Nous avons tout d’abord regardé la réactivité du sel d’iminosydnone 4a ne possédant pas de substituant en position N6, il apparaît que ce dernier ne réagit pas avec les cyclooctynes. Comme le montre le Tableau 3 les substitutions sur cette position du squelette iminosydnone ont un impact très significatif sur la cinétique de réaction.
Amides Entrée ImSyd R1 R2 k [M-1.s-1] 1 H CH3CO 0.010 2 5c H CF3CO 0.006 3 5a H 0.006 4 5b H 0.004 Sulfonamides Entrée ImSyd R1 R2 k [M-1.s-1] 5 6a H 0.032 6 6b H 0.042 Carbamates Entrée ImSyd R1 R2 k [M-1.s-1] 7 7a Me BnOCO- 0.008 8 7b H tBuOCO- 0.018 Urées/Thiourée Entrée ImSyd R1 R2 k [M-1.s-1] 9 8c H Bn-NHCO- 0.061 10 8a H 0.047 11 8e H 0.028 12 8i H 0.034 13 9a H < 0.001
Tableau 3 : Constantes de vitesse pour la réaction entre les iminosydnones et le BCN ; Etude de l’influence du groupement exocyclique.
Les iminosydnones amides réagissent avec le BCN avec des constantes faibles allant de 0.004 à 0.01 M-1.s-1. Nous pouvons constater que la présence d’un groupement électroattracteur sur le substituant exocyclique a tendance à diminuer la réactivité (Tableau 3, comparer Entrées 1 avec 2 et 3 avec 4). Ce penchant reste toutefois peu marqué du fait de la faible vitesse de réaction. Les carbamates montrent des propriétés semblables aux amides. Concernant les sulfonamides, la difficulté synthétique pour leur obtention ne nous permet d’étudier que deux d’entre eux. Leur réactivité avec le BCN est supérieure à celle des amides d’un facteur d’environ 3 à 4 et avec des constantes de l’ordre de 0.03–0.04 M-1.s-1 (Tableau 3, Entrées 5 et 6).
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S’agissant des urées, ce sont les composés les plus intéressants. Non seulement elles sont plus simples à synthétiser, mais elles présentent aussi les vitesses de réaction les plus rapides avec le BCN. La vitesse de réaction peut aller jusqu’à 0.061 M-1.s-1 (Tableau 3, Entrée 9), ce qui représente un facteur 10 par rapport à la moyenne des amides qui sont les iminosydnones les plus étudiées dans la littérature. On note la même tendance que pour les amides, c’est-à-dire une moins bonne réactivité des produits possédant un groupement électroattracteur sur la position exocyclique (Tableau 3, Entrées 11 et 12).
On peut également remarquer que les aryl-urées sont moins réactives que les alkyl-urées (Tableau 3, Entrées 9 et 10). La thiourée testée (Tableau 3, Entrée 13) réagit avec les BCN, mais la réaction est trop lente pour qu’il soit possible d’évaluer la constante de cinétique dans ces conditions.
Influence de la substitution sur l’aryl en position N
3Après avoir évalué les propriétés des différents substituants N-exocycliques, nous nous sommes intéressés à l’impact de la fonctionnalisation de l’aryl en position N3 par des groupements possédant différentes propriétés électroniques (Tableau 4).
Entrée ImSyd R1 R2 k [M-1.s-1] 1 7b H tBuOCO- 0.018 2 26h CO2Et tBuOCO- 0.083 3 8a H 0.047 4 8f OH 0.008 5 8g CH2OH 0.024 6 26j CO2Et 0.181
Tableau 4 : Constantes de vitesse pour la réaction entre les iminosydnones et le BCN ; Etude de l’influence du groupement en position N3.
Nous constatons que comme dans le cas des sydnones, les propriétés électroniques du substituant de l’aryl ont une grande influence sur la cinétique. La présence du substituant électrodonneur inhibe la réaction (Tableau 4, comparer les Entrées 4 et 5 avec 3). En revanche la présence d’un groupement électroattracteur exalte la réactivité des iminosydnones. Comme exemple, nous pouvons comparer les Entrées 1 et 2 ainsi que les Entrées 3 et 6 (Tableau 4). Dans les deux cas, le substrat portant une fonction ester voit sa constante de vitesse augmenter d’un facteur 4 environ par rapport à son analogue non substitué. Ces résultats sont comparables à la tendance affichée par les sydnones dans leur réaction avec le BCN.
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Influence de la substitution en position C
4Pour finir nous avons engagé des iminosydnones substituées en position 4 dans la réaction avec les cycloalcynes (Tableau 5).
Entrée ImSyd R1 X R2 k [M-1.s-1] 1 7b H H tBuOCO- 0.018 2 30a H tBuOCO 0.021 3 28 H I tBuOCO 0.111 4 27b H Br tBuOCO 0.457 5 8d H H BnNHCO 0.061 6 27c CH3 Br BnNHCO 0.936 7 8b H H 0.047 8 26j CO2Et H 0.181 9 27f CO2Et Br 0.686
Tableau 5 : Constantes de vitesse pour la réaction entre les iminosydnones et le BCN ; Etude de l’influence du groupement en position C4.
Dans un premier temps, nous avons étudié l’influence de trois substituants sur le même squelette comportant un groupement Boc (Tableau 5, Entrées 2–4). On observe que la présence d’un alcyne sur cette position impacte peu la réaction, malgré la taille non négligeable du groupement phénylacétylène. Concernant les halogènes, l’impact est de grande importance, notamment pour le dérivé bromé qui voit sa constante de vitesse augmenter d’un facteur 25.
Les dérivés urées bromées des iminosydnones affichent la même tendance (Tableau 5, Entrées 6 et 9), même si l’effet est moins spectaculaire. Curieusement, l’urée 27f (Tableau 5, Entrée 9) possédant un brome et un groupement électroattracteur sur l’aryl montre une exaltation de réactivité plus faible que celle attendue puisqu’elle donne une constante de vitesse inférieure à l’urée 27a qui n’est pas activée sur l’aryl. Nous pouvons en conclure que l’effet d’un groupement électroattracteur sur le noyau aromatique en position N3 apporte une accélération de la réaction inférieure à l’utilisation d’une chaîne alkyle plutôt qu’aryle sur l’urée.
A nouveau on observe un comportement similaire à celui des sydnones. Dans de précédents travaux nous avions déjà reporté la réactivité fulgurante des sydnones halogénées, en particulier chlorées et fluorées.76
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Très récemment Liang et Houk ont mené des expériences de modélisation pour trouver l’origine de cet effet.77 Ils ont démontré que contrairement aux prénotions, la théorie des orbitales moléculaires n’explique pas cette réactivité particulière. La baisse de l’énergie d’activation provient essentiellement de la distorsion de la sydnone induite par l’halogène. Il pourrait ainsi être intéressant de réaliser le même type d’études afin d’expliquer la meilleure réactivité de l’iminosydnone 10d par rapport à l’iminosydnone 27f qui porte tous les groupements accélérant la réaction.
Finalement, nous avons pu mettre à jour les facteurs structuraux des iminosydnones impactant la vitesse de la réaction avec le BCN (Figure 116).
Figure 116 : Résumé des principaux facteurs influençant la cinétique de réaction entre les iminosydnones et les cycloalcynes.
Cette relation structure/réactivité nous donne un guide des fonctions à introduire sur le squelette iminosydnone dans l’optique d’avoir une réaction rapide avec les alcynes cycliques. La réaction est favorisée par une fonction urée en N6, un groupement électroattracteur sur l’aryl en N3 et un halogène en position C4. La combinaison de ces critères structuraux permet d’avoir une réaction de l’ordre de 1 M-1 s-1avec le BCN.