Réactivité des fluorures allyliques

Un sujet central à la présente thèse est la réactivité des fluorures allyliques, que l’on peut diviser en deux composantes, soit la réactivité de la double liaison et celle du lien C-F. La synthèse et la réactivité des monofluorures allyliques ont d’ailleurs été entièrement revues par Gouverneur en 2008.49 Le constat qui est ressorti de cette revue de littérature est que seule la chimie de la double liaison était alors substantiellement développée. En effet, les monofluorures allyliques n’avaient pratiquement été impliqués que dans de la chimie typique des alcènes; on pense par exemple à des réactions d’hydrogénation, de bromation, d’époxydation, de clivage oxydatif ou encore de cycloaddition. Un exemple récent serait une réaction d’iodocyclisation développée par Claridge et Gouverneur ayant mené à la formation 3-fluoropyrrolidines (Schéma 1.21).50

Schéma 1.21. Fermeture de cycle par iodoamination d’un fluorure allylique.

Aussi intéressante cette branche de la chimie puisse-t-elle être, l’activation du lien C-F des fluorures allyliques attise cependant notre intérêt bien davantage ! Au cours des dernières années, plusieurs réactions de substitution allylique des fluorures allyliques ont été développées. Essentiellement, dans ces transformations, l’addition d’un nucléophile s’associe à la migration de la double liaison et à l’éjection d’un fluorure. Ce mode réactionnel est tout autant viable pour les composés présentant un, deux ou trois fluors sur un même carbone.

49

Pacheco, M. C.; Purser, S.; Gouverneur, V. Chem. Rev. 2008, 108, 1943.

50 _{Combettes, L. E.; Schuler, M.; Patel, R.; Bonillo, B.; Odell, B.; Thompson, A. L.; Claridge, T. D. W.;}

Intéressons-nous d’abord aux monofluorures allyliques, lesquels seront également appelés 3-fluoropropènes dans le contexte de cette thèse. L’emploi d’un catalyseur s’avère généralement nécessaire pour favoriser le bris du lien C-F de ces composés.20h D’abord, des travaux rapportés en 2006 par Hintermann et Togni ont révélé qu’une réaction d’addition oxydante se produit entre le fluorure de 1,3-diphénylallyle et le Pd(dba)2, de sorte qu’un

composé du type π-allylpalladium(II) est formé (Schéma 1.22).51 Gouverneur et Brown ont ensuite montré que cette réaction est généralisable à d’autres monofluorures allyliques et qu’elle peut être exploitée dans un système catalytique.52

Il a ainsi été possible de procéder à une substitution allylique de type Tsuji-Trost des 3-fluoropropènes avec des malonates. Dans ces conditions réactionnelles, le fluorure est un meilleur groupement partant qu’un acétate, mais nettement moins bon qu’un benzoate ou un carbonate. Par la suite, en 2012, il a été montré que la catalyse au platine permet également la substitution allylique des 3- fluoropropènes via la formation d’un intermédiaire π-allyle (Schéma 1.23).53

Cette fois-ci, les amines et les phénolates ont pu être employés comme nucléophiles en plus des malonates, mais la grande surprise est que le fluorure s’est avéré un meilleur groupement partant qu’un carbonate !

Schéma 1.22. Formation d’un π-allylpalladium(II) à partir d’un 3-fluoropropène.

Schéma 1.23. Substitution allylique catalysée au platine d’un 3-fluoropropène.

51 _{Hintermann, L.; Läng, F.; Maire, P.; Togni, A. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 1397.} 52

Hazari, A.; Gouverneur, V.; Brown, J. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1296.

53 _{Benedetto, E.; Keita, M.; Tredwell, M.; Hollingworth, C.; Brown, J. M.; Gouverneur, V. Organometallics}

Plus récemment, l’activation du lien C-F de 3-fluoropropènes dérivés d’adduits de Morita- Baylis-Hillman a été réalisée à l’aide d’un acide de Lewis dans un contexte de dédoublement cinétique d’énantiomères.54

Il s’agit d’une réaction de trifluorométhylation où le réactif de Ruppert-Prakash, TMSCF3, joue à la fois le rôle de source d’anion

trifluorométhyle et d’acide de Lewis (Schéma 1.24). La stratégie repose sur une séquence SN2’/SN2’ où une amine chirale réagit d’abord préférentiellement avec l’énantiomère S du

3-fluoropropène avant l’introduction du fragment trifluorométhyle. En fin de réaction, le produit trifluorométhylé et le 3-fluoropropène résiduel sont tous deux obtenus avec d’excellents excès énantiomériques.

Schéma 1.24. Dédoublement cinétique d’un 3-fluoropropène par trifluorométhylation

énantiosélective.

Discutons maintenant des gem-difluorures allyliques, auxquels nous référerons communément comme étant des 3,3-difluoropropènes. Les substitutions nucléophiles sur ce motif sont nettement plus développées que celle sur les analogues monofluorés et mènent à la formation de monofluoroalcènes.16,20h La catalyse au palladium s’avère encore une option judicieuse pour introduire un nucléophile et forcer le bris de l’un des liens C-F. Dans

54 _{Nishimine, T.; Fukushi, K.; Shibata, N.; Taira, H.; Tokunaga, E.; Yamano, A.; Shiro, M.; Shibata, N.}

des travaux datant de 2007, Fujii a entrepris la réduction de 3,3-difluoropropènes par catalyse au palladium en employant le phénylsilane comme source d’hydrure.55 Ces travaux ont ensuite mis la table pour le développement par notre groupe de l’amination allylique des 3,3-difluoropropènes catalysée au palladium (Schéma 1.25a).56 En 2017, le système a été optimisé de nouveau de sorte que les malonates et d’autres composés apparentés peuvent désormais être employés comme nucléophiles dans cette transformation de type Tsuji-Trost (Schéma 1.25b).57

Schéma 1.25. Substitution allylique de 3,3-difluoropropènes catalysée au palladium.

Une réaction de type SN2’ sur ces mêmes 3,3-difluoropropènes est également possible en

absence d’un catalyseur si des nucléophiles lithiés sont employés (Schéma 1.26).58

Ceci inclut les organolithiens, les amidures de lithium, les thiolates de lithium et des sources d’hydrure (LiAlH4, LiEt3BH). L’interaction forte entre les cations lithium et les fluorures

est tenue responsable du succès de cette transformation. Une étude ultérieure menée par Jeong a montré qu’une gamme plus étendue de nucléophile, soit des sels de sodium, des

55

Narumi, T.; Tomita, K.; Inokuchi, E.; Kobayashi, K.; Oishi, S.; Ohno, H.; Fujii, N. Org. Lett. 2007, 9, 3465.

56 _{Pigeon, X.; Bergeron, M.; Barabé, F.; Dubé, P.; Frost, H. N.; Paquin, J.-F. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49,}

1123.

57

Drouin, M.; Tremblay, S.; Paquin, J.-F. Org. Biomol. Chem. 2017, 15, 2376.

58 _{(a) Bergeron, M.; Johnson, T.; Paquin, J.-F. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11112; (b) Bergeron, M.;}

amines et des réactifs organomagnésiens, peut être utilisée si un groupement phénylsulfonyle (-SO2Ph) est présent en position 2 du motif 3,3-difluoropropène (Schéma

1.27).59 L’effet électroattracteur du fragment phénylsulfonyle permettrait une stabilisation de l’intermédiaire carbanionique, d’où une augmentation globale de la réactivité.

Schéma 1.26. Substitution allylique de 3,3-difluoropropènes avec des réactifs lithiés.

Schéma 1.27. Substitution allylique d’un 3,3-difluoropropène activé par un groupement

phénylsulfonyle.

Taguchi s’est quant à lui intéressé à l’alkylation allylique d’alcools homoallyliques gem- difluorés (Schéma 1.28). Alors que le système initial employait des trialkylaluminiums en combinaison avec un sel de cuivre,60 il a ultérieurement été montré que l’espèce de cuivre

59

Hong, Y. Y.; Kim, J. H.; Choi, S. J.; Jeong, I. H. J. Fluorine Chem. 2013, 155, 83.

60 _{(a) Okada, M.; Nakamura, Y.; Saito, A.; Sato, A.; Horikawa, H.; Taguchi, T. Chem. Lett. 2002, 28; (b)}

Nakamura, Y.; Okada, M.; Horikawa, H.; Taguchi, T. J. Fluorine Chem. 2002, 117, 143; (c) Okada, M.; Nakamura, Y.; Saito, A.; Sato, A.; Horikawa, H.; Taguchi, T. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 5845; (d) Nakamura, Y.; Okada, M.; Sato, A.; Horikawa, H.; Koura, M.; Saito, A.; Taguchi, T. Tetrahedron 2005, 61, 5741; (e) Nakamura, Y.; Okada, M.; Koura, M.; Tojo, M.; Saito, A.; Sato, A.; Taguchi, T. J. Fluorine Chem.

peut être omise si la réaction est effectuée dans le dichlorométhane. 61 Alternativement, si la fonction alcool est protégée par un groupement silylé, l’alkylation à l’aide de réactifs organomagnésiens est possible en présence de CuI. 62 De plus, alors que les trialkylalanes permettent l’introduction de chaînes alkyles, le Me2AlCl délivre plutôt un chlorure, de sorte

que des chlorures allyliques fluorés sont obtenus. 63 L’emploi de TMSN3 en présence de

Al(Oi-Pr)3 mène quant à lui à la formation d’azotures allyliques fluorés.63

Schéma 1.28. Substitution allylique d’alcools homoallyliques gem-difluorés à l’aide de

réactifs basés sur l’aluminium.

Les groupes de Fujii64 et de Taguchi60e ont pour leur part montré que les esters α,β-insaturés γ,γ-difluorés peuvent être convertis en diénolates monofluorés par réaction de transfert monoélectronique, en présence de SmI2 par exemple.64d Ces diénolates peuvent ensuite

réagir avec un électrophile pour introduire un groupement fonctionnel en α de l’ester (Schéma 1.29). Une transformation en tout point analogue est aussi possible avec les

61 _{Yanai, H.; Okada, H.; Sato, A.; Okada, M.; Taguchi, T. Tetrahedron Lett. 2011, 52, 2997.}

62 _{Watanabe, D.; Koura, M.; Saito, A.; Yanai, H.; Nakamura, Y.; Okada, M.; Sato, A.; Taguchi, T. J. Fluorine}

Chem. 2011, 132, 327.

63

Sato, A.; Yanai, H.; Suzuki, D.; Okada, M.; Taguchi, T. Tetrahedron Lett. 2015, 56, 925.

64 _{(a) Otaka, A.; Mitsuyama, E.; Watanabe, H.; Oishi, S.; Tamamura, H.; Fujii, N. Chem. Commun. 2000,}

1081; (b) Otaka, A.; Watanabe, H.; Mitsuyama, E.; Yukimasa, A.; Tamamura, H.; Fujii, N. Tetrahedron Lett.

2001, 42, 285; (c) Otaka, A.; Watanabe, H.; Yukimasa, A.; Oishi, S.; Tamamura, H.; Fujii, N. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 5443; (d) Otaka, A.; Watanabe, J.; Yukimasa, A.; Sasaki, Y.; Watanabe, H.; Kinoshita, T.;

Oishi, S.; Tamamura, H.; Fujii, N. J. Org. Chem. 2004, 69, 1634; (e) Narumi, T.; Tomita, K.; Inokuchi, E.; Kobayashi, K.; Oishi, S.; Ohno, H.; Fujii, N. Tetrahedron 2008, 64, 4332.

amides correspondants.60e,65 L’ensemble de ces réactions a été appliqué à la synthèse d’analogues de dipeptides où un monofluoroalcène remplace la liaison peptidique.

Schéma 1.29. Stratégie générale pour la réduction et la fonctionnalisation d’esters α,β-

insaturés γ,γ-difluorés.

Deux dernières transformations métallocatalysées invoquant le bris d’un lien C-F des 3,3- difluoropropènes peuvent être mises de l’avant. D’abord, en 2014, Xiao a observé la formation de fluoroénones à partir d’alcools homoallyliques gem-difluorés en présence du catalyseur de Wilkinson, Rh(PPh3)3Cl (Schéma 1.30).66 L’insertion du métal dans un lien

C-F, suivie d’une élimination β-H et d’une isomérisation serait responsable de la formation du produit final. La réaction d’un 3,3-difluoropropène avec l’oct-3-yne en présence de Ni(cod)2 mène quant à elle à des 1-fluoro-1,4-diènes (Schéma 1.31).67 La transformation

n’impliquerait pas un complexe π-allyle, mais se ferait plutôt via la formation d’un métallacycle par couplage oxydatif, suivie d’une élimination β-F.

Schéma 1.30. Déhydrofluoration et isomérisation d’un alcool homoallylique difluoré.

65 _{(a) Niida, A.; Tomita, K.; Mizumoto, M.; Tanigaki, H.; Terada, T.; Oishi, S.; Otaka, A.; Inui, K.; Fujii, N.}

Org. Lett. 2006, 8, 613; (b) Narumi, T.; Niida, A.; Tomita, K.; Oishi, S.; Otaka, A.; Ohno, H.; Fujii, N. Chem. Commun. 2006, 4720; (c) Tomita, K.; Narumi, T.; Niida, A.; Oishi, S.; Ohno, H.; Fujii, N. Biopolymers 2007, 88, 272.

66 _{Zhang, H.; Lin, J.-H.; Xiao, J.-C.; Gu, Y.-C. Org. Biomol. Chem. 2014, 12, 581.} 67 _{Ichitsuka, T.; Fujita, T.; Ichikawa, J. ACS Catal. 2015, 5, 5947.}

Schéma 1.31. Préparation d’un 1-fluoro-1,4-diène via une élimination β-F.

Les derniers fluorures allyliques sur lesquels nous porterons notre attention sont ceux possédant trois fluors sur un même carbone. Ceux-ci sont typiquement référés comme étant des (trifluorométhyl)alcènes. De tous les fluorures allyliques, ce sont ceux qui sont le plus facilement engagés dans des réactions de type SN2’, où la réactivité accrue envers les

nucléophiles proviendrait de l’abaissement de l’énergie de la LUMO par l’effet électroattracteur du fragment CF3.20h Afin d’illustrer ce mode de réactivité, mentionnons

des travaux de 2012 où Fuchibe a préparé une gamme de gem-difluoroalcènes à partir d’α- (trifluorométhyl)styrènes et d’hydrazines, qui ont ensuite été engagés dans une SNV pour

fournir des 3-fluoropyrazoles (Schéma 1.32).68

Schéma 1.32. Réaction de SN2’ de l’α-(trifluorométhyl)styrène avec une hydrazine en route

vers un 3-fluoropyrazole.

Tout comme les le 3,3-difluoropropènes, les (trifluorométhyl)alcènes peuvent être couplés à un alcyne par le biais de la catalyse au nickel, invoquant encore une fois la formation d’un nickelacyclopentène, suivie d’une élimination β-F pour fournir une espèce de vinylnickel(II). En présence de triéthylsilane ou de AlMe3, une transmétallation est possible

de sorte qu’un hydrogène ou un groupement méthyle sont introduits après élimination réductrice. Des 1,1-difluoro-1,4-diènes sont donc isolés en fin de réaction.67 Toutefois, en

absence d’un agent de transmétallation, une insertion 5-endo se produit. Consécutivement à une seconde élimination β-F, des cyclopentadiènes monofluorés sont obtenus (Schéma

1.33).69 Alors que cette dernière transformation nécessite de base l’emploi d’une quantité stœchiométrique de Ni(cod)2, l’ajout d’une série d’additifs (B2(nep)2, MgF2, t-BuOK)

permet de passer en régime catalytique.69b

Schéma 1.33. Préparation d’un cyclopentadiène à partir de l’α-(trifluorométhyl)styrène.