état de l’art
respectivement 77 et 78 via un réarrangement π‒σ, qui donne l’allylborane disubstitué et régénère le catalyseur actif 73, après élimination réductrice
III.1. Réactions de cycloisomérisation catalysées au fer
III.1.2.4. Tentatives d’optimisation et résultats catalytiques
Nous avons tout d’abord synthétisé des produits possibles issus de la cycloisomérisation au fer afin de posséder ces derniers en tant que sources témoins et faciliter notre étude. Dans les conditions décrites par Echavarren utilisant FeCl3, nous obtenons les deux produits de cycloisomérisation avec un rendement de 54% et un ratio exo:endo de 0,4:1, comme décrit dans la littérature. Nous pouvons noter que des traces du substrat déallylé sont également obtenues dans ce cas. A contrario, il existe une différence de réactivité lorsque FeBr2 est utilisé comme catalyseur,
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puisqu’aucune conversion n’est observée (Schéma 66). L’espèce fer (II) dans ce cas ne se comporte pas comme un acide de Lewis.
Schéma 66. FeBr2 vs. FeCl3
Ces résultats préliminaires ont été suivis par l’étude de la réaction de cycloisomérisation catalysée par le complexe 4-FeBr2 et réalisée sur le substrat mono-méthylé 112 sur le chaînon allyle (Schéma 67). En nous basant sur les travaux de Chirik,75 plusieurs conditions réactionnelles ont été testées. Nous avons ajouté un agent réducteur en quantité catalytique afin de générer le complexe de fer réduit (Fe(II) portant un ligand bis-anionique réduit) et nous nous sommes placés dans des conditions réductrices afin de générer le produit de carbocyclisation 121, via l’ajout de PhSiH3, LiBEt3H ou encore NaBEt3H en remplacement du dihydrogène utilisé par Chirik. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous (Tableau 1).
Schéma 67. Cycloisomérisation par 4-FeBr2 sur le substrat 141b Tableau 1. Cycloisomérisation Entrée Métal (5 mol%) 1ère étape: conditions de réduction
2ème étape: conditions de
cycloisomérisation Rendement isolé Réducteur éq. Réducteur éq.
1 FeCl3 - - - - Mélange complexe
2 FeBr2 - - - - Pas de conversion
3 4-FeBr2 - - - - Pas de conversion
4 FeBr2 LiBEt3H 0,12 - - Pas de conversion
5 4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 - - Pas de conversion
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7 4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 PhSiH3 2,0 Pas de conversion
8 4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 LiBEt3H 1,0 50% (125)
9 4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 LiBEt3H 1,6 73% (125)
10 FeBr2 - - LiBEt3H 1,6 90% (125)[a]
11 - - - NaBEt3H 2,05 Pas de conversion
12 - - - LiBEt3H 1,6 Pas de conversion
13[b] 4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 PhSiH3 2,0 Dégradation
[a] conversion totale en 3 h. [b] réaction effectuée avec substrat 111.
Lorsqu’un ényne peu encombré (112) est utilisé, FeBr2, seul, est inefficace (entrée 2). Cependant, de façon inattendue, FeCl3 ne permet pas une conversion totale du substrat et ne conduit pas non plus aux produits de cycloisomérisation mais à un mélange complexe (entrée 1). Une étape de réduction de FeBr2 ou de 4-FeBr2 n’apporte aucune amélioration (entrées 4 à 6). Le groupe de Chirik réalise la cycloisomérisation réductrice en utilisant PhSiH3 comme source d’hydrogène à la place de H2.75 Nous avons donc testé cet additif mais sans succès (entrées 7 et 13). Enfin, l’ajout d’un équivalent de LiBEt3H mène de façon inattendue à 50% de produit de dépropargylation de l’ényne (125) (entrée 8). L’augmentation du nombre d’équivalents de LiBEt3H entraîne une amélioration du rendement obtenu pour le produit dépropargylé (125) (entrée 9). La réaction a aussi été réalisée en présence de FeBr2, 1,6 équivalents de LiBEt3H et sans ligand, nous obtenons alors un très bon rendement de produit de dépropargylation 125 (entrée 10). La réaction de contrôle avec LiBEt3H ou NaBEt3H seul, sans métal, montre que seule l’association du fer avec un donneur d’hydrure permet d’obtenir le produit de dépropargylation de l’ényne de départ (entrées 11 et 12). L’utilisation d’un substrat à la fois substitué sur les chaînons allyle et propargyle (115) dans les conditions de l’entrée 9 du Tableau 1 mène uniquement au produit de dépropargylation correspondant 126 (Schéma 68).
Schéma 68. Cycloisomérisation
Lorsque la réaction est réalisée avec des énynes à chaînons malonates, aucune réactivité n’est observée (Tableau 2). Pour un substrat non substitué 115 ou un substrat substitué en position allyle
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2). Le produit de dépropargylation n’est, quant à lui, jamais observé avec ces substrats (entrées 1 et 2).
Tableau 2. Cycloisomérisation de substrats à lien malonate
Entrée Substrat Métal
(5 mol%) 1ère étape: conditions de réduction 2ème étape: conditions de
cycloisomérisation Rendement isolé Réducteur éq. Réducteur éq.
1
117
4-FeBr2 NaBEt3H 0,12 LiBEt3H 1,6 Pas de conversion
2
119
4-FeBr2 LiBEt3H 0,12 LiBEt3H 1,6 Mélange complexe
3 119 4-FeBr2 NaBEt3H 0,12 - - Pas de
conversion
4[a] 119 - NaBEt3H 0,12 - - Pas de
conversion
5[a] 119 - - - NaBEt3H 2,05 Pas de
conversion
6 119 - - - LiBEt3H 1,6 Pas de
conversion
7[a]
116
- - - LiBEt3H 1,6 conversion Pas de
[a] Température de réaction 90 °C.
Nous nous sommes alors demandé quel était le mécanisme de formation du produit de dépropargylation de l’ényne. Lors de notre réaction, ce produit apparaît en présence d’une source métallique de Fe(II) et d’un donneur d’hydrure, LiBEt3H. Le réducteur LiBEt3H ou NaBEt3H seul s’est avéré inefficace pour réaliser la réaction de déprogargylation.
Aucun exemple de réaction de dépropargylation d’énynes au fer n’a été rapporté dans la littérature et quelques exemples existent sur la dépropargylation d’énynes catalysée par des métaux tels que le palladium et le titane. Deux groupes, celui d’Okamoto (palladium) et celui de Cai (titane), ont proposé deux mécanismes de dépropargylation différents dont les substrats sont respectivement des éthers propargyliques et des amines propargyliques. Le groupe de Cai suggère un mécanisme de dépropargylation pallado-catalysé via la formation d’un intermédiaire allénique (Schéma 69).114
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Schéma 69. Mécanisme possible de dépropargylation pallado-catalysée via un intermédiaire allénique
Dans une première voie, en l’absence de base, le catalyseur au palladium active le substrat 127, et conduit à la formation du composé 128. A haute température, la liaison C‒N se rompt pour former l’intermédiaire allénique 129 qui donne le produit dépropargylé 130. En présence de base, le mécanisme proposé diffère légèrement. Après activation de la triple liaison par le palladium pour former l’intermédiaire 128, la rupture de la liaison C‒H génère les composés 131 et 132, après élimination réductrice. Le groupe d’Okamoto115,116 rapporte, quant à lui, qu’un complexe de titane de basse valence peut être généré in situ par la réaction de Ti(Oi-Pr)4 avec la poudre de magnésium et Me3SiCl. L’espèce de basse valence ainsi générée est capable de catalyser la dépropargylation d’éthers propargyliques en présence d’un donneur d’hydrure via un mécanisme de type radicalaire (Schéma 70).
Schéma 70. Réaction de dépropargylation catalysée par un complexe de titane de basse valence
Ainsi, notre réaction de dépropargylation pourrait avoir lieu via un mécanisme radicalaire de par l’utilisation d’un fer de basse valence et d’un agent réducteur/donneur d’hydrure.
III.1.3. Conclusion
Nous avons constaté que la cycloisomérisation catalysée par un complexe de fer portant un ligand non-innocent 4 n’a pas mené aux résultats espérés mais a permis la découverte d’une réactivité secondaire, la dépropargylation d’énynes en présence d’une source de fer et d’un borohydrure. Le mécanisme de formation de ce produit n’est pas encore élucidé et une étude approfondie du mécanisme s’avèrerait être intéressante.
Le développement des réactions de cycloisomérisation utilisant des complexes de fer portant des ligands non innocents reste un domaine très actif car le groupe de Yang117, en 2014, a développé
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une méthode de cyclisation réductrice d’énynes catalysée par FeCl2 et une iminopyridine. Le système de réduction employé diffère de ceux précédemment utilisés. Il a montré que la combinaison entre le diéthylzinc (Et2Zn) et le bromure de magnésium (MgBr2.Et2O) permettait d’obtenir le produit cyclique avec de bons rendements (Schéma 71).
Schéma 71. Méthode catalytique développée par Yang
La génération du complexe métallique in situ ne permet pas de connaître la nature exacte de l’espèce catalytique active mise en jeu et ne permet pas d’indiquer si le ligand iminopyridine, non-innocent, est acteur lors de cette réaction. Cependant, l’utilisation d’un système organométallique hautement réducteur, pourrait conduire à supposer que l’espèce catalytiquement active serait un cluster bimétallique hautement réduit de type [Fe(MgX)n] comme décrit par Bogdanović.118 Néanmoins, des études mécanistiques complémentaires seraient nécessaires pour étayer cette proposition. Ainsi, malgré le développement réussi de ces nouvelles méthodes de cycloisomérisation, toute la lumière n’a pas encore était faite sur les mécanismes mis en jeu.
Nous avons par la suite continué notre étude sur l’utilisation de ligands non-innocents en catalyse au fer afin d’élucider, comprendre et rationaliser les mécanismes impliqués lors de ces réactions et nous nous sommes intéressés à la réaction tandem d’activation de liaison C‒H / couplage C‒C catalysée par un complexe de fer portant des ligands redox non-innocents.
Dans un premier temps, un rappel sur les notions importantes d’activation et fonctionnalisation C‒H sera effectué. Dans un deuxième temps, les réactions d’arylation dirigée et non-dirigée C(sp2)‒C(sp2) par activation C‒H de la littérature seront présentées. Enfin, nous détaillerons les résultats obtenus pour l’activation C‒H / couplage C‒C catalysée par un complexe de fer portant des bis(imino)pyridines.
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