu’avec l’utilisation d’allènes terminaux.

Schéma I.16. Hydroalkoxylations 5-endo-trig d’α-hydroxyallènes catalysées par un complexe de mercure

Dans le cas de cette seconde réaction, en se basant sur des calculs DFT, les auteurs proposent un mécanisme passant par une première complexation de la double liaison terminale de l’allène au mercure, suivie de la cyclisation 5-endo-trig (Schéma I.17). Cette seconde étape serait accompagnée de la libération d’un ligand perchlorate permettant de générer in situ une

152 Y. Suzuki, A. Kuwabara, Y. Koizumi, Y. Mori, Tetrahedron 2013, 69, 9086‒9095.

91 molécule d’acide perchlorique qui interagirait par liaison hydrogène avec l’oxygène de l’hétérocycle (espèce C). Une étape de protodémétallation permettrait ensuite de générer l’espèce D qui, après décomplexation, conduirait au produit d’hydroalkoxylation et à la régénération du catalyseur.

Schéma I.17. Proposition mécanistique pour l’hydroalkoxylation d’α-hydroxyallènes catalysée par Hg(ClO4)2

I.2.1.2. Hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par des complexes de lanthanides

Les lanthanides, bien que peu réputés dans ce domaine, ont aussi été étudiés pour cette transformation. En particulier, Marks a rapporté en 2007 l’hydroalkoxylation de β- et γ-hydroxyallènes en présence du complexe de lanthane(III), La[N(SiMe3)2]3 (Schéma I.18).¹⁵⁴ Pour les deux substrats testés, la régiosélectivité est en faveur des produits de cyclisation de type exo-dig même si la formation des produits de cyclisation de type endo-dig est aussi observée. Bien que l’étude ne soit pas très large en termes de champ d’application, cette réactivité est malgré tout intéressante car différente de celle qui a été observée en catalyse à l’or.150 En effet, les β-hydroxyallènes ont tendance à subir des cyclisations de type 6-endo-trig en catalyse à l’or, alors qu’ici il s’agit d’une cyclisation de type 5-exo-dig. De la même manière,

92 les γ-hydroxyallènes vont conduire aux produits de cyclisation de type 5-exo-trig en catalyse à l’or, au lieu de 6-exo-dig en catalyse au lanthane.

Schéma I.18. Hydroalkoxylation de β- et γ-hydroxyallènes catalysée par La[N(SiMe3)2]3

Pour ce type de catalyse, les études mécanistiques^{154, 155} ont montré que le complexe de lanthane permettrait d’activer en premier lieu la fonction alcool, et non l’allène, pour conduire à la formation de l’espèce catalytique active A (Schéma I.19). Concernant la nature exacte de cette espèce, différentes structures ont été proposées, impliquant un nombre variable de molécules d’alcool coordinées au centre métallique, et les auteurs suggèrent que ces structures pourraient toutes être actives pour ce processus catalytique. S’en suivrait une étape de cyclisation 5-exo-dig conduisant à l’hétérocycle B intermédiairement formé et en équilibre avec l’espèce B’ grâce au passage par l’intermédiaire de type π-allyle. Ces deux espèces B et B’ seraient alors susceptibles de subir une étape de protodémétallation, qui après échange de ligand permettrait de conduire aux deux produits de cyclisation possibles et à la régénération du catalyseur.

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Schéma I.19. Proposition mécanistique pour l’hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par La[N(SiMe3)2]3

I.2.1.3. Hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par des complexes de cuivre L’hydroalkoxylation d’allènols catalysée par des complexes de cuivre a été décrite en 2012 par Lee, sur des α-hydroxyallènes substitués par un ester, en présence de chlorure de cuivre(II) (Schéma I.20).156 Le mécanisme suggéré par les auteurs implique une première étape d’activation du carbone central de l’allène, suivie par une cyclisation de type 5-endo-trig et une protodémétallation.

Schéma I.20. Hydroalkoxylation d’α-hydroxyallènes substitués par un ester catalysée par un complexe de cuivre(II)

94 Cette famille de substrats avait déjà été étudiée en catalyse à l’or, et on notera que malgré des conditions réactionnelles relativement drastiques en termes de température, le chlorure de cuivre(II) s’avère être tout aussi efficace que des systèmes catalytiques binaires basés sur un mélange sel d’or/sel d’argent.150 Cependant, l’hydroalkoxylation d’allènes catalysée par des complexes de cuivre n’a pas été à ce jour et à notre connaissance, étendue à d’autres familles de substrats.

I.2.1.4. Hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes catalysée par des complexes de fer L’hydroalkoxylation intramoléculaire d’allènes a été étudiée en catalyse au fer par Kang en 2012. Au cours de cette étude, les auteurs ont montré que selon la nature des contre-ions portés par le fer, et les conditions réactionnelles, il était possible d’obtenir sélectivement deux isomères différents (Schéma I.21).¹⁵⁷

Schéma I.21. Hydroalkoxylations de δ-hydroxyallènes catalysées par des complexes de fer(III)

Pour justifier de ces différentes réactivités, les auteurs ont notamment isolé un intermédiaire réactionnel et étudié sa réactivité. Ainsi ils proposent un mécanisme mettant en jeu des étapes d’hydroalkoxylation ainsi que diverses étapes d’isomérisation (Schéma I.22). L’allène de départ serait dans un premier temps susceptible de subir une hydroalkoxylation impliquant une étape de cyclisation 6-exo-trig, suivie d’une protodémétallation pour conduire à un premier produit cyclique, qui pourrait, selon les conditions réactionnelles, subir une étape d’isomérisation elle aussi catalysée au fer et conduisant au second produit cyclique. D’autre part, l’allène pourrait aussi être décumulé par isomérisation, ceci conduisant à la formation du diène correspondant, intermédiaire réactionnel commun pour la synthèse des deux produits de cyclisation, selon qu’il y ait une étape supplémentaire d’isomérisation ou non. Malheureusement, aucune information n’est apportée quant à la nature de l’espèce catalytique

95 active ou de l’influence réelle des contre-ions, même si la possibilité de générer in situ l’acide de Brønsted correspondant (TsOH ou CF3CO2H) n’est pas complètement écartée.

Schéma I.22. Proposition mécanistique pour les hydroalkoxylations de δ-hydroxyallènes catalysées au fer(III)

Plus récemment, une seconde étude a été réalisée cette fois-ci sur des γ-hydroxyallènes en présence de quantités catalytiques de Fe(OTs)3 ou Fe(OTf)3.¹⁵⁸ Celle-ci a permis de mettre en évidence deux types de cyclisation possibles, ainsi que des processus d’isomérisation similaires à ceux qui avaient déjà été envisagés. En particulier, les substrats pour lesquels le motif allénique porte un substituant cyclohexyle sont susceptibles de donner lieu à des produits de cyclisation de type 5-exo-trig ou 6-endo-dig. Ceci n’avait jamais été observé en catalyse à l’or, puisque les deux exemples de la littérature, qui font tous deux appel à des systèmes catalytiques binaires composés d’un sel d’or et d’un sel d’argent, ne relatent que la formation du produit de cyclisation 5-exo-trig.159 Les études mécanistiques ont montré que, de manière analogue à ce qui a été proposé pour la précédente famille de substrats (Schéma I.22), le second produit de cyclisation serait en fait issu de la décumulation du substrat conduisant au motif diénique, celui-ci étant ensuite susceptible de subir une cyclisation de type 6-endo-trig.

158 J. H. Kim, S. W. Kim, M. S. Jung, K.-H. Ahn, E. J. Kang, Bull. Korean Chem. Soc. 2015, 36, 2846‒2850.

159 (a) G. L. Hamilton, E. J. Kang, M. Mba, F. D. Toste, Science 2007, 317, 496‒499. (b) K. Aikawa, M. Kojima, K. Mikami, Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 3131‒3135.

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Schéma I.23. Hydroalkoxylation de γ-hydroxyallènes catalysée par des complexes de fer(III)

En conclusion, des métaux de transition non nobles ont montré un certain potentiel quant à la catalyse de l’hydroalkoxylation d’allènes, et même si certaines études restent quelque peu préliminaires, des résultats encourageants ont été obtenus. D’un côté il est possible pour différentes familles de substrats de remplacer les catalyseurs d’or par d’autres complexes moins onéreux, et de l’autre, il est aussi possible d’obtenir des réactivités différentes qu’on utilise la catalyse à l’or ou d’autres types de catalyseurs. Ces résultats font de toute évidence office de prémices à un nouveau champ d’application pour la catalyse à base de métaux non nobles.