Trifluorométhylation à l’aide d’acide trifluoroacétique et dérivés

Afin de trouver un réactif alternatif à CF3I, Muller¹²³ ainsi que Uneyama et Nanbu¹²⁴ ont montré qu’il était possible de générer un radical CF3^• par oxydation électrochimique de l’acide trifluoroacétique et que ce radical s’additionnait sur des acides acryliques ou dérivés. Cependant, des mélanges complexes sont généralement obtenus dans ces conditions, ce qui rend cette méthode non viable d’un point de vue synthétique (Schéma 102).

123 Muller, N. J. Org. Chem. 1986, 51, 263-265.

150 Schéma 102

En revanche, Uneyama et Dan-oh ont démontré que le radical CF3^• pouvait être généré par oxydation électrochimique de CF3CO2H, à l’aide d’une électrode de platine, et que celui-ci pouvait s’additionner sur le fumaronitrile II.B13 ou sur des oléfines apparentées (Schéma 103).¹²⁵ Le produit trifluorométhylé II.B14 a été obtenu par combinaison du radical CF3^•, formé à l’anode avec le radical succinyle formé à la cathode. Cette méthode reste cependant très spécifique et difficile à mettre en œuvre expérimentalement.

Schéma 103

1.2.2.2 Dérivés de l’acide trifluorométhanesulfonique

Contrairement à l’acide trifluoroacétique, des dérivés de l’acide trifluorométhanesulfonique se sont révélés être des sources efficaces de CF3^•. Le groupe de Sawada a montré qu’en présence du catalyseur (PPh3)2RuCl2, un radical CF3^• était généré à partir de CF3SO2Cl et que ce radical s’additionnait sur une variété d’alcènes II.B15 selon un processus ATRA (Schéma 104).¹²⁶ Une température élevée (120 °C) est nécessaire pour obtenir les produits chloro-trifluorométhylés aliphatiques correspondants II.B16 avec des rendements qui sont moyens à bons (34-87%).

Schéma 104

La réaction entre le catalyseur de ruthénium(II) R1 et CF3SO2Cl permettrait de former le radical CF3SO2^•

et le complexe de ruthénium(III) S1 (Schéma 105). Après départ de SO2, le radical CF3^• s’additionnerait sur l’alcène II.B15 et l’adduit T1 réagirait avec le complexe S1 pour former le produit II.B16 et régénérer le catalyseur R1 ce qui bouclerait le cycle catalytique.

125 Dan-oh, Y.; Uneyama, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1995, 68, 2993–2996.

151 Schéma 105

De manière similaire, le groupe de Langlois a montré que, sous irradiation UV, CF3SO2SPh réagissait de la même façon que CF3SO2Cl vis-à-vis d’un alcène.¹²⁷ En présence de CF3SO2SPh, l’alcène II.B17 est transformé en un mélange du thioéther trifluorométhylé II.B18 souhaité et de l’alcane trifluorométhylé II.B19 dans un rapport 6:4 avec un rendement global de 82% (Schéma 106). La formation de II.B19 s’explique par une propagation de la réaction suffisamment lente pour que le radical intermédiaire soit protoné.

Schéma 106

Langlois et al. ont également montré que le sel de trifluorométhanesulfinate CF3SO2M (M = Na ou K), connu maintenant sous le nom de réactif de Langlois, pouvait former le radical CF3^• en conditions oxydantes. Ce réactif permet de réaliser la trifluorométhylation efficace de composés aromatiques¹²⁸ mais des mélanges de produits sont obtenus dans le cas d’alcènes variés.¹²⁹ Par exemple, un mélange du composé vinylique trifluorométhylé II.B20, du composé aliphatique trifluorométhylé II.B19 et du composé allylique trifluorométhylé II.B21 a été obtenu dans un rapport 78:12:10 avec un rendement global de 69% à partir de l’alcène II.B17 (Schéma 107).

127

Billard, T.; Roques, N.; Langlois, B. R. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 3069–3072.

128

Langlois, B. R.; Laurent, E.; Roidot, N. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 7525-7528.

129 Tommasino, J.-B.; Brondex, A.; Médebielle, M.; Thomalla, M.; Langlois, B. R.; Billard, T. Synlett 2002, 10, 1697– 1699.

152 Schéma 107

Malgré ce résultat mitigé, plusieurs groupes se sont intéressés au réactif de Langlois et des méthodes de trifluorométhylation ont été développées avec CF3SO2M (M = Na, K). Maiti et al. ont réalisé la trifluorométhylation des alcènes II.B22 en utilisant le réactif de Langlois en présence d’une quantité catalytique d’AgNO3, de K2S2O8 et de l’oxygène de l’air (Schéma 108).¹³⁰ Dans ces conditions, une large variété de cétones α-trifluorométhylées II.B23 a été obtenue avec de bons rendements (de 42% à 92%).

Schéma 108

Le mécanisme proposé par les auteurs est représenté dans le schéma ci-dessous (Schéma 109). Le réactif de Langlois réagirait avec le sel d’argent(I) pour former le radical CF3^•, Ag(0) et du SO2 qui serait libéré dans le milieu réactionnel. Le radical CF3^• s’additionnerait ensuite sur l’oléfine II.B22 pour conduire à l’adduit U1 qui serait oxydé par l’oxygène de l’air pour donner la cétone α-trifluorométhylée II.B23.

Schéma 109

Récemment, le groupe de Liu a développé une trifluorométhylation décarboxylante d’acides styréniques II.B24 en présence du réactif de Langlois, d’un initiateur de radicaux (l’hydroperoxyde de tert-butyle TBHP) et d’une quantité catalytique de sulfate de cuivre (10 mol %).¹³¹ Dans ces conditions, une large gamme d’acides contenant des aryles et hétéroaryles riches en électrons a été convertie en composés

130 Deb, A.; Manna, S.; Modak, A.; Patra, T.; Maity, S.; Maiti, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9747–9750.

153

styréniques trifluorométhylés II.B25 avec des rendements moyens à bons et de bonnes sélectivités en faveur de l’isomère (E) (Schéma 110).

Schéma 110

Le mécanisme proposé par les auteurs est présenté ci-dessous (Schéma 111). En présence de cuivre(II) et de TBHP, le réactif de Langlois génèrerait un radical CF3^• et un complexe de cuivre(I). Le cuivre(I) réagirait avec l’acide acrylique II.B24 pour former le carboxylate de cuivre(II) V1 en présence de TBHP. L’addition du radical CF3^• sur le carbone portant le carboxylate génèrerait le radical W1 qui, après le départ d’une molécule de CO2 et de cuivre(I), formerait le produit II.B25 bouclant ainsi le cycle catalytique. Cependant, les auteurs n’excluent pas la possibilité d’un mécanisme impliquant un intermédiaire cuivre(III) similaire à la réaction de Kharasch-Sosnovsky.¹³²

Schéma 111

La présence d’intermédiaires radicalaires obtenus après l’addition de CF3^• a permis d’envisager des réactions tandem. Ainsi, le groupe de Wang a développé la synthèse d’oxindoles trifluorométhylés II.B27 par trifluorométhylation des acrylamides II.B26 en présence du réactif de Langlois suivie d’une cyclisation radicalaire sur le noyau aromatique.¹³³ Les composés trifluorométhylés II.B27 ont été obtenus avec de bons rendements (73-93%). Contrairement aux travaux de Liu et al. (voir Schéma 109), il semblerait que K2S2O8 soit un oxydant suffisamment fort pour former le radical CF3^• et, dans ces conditions, aucun catalyseur métallique n’a été ajouté au milieu réactionnel.

132 Kharasch, M. S.; Sosnovsky, G. J. Am. Soc. Chem. 1958, 80, 756-756.

154 Schéma 112

1.2.3 Trifluorométhylation par des sels chalcogènes possédant un groupement