Transfert formel d'hydrure et cyclisation de type Nazarov catalysés à l'or :

Les mécanismes que nous avons proposés pour l'homodimérisation d'ynamides, et qui seront montrés par la suite, comportent des similitudes avec d'autres transformations catalysées à l'or. Ces mécanismes font intervenir des étapes élémentaires qui ont des précédents dans la littérature : un transfert d'hydrure 1,5, une réaction de type Nazarov, et la réaction d'un carbène d'or en α d'un groupement cycloalkyle.

II.1 Transfert d'hydrure lors de réactions catalysées par des complexes d'or :

Les transferts d'hydrures 1,2 sont très classiques en catalyse à l'or. Les transferts d'hydrures 1,5 ou 1,6 sont plus rares, mais sont également possibles à différents stades de transformations catalysées à l'or(I). Ils peuvent être réalisés directement sur un alcyne activé par l'or(I), ou sur des intermédiaires de transformations.

L'activation électrophile d'un alcyne par un complexe d'or permet un transfert d'hydrure 1,5, dans le cas où le carbocation généré est stabilisé par un hétéroatome. Il est ainsi possible de fonctionnaliser une liaison C-H sp³ d'un noyau tétrahydrofuranique 5.92¹⁶⁹, ou bien de préparer un allène fonctionnalisé à partir de l'éther benzylique propargylique 5.94¹⁷⁰. Ces deux transformations seront détaillées respectivement dans le chapitre 6 de ce manuscrit (schéma 29).

Les transferts d'hydrure peuvent également avoir lieu sur des intermédiaires de cycloisomérisation (schéma 30). Ainsi l'activation par l'or(I) de l'ényne 5.96 entraîne la       

169 Jurberg, I.D.; Odabachian, Y.; Gagosz, F. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 3543.

170 Bolte, B.; Odabachian, Y.; Gagosz, F. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 7294.

Schéma 29 : Transfert d'hydrure sur un alcyne activé par un complexe d'or(I). 

formation de l'allène 5.97¹⁷¹. La formation de cet allène s'explique par une migration d'hydrure 1,5 sur le carbocation tertiaire 5.99 généré lors de la cyclisation de l'oléfine sur la fonction alcyne activée par le complexe d'or(I).

L'exemple précédent montre un transfert d'hydrure sur un carbocation qui ne porte pas le complexe d'or. Les transferts d'hydrures sont également possibles sur des atomes de carbones qui portent un carbène d'or.

La cycloisomérisation de l'allénène 5.100 en est un exemple¹⁷² (schéma 31).

L'activation de l'allène par l'or, entraîne une addition de type 5-endo de l'oléfine.

L'intermédiaire 5.101 ainsi généré s'isomérise en carbène d'or 5.103. Ce carbène subit ensuite un transfert d'hydrure 1,5 qui fournit l'oxonium 5.104. La formation d'un oxonium relativement stable est la force motrice de cette transformation. L'addition de l'oléfine sur l'oxonium 5.104 et le départ de l'or produisent le composé 5.105. L'hydrolyse de l'acétal fournit le produit 5.101.

171 Harrak, Y.; Simonneau, A.; Malacria, M.; Gandon, V.; Festernbank, L. Chem. Commun., 2010, 46, 865.

172 Bhunia, S.; Liu, R.-S. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16488.

Schéma 30 : Transfert d'hydrure sur un carbocation intermédiaire d'une réaction  de cycloisomérisation catalysée par un complexe d'or 

Des carbènes exocycliques permettent également un transfert d'hydrure (schéma 32).

Dans le cas de la transformation de l'ényne 5.106 en composé 5.107, l'activation de l'alcyne par l'or(I) initie une cyclisation de type 5-exo de l'oléfine qui fournit le cyclopropyl carbène d'or 5.108. Le doublet non liant de l'atome d'oxygène de l'éther benzylique s'additionne alors sur le noyau cyclopropanique, et conduit à la formation d'un nouveau carbène d'or 5.110 via l'oxonium 5.109. Le carbène d'or 5.110 subit ensuite une migration d'hydrure 1,6 qui fournit l'oxonium 5.111. L'addition du vinyl or sur l'oxonium mène au composé final 5.107. Dans ce cas, le transfert d'hydrure est favorisé par la formation d'un carbocation benzylique, en α d'un atome d'oxygène.

Schéma 31 : Cycloisomérisation d'allènènes 

Schéma 32 : Cycloisomérisation d'énynes 1,6 

Les réactions de transfert d'hydrure peuvent donc avoir lieu lors de transformations catalysées à l'or(I). Une autre transformation observable en présence de complexes d'or est la cyclisation de type métalla-Nazarov.

II.2 Réaction de type métalla-Nazarov lors d'une réaction catalysée à l'or(I) : Le principe de la réaction de cyclisation de Nazarov¹⁷³ est expliqué dans le schéma 33.

L'activation électrophile de la fonction carbonyle de la diènone 5.112 conduit au carbocation 5.114. Ce carbocation peut être considéré sous une seconde forme délocalisée 5.115.

L'électrocyclisation conrotatoire de cet intermédiaire conduit au carbocation 5.116, qui se réarrange pour fournir la cyclopentènone 5.113.

L'or peut effectuer des réactions de type Nazarov, que ce soit en tant qu'acide de Lewis qui initie l'électrocyclisation, ou en tant que donneur σ qui permet la cyclisation.

173 Revues sur la réaction de Nazarov : For recent reviews, see: a) Habermas, K. L.; Denmark, S. E.; Jones, T.K. Org. React., 1994, 45, 1. b) Tius, M. A. Eur. J. Org. Chem., 2005, 2193. c) Pellissier, H. Tetrahedron 2005, 61, 6479. d) Frontier, A. J.;

Collison, C. Tetrahedron, 2005, 61, 7577.

Schéma 33 : La réaction de cyclisation de Nazarov 

Une réaction de type Nazarov désoxygénative peut être réalisée sur des 2,4-dièn-1-als en présence d'un complexe d'or(I) et d'un allyl silane¹⁷⁴. Les dérivés ne sont pas ceux d'une cyclisation de Nazarov, mais l'électrocyclisation suit le même principe (schéma 34).

A partir du diènal 5.117 et de l'allyl silane 5.118, le composé carboné 5.119 est obtenu dans un très bon rendement. Le mécanisme suivant explique la formation du composé 5.119 : l'activation de la fonction carbonyle du composé 5.117 par le complexe d'or initie une cyclisation de type Nazarov, qui produit le carbocation 5.120. L'addition nucléophile de l'allyl silane 5.118 sur ce carbocation fournit l'intermédiaire 5.121. La silyl déauration de ce dernier forme le composé 5.122. L'élimination de triméthylsilanol catalysée à l'or mène au carbocation délocalisé 5.123. La cyclisation de l'insaturation sur ce carbocation, ainsi que l'élimination d'un proton fournit finalement le produit 5.119.

Les complexes d'or peuvent servir d'acides de Lewis pour réaliser des réactions de cyclisation de type Nazarov. Ces électrocyclisations sont également possibles à partir des intermédiaires aurés. Plusieurs méthodologies impliquent ce type d'électrocyclisation. Ces transformations peuvent notamment employer les intermédiaires obtenus par une sigmatropie [3,3] d'un acétate propargylique (schéma 35).

Par exemple, l'ényne 5.124 mène à la cyclopentènone 5.125 en suivant cette stratégie¹⁷⁵. Le mécanisme est le suivant : l'activation électrophile de la fonction alcyne du composé 5.124 entraîne l'addition nucléophile de la fonction carbonyle de l'acétate       

174 Lin, C.-C.; Teng, T.-M.; Tsai, C.-C.; Liao, H.-Y.; Liu, R.-S. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16417.

175 Zhang, L.; Wang, S. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 1442.

Schéma 34 : Cyclisation de type Nazarov désoxygènative et allylante 

propargylique. L'intermédiaire 5.126 ainsi formé s'isomérise pour fournir l'oxonium 5.127. Ce dernier ressemble à l'intermédiaire d'une réaction de type Nazarov. La rétrodonation de l'or favorise la cyclisation de type métalla-Nazarov qui mène au carbène d'or 5.128. Après un transfert d'hydrure 1,2, le départ de l'or et l'hydrolyse de l'acétate vinylique, la cyclopentènone 5.125 est obtenue.

Des cyclisations de types Nazarov peuvent également avoir lieu lors de cycloisomérisation d'alcynyl oxiranes¹⁷⁶.

Outre l'obtention des cyclopentènones, la formation d'un intermédiaire de type 5.128 est très intéressante. Ce carbène d'or peut, par exemple, être utilisé dans une réaction de cyclopropanation avec une oléfine¹⁷⁷ (schéma 36). Le diènyne 5.130 forme ainsi, sous l'action d'un complexe d'or, l'intermédiaire 5.131. Ce dernier effectue une cyclopropanation pour conduire au produit tricyclique 5.132.

La réactivité de ces carbènes issus de réactions de type Nazarov ne se limite pas à une réaction de 1,2-transfert d'hydrure suivie d'une démétallation, ou à une cyclopropanation. La       

176 Lin, G.-Y.; Li, C.-Y.; Hung, S.-H.; Liu, R.-S. Org. Lett., 2008, 10, 5059.

177 Lemière, G.; Gandon, V.; Cariou, K.; Fukuyama, T.; Dhimane, A.-L.; Fensterbank, L.; Malacria, M. Org. Lett., 2007, 9, 2207.

Schéma 35 : Synthèse de cyclopentènones 

Schéma 36 : Cyclopropanation d'un intermédiaire d'une réaction de type métalla­Nazarov 

présence d'un groupement cycloalkyle en position α de ce carbène conduit à des réactivités différentes.

II.3. Réactivité d'un carbène d'or en position α d'un groupement cycloalkyle :  

Dans le chapitre 1, une partie de cette réactivité a été présentée. Des études réalisées par Toste et son équipe montrent que les carbènes d'or en position α d'un groupement cycloalkyle peuvent avoir deux comportements différents : ils peuvent évoluer en effectuant soit une extension soit une fusion de cycle. Ces résultats sont rappelés dans le schéma 37.

Schéma 37 : Réactivité d'intermédiaires carbénoïdes d'or 

Cette réactivité a été rationnalisée par Gandon, Fensterbank, Malacria et leur équipe en ce qui concerne les intermédiaires de réaction de type métalla-Nazarov¹⁷⁸ (schéma 38).

Ainsi, à partir de l'ényne de type 5.133, avec une chaîne cycloalkyle variant de 4 à 8 carbones, ils obtiennent trois produits différents en fonction de la taille du cycloalkyle: un cyclopentadiène fusionné au cycloalkyle 5.134a, un cyclopentadiène qui possède une jonction de cycle de type spiro 5.134b, ou un composé tricyclique 5.134c.

178 Lemière, G.; Gandon, V.; Cariou, K.; Hours, A.; Fukuyama, T.; Dhimane, A.-L.; Fensterbank, L.; Malacria, M. J. Am.

Chem. Soc., 2009, 131, 2993.

Schéma 38 : Réactivité d'un carbène d'or adjacent à un cycloalkyle 

Ces trois produits font appel à différentes réactivités possibles du carbènoïde intermédiaire 5.135 (schéma 39):

Le composé 5.134a provient de l'agrandissement du cycloalkyle en position α. Cette réactivité n'est possible que pour un cycloalkyle à 4 ou 5 chaînons. La force motrice de cette réaction est alors la diminution des tensions de cycles.

L'élimination d'un proton, suivie de la démétallation aura lieu avec un cyclohexyl qui fournit le composé 5.134b. Dans ce cas, un agrandissement de cycle ne permet pas de gain énergétique, et l'insertion dans la liaison C-H du noyau cyclohexanique n'est pas non plus possible.

Lorsque le cycloalkyle possède 7 ou 8 chaînons, le composé 5.134c est obtenu. Il provient de l'insertion du carbène dans la liaison C-H adjacente du groupement cycloalkyle.

La réaction de fusion de cycle a un précédent catalysé au platine¹⁷⁹. Le platine a permis l'insertion du carbène dans une liaison C-H d'un méthyle adjacent. Dans ce cas la réaction n'est pas diastéréosélective.

Après avoir vu ces quelques transformations, la réaction d'homodimérisation d'ynamides peut être présentée.

179 Funami, H.; Kusama, H.; Iwasawa, N. Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 909. 

Schéma 39 : Différents mécanismes d'un carbène d'or adjacent à un cycloalkyle