Propositions de conformations réactives

Afin d'expliquer le sens d'induction de la zinciocyclopropanation de l'éther allylique Z-80 (Tableau 29, Entrée 6), l'analyse des différents conformères de l'éther

allylique 129 (R1 omis afin de minimiser la complexité des schémas) complexé au carbénoïde gem-dizincique (IZn)2CHI 15b est nécessaire. Premièrement, pour tous les substrats présentés dans ce chapitre, la tension allylique A1,3 devrait être minimisée.228,229 Deuxièmement, seuls les conformères propices au recouvrement des orbitales pertinentes, tel que nous l'avons discuté à la section 3.4.3 (Figure 8, p. 73), sont présentés (Figure 14).

En plus de répondre à ces deux critères, l'atome d'oxygène du conformère 137 complexe l'atome de zinc (en mauve) qui agit en tant que substituant du carbénoïde (celui qui n'est pas impliqué dans la livraison du carbénoïde), ce qui, conformément à la discussion de la section 3.4.3, résulte en un carbénoïde plus électrophile. Ainsi, les cyclopropylzinciques obtenus de la zinciocyclopropanation de ce conformère devraient être cis. Par exemple, pour l'éther allylique Z-80 (R3 = Pr, R1, R2 = H), le cis,cis-deutérocyclopropane 86c serait obtenu. De plus, ce conformère conduit à un état de transition de forme chaise. Néanmoins, pour les substrats tel que l'éther allylique Z-80 dans lesquels R3 _{≠ H, des interactions stériques importantes} avec l'un des deux groupes ZnI (légèrement teintés avec du violet dans 137b, vu de profil) sont présentes.

Il est important de spécifier que le complexe diastéréomérique du conformère 137 dans lequel l'atome de zinc en bleu est permuté avec l'atome d'hydrogène du carbénoïde, après réalignement des orbitales pertinentes (cf section 3.4.3), est également possible. Ces deux conformations conduisant au même produit, nous ne pouvons donc pas distinguer entre ces différentes possibilités.

Dans le second conformère 138, l'éther complexe l'atome de zinc (en bleu) impliqué dans la livraison du carbénoïde. Ce conformère conduit également au cis,cis-deutérocyclopropane 86c à partir de l'éther allylique Z-80 (R3 = Pr, R1, R2 = H), mais, cette fois, via un état de transition de forme bateau. Enfin, des interactions stériques entre le groupe ZnI et R3 (légèrement teintés avec du violet dans 138b, vu de profil) demeurent présentes. Pour ces raisons, ce second conformère 138 est probablement moins réactif que le premier conformère 137.

R3 R2 O _Zn Bn H ZnI H I I 137 R1 omis pour clarté Avec R2 = H et R3 = Pr (80) mène au cyclopropane c,c-86c R3 R2 O IZn ZnI Bn H I H 138 R1 omis pour clarté Avec R2 = H et R3 = Pr (80) mène au cyclopropane c,c-86c R3 R2 O IZn H Bn H I ZnI 139 R1 omis pour clarté Avec R2 = H et R3 = Pr (80) mène au cyclopropane t,t-épi-86c

C H I O Zn R1 = H et R2, R3 = Me 137a R1 = H et R2, R3 = Me 138a R1 = H et R2, R3 = Me 139a R1 = H et R2, R3 = Me 137b R1 = H et R2, R3 = Me 138b R1 = H et R2, R3 = Me 139b

Figure 14. Trois conformères réactifs possibles pour la zinciocyclopropanation diastéréosélective

Finalement, le troisième conformère 139 est en fait l'épimère de 138 dans lequel la configuration optique de l'atome de carbone du carbénoïde est inversée. La zinciocyclopropanation de ce conformère de l'éther allylique Z-80 (R3 = Pr, R1, R2 = H) conduit au trans,trans-deutérocyclopropane épi-86c, puisque l'atome de zinc (en mauve) qui a le rôle de substituant dans le carbénoïde (IZn)2CHI 15b est trans au groupe CH2OBn. D'autre part, les interactions stériques entre R3 _{et le groupe} ZnI (légèrement teintés avec du violet dans 139b, vu de profil) sont éliminées. Néanmoins, la réactivité de ce conformère, d'un point de vue électronique, est plus

faible que celle du conformère 137 puisque l'éther complexe l'atome de zinc (en bleu dans 139) impliqué dans la livraison du carbénoïde. De plus, des interactions stériques existent entre l'un des deux groupes ZnI (légèrement teinté avec du violet dans 139b) et R2 (légèrement teinté avec du bleu dans 139b) lorsque ce dernier n'est pas un hydrogène. Par ailleurs, ce conformère conduit à un état de transition de forme bateau.

En somme, les conformères 137 et 138, qui conduisent aux cyclopropylzinciques cis, devraient être défavorisés, par rapport au conformère 139, par la présence d'un groupe alkyle en R3. À l'opposé, le conformère 139, qui conduit aux cyclopropylzinciques trans, devrait être défavorisé par rapport aux conformères 137 et 138 par la présence d'un groupe alkyle en R2. De plus, le carbénoïde gem- dizincique dans le conformère 137 devrait être plus électrophile, donc plus réactif, que dans les conformères 138 et 139. Ainsi, la mauvaise diastéréosélectivité entre 86c et épi-86c lors de la zinciocyclopropanation de l'éther allylique Z-80 serait le résultat, d'une part, d'un état de transition électroniquement favorisé 137 qui mène au cis,cis- deutérocyclopropane 86c et, d'autre part, d'un état de transition stériquement favorisé 139 qui mène au trans,trans-deutérocyclopropane épi-86c.

Les résultats du Tableau 29 sont cohérents avec ces modèles d'états de transition. En effet, pour l'alcène E-81, les interactions stériques avec le second atome de zinc (en mauve) sont maintenant avec R2 (R2 = Pr, R1 = R3 = H); par conséquent celui-ci sera cis à l'éther benzylique. Pour les éthers allyliques E, les facteurs électroniques (complexation de l'éther avec l'atome de zinc qui n'est pas impliqué dans la livraison du carbénoïde, conformère 137) ainsi que stériques (entre le groupe ZnI et l'alcène) favorisent tous deux la formation du cyclopropane cis, en accord avec la diastéréosélectivité (>98 % cis) observée pour ce substrat. Dans le cas du 3- benzyloxypropène 132, R2 et R3 sont des hydrogènes. Par conséquent, la formation du cyclopropane cis est moins favorisée que pour l'alcène E-81, mais plus que pour l'alcène Z-80, en accord avec le résultat obtenu (90 % cis). Pour l'éther allylique 1,1- disubstitué 131, R1 est un groupe méthyle (R1 absent à la Figure 14). Ce groupe

obstrue partiellement la face α du cyclopropyle, ce qui conduit à une diastéréosélectivité cis de 96 %.

Dans le cas des dérivés du Z-1,4-but-2-ène diol 6 (Tableau 6, p. 65) et 25 (Tableau 7, p. 69), nous avons vu qu'une excellente diastéréosélectivité cis est obtenue (>95 %). La différence avec l'alcène Z-80 tient au fait que le substituant cis de l'alcène est un groupe complexant qui peut alors complexer, soit l'atome de zinc qui agit en tant que substituant (voir 47 au Schéma 42, p. 73), soit l'atome de zinc impliqué dans la livraison du carbénoïde (137c, Figure 15), de façon analogue au modèle d'état de transition 105 invoqué pour le substrat trans-66 (Figure 9, p. 99).

137c Mène au cyclopropane c,c-27b C H I O Zn Zn H ZnI H I I H O Bn O Bn

Figure 15. Substitution de R3 dans 129 par un groupe complexant: formation du cyclopropylzincique via le conformère 137c

Dans l'éventualité où le ZnI2 active effectivement la zinciocyclopropanation selon le mécanisme proposé par Phillips, nous proposons que le ZnI2 soit complexé seulement à l'atome de zinc qui n'est pas impliqué dans la livraison du carbénoïde (en mauve) de façon similaire au modèle d'état de transition 124 (Figure 12, p. 108) proposé par Phillips. Selon ce modèle d'état de transition, les orbitales atomiques d des atomes de zinc du carbénoïde sont remplies. Par ailleurs, dans le cas des alcools allyliques (eg 64, Graphique 4, p. 56), le premier équivalent de ZnI2 est capturé par l'alcoxyde de zinc basique (140, Figure 16). Ce modèle d'état de transition est semblable à celui postulé par Nakamura dans le cas de l'activation de la réaction de Simmons-Smith de l'alcool allylique par ZnCl2 (∆∆G≠ _{= 0.8 kcal/mol avec} CH3ZnOMe plutôt que ZnI2 complexé à l'alcoxyde de zinc).51f Le ZnI2 a été omis des complexes 137, 138 et 139 afin de garder ces schémas clairs. De plus, le rôle exact du ZnI2 n'a pas été élucidé.

Une conséquence intéressante de cette analyse conformationnelle est qu'elle permet de prédire une diastéréosélectivité syn dans le cas de substrats allyliques chiraux, puisque la tension allylique A1,3 est minimisée dans tous les conformères réactifs. Cet aspect sera étudié en détail au Chapitre 6.

Zn I I Zn I _H O H R Zn 140 Avec R = CH₂OBn (6), mène au cyclopropane 73a

I Zn I I ZnI2 liaison partielle liaison dative Zn Me O Cl H H O H H Zn Cl Zn Cl OMe ZnOMe

Modèle d'état de transition postulé par Nakamura

Me

Figure 16. Modèle d'état de transition postulé par Nakamura pour l'alcool allylique: effet de ZnCl2 et formation d'agrégats

5.7 Conclusion

En somme, nous avons vu que les bases de Lewis augmentent la sélectivité zinciocyclopropanation:iodocyclopropanation pour les substrats qui ne sont pas dérivés du 1,4-but-2-ène diol, mais ce, au détriment de la conversion. L'utilisation de l'éther est optimale et permet d'atteindre une très bonne sélectivité en maintenant une conversion acceptable.

La zinciocyclopropanation la plus efficace est accomplie en préparant le carbénoïde gem-dizincique (IZn)2CHI 15b à partir de EtZnI. En ajoutant du ZnI2, la réaction est terminée plus rapidement, surtout avec les alcools, mais une légère diminution de rendement est également observée.

Le mécanisme responsable de l'accélération de la réaction avec ZnI2 n'a pas pu être prouvé, mais une activation du carbénoïde, telle que proposée par Phillips, pourrait très bien être en cause. Ce protocole a été utilisé pour la zinciocyclopropanation diastéréosélective et efficace d'une panoplie d'éthers

allyliques qui ne sont pas dérivés du 1,4-but-2-ène diol. Il permet en plus d'augmenter le rendement pour l'alcool allylique E-64, dont la zinciocyclopropanation était un peu problématique. Étonnamment, l'éther allylique Z-80 a donné le diastéréoisomère trans de façon majoritaire, mais peu sélective. Ce résultat a mené à une réévaluation de notre modèle d'état de transition.

Selon nos nouveaux modèles, la diastéréosélectivité cis/trans dépend de la présence de groupes complexants et/ou stériquement encombrants. De plus, la zinciocyclopropanation d'éthers ou d'alcools allyliques chiraux devrait conduire au diastéréoisomère syn puisque la tension allylique A1,3 est minimisée.

Le prochain chapitre portera donc sur la zinciocyclopropanation d'alcools allyliques chiraux possédant différents motifs de substitution. Cette étude devrait permettre de valider ou d'invalider notre analyse conformationnelle.

Zinciocyclopropanation diastéréo- et énantiosélective d'alcools