Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
65 correspondante qui réagit ensuite avec l’alcène pour conduire au produit alkylé (Schéma B-30).112 Lorsque la réaction est réalisée sans amine, aucune conversion n’est obtenue.
Schéma B-30 : Alkylation de l’acétophénone via la génération in situ d’une imine
Les complexes de rhodium se sont révélés particulièrement efficaces dans la fonctionnalisation d’hétérocycles azotés. Depuis les travaux de Lim et Kang qui ont montré l’aptitude du groupe pyridine à diriger l’alkylation de 2-phénylpyridines,113 de nombreux groupes ont mis au point des méthodes efficaces pour l’alkylation de pyridines, d’azoles ou de dihydroquinazolines.107,114 Par exemple, le groupe de Bergman et d’Ellman a décrit la fonctionnalisation d’azoles avec une large gamme d’alcènes en utilisant une quantité catalytique de [RhCl(coe)2]2 et de PCy3/chlorure de lutidinium dans le THF à 150°C (Schéma
B-31).115 Expérimentalement, le chlorure de lutidinium permet d’accélérer la réaction. Pour justifier ce résultat, il a été proposé, puis justifié par des calculs théoriques, que cet additif permet la libération de HCl qui conduit, après addition oxydante, à la formation d’un complexe de rhodium(III) particulièrement actif.116
Schéma B-31 : Alkylation d’azoles par hydroarylation catalysée par le rhodium
Des versions intramoléculaires de ces réactions ont également été décrites et appliquées à la synthèse de produits naturels.107 Ainsi, un analogue tricylique de la mescaline a pu être synthétisé en utilisant une double hydroarylation dirigée par une imine et catalysée par le complexe [RhCl(coe)2]2 en présence du dicylohexylferrocénylphosphane (FcPCy2)
(Schéma B-32).117
112
C.-H. Jun, C. W. Moon, J.-B. Hong, S.-G. Lim, K.-Y. Chung, Y.-H. Kim, Chem. Eur. J. 2002, 8, 485.
113
Y.-G. Lim, Y. H. Kim, J.-B. Kang, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 2267.
114 J. C. Lewis, R. G. Bergman, J. A. Ellman, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1013.
115 a) K. L. Tan, R. G. Bergman, J. A. Ellman, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13964. b) K. L. Tan, S. Park, J. A.
Ellman, R. G. Bergman, J. Org. Chem. 2004, 69, 7329.
116 K. J. Hawkes, K. J. Cavell, B. F. Yates, Organometallics 2008, 27, 4758. 117
Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
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Schéma B-32 : Synthèse d'un analogue tricyclique de la mescaline
La structure tricyclique de la vasicoline a quant à elle pu être synthétisée par alkylation intramoléculaire de la dihydroquinazoline catalysée par le précurseur [RhCl(coe)2]2 et en
présence du ligand Cy-[3.3.1]-Phoban (Schéma B-33).118
Schéma B-33 : Synthèse de la vasicoline
L’hydroalcénylation d’alcènes a également été développée avec divers catalyseurs de rhodium via la complexation d’un groupe directeur azoté de type pyridine119 ou imine.120,121 Cependant, le produit d’alkylation est généralement obtenu sous forme d’un mélange de diastéréoisomères, comme dans le cas des complexes de ruthénium. De bonnes stéréosélectivités ont néanmoins pu être obtenues par le groupe d’Ellman et Bergman pour l’alkylation d’aldimines α,β-insaturées. En effet, ils ont montré que l’utilisation du complexe [RhCl(coe)2]2 en présence de dicylcohexylferrocénylphosphane (FcPCy2) permet la formation
majoritaire du diastéréoisomère Z (Schéma B-34).121
Schéma B-34: Alkylation stéréosélective d’aldimines αααα,β-insaturées
Récemment, d’autres métaux de transition ont été utilisés dans les réactions d’hydroarylation.
118
S. H. Wiedemann, J. A. Ellman, R. G. Bergman, J. Org. Chem. 2006, 71, 1969.
119 a) Y.-G. Lim, J.-B. Kang, Y. H. Kim, Chem. Commun. 1996, 585. b) Y.-G. Lim, J.-B. Kang, Y. H. Kim, J.
Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1998. c) Y.-G. Lim, J.-B. Kang, K. Lee, Y. H. Kim, Heteroatom Chem. 2002, 13,
346.
120 C.-H. Jun, C. W. Moon, Y.-M. Kim, H. Lee, J. H. Lee, Tetrahedron Lett. 2002, 43, 4233. 121
Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
67 b)Autres métaux
Le groupe de Togni a rapporté l’utilisation de complexes d’iridium pour l’hydroarylation du norbornène par le benzamide122a ou le phénol.122b Le complexe cationique [Ir(cod)2]+, en présence d’un diphosphane, s’est également révélé efficace pour
l’hydroarylation du norbornène ou de styrènes par des acétophénones (Schéma B-35).123 Notons que, dans ces conditions, la présence d’un groupe méthoxy en position 2 n’interfère pas dans la réaction d’hydroarylation. De plus, dans le cas de l’hydroarylation du norbornène, l’utilisation du (R)-MeO-BIPHEP permet d’obtenir le produit avec un excès énantiomérique de 70%.
Schéma B-35 : Hydroarylation catalysée par des complexes d’iridium
Récemment, le groupe de Krische a réalisé l’hydroarylation d’allènes par divers amides aromatiques ou α,β-insaturés en utilisant un système catalytique composé du complexe [Ir(cod)2]BARF et de BINAP racémique dans le tétrahydrofurane à 120°C (Schéma
B-36).124
Schéma B-36 : Hydroarylation d’allènes catalysée par un complexe d’iridium
L’équipe de Takai et Kuninobu a rapporté l’utilisation de complexes de rhénium pour l’hydroarylation d’alcènes par des phénols et pour l’hydroarylation d’acrylates par des aromatiques comportant des groupes directeurs azotés de type arylpyridines, imines aromatiques ou hétéroaromatiques (Schéma B-37).125
122 a) R. Aufdenblatten, S. Diezi, A. Togni, Monatsh. Chem. 2000, 131, 1345. b) R. Dorta, A. Togni, Chem.
Commun. 2003, 760.
123
K. Tsuchikama, M. Kasagawa, Y.-K. Hashimoto, K. Endo, T. Shibata, J. Organomet. Chem. 2008, 693, 3939.
124 Y. J. Zhang, E. Skucas, M. J. Krische, Org. Lett. 2009, 11, 4248.
125 a) Y. Kuninobu, Y. Nishina, M. Shouho, K. Takai, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2766. b) Y. Kuninobu, Y.
Nishina, K. Okaguchi, M. Shouho, K. Takai, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2008, 81, 1393. c) Y. Kuninobu, K. Kikuchi, Y. Tokunaga, Y. Nishina, K. Takai, Tetrahedron 2008, 64, 5974. d) Y. Kuninobu, T. Matsuki, K. Takai, J. Am.
Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
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Schéma B-37 : Hydroarylation catalysée par des complexes de rhénium
Une particularité de cette réaction, catalysée par des complexes de rhénium, par rapport aux résultats précédemment obtenus avec les complexes de ruthénium ou de rhodium, est que l’étape d’activation C-H est cinétiquement déterminante.125c
De plus, l’oléfine s’insère préférentiellement dans la liaison Re-C plutôt que dans la liaison Re-H125c conduisant ainsi à un composé organométallique dont la nucléophilie lui permet d’évoluer vers des produits de cyclisation intramoléculaire. Par exemple, une cétone aromatique mise en présence d’un acrylate, d’une quantité catalytique d’amine et de 3% du dimère de rhénium [ReBr(CO)3(thf)]2 dans le toluène à 180°C conduit à l’indène substitué correspondant
(Schéma B-38).125d R O CO2R' + [ReBr(CO)3(thf)]23% p-anisidine 15% toluène, 180°C, 24h 1.5 éq R CO2R' CO2Et 93% CO2Et 80% CO2Et 72% n-C5H11 CO2Et 84% MeO
Schéma B-38 : Hydroarylation/cyclisation catalysée par un complexe de rhénium
Cette réaction procède par formation de l’imine aromatique 6 à partir de la cétone et de l’amine, puis activation de la liaison C-H en position ortho pour conduire au complexe 7 (Schéma B-39). Il s’ensuit l’insertion de l’oléfine dans la liaison Re-C pour former l’intermédiaire 8 qui conduit à 9 par addition nucléophile intramoléculaire de l’alkylrhénium sur le carbone électrophile de l’imine. Une élimination réductrice permet alors de régénérer le complexe de rhénium et de former l’aminoester 10 qui évolue en indène 11 après élimination de l’amine (de type Hofmann) facilitée par le rhénium qui joue un rôle d’acide de Lewis.
Schéma B-39 : Mécanisme de la réaction d’hydroarylation/cyclisation catalysée par le rhénium
11
10 9
8 7
Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
69 Nous avons présenté les différents systèmes catalytiques développés pour l’hydroarylation ou l’hydroalcénylation d’oléfines, approches totalement économiques en atome pour la formation de liaisons C-C. Ainsi, par un choix judicieux du complexe de métal de transition, divers substrats porteurs de groupes oxygénés ou azotés peuvent être alkylés avec des oléfines. Dans le cas des substituants azotés, il a pu être montré que l’association d’un précurseur de rhodium et de ligands permet de développer des catalyseurs très actifs ainsi que d’étendre ce type de réaction à une gamme de substrats de plus en plus large. Cependant, ces catalyseurs de rhodium se révèlent beaucoup moins efficaces pour l'activation dirigée par des substituants oxygénés. Il n'existe donc pas à l’heure actuelle de catalyseur universel permettant d'obtenir une bonne réactivité avec tous les substrats. La recherche d'un nouveau système catalytique, composé de ruthénium, plus avantageux que le rhodium d’un point de vue économique,126 dont les propriétés stériques et électroniques seraient modulables, représenterait donc un grand intérêt pour le développement de procédés plus performants.
3. Vers un système catalytique flexible pour l’hydroarylation d’alcènes
En collaboration avec la société Rhodia Silicones, un projet de recherche a été initié au laboratoire dans le but de découvrir un système permettant de générer in situ un dihydrure de ruthénium, actif dans la réaction de Murai, en associant un donneur d'hydrure et un ligand à une source stable de ruthénium (Schéma B-40).127
Schéma B-40 : Stratégie de formation in situ d'un dihydrure de ruthénium
Il a ainsi été mis au point au laboratoire un nouveau système catalytique, fondé sur l'association du dimère [RuCl2(p-cym)]2, de formiate de sodium et d'un ligand phosphoré, qui
s'est révélé efficace dans la réaction de Murai permettant ainsi l'hydroarylation anti- Markovnikov de vinylsilanes et de styrènes par différentes cétones ou imines aromatiques.83,84 Par rapport aux complexes de ruthénium classiquement utilisés dans la réaction de Murai, ce système catalytique présente l'avantage d'être composé d’un précurseur stable et peu coûteux de ruthénium. De plus, il possède une grande flexibilité puisque que de nombreux ligands phosphorés peuvent être utilisés, permettant d'adapter les propriétés stériques et électroniques du catalyseur en fonction des substrats utilisés. Ainsi, alors que le triphénylphosphane s’est montré le plus efficace dans l’hydroarylation de vinylsilanes par des cétones aromatiques, le tris[(4-trifluorométhyl)phényl]phosphane a permis d’obtenir de meilleures sélectivités pour l’hydroarylation des styrènes (Schéma B-41).83b Outre la nature du ligand, la coordinence du centre métallique peut également être modulée par le choix du nombre d’équivalents de ligand introduit par rapport au ruthénium. Dans le cas des imines aromatiques, la diminution du nombre de phosphanes autour du ruthénium a permis d'améliorer la réactivité (Schéma B-41).83c
126 Ruthénium : 2.2€/g. Rhodium : 37.4€/g. Prix Johnson Matthey moyens sur l’année 2009. 127
Partie B. Hydroarylation et hydroalcénylation d’alcènes via l’activation de liaisons C-H
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Schéma B-41 : Flexibilité et adaptabilité du système catalytique pour l'hydroarylation d’oléfines
Afin d’accroître davantage le champ d’application de ce système catalytique et de découvrir de nouvelles réactivités, nous nous sommes intéressés à la réaction d’hydroalcénylation de vinylsilanes par des accepteurs de Michael.