Isolement et hydrolyse de complexes osmiques

En 2013, Jarosz et coll. ont rapporté la synthèse de l’azaspiro[4.5]décane 283 à partir du diène 280.²⁵¹ Une réaction de métathèse cyclisante a permis l’obtention du composé spiro 281 avec un bon rendement de 87%. La dihydroxylation de 281 en présence d’une quantité catalytique de OsO4 dans les conditions classiques s’avérant très peu efficace, les auteurs ont employé, pour réaliser cette dihydroxylation, une variante des conditions proposées en 1997 par Donohoe.²⁵² Ainsi, une solution d’alcène 281 et de TMEDA (1,9 équiv.) dans le DCM, après avoir été refroidie à −78 °C, a été traitée par une quantité stœchiométrique de OsO4

(solution 0,1 M dans le tBuOH, 1,1 équiv.). Après 15 minutes sous agitation à −78 °C, puis 15 minutes à température ambiante, dans ces conditions anhydres, un complexe TMEDA-osmate-diol 282 a été isolé avec un bon rendement (89%). Ce dernier a été caractérisé après

251 Malik, M.; Witkowski, G.; Ceborska, M.; Jarosz, S. Org. Lett. 2013, 15, 6214–6217.

252

purification par chromatographie sur gel de silice. Même s’il est peu courant de voir ce type de complexes isolés, leur stabilité était déjà connue.²⁵³ Le produit 282 a ensuite été transformé en diol 283 (81%) en le traitant par un excès d’éthylène diamine dans le DCM (Schéma 121).

Schéma 121

Nous avons traité le composé 257 dans les conditions décrites par Jarosz (Schéma 122). Dans un premier temps, celui-ci a été partiellement transformé en deux produits plus polaire (analyse du mélange réactionnel par CCM), mais après 1 h 15 à température ambiante, sa conversion restait incomplète. Un nouvel ajout de TMEDA (1,9 équiv.) et de OsO₄ (1,1 équiv.) a permis une conversion totale du produit de départ en 30 minutes. Les solvants ont été évaporés, et l’huile obtenue a été chromatographiée sur gel de silice. Un mélange de deux produits a été isolé (52%), dont l’analyse par spectrométrie de masse nous a confirmé la

présence de complexes mixtes d’osmium 284-285 (ESI m/z = 934 [M+H]⁺, diastéréoisomères

possibles). Ce mélange a ensuite été traité par l’éthylène diamine (9 équiv.) dans le DCM, puis hydrolysé en présence d’eau pour donner un mélange de deux produits (non séparables par chromatographie, 73%) dans une proportion 73:27. Le produit majoritaire a été identifié comme étant le produit souhaité 286 d’après l’analyse de ses spectres de RMN-¹H et ¹³C. Le produit minoritaire n’a pu être caractérisé. Une analyse par spectrométrie de masse, du mélange, montre la présence de 286 (APCI m/z= 596 [M+H]⁺) mais également d’un autre

253 (a) Rivero, M. R.; de la Rosa, J. C.; Carretero, J.C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14992. (b) Lang, Y.; Souza, F. E. S.; Xu, X.; Taylor, N. J.; Assoud, A.; Rodrigo, R. J. Org. Chem. 2009, 74, 5429.

produit (APCI m/z = 610 [M+H]⁺). La masse du produit minoritaire pourrait correspondre au lactame 264 (cf. V.4.c), mais la comparaison des spectres RMN-¹H du mélange obtenu et du lactame 264 montre que ce dernier ne fait pas parti du mélange. Nous supposons que le produit minoritaire pourrait être le composé 287 qui résulterait de l’oxydation du diol minoritaire libéré, en lactame, après hydrolyse du complexe 285.

Schéma 122

Par la suite, la formation du complexe osmique à partir de 257 et son hydrolyse ont été effectuées sans purification intermédiaire. Différents essais ont été réalisés, en faisant varier la température de l’osmylation (dans le but de réduire la quantité de produit 287 formé) et le temps de traitement des complexes intermédiaires par l’éthylène diamine, pour augmenter le rendement en diol souhaité 286 (Schéma 123, Tableau 32). Lorsque la solution de OsO4 dans tBuOH a été additionnée lentement (le tBuOH a tendance à se solidifier) à une solution de

257 et de TMEDA dans le DCM préalablement portée à −78 °C puis que la température du

mélange réactionnel a été augmentée progressivement (−78 °C (15 min) puis 0 °C (55 min)), une analyse par CCM indiquait que 257 avait été complètement osmylé (plus de produit de départ) après 1 h 10. Après ajout d’éthylène diamine (12 équiv., agitation pendant 15 min), d’eau, extraction et purification par chromatographie sur gel de silice, un mélange des

produits 286 et 287 a été isolé, avec un rendement global de 50% (286:287 (87:13)) (Tableau 32, entrée 1).

Dans les mêmes conditions d’osmylation de 257 mais avec un temps de décomplexation par l’éthylène diamine de 22 h 30 (au lieu de 15 min), les mêmes produits ont été isolés avec un meilleur rendement de 61%, et un rapport 286:287 de 90:10 (Tableau 32, entrée 2). En réalisant l’osmylation à une température de −78 °C (20 min) puis de −20 °C (3 h), le composé 257 a été complètement consommé, et après traitement du mélange réactionnel par l’éthylène diamine pendant 15 h à température ambiante le mélange de diols a été isolé avec un rendement global de 50%, et une proportion 286:287 de 91:9 (Tableau 32, entrée 3). Une réaction réalisée à −78 °C (2 h 20) puis placée à 0 °C (30 min) n’a pas permis d’améliorer le rendement. Une conversion totale du produit de départ est observée après 2 h 20 d’agitation (suivi par CCM), cependant après décomplexation, traitement et purification le diol 286 n’a été isolé qu’avec un rendement approximatif de 34%, contaminé par des traces de 287 (non quantifié).

Schéma 123

entrée température

(temps)

temps de contact avec l’éthylène diamine résultat 1 –78 °C (15 min) puis 0 °C (55 min) 1 h 25^[c] 286 (50%)^[a], (87:13)^[b] 2 –78 °C (10 min) à 0 °C (1 h 30) 22 h 30^[c] 286 (61%)^[a], (90:10)^[b] 3 –78 °C (20 min) puis –20 °C (3 h) 15 h^[d] 286 (50%)^[a], (91:9)^[b] 4 –78 °C (2 h 20) puis 0 °C (30 min) 16 h^[d] 286 (34%)^[a],[e]

[a] rendement isolé de 286 avec le produit minoritaire 287 ; [b] rapport entre 286 et produit minoritaire (287) ; [c] ajout d’eau ; [d] ajout d’une solution saturée de NaHSO₃ ; [e] proportion non quantifiée, 287 à l’état de trace.

Tableau 32

Suite à cette rapide optimisation, les conditions que nous avons choisi d’employer pour la dihydroxylation des composés 256, 258, 259 sont les suivantes: l’indolizidine

1,2-insaturée est solubilisée dans le DCM puis est ajoutée la TMEDA (3,9 équiv.). La solution est refroidie à −78 °C puis une solution de OsO4 dans le tBuOH (2,2 équiv.) est lentement ajoutée. Après 20 min à cette température, le mélange réactionnel est porté à −20 °C et agité pendant 3 h. Une fois que la conversion totale du produit de départ est observée par CCM, l’éthylène diamine (12 équiv.) est additionnée, le mélange réactionnel est agité pendant 16 h à température ambiante, puis une solution aqueuse saturée de NaHSO3 est ajoutée, et le mélange est encore agité pendant 16 h (Schéma 124). Dans ces conditions, les composés 288 et 275 ont été obtenus avec un rendement correct de 54% et 62% respectivement, à partir de

256 et 259 (leur analyse par RMN-¹H montre leur contamination par une impureté, à l’état de

trace). Malheureusement lorsque l’intermédiaire 258 a été traité dans ces conditions, le composé 289 n’a pas pu être isolé. Bien que l’osmylation semble avoir lieu (analyse par CCM montrant une conversion totale du produit de départ), la chromatographie du produit brut a toujours conduit à l’isolement d’un mélange complexe de produits non identifiés.

Schéma 124