d'énynes 1,8 par catalyse à l'or(I)
IV. Réactivité des cyclobutènes sous l'action de l'or(I) :
IV. Réactivité des cyclobutènes sous l'action de l'or(I) :
Après nous être intéressés à la formation des cyclobutènes, nous avons étudié les possibilités offertes par l'activation d'un cyclobutène par un complexe d'or(I). Ceci nous a permis d'étudier la fragmentation des cyclobutènes, et de développer une cascade initiée par cette fragmentation. Il a également été possible d'additionner une nouvelle double liaison sur le cyclobutène.
IV.1 Fragmentation du cyclobutène :
Le premier cyclobutène formé 4.34 fragmentait dans les conditions de réaction. Ce type de réactivité des cyclobutènes peut s'appliquer à d'autres composés, que ce soit en présence d'un complexe d'or(I), ou de traces d'acides de Brønsted. Ainsi, les énynes 4.38e et 4.38g ont pu être transformés en leurs diènes correspondants 4.41e et 4.41g dans les conditions de la réaction. On peut observer la formation du cyclobutène par RMN du milieu réactionnel, suivie de sa transformation en diène. La fragmentation est observée lorsque les substituants de la fonction alcène nucléophile favorisent l'ouverture du cyclobutène (R2=R3=alkyle, ou R2=Ph,R3=H, alkyle).
Cette fragmentation s'effectue également lorsque les cyclobutènes sont laissés dans le chloroforme deutéré. Ainsi, les cyclobutènes 4.39f et 4.39h isolés au préalable s'isomérisent en diènes correspondants 4.41f et 4.41h dans le chloroforme. Ceci s'explique par les traces d'acide chlorhydrique contenues dans ce solvant.
La fragmentation de ces cyclobutènes est donc aisée en présence d'or(I), ou d'acides de Brønsted. Cette fragmentation a été le point de départ de cascades plus complexes, qui tirent profit de la capacité de l'or(I) à activer les diènes.
Schéma 20 : Synthèse de diènes à partir d'énynes 1,8
Schéma 21 : Ouverture de cyclobutènes par des traces acides
IV.2 Développement d'une cascade pour la synthèse de dérivés de naphtalènes:
IV.2.a Résultats préliminaires :
Lorsque l'ényne 4.38t est placé dans les conditions de formation des cyclobutènes, le produit observé est le naphthalène 4.42. Cette transformation, lente à température ambiante, est accélérée au reflux du chloroforme deutéré. Elle pourrait suivre le mécanisme suivant : l'ényne 4.38t est d'abord converti en cyclobutène complexé à l'or 4.43, qui fragmente spontanément pour former l'intermédiaire 4.44. L'addition nucléophile du noyau aromatique sur ce dernier conduit au composé 4.45, rapidement isomérisé en diène 4.46. Finalement un réarrangement de Wagner-Meerwein fournit le naphthalène 4.42.
Aucune séquence de ce type catalysée par un complexe d'or(I) n'a été rapportée dans la littérature. Nous avons donc réalisé des études supplémentaires afin d'isoler les intermédiaires de cette cascade, et de supporter ainsi le mécanisme proposé.
IV.2.b Etude du mécanisme de la cascade :
Lors de tentatives d'optimisation de cette cascade, nous avons été surpris d'observer des changements importants dans les résultats obtenus. Toutes les réactions supplémentaires
Schéma 22 : Synthèse du dérivé de naphtalène 4.42
ont été réalisées dans le chloroforme deutéré, qui permet de chauffer le milieu réactionnel à 60°C et donc d'accélérer la réaction.
Lorsque l'ényne 4.38t est mis en présence de XPhosAu(NCMe)SbF6, le cyclobutène 4.39t est formé, et aucune transformation supplémentaire n’est observée. L'emploi de XPhosAuNTf2 permet d'initier la cascade. Cette observation peut s'expliquer par la plus grande propension du XPhosAuNTf2 à former un acétylure d'or à partir de l'alcyne 4.38t, processus qui libère une molécule de HNTf2. Et donc la cascade pourrait être catalysée par cette molécule d'acide et non par le complexe d'or(I) comme cela avait été initialement supposé.
En effet, la mise en présence du cyclobutène 4.39t, isolé lors de la réaction qui utilise le complexe XPhos(NCMe)AuSbF6, avec l'acide HNTF2 déclenche la cascade. Les diènes 4.47 et 4.48 sont rapidement observés, ainsi que des traces du napthalène 4.42.
La cascade nécessite donc un catalyseur d'or pour la formation du cyclobutène, et l'acide permet de réaliser le reste des étapes.
Le reste de la cascade a également été étudié. Le diène 4.47 a pu être isolé. Pour cela, il faut traiter avec 30 mol % de HNTf2 le cyclobutène 4.39t généré in situ à partir de l'ényne 4.38t en présence de 4% de XPhos(NCMe)AuSbF6.
L'étude de la réactivité du diène 4.47 montre que son isomérisation en produit 4.48 est catalysée par l'acide HNTf2. Le réarrangement de Wagner-Meerwein, qui produit le
ou b) 4 mol % XPhosAu(NCMe)SbF6 CDCl3, 60°C
napthalène, s'effectue lui aussi en présence de l'acide HNTf2, mais il est accéléré par l'addition du complexe d'or(I) XPhosAu(NCMe)SbF6 au milieu réactionnel.
Enfin, la cascade peut avoir lieu avec l'utilisation de 6 mol% de XPhosAu(NCMe)SbF6 et avec 30 mol% de HNTf2. Le naphtalène 4.42 est préparé avec un rendement similaire à celui des conditions précédentes.
En conclusion, seule la formation du cyclobutène est catalysée par l'or(I). Un acide de Brønsted permet la réalisation de toutes les autres étapes. Il est surprenant que le réarrangement de Wagner-Meerwein soit accéléré par la présence du complexe d'or.
Schéma 24 : Etudes mécanistiques de la cascade conduisant au naphthalène
IV.2.c Etendue de la réaction :
Cette cascade permet la construction de nombreuses liaisons C-C, et présente une réactivité inédite des catalyseurs d'or(I). Cette réactivité a été envisagée avec des substrats qui possèdent les mêmes caractéristiques que le composé 4.38t : un cyclobutène qui fragmente facilement, et un noyau aromatique nucléophile qui pourra s'additionner sur l'alcène activé par l'or(I). Ainsi, l'ényne 1,8 4.38u permet la formation du naphtalène 4.49 avec un rendement satisfaisant.
Cependant aucun autre substrat n'a permis la synthèse de naphtalène pour plusieurs raisons, et ce, quelles que soient les conditions employées :
• Un noyau aromatique appauvri comme dans les composés 4.38v ou 4.38w, ne permet pas l'addition du noyau aromatique sur le diène. Dans le cas de l'ényne 4.38w, la formation du diène 4.41w a été observée. L'addition du noyau aromatique sur le diène n'a cependant jamais pu être réalisée.
Schéma 25 : Synthèse de dérivé de naphtalènes
Schéma 26 : Tentative de formation de naphtalène avec un noyau aromatique pauvre
• Dans le cas d'un noyau aromatique riche, le composé 4.38x se convertit en cyclobutène 4.39x. Par contre, le cyclobutène n'a pas été réactif et ce, quelles que soient les conditions employées. D'une manière surprenante l'ényne 4.38y n'a pas été réactif.
Un dernier mode de réactivité de ces cyclobutènes a été étudié. Elle consiste en l'addition d'une oléfine sur le cyclobutène activé par l'or. Cette transformation permet de créer des molécules polycycliques complexes.
Schéma 27 : Tentative de formation de naphtalène avec un noyau aromatique riche
IV.3 Réaction de type ène :
La formation du cyclobutène n'est pas observée avec les dérivés de géranial 4.38z et 4.38aa (schéma 28). Par contre, les produits 4.51, 4.52 et 4.53 correspondants sont formés. Ils sont le résultat de l'addition rapide de la double liaison de la chaîne du géranyl sur le cyclobutène 4.50 activé par l'or(I) selon une réaction de type ène. Après démétallation, divers isomères du produit polycyclique peuvent être obtenus.
La conjugaison de l'alcyne est importante pour cette transformation. Lorsque l'insaturation est acyclique (composé 4.38b), la réaction de type ène n'a pas lieu.
La réactivation de l'insaturation du cyclobutène par l'or(I) permet donc des transformations telles qu'une fragmentation du cyclobutène, ou une réaction de type ène.
Afin de conclure ce travail sur les cycloisomérisations d'1,8-énynes, des études mécanistiques concernant la formation des cyclobutènes ont été réalisées.
Schéma 28 : Piégeage du cyclobutène par une réaction de type ène