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Notre étude a démarré en traitant l’hydroxylamine tribenzyloxylée 273 avec le

tétra-acétate de dirhodium (10 mol%) dans le dichlorométhane à température ambiante. La

transformation de 273 a été rapide, celle-ci étant totalement consommée en 30 minutes. Le

composé majoritaire du mélange formé a été isolé avec un rendement de 53%. Sur la base de

ses données spectroscopiques, nous avons initialement proposé la structure 333 pour ce

produit, qui résulterait d’une expansion de cycle (Schéma 132).

Schéma 132

Cependant cette proposition initiale s’est avérée erronée. En effet, après avoir réduit la

nitrone supposée à 6 chaînons 333 par l’hydrure de lithium et d’aluminium, un composé

cristallin a été isolé, dont l’analyse par diffraction des rayons X

157

(Figure 21) a prouvé sans

ambiguïté qu’il était l’hydroxylamine à 5 chaînons 335. Par conséquent, le composé (obtenu

par réaction de 273 en présence de catalyseur rhodié) dont a été issue cette hydroxylamine

335 devait être la cétonitrone à 5 chaînons, de structure révisée 334.

157

Données cristallographiques disponibles via le Cambridge Crystallographic Data Center sous la référence

CCDC 1483691. Voir annexe 2.

Figure 21

La formation du produit d’expansion 333 avait été initialement proposée en supposant

que le carbénoïde I évoluait pour former l’intermédiaire aziridinium II (voie a) à partir duquel

une expansion de cycle produirait le N-hydroxy énaminoester III, qui tautomériserait pour

donner la nitrone 333. En réalité, le carbénoïde I évolue via une migration d’hydrure (voie b)

vers le N-hydroxy énamino ester IV qui tautomérise pour conduire à la nitrone 334

(Schéma 133).

Ainsi, contrairement à l’hydroxylamine 246 qui en présence de tétra-acétate de

rhodium, évolue en nitrone 332 (voir Schéma 129) par attaque nucléophile de l’atome d’azote

sur le carbénoïde intermédiairement formé (voie a), l’hydroxylamine 273, dans les mêmes

conditions, évolue en nitrone 334 par migration 1,2 d’hydrure (voie b).

Par la suite, différents complexes de métaux de transition ont été testés dans le but

d’évaluer leur rôle et leur chimiosélectivité (migration 1,2 de l’atome d’azote de la fonction

hydroxylamine versus migration 1,2 d’hydrure) dans la transformation de l’hydroxylamine

diazotée 273 (Schéma 134, Tableau 17). Dans tous les cas, seule la nitrone 334 résultante de

la migration 1,2 d’hydrure a été isolée. Aucun des catalyseurs testés n’a induit une expansion

de cycle par migration de l’atome d’azote. Les complexes de ruthénium et de palladium ont

permis de convertir l’hydroxylamine 273 en cétonitrone 334 avec des rendements moyens

(Tableau 17, entrées 2-4). La catalyse avec le triflate d’argent (AgOTf) a été très efficace et la

cétonitrone 334 a été isolée avec un excellent rendement de 97% (Tableau 17, entrée 5). Les

autres complexes d’argent testés se sont révélés moins performants (Tableau 17, entrées 6-8).

Les complexes de cuivre ont aussi donné de très bons résultats (Tableau 17, entrées 9-13), et

notamment le tétrakis(acétonitrile) hexafluorophosphate de cuivre [Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

] s’est

avéré être un excellent catalyseur, produisant la cétonitrone 334 avec un rendement de 96% en

moins de 5 minutes (Tableau 17, entrée 11). La quantité de catalyseur employée a pu être

abaissée à 0,5 mol% sans affecter significativement l’efficacité de cette transformation

(Tableau 17, entrée 12).

Entrée Catalyseurs Conditions Temps Résultats (%)

1 Rh

2

(OAc)

4

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 30 min 53

2 [RuCl

2

(p-cymène)]

2

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 1,5 h 58

3 Pd(OAc)

2

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 24 h 56

4 Pd(OAc)

2

(10 mol%) Toluène, 80 °C 20 min 52

5 AgOTf (10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 20 min 97

6 AgBF

4

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 50 min 82

7 AgOBz (10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 1,25 h 83

8 AgOAc (10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 2 h 22*

9 Cu(OTf)

2

(15 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 45 min 77

10 Cu(acac)

2

(20 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 1,75 h 62

11 Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. < 5 min 96

12 Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

(0,5 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. 40 min 86

13 Cu(CH

3

CN)

4

BF

4

(10 mol%) CH

2

Cl

2

, t.a. < 5 min 86

*65% d’hydroxylamine de départ (273) récupérée

Tableau 17

Suite à ce criblage de catalyseurs, nous avons sélectionné l’utilisation de triflate

d’argent ou de complexe de cuivre Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

(10 mol%) dans le dichlorométhane à

température ambiante comme conditions optimales pour étudier la transformation d’autres

β-N-hydroxyamino α-diazoesters cycliques en cétonitrones analogues à 334. Toutes les

hydroxylamines dont la préparation est décrite dans le chapitre II de ce manuscrit ont été

traitées dans les deux jeux de conditions sélectionnés (Schéma 135, Tableau 18).

Ainsi par exemple, l’hydroxylamine 272a a été d’une part traitée par 10 mol%

d’AgOTf et d’autre part par 10 mol% Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

dans le dichlorométhane à température

ambiante (Tableau 18, entrée 1). Dans les deux cas, la cétonitrone 336 s’est formée très

rapidement, et elle a été isolée avec de très bons rendements (96% et 90% respectivement)

après chromatographie sur gel de silice. De la même façon, les hydroxylamines cycliques

polyalcoxylées 274-278 ont été transformées en cétonitrones 337-341 avec d’excellents

rendements (68-100%), en des temps très courts (Tableau 18, entrées 2-6).Toutes ces nitrones

sont nouvelles, et se sont avérées stables au stockage pendant plusieurs mois à −18 °C.

Schéma 135

Entrée Départ Catalyseur Temps Produit Rendement

(%)

1 272a

AgOTf < 5 min

96

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

< 5 min 90

2 274a/274b

(r.d. = 60:40)

AgOTf 30 min

97

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

15 min 68

3 275

AgOTf 45 min

95

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

< 5 min 89

4 276

AgOTf 30 min 100

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

< 5 min 100

5 277

AgOTf 130 min

83

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

20 min 88

6 278

AgOTf 20 min

99

Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

< 5 min 88

Tableau 18

Les spectres RMN

1

H des nitrones 334, 336-341 présentent deux doublets

(système AB) caractéristiques du nouveau méthylène situé entre la fonction nitrone et la

fonction ester. Le couplage

3

J

C-H

des signaux de ces protons avec ceux des atomes de

carbones quaternaires de l’ester d’une part et la fonction nitrone d’autre part sont visibles sur

le spectre HMBC de chaque produit. La migration d’hydrure semble être indépendante de la

stéréochimie du centre en α de la fonction diazo comme le montre la transformation du

mélange des diastéréoisomères 274a et 274b (r.d. = 60:40) qui a conduit à la formation

efficace d’une seule et même cétonitrone 337.

Nous avons poursuivi notre étude avec l’hydroxylamine α,α-disubstituée 281, un

substrat sur lequel la migration d’hydrure ne peut pas avoir lieu. Après avoir traité cette

hydroxylamine avec 10 mol% d’AgOTf sa transformation était totale au bout de 20 minutes et

deux produits ont été isolés après purification sur gel de silice. Leurs données RMN du proton

étaient distinctes mais pendant l’enregistrement des autres données RMN en solution dans

CDCl

3

, nous avons constaté une transformation des deux produits initiaux en un seul et même

composé, différent des deux premiers. L’analyse par spectrométrie de masse de ce composé a

révélé la perte d’un motif benzyloxy et de diazote par rapport à l’hydroxylamine de départ

281. En combinant cette donnée avec les analyses RMN et IR nous avons conclut qu’il

s’agissait de la cétonitrone 342 (Schéma 136).

Schéma 136

La configuration E de la double liaison a été déduite de l’analyse du spectre NOESY

de 342 (Figure 22), qui présente une corrélation entre le proton H-6 (δ 6,68 ppm) et les

protons CH

2

du groupement benzyloxy en C-4 (δ 4,70 ppm).

6 6

1

Figure 22

Pour expliquer la formation de cette nitrone nous avons proposé un mécanisme

(Schéma 137) avec la formation initiale du carbénoïde I qui s’insère dans la liaison

3

C-H pour

donner un intermédiaire cyclopropane II. Il y aurait ensuite une ouverture du cyclopropane

par formation d’une double liaison C=N et d’un anion stabilisé en α de l’ester d’autre part.

Enfin, une β-élimination conduirait à l’ester insaturé 342. Nous supposons que les deux

produits isolés immédiatement après purification correspondaient aux deux épimères (en α de

l’ester) de l’hydroxylamine cyclopropane II. Cette hypothèse est basée sur le fait que leur

spectre RMN

1

H présentait au niveau des signaux CH aromatiques un multiplet intégrant pour

un total de 20 protons.

Schéma 137

Une réactivité totalement différente a été observée lorsque la même hydroxylamine

281 a été mise en présence de 10 mol% de Cu(CH

3

CN)

4

PF

6

. Cette fois-ci le spiro

tétrahydrofurane 343 a été isolé avec un rendement de 36% (Schéma 138).

Cette transformation serait issue de l’insertion du carbénoïde dans la liaison C-H benzylique

du substituant benzyloxyméthyle en C-2. Un couplage

3

J

C-H

entre l’atome de carbone en C-3

et deux protons benzyliques (spectre HMBC) prouve qu’il ne s’agit pas d’un tétrahydrofurane

bicyclique (cf. Schéma 144) résultant de l’insertion du carbénoïde dans une liaison C-H

benzylique du substituant benzyloxy en C-3. Il n’a pas été possible de déterminer la

stéréochimie des deux nouveaux centres stéréogènes sur le cycle furanique (C-7 et C-8).

Schéma 138

La réactivité des N-hydroxypipéridines α-diazoesters en présence de ces deux

catalyseurs a aussi été évaluée. Cette étude a débuté par la mise en présence de

l’hydroxylamine 284 avec 10 mol% d’AgOTf dans le dichlorométhane à température

ambiante. Par rapport aux essais précédents, cette réaction a été très lente. Ce n’est qu’au bout

de 100 heures que nous avons observé la disparition totale du substrat de départ.

La cétonitrone attendue 344 et également le triazole 286 ont été isolés avec un rendement de

36% et 24% respectivement. Comme nous l’avons mentionné, l’hydroxylamine 284 est assez

instable et évolue avec le temps en triazole. Une façon de minimiser sa formation serait

d’accélérer la réaction de migration d’hydrure. Effectivement, avec 1 équivalent de

catalyseur, la transformation de l’hydroxylamine 284 en cétonitrone 344 a été bien plus rapide

(2 h 40 contre 100 heures) et la nitrone 344 a été isolée avec un bon rendement de 78%.

Même si la formation du triazole 286 n’a pas été totalement supprimée, elle a tout de même

été minimisée (Schéma 139). Avec le catalyseur au cuivre en quantité catalytique (10 mol%)

la transformation en cétonitrone 344 a été beaucoup plus rapide car il a fallu seulement

35 minutes de réaction. Cependant l’efficacité de la réaction a été moindre avec un rendement

de 60% pour la cétonitrone 344. Le triazole 286 a aussi été isolé avec un rendement de 6%.

Schéma 139

Les hydroxylamines diastéréoisomères 287a et 287b ont aussi été traitées par le triflate

d’argent (10 mol%) mais aucune trace du produit attendu 345 n’a été observée (Schéma 140).

A partir de l’hydroxylamine 287a, seul le triazole 291 a été isolé avec un rendement de 34%.

L’hydroxylamine 287b, quant à elle, s’est totalement dégradée au cours de la réaction.

Schéma 140

Par contre, les mêmes hydroxylamines 287a et 287b ont été transformées en

cétonitrone 345 lorsque le complexe de cuivre a été employé comme catalyseur

(Schéma 141). Le rendement obtenu à partir de chacun des diastéréoisomères n’est pas très

élevé (20% à partir de 287a et 37% à partir de 287b) mais la formation de triazole n’a pas été

observée dans ce cas. Ici aussi la conversion en cétonitrone a été beaucoup plus rapide avec le

catalyseur au cuivre qu’avec le triflate d’argent, ce qui limite la conversion de

l’hydroxylamine en imine, précurseur du triazole.

Schéma 141

Nous avons ensuite étudié la transformation des hydroxylamines tribenzyloxylées

288a et 288b en présence des deux complexes métalliques (Schéma 142). Contrairement au

cas précédent, chacun des diastéréoisomères a été converti en cétonitrone 346, avec 10 mol%

de triflate d’argent. A partir de 288a la transformation est particulièrement efficace avec un

rendement de 96% tandis qu’à partir de son isomère 288b un rendement moyen de 64% a été

observé. Il est à noter que le triazole n’a pas été détecté dans ces deux cas.

Schéma 142

En présence du catalyseur au cuivre la transformation en cétonitrone 346 a été bien

plus rapide mais par contre bien moins efficace et moins sélective (Schéma 143). La

formation de la nitrone 346 est concurrencée par la formation des tétrahydrofuranes 347 et

348 provenant de l’insertion du carbénoïde dans la liaison C-H du groupement benzyloxy en

β de la fonction diazo. Le composé bicyclique 347 a été obtenu à partir de l’hydroxylamine

288a, avec un rendement de 54%, légèrement supérieur à celui de la cétonitrone 346 (46%).

De façon étonnante, à partir de l’hydroxylamine 288b, le produit d’insertion C-H (348) se

forme de façon très majoritaire puisqu’il a été isolé avec un rendement de 66% contre

seulement 7% de cétonitrone 346. La configuration du nouveau centre stéréogène en α de

l’atome d’oxygène dans le cycle tétrahydrofurane des produits 347 et 348 a été déterminée

grâce à leur spectre NOESY, une corrélation étant visible entre les protons en C-8 (δ 5.09

ppm pour 347; δ 5.44 ppm pour 348) et en C-3 (δ 4.28 ppm pour 347; δ 4.22 ppm pour 348).

La configuration de l’atome de carbone en α de l’ester n’a pas pu être définie pour le

composé 347 mais elle l’a été pour 348, grâce à une corrélation entre les protons en C-7 (δ

3.67-3.53 ppm) et C-3 (δ 4.22 ppm).

Schéma 143

Par la suite nous avons testé la réactivité de l’hydroxylamine α,α-disubstituée 294

pour laquelle la migration 1,2 d’hydrure est impossible. Rappelons que dans le cas de

l’hydroxylamine α,α-disubstituée 281 une insertion du carbénoïde a eu lieu dans une liaison

C-H benzylique du substituant benzyloxyméthyle en C-2 pour former le spiro

tétrahydrofurane 343 (Schéma 138).

Nous avons commencé par mettre l’hydroxylamine 294 en présence de quantités

catalytiques de triflate d’argent ou de complexe de cuivre mais malheureusement seule sa

dégradation a été observée et aucun produit identifiable n’a été isolé. Par contre, avec

1 équivalent de chacun de ces complexes métalliques, les produits d’insertion dans la liaison

3

C-H 349 (42%) et 350 (23%) ont été isolés respectivement (Schéma 144). La nitrone 350

proviendrait probablement d’une oxydation in situ de l’hydroxylamine 349. La

régiosélectivité de l’insertion C-H observée ici contraste avec celle observée à partir de 281.

On peut expliquer cette divergence par le fait que dans 281 le substituant diazoester est en

trans par rapport au substituant benzyloxy en C-3 tandis que dans 294 le diazoester est sur la

même face du cycle pipéridine que la liaison

3

C−H dans laquelle l’insertion est observée.

Cette fois-ci un couplage

3

J

C-H

entre l’atome de carbone en C-9 et deux protons benzyliques

sur le spectre HMBC montre que l’insertion du carbénoïde a eu lieu dans une liaison C-H

benzylique du substituant benzyloxy en C-3. La configuration du nouveau centre stéréogène

en α de l’atome d’oxygène dans le cycle tétrahydrofurane des produits 349 et 350 a été

déterminée par analyse de leur spectre NOESY. Dans chacun des cas, une corrélation existe

entre les protons en C-8 (δ 5.41 ppm pour 349; δ 5.03 ppm pour 350) et en C-3 (δ 3.35 ppm

pour 349; δ 4.67 ppm pour 350). La configuration de l’atome de carbone en α de l’ester n’a

pas pu être définie pour ces composés.

Schéma 144

A ce stade de notre étude, l’hydroxylamine acyclique 246 a été également mise en

présence de triflate d’argent et de catalyseur au cuivre, afin de vérifier si ces catalyseurs

induiraient une migration 1,2 d’hydrure comme dans le cas des hydroxylamines cycliques

272-278 ou conduiraient à la formation de la nitrone 332 comme c’était le cas en présence de

Rh

2

(OAc)

4

(voir Schéma 129). Aucune trace de la nitrone 332 n’a été détectée à l’issue de ces

expériences (Schéma 145).

Schéma 145

Lorsque 246 a été traitée par AgOTf (20 mol%), un mélange de deux nitrones

isomères 351 et 352 (en proportion 82:18) a été isolé. Par contre, en présence du complexe de

cuivre, l’hydroxylamine 246 s’est totalement dégradée. Les nitrones 351 et 352 résultent

d’une migration 1,2 d’hydrure plutôt qu’un transfert de groupe azoté. Ce résultat montre

l’importance de la nature du catalyseur dans la chimiosélectivité de ces transformations à

partir d’hydroxylamines acycliques, alors qu’à partir des hydroxylamines cycliques la

migration 1,2 d’hydrure semble plus favorable, quelque soit le catalyseur métallique.

III.2.2 Réactivité d’un β-hydroxyamino α-diazoester dans des conditions