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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Fosty, R. (1977). Stéréochimie de le substitution électrophile aliphatique (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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FACULTÉ DES SCIENCES SERVICE DE CHIMIE ORGANIQUE

COLLECTIF DE CHIMIE ORGANIQUE PHYSIQUE

STEREOCHIMIE DE LA SUBSTITUTION ELEaROPHILE ALIPHATIQUE

Thèse présentée pour l’obtention du grade de Docteur en Sciences

(groupe Sciences Chimiques)

1977 Roger FOSTY

SERVICE DE CHIMIE ORGANIQUE

COLLECTIF DE CHIMIE ORGANIQUE PHYSIQUE

STEREOCHIMIE DE U SUBSTITUTION ELEaROPHILE ALIPHATIQUE

Thèse présentée pour l’obtention du grade de Docteur en Sciences

(groupe Sciences Chimiques)

1977 Roger FOSTY

Monsieur le Professeur M. Gielen m'a guidé et encouragé tout au long de ce travail.Sa compétence,son enthousiasme,sa vivacité tant intellectuelle que

physique,sa bonne humeur aussi,ont toujours été pour moi un soutien sans pareil.Qu'il en soit mille fois remercié.

Je garderai un souvenir inoubliable et heureux de ces quelques années passées en sa compagnie.

Monsieur le Professeur J. Nasielski a toujours représenté pour moi l'image presque trop parfaite de la connaissance et de la rigueur scientifique.Sa façon personnelle et constructive de remettre en cause et d'analyser tous les problèmes qui se posent à lui,en font un modèle auquel on devrait toujours essayer de se conformer.

Monsieur le Professeur M. Pereyre,de l'Université de Bordeaux,qui s'est intéressé de manière très directe à ce travail,me fait l'honneur de participer au Jury, je l'en remercie très sincèrement.

Que Monsieur 3. Boué trouve ici l'expression de mes plus vifs remerciements pour son indéfectible

disponibilité et ses conseils éclairés.

Mes meilleurs remerciements s'adressent aussi aux membres du Collectif de Chimie Organique-Physique et

particulièrement aux Professeurs J, Reisse et

Monsieur C. Hoogsand m'a fait bénéficier de sa grande expérience et de ses avis judicieux;je le remercie très amicalement.

Je remercie Monsieur D. Zimmermann pour son

aide précieuse et l'accueil bienveillant qu'il a toujours su me réserver.

Il n'est pas besoin que je m'attarde longuement à remercier tous mes compagnons de travail.Ils savent qu'ils garderont en moi un ami sincère et fidèle dont le souhait le plus cher est que cette amitié se prolonge bien au-delà de nos relations présentes.

Toute ma gratitude va à Monsieur 0. Fabre pour les relevés des spectres RlrtN.Les nombreuses heures passées en sa compagnie me permirent d'apprécier sa compétence et sa gentillesse.

Que Messieurs G, Moulard et E. De Vlamink soient également remerciés ici pour leur collaboration.

Ge travail a été accompli grâce à l'aide

financière de 1'I.R.3.1.A,; je tiens à lui exprimer toute ma reconnaissance.

O'est sous la menace de sévères représailles que je suis tenu de vous signaler que cette thèse a été dactylographiée avec patience et bonne humeur par ma charmante épouse,Ce ne fut pas,sachez-le,son seul mérite.

"Béatrix,je t'embrasse de tout mon coeur".

de bromodéstannylation de trialkyl(dideutério-l,2 diméthyl- 3,3 butyl) étains ,R^SnCHDJHDC!(CH^ ) ^ (R=Me , i-Pr ,néo-Hex) , dans le chlorobenzène et le méthanol.

Dans le chlorobenzène,1a rupture de la liaison dideutério-1,2 diméthyl--3,3 butyl—étain par le brome se déroule avec rétention de configuration prédominante au niveau du carbone pour des concentrations faibles en halogène,devient moins stéréosélective pour des concen­

trations élevées en halogène et se déroule avec inversion prédominante pour des concentrations faibles en brome lors­

que la réaction est effectuée en présence d'ions fluorure.

Une tentative de rationnalisation des résultats expérimentaux basée sur la description cinétique de cette réaction de

bromodémétallation,est proposée.

Nous n'avons pas pu déterminer la stéréochimie de cette réaction dans le méthanol.

Nous décrivons également la synthèse stéréosélec- tive des composés R^SnJHDOHDC!( JH^ ) ^de départ ainsi que la stéréochimie des réactions intermédiaires.

La réaction de mercuridéboronation de [(CH^)^CCHDJHD]2B dans le THF se déroule avec inversion de configuration.

La bromodémétallation de (CH^)^CCHDCHDHgCl dans la pyri- dine s'effectue avec plus de 90;^ de rétention de configu­

ration et la réaction de débroraostannylation de (CH^)^G- CHDlHDBr par le triméthylstannyllithium dans le THF avec au moins 90 5^ d'inversion de configuration au niveau du carbone.

CHAPITRE I : INTRODUCTION 1

1.1. Considérations générales 1

1.2. Stéréochimie de la réaction de substitution 7 électrophile aliphatique

1.3. Résonance magnétique nucléaire 32 CHAPITRE II rRESULTATS EXPERIMENTAUX et DISCUSSION 36 11.1. Synthèse stéréosélective des trialkyl- 36

(dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butvl)étains-érvthro 11.1.1. Synthèse du deutério-1 diméthyl-3,3 butène-1- 37

trans

11.1.2. Stéréochimie de la réaction de mercuri- 39 dèboronation du tris(dideutério-l,2 diméthyl-

3,3 butyl)borane-érvthro dans le THF

11.1.3. Stéréochimie de la réaction de bromo- 47 démercuration du chlorure de dideutério-1,2-

diméthyl-3,3 butylmercure-thréo dans la pyridine 11.1.4. Stéréochimie de la réaction de débromo- 50

stannylation du bromo-1 dideutério-1,2- diméthyl-3,3 butane-thréo dans le THF

11.1.5. Synthèse des trialkyl(dideutério-1,2- 56 diméthyl-3,3 butyl)étains

II.2. Réaction de bromodéstannylation des trialkyl- 62 (dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butyl)étains :

Stéréochimie,Mécanisme

11.2.1. Dans le méthanol 62

11.2.2. Dans le chlorobenzène 64

11.2.3. Dans le chlorobenzène en présence de 76 quantités catalytiques d'ions fluorure

(dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butyl)étain

Spectrométrie de masse 98 BIBLIOGRAPHIE 102

INTRODUCTION

GPIAPITRE I ; INTRODUCTION

I.l. Considérations générales

La stéréochimie est xme notion essentielle à la compréhension du déroulement de la réaction chimique.

Avec 1*étude cinétique,elle permet d’en préciser le méca­

nisme .

nie que si l'on connaît les configurations relatives de 1' atome constituant le centre actif de la molécule réagissan­

te,avant et après réaction.

Pour les molécules tétraédriques,ces configurations relati­

ves ne peuvent être déterminées que si trois des quatre sub­

stituants de l'atome central subsistent autour de cet atome après la réaction^.

l'inversion et la racémisation.

En effet,si nous considérons la molécule A,bcY réagissant avec le groupe X,nous aurons:

La stéréochimie d'une réaction ne peut être défi-

Trois cas peuvent se présenter: la rétention.

A

RET û BCX (1)

A

A,BXG (2)

X 50^

C 50

Toute réaction transformant le composé A,BOY en A,BGX, molécules qui possèdent donc la même configuration relati­

ve,est dite se dérouler avec rétention de configuration(1).

Si l'on transforme une molécule A,BOY en une autre A,BXC, ces molécules ayant des configurations relatives diffé­

rentes, on décrit alors une réaction qui se déroule avec inversion de configuration(2).

La racémisation sera la conséquence d'un mécanisme réac­

tionnel remplaçant de manière également probable le substituant Y par le substituant X avec rétention et in­

version de configurâtion(3)•

La scission hétérolytique d'une liaison entre un atome de carbone et un groupe partant Y peut se dérouler de deux manières différentes:

(4) \ A,

-7^- (5)

Le premier cas (4) se produit lors d'une substitution nucléophile sur carbone.Celle-ci est favorisée si le grou­

pe partant Y est un groupe électronégatif tel que -Cl,-Br, -I,-0H2,etc...

Le second cas (5) se rapporte à une substitution électro- phile sur carbone qui nécessite habituellement ion groupe partant électropositif tel qu'"un métal ou un groupe orga- no-métallique.

La substitution nucléophile aliphatique tant monomoléculaire que bimoléculaire a été étudiée abondam­

ment et depuis longtemps déjà.Tandis que la première se déroule généralement avec racémisation,la seconde s'ac­

compagne de l'inversion de configuration au niveau de l'atome de carbone attaqué.

Intéressons-nous un instant à l'inversion de configuration,dite de Walden,caractéristique de la sub­

stitution nucléophile bimoléculaire,Sjj2.

On peut expliquer cette stéréochimie par le fait que,dans O \ A

l'état de transition ' * ,1'atome de carbone est entouré decinq paires d'électrons(quatre dans le composé de départ et une apportée par le nucléophile N).

N(-)

\

+ Hlimi.-C---X

K-)

H-O—X

/A ,

Ni—G •*""'•• +

/

\

(-)

(

)

Une hybridation sp^d^2 des orbitales de cet atome de car- bone fournit xme structure de bipyramide trigonale (6)^.

Dans cette bipyramide (6),selon la règle de Bent^,les liaisons N-C et C-X doivent se trouver en position apica­

le, ce qui implique l'inversion de configuration.

La substitution électrophile aliphatique peut également se rencontrer sous deux mécanismes généraux dif­

férents: l'\in mono moléculaire, Sgi, l'autre bimoléculaire,

La Sgi est caractérisée par l'ionisation détermi­

nante et réversible du réactif qui donne naissance à \m carbanion;celui-ci réagit alors avec un électrophile.

^o<-)

/

( + )

E

(+)

Etant donné l'instabilité configurâtionnelle des carba- nions”'*’ ,on doit s'attendre à ce que la racémisation soit de mise.Néanmoins,\me certaine stéréosélectivité,pouvant aller de 99!^ de rétention à 65?^ d'inversion (355^ de racé­

misation),a parfois été rencontrée.Elle pourrait être due à l'existence de paires d'ions ou à xane solvatation asymé- trique des carbanions .7

La Sg2 se caractérise par la réaction de l'élec- trophile entrant et du substrat dans une seule étape élé­

mentaire bimoléculaire.

-^C —M + E +

Ici,comme on l'a cru pendant un certain temps à la vue des résultats publiés jusqu'en 1964,seule la ré­

tention de configuration semblait exister.Cela s'expli­

quait fort bien si l'on considère que l'atome de carbone subissant la substitution n'est entouré que de quatre paires d'électrons.Dés lors,Tme hybridation sp^d^^,pro­

che de l'hybridation sp^,semble tout indiquée pour cet atome de carbone .On aurait donc l'état de transition suivant(7):

C'est à partir de cette année-là que les choses commencèrent à se compliquer.En effet,comme nous le verrons plus loin,des exemples de plus en plus nombreux d'inversion de configuration virent le jour.Il fallait donc trouver une autre interprétation aiix phénomènes.

Matteson^' décrit les liens carbone-métal et carbone- électrophile de l'état de transition (7) par un lien à trois centres fermé.On peut montrer qu'un tel lien n'est stable qu'avec deux électrons^.11 implique,bien entendu, la rétention de configuration.

L’autre type possible de lien à trois centres,le lien à trois centres ouvert,est,par contre,stable aussi bien avec deux qu’avec quatre électrons^.

Z

\/

2 e^“^(Sg2,IW)M-f-y^by-f-E

Remarquons que le lien ouvert à quatre électrons rend compte de la situation en substitution nucléophile bimolé­

culaire et est une justification de l’inversion de Walden.

Il impose également l’inversion de configuration dans le cas de la substitution électrophile bimoléculaire#

1.2. Stéréochimie de la réaction de substitution électrophile aliphatique

Gomme nous venons de le voir,les deux stéréochi­

mies , inversion et rétention,sont donc théoriquement pos­

sibles en substitution électrophile bimoléculaire.

Le tableau I.2.1,ci-dessous,qui rassemble les résultats expérimentaux d'im certain nombre de travaux nous montrera qu*en effet les deux stéréochimies existent

et que le choix de l'une ou de l'autre peut dépendre de plusieurs facteurs tels que la nature de l'atome de carbo­

ne subissant la substitution,la nature des groupes entrant et sortant,ainsi que des conditions opératoires.

Tableau 1.2.1 : Stéréochimie de la réaction de substitution électrophile aliphatique.

N° Substrat Electrophile Solvant Stéréo- Dhimie

Réf.

Les Organomer curiques

1

cis,trans

HgClg

Dioxane Acétone

i-Butanol

RET 11

2 (-)-s-BuHgOAc Hg(0Ac)2 Ethanol RET 12 3

H

(-)_Ph-C-HgBr COOEt

HgBr2 Dioxane aqueux 70^

RET 13

4

. trans

Brg CC1.+4?S

^ Me OH RET 13

NO Substrat Electrophile Solvant Stéréo chimie

Réf.

5

, t rans

Br^ Dioxane RET 15

6 ” cis.trans Br^ Pyridine RET 16,17

7 ” trans Bra OHC1.+0,75^

éthanol

RET 16,17 8 " trans Br2/ZnBr2 GH^COOH RET 16,17

9 (+)-s-BuHgBr Br^ Pyridine RET 16,17

10 (-)-£-BuHgBr Br^ ^-Collidine/

Pyridine

RET 16,17

11 II _{Br^ GGl^+4fcOH RET 18}

12

HgCl

Br^ Pyridine RET 19

13 HgJl2 Et20 RET 20

14

^-^OMe Hg(0Ac)2 Méthanol RET 20 Ph

15 [(-)-MenthylO CC-LHg

C. 1 c.

H

HgBr2 Acétone RET 21

16 (_)_s-Bu2Hg HgBr2 Ethanol RET 22,23

17 fl _{Hg(0Ac)2 Ethanol RET 22}

18 II _{Hg(N0^)2 Ethanol}

••/HgOd:!) RET 22

19 fl _DCl

20

CH^COOD D^O^

Dioxane RET 24

NO _Substrat Electrophile Solvant Stéréo chimie

Réf.

34

MgBr

CMOO

Et20 RET 37

35 11 _{HgBr^ Et20 RET 37}

Les Organoboranes H

36

1

(R)_(_)-.MeGB(0Bu)2 Ph

HgCl2 HpO-acétone -glycérol

RET 38

37 tl

A

G^H, (-G00D

l 15 Diglyme RET 39

38 G2H5GOOD THF RET 40

H

39 ft _{Hg(02GPh)2 THF RET 41}

40 tl _{Br2 THF RET 42}

41 ft _{Br2 MeO”+MeOH}

/THF

INV 42

42 tt

^2 ft INV 43

Les alkylcobaloximes

43

Br

Br^ GH2OI2 INV 44

44 £-Bu-(Co)* _GI2 y * ^2 GH2GI2 INV 44

NO Substrat Slectrophile

—

Solyant £Stéréo îhimie

Réf.

45 1 Brg OH2GI2 INV 19

46 tf _{Hg(N03)2 Me OH/}

0,2M AcOH

INV 19 K

Hg^"^

47 (CH^)^GGHDGHD-(Go) HGIO4/H2O INV 45 -érythro

Les Organofers

48 (GH^)^GGHDGHD-Pe-

(G0)2Gp Br^ ^{CDCl^ INV 46}

érythro.thréo

49 tl _{HgGlg GDGl^ RET 46}

50 II _{SO2 GDGl^ INV 46}

51 tf Br^ Pentane,GSp

DMP

INV 47

52 II

^2 GS2 INV 47

53 (_)_s-BuPe(G 0)PPh^ G J Clg CM

0

-thréo

OI2 Pentane,MeOH GH2OI2

RET 49

55 II

^2 Pentane,MeOH MeGN,CH5Gl5, GHGl^

RET 49

56 11 _Br

2 Pentane,MeGN Pyridine,GS2

RET 49 Acétone,GCl^

PhH,PhN02»

GHGl^,GH2Gl2

NO Substrat Electrophile Solvant Stéréo chimie

Réf.

Les Organozirconiums

57

58

(CH.).CGHDOHD-ZrCl.

^ CP2

Br2,NBS,l2 Benzène RET érythro.thréo

” -érythro AlCl^ GH2GI2 RET

50

51

Les Organomanganèses

59

H1

EtOOG-G-Mn(GO)^

Ide

Br2 THF RET 48

Les Organoiridiums

60

H

EtOOC-G-Ir(GO)Gl-1 Br2 THF RET

Me (PPh2Me)2

52

Les Organoétains

61

63

Phy/\^Me Ph SnMe^

HBr,HGl GGl^ RET 53

)/\/ \^SnMe3

Br^ AcOH,PhGl RET 54

Me ^SnMe^

If If

^2 AcOH,MeOH RET 54

NO

--- 1

Substrat Electrophile Solvant Stéréo chimie

Réf.

64 (S)-(+)-s-BuSnnéo- Br 2 MeOH INV 55 Pent^

65 II MeOH/cy-Hex INV 56

66 ( R ) - ( -) -£-BiiSni-Pr^ II _{RET 56} 67 (R)-(-)-s-BuSn3“Pent3

II _{RET 56}

Réaction en phase gazeuse

68 GHClP-OHOlP-méso He^H"^ - RET 57

(Cof =

.^0

Les Organomercuriques (n° 1 à 20)

De l'analyse du Tableau 1,2.1.,ci-dessus,il res­

sort sans ambiguïté que la stéréochimie privilégiée des organomercuriques est la rétention de configurâtion.En effet,quelles que soient les composantes des systèmes étu­

diés -organomercuriques,électrophiles,solvants- seule la rétention apparaît.

De nombreuses expériences ont fait l'objet d'étu­

des cinétiques et ont révélé que l'on avait affaire,en ef­

fet, à des réactions d'ordre de\ix,un par rapport à chacun des réactifs.

Suivant les cas étudiés,on a pu proposer deux types de mé­

canisme^ mécanisme ouvert (3^.20) (8) et \ui mécanisme cyclique (3^20) à quatre ou six centres (9 et 10).

6(+).

Hg-R

X

\&(-)

E-N

RI / \Hg / \/ \

—

X"

---

/ s

h"' \

''

^0---

'^CH^

(8) (9) (E-N = XHg-X,X-X,...)

(10)

Ces deux mécanismes sont évidemment compatibles avec la rétention de configuration au niveau du carbone subissant la substitution.

Les Organo-lithiés et - magnésiens (n° 21 à 35)

Alors que les organomagnésiens (n°32 à 35) ne réa­

gissent qu’avec rétention de configuration,les organolithiés (n®21 à 31) subissent les deux stéréochimies et le choix entre l'ime et l'autre semble dépendre de la nature de 1'électrophile^^,excepté pour les molécules à squelette cyclopropanique.

Les études cinétiques concernant ces réactions sont rela­

tivement peu nombreuses.NéanmoinSjl'état de transition de type Sp2C a été le plus souvent proposé pour les réactions des organo-lithiés-"^ et -magnésiens avec le dioxyde de carbone.

Les Organoboranes (n° 36 à 42)

C'est la chimie du bore qui a donné le premier exemple d’inversion de configuration en substitution élec- trophile sur carbone saturé: il s'agit de la mercuridéboro- nation de l'acide exo-5-norbornène-2-boroniaue-(11)dans

6X 62

l'acétone aqueuse ' .L'isomère endo réagit avec rétention et beaucoup moins rapidement.Etant donné la structure de ces composés et celle du produit formé,le chlorure de

nortricyclylmercure-(12),ces résultats ne semblent pas très étonnants.Le mécanisme proposé est le suivant:

e2ço-(ll) (12)

Jusqu'alors,la rétention semblait être la stéréochimie normale des organoboranes,un mécanisme cyclique concerté

étant le plus souvent avancé,tel celui que Davies et

Roberts ont proposé,d'après \ine étude cinétique de Dessy et coll.^^,pour la réaction d'acidolyse du (R)-(-)-

dibutoxy(phényl-1 éthyl)bore(l3) ou celui décrit pour la mercuridéboronation du même composé en présence d'ions acétate(14).

(13) (14)

Un autre exemple d'inversion a été publié depuis : 42

alors que dans le tétrahydrofurane seul,le triexo-norbornyl- bore réagit avec le brome avec rétention complète de con­

figuration, en présence de méthylate,la même réaction a lieu avec 75^ d'inversion de configuration et est accélérée con­

sidérablement .

En ce qui concerne le mécanisme,les deux stéréochimies peuvent être visualisées de la manière suivante^: la réac­

tion serait en fait une réaction complexe comportant dans un premier temps une attaque nucléophile au niveau de l'a­

tome de métal suivie par l'étape déterminante,la rupture du lien carbone-métal par 1'électrophile.

En l'absence de nucléophile dans le milieu,c'est le pôle nucléophile du réactif électrophile qui jouerait ce rôle et l'on aurait alors un complexe transitoire cyclique

(Sg2C)(15) et la rétention de configuration.

— ( -B + Br,

|Br

(+) Br|

w

c

Br

Y

Br

I

/I

I

I

Br-

iiÜ'’’' iM -Br (15)

En présence d'un nucléophile,ici l'ion méthylate,la pre­

mière étape serait l'attaque de l'atome de métal par ce nucléophile.Cette catalyse nucléophile prédéterminante

serait suivie par l'attaque de 1'électrophile au niveau de l'atome de carbone qui aurait lieu avec inversion de configurâtion(16) 42.

\ / (-)

(IMi^C--- B:^ + CH^O

\

IIIIM-C

/ \

B .iiiilH

Br-Br + |llll'"•C—BCtmili —

/ \

S(-) I

Br--- Br---C--- B<iiimiii

B

\ \

(16)

/ (-)

+ Br-0'"f«lll + Br

\

Les dérivés organiques des métaux de transition (n° 43 à 60)

Jusqu’à présent,il apparaît que l'inversion est la règle pour l'halogénodémétallation des alkylcobaloximes

(n° 43 à 47).Dans ce cas,un mécanisme comportant \ine oxy­

dation initiale du métal suivie d'\me attaque nucléophile par iin ion halogénure sur le carbone du groupe alkyle a souvent été proposé"^^’

Néanmoins,\in mécanisme 3^20 a été avancé pour la réaction de (CH, ) ^C!CHDCHD-( Jo) avec le perchlorate mercurique dans

^ ^ 45

l'acide perchlorique aqueux .

Les deux stéréochimies,inversion et rétention, existent dans la chimie des composés organiques du fer

(n° 48 à 56).

Whitesides et ses collaborateurs^^’^'^ont montré que les dideutério-l,2diméthyl -3,3 butvlcyclo-penta- diényldicarbonylfer-érythro et -thréo subissent la bromo- démétallation avec inversion de configuration et que cette stéréochimie ne dépend pas de la polarité du solvant.

Deux mécanismes ont été proposés pour expliquer cette

inversion de configuration: une 3^20,d'une part,une oxyda­

tion préliminaire du fer suivie de l'attaque nucléophile d'un ion bromure sur l'atome de carbone,d'autre part.

Cette dernière proposition trouve un soutien dans l'étude de Attig et Wojcicki sur 1'iododémétallation de

MePe(CO)PPh.(PhMeCp)^^.

^ 40

Slack et Baird trouvent la rétention de configu­

ration pour une série d'halogénodémétallations du dideu- tério-1,2 phényl-2 éthylcyclo-pentadiényldicarbonylfer- thréo dans divers solvants de polarité très différente.

Ils proposent l'oxydation initiale du métal qui donnerait 1^intermédiaire (CpPe(CO)2^(CHDGHDPh)] ^,suivie de l'élimi­

nation de l'halogénure de nhénéthÿle-thréo.Ils font égale­

ment remarquer que le groupe phénéthyle ne se comporte pas toujours typiquement comme un groupe alkyle primaire mais montre,dans plusieurs cas,\in caractère marqué d'ion

phénonium (17)•

avec le brome,la N-bromosucciniraide et l'iode avec rétention de configuration.Ces composés se distinguent des autres

composés alkylés des métaux de transition (Pe,Co,Pd...) par le fait que leur oxydation est moins probable vu l'ab­

sence d'électron d non liant.

(17)

Les composés du zirconium^®(n° 57 et 58) réagissent

Les auteurs rapprochent dés lors le mécanisme de i*upture de la liaison carbone-zirconium de celui proposé dans le cas de 1'halogénation des organomercuriques.

Réaction en phase gazeuse (n® 68)

Cacace et Speranza ont révélé que la réaction de tritio- 57 déprotonation en phase gazeuse du dichloro-1,2 éthane- méso-(l8) avec HeT^ se déroule avec rétention de configu­

ration.

P

#^G1 C

\

H

(

)

Il est à remarquer que cette réaction se déroulant en pha- gazeuse n'est pas contaminée par les effets de solvatation qui peuvent compliquer considérablement le comportement des réactions analogues en solution.De plus,le réactif très simple employéjHeT^,supprime la possibilité d'\ine cyclisa­

tion ou d'autres processus mécanistiques qui sont fréquem­

ment associés à la substitution électrophile bimoléculaire dans le cas des composés organométalliques.La structure proposée de 1'ionhaloalkanonium intermédiaire est celle de symétrie C proposée pour l'ion CHt^®'^^(l9),ou celle

S J

impliquant le lien à trois centres fermé (20) proposée par Olah"^®.

H

\/

T ( + )

P 11 Cl

/l'\

R

(-*-)

R

(19)

(

)

Les Organoétains (n° 61 à 67)

Jusqu'en 1971»seule la rétention de configuration avait été mise en évidence pour la proto- et l'halogéno- démétallation des tétraalkylétains et cela aussi bien dans les solvants polaires que dans les solvants non polaires.

Malheureusement ,1e choix des composés organostan- niques étudiés,le triméthyl(diphényl-2,2 méthyl-1 cvclo- propyl)étain optiquement actif^^et les triméthyl(méthyl- 2 cvclo-nropyl) étains -cis et -trans^.^s * exposait à la cri­

tique.En effet,le groupe cvclo-oroovle présente une struc­

ture particulière qui confère à la liaison carbone-étain lin certain caractère sp^qui empêcherait l'inversion de

c onfiguration.

bromodéstannylation du (S)-( + )-sec-butyltrinéo-pentylétain (21) dans le méthanol.

C'est alors que Jensen et Davis décrivent la55

Br2 +

H

C-Snnéo-Pent-,--- -

^ GH^OH

Br—C

3

+ BrSnnéo-Pent

CH^-GHg

/ \

(21) _INVERSION!

Celle-ci se déroule avec inversion de configurâtion.En outre,les auteurs montrent qu'il existe un parallélisme étroit entre la séquence de réactivité d'une série d'alkyl- trinéo-pentylétains R3nnéo-Pent^(R=Me,Et,n-Pr,i-Pr,néo-Pent) vis-à-vis du brome dans le méthanol et celle d'une série

de bromures d'alkyle RBr avec Br^”^(fig.1.2.1)

Figure 1.2.1 : Corrélation des log pour deux processus d'inversion,échange de Br~ avec les bromures d'alkyle et bromodéraétallation des tétraorganoétains.

Les deux processus suivent donc clairement une "séquence stérique"de réactivité qui serait caractéristique de l'in­

version de configuration au niveau de l'atome de carbone subissant la substitution;

Me > Et > n-Pr > i-Pr > néo-Pent

Ils font également remarquer que,dans le cas des 3^,2 se déroulant avec rétention,le groupe néo-Pentyle se rompt à line vitesse comparable à celles des autres groupes alkyles.

Ils proposent donc que l'attribution de la stéréochimie

des substitutions électrophiles bimoléculaires de composés RSnR'^ se fasse en comparant les constantes de vitesse de

ces réactions pour différents groupes R avec celles de 3^2 dont on connaît dé,1à la stéréochimie,inversion ou rétention.

Par de nombreuses études cinétiques et thermody- namiques,Abraham et coll. ont montré que,dans toute une 71-5 série de solvants polaires,la réaction des tétraalkylétains avec des sels mercuriques HgXg (X=G1,I,OCOR) se déroule selon un mécanisme 3^2 avec un état de transition ouvert, Sg20 (22).

<S(-h) SnR^3

✓

\

\M-) 'HgX^

SnR^

X (23) Hg-X

Ils ont également proposé que lorsqu'une réaction de sub­

stitution électrophile telle que

R^Sn + HgCl^ ---► RHgCl + R^3nCl a lieu suivant un mécanisme 3^20,la séquence stérique de réactivité

R=Me > Et > n-Pr — n-flu > i-Pr

est observée alors que,si la substitution se fait selon mécanisme 3^20 (23),la séquence de réactivité observée est xme combinaison de la séquence stérique et de la sé-

7^ 77

quence polaire' *

R=Me < Et < n-Pr- n-Bu < i-Pr

Reprenant la méthode d'attribution de stéréochimie proposée 78 79

par Jensen,Abraham et coll. 'analysent la substitution de tétraalkylétains symétriques par l'acétate mercurique dans le méthanol et le tertio-butanol

R^Sn + Hg(0Ac)2 --- ► RHgOAc + R^SnOAc Ils prévoient ainsi la rétention de configuration avec un état de transition ouvert dans le méthanol efsemi- ouvert" dans le tertio-butanol.

Dans le cas de 1'iododémétallation des tétraalkylétains dans le méthanol,ils concluent en faveur d'un mécanisme S„20 avec inversion de configuration.

Ül gQ

Dans ime publication plus récente concernant l'étude ciné­

tique de la réaction d'une série de composés RSni-Pr^

(R=Me,Et,n-Pr,^-Pr,^-Bu,néo-Pent) avec l'acétate mercurique dans le méthanol,la rétention de configuration au niveau du groupe R subissant la substitution est également prévue comme dans le cas des composés symétriques.

Dans une tentative de rationalisation,Slack et Baird^^se basant sur les règles énoncées par Pearson^^, tentent de démontrer que le mécanisme ayant le plus de chance de se produire réellement lors d'\ine réaction de substitution électrophile est un mécanisme proche de la Sg20 se produisant avec rétention de configuration.

En effet,un mécanisme cyclique,3^20,est interdit par rai­

son de symétrie étant donné qu'auc\m recouvrement positif ne peut se produire entre la plus basse orbitale moléculai­

re vide (LUMO) de l'halogène,réactif électrophile,et la plus haute orbitale moléculaire occupée (HOMO) de la liai­

son carbone-métal comme le montre (24)

6>X XCD

HOMO

LUMO (24)

De la même manière,on prévoit que le mécanisme 3^,20 avec inversion est partiellement interdit vu que le recouvrement entre les deux orbitales est petit (25).

M

(25)

X<®

Enfin,la 3^,20 avec rétention (26) se révèle être un méca­

nisme tout à fait satisfaisant étant donné le très bon recouvrement de ces mêmes orbitales.

M

XO

(26)

Sans mettre en doute l'intérêt évident de toutes ces prévisions,il n'en est pas moins vrai que l'expérience directe et matérielle est la seule méthode à utiliser lors­

que l'on désire déterminer la stéréochimie d'vine réaction.

Ainsi,par exemple,la méthode de Jensen n'est en fait basée que sur xme seule expérience très particulière et

d'aucuns^^'^^'^^font remarquer que le substrat employé, s-BuSnnéo-PentT «est probablement tellement encombré stéri- quement qu'il pourrait être relativement résistant à la rétention de configuration.

En effet,tout récemment,Rahm a étudié la bromodéstannyla-56

tion de sec-butyltrialkylétains optiquement actifs dans le méthanol.Il confirme ainsi l'inversion obtenue par Jensen dans le cas du sec-butyltrinéo-pentylétain mais trouve la rétention de configuration dans le cas des tri- iso-propyl" et tri-3-pentylsec-butylétains qui sont des entités stériquement moins encombrées.

X

s-BuSnR^ Br, RETENTION Me OH

s-BuBr R^SnBr (R=i-Pr,3-Pent)

Il suggère que la rétention de configuration est probable­

ment le mode stéréochimique principal de la bromodémétalla- tion des tétraalkylétains dans le méthanol.

Abordons à présent de manière xm peu plus détail­

lée l'aspect cinétique des réactions de substitution élec- trophile bimoléculaire concernant les dérivés alkylés de l'étain et essayons d'en dégager les conséquences quant à la stéréochimie.

Par l'étude de la réaction d'halogénodémétallation des tétraalkylétains,

R.Sn + X„ —„ R SnX + RX

4 2 3

on a pû montrer que la séquence de réactivité des groupes alkyles fixés à l'étain est affectée par la nature du solvant” * "^.Ceci serait dû à vm changement de mécanisme lorsque l'on passe d'xm solvant très polaire et nucléo- phile à un solvant peu polaire et peu nucléophile.

Gielen et Nasielski “"“ont établi,à ce sujet,\me corréla­

tion donnant des valeurs "X" au pouvoir nucléophile de

divers solvants vis-à-vis de la réaction R.Sn + K-N --- ► R-E + R.Sn-N

4 3

Les solvants polaires

Dans les solvants polaires et nucléophiles tels que MeOH,DMP,AcOH,DMSO,...la séquence de réactivité des

û "3 Û yl groupes alkyles fixés à l'étain suit une séquence stérique '

Me > Et > n-Pr:::^ n-Bu > i-Pr > t-Bu

et ceci aussi bien pour les tétraalkylétains symétriques que pour les tétraalkylétains mixtes.La sélectivité est grande.La réaction obéit à l'équation de vitesse de second ordre (27)

V kexp

(27) O 1

On observe un effet sel positif°^.

Les auteurs proposent mécanisme par lequel l'assistance de la réaction par solvatation nucléophile conduirait à un état de transition ouvert,3^20.Oeci permettrait soit la ré­

tention (28) soit l'inversion de configuration (29) au ni- veau du carbone subissant la substitution .4

( + )

^(-)^

3n

<f(-)

■X

(^) U(-) \/ ^U-)

-X---X 'X-

(28) (29)

S 85

Bien qu'Abraham ' ^semble contester l'existence même d'une catalyse nucléophile jouée par le solvant,un argument impor­

tant en faveur de cette existence a été apporté.En effet, on a observé que l'addition d'acide acétique dans le chloro- benzène(solvant peu polaire et non nucléophile)catalyse la réaction du brome avec le tétraméthylétain et que ceci se déroule selon un processus d'ordre un par rapport à l'acide monomère84,86

Les solvants peu polaires

Dans les solvants peu polaires(faiblement nucléo- philes)tels que GOl^.PhCl.cvclo-hexane.la réactivité des tétraalkylétains vis-à-vis des électrophiles est beaucoup plus faible que dans les solvants polaires.De plus,la sélec­

tivité de rupture des groupes alkyles fixés à l'étain dimi­

nue de façon appréciable.

La séquence de réactivité de ces radicaux alkyles devient:

Me <C Et > n-Pr < i-Pr

dans le cas des tétraalkylétains symétriques et 82 t-Bu > Me > Et-iPr > n-Pr = n-Bu

0-3 dans celui des tétraalkylétains mixtes°^.

L'équation du second ordre (27) ne suffit plus toujours pour interpréter les résultats cinétiques.Un terme d'ordre trois doit être introduit et on obtient

l'équation (30)^^:

V =

KH N *

Ce terme d'ordre trois(ordre deux par rapport au brome) dépend fortement de la nature des groupes alkyles et

diminue -ou disparaît- lorsque l'on ajoute de petites quan­

tités de méthanol^^.

Dans certains cas,un important "effet de mélange"

q yi q<y oq

est observé^^' * : le rapport pour la réaction

R^SnR' + Br2 dans le chlorobenzène,autrement dit la sélec­

tivité de rupture des groupes R et R',peut etre modifié de manière significative par l'addition d'un autre té—

traalkylétain RJJSn.De plus,si l'on étudie les valeurs de et k|^^ déterminées pour une meme concentration en brome mais pour des concentrations différentes en tétra- iso-propylétain,on constate que ces constantes expérimen­

tales ne sont pas du tout indépendantes de la concentra­

tion en i-Pr^Sn et qu'il faut donc également envisager, dans ce cas,un effet autoperturbateur.

Toutes ces observations ont amené Boué à proposer mécanisme par lequel le rôle de nucléophile tenu par le solvant dans le cas des solvants polaires serait ici dévolu à la molécule d'halogène .88

La réaction débuterait donc par la formation d'un complexe(C) entre lUie molécule de tétraalkylétain et une molécule de

brome jouant le rôle de nucléophile (équation 31)»

Ce complexe (C) pourrait alors évoluer de trois manières différentes.Il pourrait subir (i) soit une réaction intra- moléculaire passant par ijin état de transition cyclique,3^,20, expliquant le terme d'ordre deux de l'équation cinétique (30) et impliquant bien entendu la rétention de configuration

(équation 32)

(ii) soit une réaction 3^2 avec tme autre molécule d'halogène jouant le rôle d'élec- trophile -ceci étant le reflet du terme d'ordre trois-qui

permettrait donc théoriquement la rétention ou l'inversion de configuration^ (équations 33 et 34)

(iii) soit encore,vu sa très forte électrophilie,une réaction avec une autre molécule de tétraalkylétain,ceci rendant compte de l'effet de mélan­

ge (et de l'effet autoperturbateur) (équation 35);les deux stéréochimies y sont en principe possibles.

R^Sn + (-) (+)

n—

(C)

R^Sn--- (31)

(C)

R--- ^(-) ^

X--- X

6 (+)

RX + R^SnX ordre 2(32)

(C)

( + )

R^Sn—Xg

(-) X -

( + )

R^Sn —X2

(-) RX + X

-*► X, R^SnX

(33) ordre 3

(34)

(C) ^{+ R^Sn R^Sn + RX + R^SnX (35)}

effet de

mélange(autoperturbat Chacune de ces trois possibilités peut être plus ou moins

représentée au sein d'une même réaction suivant la nature des groupes alkyles et la concentration en les divers réactifs•

Il est à noter également que si la réaction d'ha- logénodéstannylation d'un tétraalkylétain R^SnR* dans les solvants non polaires n'est pas effectuée à l'abri de la lumière,on assiste à l'apparition d'une réaction radicalai- re photoinduite,Sj^2,parallèlement à la réaction hétérolyti- que et caractérisée par une sélectivité de rupture des

8Q QO groupes R et R' qui lui est propre ' .

La présence d'hydroquinone dans le milieu réactionnel tend à inhiber cette réaction radicalaire (Tableau 1.2.2).

Tableau 1.2.2 : Influence inhibitrice de 1'hydroquinone sur la photobromodémétallation de R^SnR' dans le chlorobenzène.

[Hydroquinon^ = solution saturée

R R' [RBi3 / [R ' Br]

Obscurité h^

PhJl pur PhCl+Hydroq. PhCl pur PhCl+Hydroq.

Me n-Pr 14,8 15,0 0,66 3,0

Me n-Bu 12,5 12,5 0,56 2,3

Me i-Pr 6,0 6,1 0,30 0,60

Cette compétition n'existe généralement pas dans les solvants nucléophilesjla 3^2 étant alors beaucoup plus rapide .90

1.3• Résonance magnétique nucléaire

Les paramètres de la résonance magnétique nuclé­

aire, déplacements chimiques et constantes de couplage, fournissent au chimiste organicien im matériel de choix dans la découverte de la géométrie moléculaire.

La RMN trouve donc vine application naturelle et fréquente dans l'étude de la stéréochimie des réactions.

En particulier,la détermination de la configuration relative des sites ^CHD dans l'entité (CH'^)^G-CHD-GHD- nous fournit \in excellent moyen d'aborder xine telle étude.

Les diastéréoisomères érvthro-(33) et thréo-(34) des compo­

sés (CH^)^G-GHD-GHD-X sont en effet facilement discernables en RMN.Chacun d'eux se présente en solution comme vin mélan­

ge de deux conformères gauches et d'un conformère trans qi q2 q"l QA

qui s'interconvertissent rapidement '

THREO

Trans Gauche Gauche

(34)

La constante de couplage vicinal caractérisant l'entité -CHD-CHD-est \xne moyenne pondérée de celles de chaque conformère.

La différence d'énergie existant entre la forme gauche et la forme trans d'un certain nombre de compo­

sés du type (GH.)^G-GH5-GH5-X a pû être déterminée par l'analyse de leur spectre AA'BB'^ '^^(Tableau I.3«l)«

Tableau 1.3.1 : Différence d'énergie AE(kcal/mole)entre les conformères gauche et trans de dérivés substitués-1 du diméthyl-3»3butane.

Substituant X ^ E(Eg-Et)

F 0,1

G1 1,3

Br 1,6

I 2,2

OH 0,8

NH^ 1,2

GN 0,8

ZhR^ 1,7

Ph 2,0

HgR^ 1,0

SiMe^ 2,3

a) R= -GH2-CH'2-G(CH^)^.

On voit donc que,dans la plupart des cas,la conformation trans est fortement favorisée par rapport aux formes gauches.

Les constantes de couplage vicinal des diastéréoisomères érvthro-(33) et thréo-(34) auront donc,en principe, des valeurs différentes.

En effet,en ce qui concerne le confornière trans,les deux protons concernés sont en position trans (angle dièdre de l80°) dans l'isomère érvthro-(33) tandis qu'ils sont en

position gauche (angle dièdre de 60°) dans l'isomère thréo--(34) » On a pu établir qu'une constante de couplage plus grande

que 8 Hz est caractéristique des dérivés érvthro et qu'une constante plus petite que 7 Hz est caractéristique des dérivés thréo'^^*^^»

De plus,ces constantes sont apparues comme étant relative­

ment insensibles à la nature du solvant et à la concentra- tion^^(Tableau 1.3.2).

Tableau 1.3.2 : Influence de la nature du solvant sur les constantes de couplage vicinal de l'iodure de diméthyl-3,3butyle.

Solvant J J '

— 13,05 4,79

5î-“6"i2 13,00 4,76

CGl^ 12,99 4,80

CS2 12,95 4,79

CHCl^ 13,03 4,79

13,01 4,74

CH^JOOH 12,92 4,80

CH^COGH^ 12,99 00 H

G6H5NO2 12,93 4,73

Pour établir si le composé (CH^)^C-GHD-CHD-X étudié appartient à la série érythro ou thréo.il suffira donc de lire la valeur de la constante de couplage vicinal sur le spectre RMN avec découplage des deutériums.

En effet,celui-ci se présente alors comme un simple spectre AB.

RESULTATS et DISCUSSION

CHAPITRE II : RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION

II.1. Synthèse stéréosélective des trialkyl(dideutério-l,2- diméthyl-3 » 3 butyl)étains-érythro

Avant de pouvoir étudier la stéréochimie de la réaction de bromodéstannydation des trialkyl(dideutério- 1,2 diméthyl-3f3 butyl)étains,il nous a fallu effectuer la synthèse de ces dérivés.Chemin faisant,nous en avons profité pour déterminer la stéréochimie de quelques réac­

tions intermédiaires.

Nous avons réalisé le schéma de synthèse suivant:

(CH^)^C-CO-CH^

(I)

(CH,),C-C=C-H

PCI,

(CH^)^C-CCl2-CH^

KOH/EtOH

huile minérale (II)

l)Sia„BH/THP 3'3

(III)

2)CH^C00D

-► (GH^)^C-CH=GHD

[BDj THF trans-(IV)

[( CH^ ) ^C-GHD-CHD-j

1) Hg(0Ac)2 2) NaCl/H20

(CH^)^G-CHD-CHD-HgCl•

Br, Pyridine

érvthro-(V) thréo-(VI)

Ph,SnLi

(CH,),G-GHD-GHD-Br --- ». (CH, ) ,C-GHD-GHD-SnPh,

i J ippjp i i i

Br, CHGl-

thréo-(VII) érythro-(VIII)

(GH^)^C-CHD-GHD-SnBr^

AlkMgX EtgO ou THF

-► (CH^)^G-CHD-CHD-SnAlk^

érythro-(IX) érythro-(X)

II.1,1. Synthèse du deutério-1 diméthyl-3»3 butène-l-trans-(IV)

PCI (CH^)^G-.CO-GH^ ---

(I)

(CH^)^G-CCl2-SH^ KOH/EtOH ^ huile minérale (II)

l)Sia„BH/THP (CH.),G-C=G-H ------

^ 2)GH^G00D

(III)

H D

(IV) Les deux premières réactions n’offrent pas d'in­

térêt particulier et sont décrites dans la partie expéri­

mentale.Le diméthyl-3,3 butyne-l-(III) a été synthétisé en suivant la méthode de Puterbaugh et Newman •96

La monohydroboration des alkynes suivie d'une

acidolyse constitue une méthode sûre et commode d'obtention d'alkènes .L'agent d'hydroboration le plus couramment uti­97 lisé est le borane,hydrure de bore le plus simple,qui exis­

te sous forme de dimère,à l'état gazeux et en solution dans les solvants inertes °98.Néanmoins,il peut exister sous forme d'iin composé d'addition dans le tétrahydrofura- ne .99

Avec les alkynes terminaux,une réaction de dihy- droboration peut parfois se produire.Pour éviter cette ré­

action, on utilise lin réactif hydroborant stériquement en­

combré tel que le disiamylborane (Sia) (l)^'^'le 9-bora- bicvclo [3 f3,1]nonane (9-BBN)(2)^^^ou le "l,3»2-benzodioxa- borole"(3)^^^

CH,GH, I 3i 3

3 I I CH^OH^

B-H

Sia (1)

B-H

9-BBN (2)

cgC

(3) /^B-H

L'obtention d'oléfines-cis au départ des alkynes correspon­

dant implique que la réaction soit une addition-cis du lien bore-hydrogène sur la structure acétylénique suivie d'une

97 103 protolyse se déroulant avec rétention de configuration *

L'addition-cis du disiamylborane sur le diméthyl- 3,3 butyne-l-(III) dans le tétrahydrofurane,suivie de l'a- cidolyse par l'acide acétique 0-d du triorganoborane obte­

nu,nous a fourni le deutério-1 diméthyl-3,3 butène-1- trans-(IV).

II.1.2. Stéréochimie de la réaction de mercuridéboronation du tris(dideutério-l,2 diméthyl-3,3 butyl)borane-

érythro-(V) dans le tétrahydrofurane.

II.1.2.1. Obtention du tris(dideutério-l,2 diméthyl-3>3- butyl)borane érythro-(V).

Brown^^*^^^’^^^a pu montrer,à l’aide d'oléfines cycliques,que l'addition de la liaison bore-hydrogène à une double liaison est ime addition-cis.

Récemment,Bergbreiter et Rainville ont synthé- 105 tisédans le THF les tris(dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butyl)- borane-érythro et -thréo par réaction du complexe deutério- borane-sulfure de méthyle avec les deutério-1 diméthyl-3,3- butène-l-trans et -cis respectivement et les ont isolés.

Pour notre part,nous avons fait réagir le deutério- 1 diméthyl-3,3 butène-l-trans-(IV) avec [BD^ dans le tétra- hydrofurane.Etant donné ce que nous venons de voir,nous admettrons facilement que le tris(dideutério-l,2 diméthyl- 3,3 butyl)borane formé "in situ" est le dérivé érythro-(V)

(IV) addition-cis

\ / B

érythro-(V) Nous l'avons engagé immédiatement dans l'étape suivante de la synthèse: la réaction de mercuridéboronation.

1.1.2.2. Réaction de mercuridéboronation du tris(dideutério- 1,2 diméthyl-3,3 butyl)borane érythro-(V) dans le tétrahydrOfurane

Bien que la réaction des sels mercuriques sur les triaryl-et trialkylboranes ait été connue depuis longtemps dén'est qu’en 1970 que Larock et Brown en en- treprirent une étude plus systématique"^X08

Les organoboranes provenant d'oléfines terminales par hydroboration réagissent rapidement et quantitative­

ment avec l'acétate mercurique,à tempérarure ordinaire, dans le tétrahydrofurane pour donner les acétates d'alkyl- mercure correspondants.

3 R-CH=CH2 + BH^ —». (RCH2CH2)3B

3 Hg(0Ac)2 THF

3 RCH2CH2HgOAc + B(OAc)^

Gette réaction de mercuridéboronation se révèle être extrêmement sensible à l'encombrement stérique existant autour de l'atome de bore.En effet,dans le cas des alkyl boranes à groupes alkyles primaires,on a la séquence de réactivité suivante(4):

n-butyle > n-hexyle >iso-but.yle > diméthyl-3,3 butyle-1(4) Les organoboranes à groupes alkyles secondaires ne réagissent pas du tout dans les conditions douces dé­

crites ci-dessus.

Ils nécessitent de très longs temps de réaction et des températures plus élevées^^'^^^.De plus,deux seulement des trois groupes alkyles parviennent à être clivés.

^x\^B(OAc)p ^\^HgOAc

1

_A__fl

2

1

--- THF ---

Pour ces composés à groupes alkyles secondaires,il semble que l'on suive également une séquence stérique de réacti- vité(5) :

cvclo-pentvle> cvclo-hexvle> cvclo-octvle> sec-butvie> nor- bornyle (5) Gomme nous l'avons vu dans l'introduction générale (Tableau I.2.1.),les études stéréochimiques qui ont été consacrées aux trialkylboranes l'ont été.toutes, au départ de dérivés à groupes alkyles secondaires.il semble bien que,pour ces dérivés,la stéréochimie "normale" soit la ré­

tention de configuration^^'^^'^^au niveau du carbone su­

bissant la substitution à moins que l'on introduise dans le milieu réactionnel des entités fortement nucléophiles telles que des ions méth;^te auquel cas l'inversion devient prépondérante et la réaction s'accélère vivement.

Nous avons engagé le tris(dideutério-l,2 diméthyl- 3,3 butvl)borane-érvthro-(F) obtenu par l’étape précédente

(§11.1.2.1 p. 39) dans xme réaction avec l'acétate mercu- rique dans le tétrahydrofurane.Nous avons employé trois

équivalents du sel mercurique et suivi la procédure décrite par Brown^^^.L'acétate d'alkylmercure ainsi obtenu est trans-

formé en chlorure d'alkylmercure par l'addition d'une solu­

tion aqueuse de chlorure de sodium au milieu réactionnel.

Les chlorures d'alkylmercure sont en effet plus facilement raanipulables que leurs homologues acétate

B/

1) Hg(0Ac)2/THP 2) NaCl/H20

HgCl D

érythro-(V) thréo-(VI)

L'analyse RMN avec découplage des deutériums du chlorure de dideutério-1,2 diméthyl-3|3 butylmercure-(VI) obtenu nous révèle que c'est le dérivé thréo qui a été for­

mé et ceci à plus de est caractérisé par une constan­

te de couplage J(HJdH)= 5,5Hz^^(Figure II.l/l).

Nous pouvons donc affirmer que la mercuridéboro- nation de [(CH^ ) ^0-CHD-CHD] ^B-(V) dans le THF se fait avec

J J -^lli 114

inversion de configuration ' ,

Ce résultat a depuis lors été confirme par les travaiix de Bergreiter et Rainville .En effet,ceux-ci 105

ont soumis les composés érythro-(V) et thréo-(V) en solution dans le tétrahydrofurane à l'action de l'acétate mercuri- que d'une part et du brome en présence d'ions méthylate d'autre part.

Dans les deux cas,ils obtiennent une inversion de configu­

ration prédominante au niveau du carbone,et plus de 95^ d'inversion respectivement.

Br

C(CH3)3 érythro-(VII)

Br

CCCH^)^

thréo-(VII)

Br2/THP MeO“/MeOH

\ / B

érythro~(VI) HgGl

thréo-(VI)

Figure II.l/l : Spectre RMN à 90 MHz avec découplage des deu- tériums du proton -GHDC(CH3)3de

(GH3)^GGHDGHDHgGl-thréo-(VI).

(lcm=2,8Hz)

thréo

En ce qui concerne la mercuridéboronation,nous voici donc en présence de deux stéréochimies différentes selon qu'il s'agit d'alkylboranes à groupes alkyles secon- daires^^*^^ou primaires^*^^*^^^,la rétention étant le lot des premiers et l'inversion celui des seconds.

Quelle pourrait-être la cause de ce changement?

Gomme Bergreiter et Rainville,nous sommes tentés d'expliquer ces faits par la sensibilité de la réaction aux effets stériques du groupe subissant la substitution.

En effet,on ne peut s'empêcher de constater le parallélis­

me qui existe entre la différence flagrante de réactivité des groupes alkyles secondaires æt primaires vis-à-vis des électrophiles,qui semble être d'origine stérique,d'\me part et la différence de comportement stéréochimique entre ces deux types de dérivés.

Dans le cas de la bromodéboronation du triexo- norbonylborane,1a présence d'un nucléophile puissant MeO~

dans le milieu provoque vxie augmentation de la réactivité et un changement de la stéréochimie.On obtient en effet une inversion de

Dans les mêmes conditions ,1e trialkylborane-(V) à groupes alkyles primaires réagit avec plus de 95% d'

inversion.Malheureusement,étant donné que l'expérience n'a pas été réalisée également en l'absence d'ions méthylate, on ne peut savoir si l'obtention de cette inversion quasi- complète est le fait de la présence de ces particules nu- cléophiles ou de la nature primaire des groupes alkyles substitués.

Au point de vue du mécanisme,l'inversion de con­

figuration obtenue en absence de nucléophile dans le cas

des alkyles primaires démontre que l'on ne passe pas par un état de transition cyclique avec catalyse nucléophile prédéterminante comme il avait été proposé pour l'acidoly- se des alkylboranes^^(6) mais par un état de transition ouvert avec attaque de 1'électrophile "par derrière"(7).

(6) (7)

Pourquoi,dés lors,envisagerions-nous qu'une telle catalyse nucléophile de la part du réactif électrophile existe dans le cas des alkylhoranes à groupes alkyles sec- ondaires^?La rétention de configuration obtenue pour ces dérivés en absence d'ion méthylate,et ceci aussi bien dans le cas de la bromodéboronation que dans celui de la mercuri- déboronation,peut très bien être visualisée par le mécani­

sme ouvert suivant (8)

a-)

(

)

'E--- N

Dans les mêmes conditions,les groupes alkyles secondaires réagissent d'ailleurs beaucoup plus lentement que les al­

kyles primaires.On voit donc mal le rôle d'une catalyse éventuelle•

La présence d'ions méthylate engendre un effet catalyseur et \me inversion prédominante.Selon Brown , 42 ces conséquences seraient due à \ine augmentation de la densité électronique sur le carbone,ce qui provoquerait

une facilité accrue de la rupture de la liaison carbone- bore et une attaque "par derrière" de la part de l'électro- phile.

Néanmoins,on ne voit pas clairement pourquoi l'accroisse­

ment de la densité électronique sur le carbone subissant la substitution favoriserait l'inversion de configuration plutôt que la rétention.

Dans le cas des alkylboranes à groupes alkyles secondaires on pourrait peut-être penser que l'encombrement stérique accru du groupe partant par la complexation de l'atome de bore défavorise l'attaque frontale caractéristique de ces groupes.

Cependant,dans l'état actuel des connaissances et en l'absence d*études cinétiques plus élaborées visant à analyser le rôle du solvant,un éventuel effet sel,l'influ­

ence de la nature du réactif électrophile,etc...,il serait vain,croyons-nous,d'essayer davantage de trouver une ration- nalisation plus complète à toutes ces observations qui

semblent,au premier abordjquelque peu contradictoires.

II.1.3. Stéréochimie de la réaction de bromodémercuration du chlorure de dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butyl- mercure-thréo-(VI) dans la pyridine.

Jensen et coll. ont montré que dans les solvants non polaires tel que CS^yla bromodémercuration se fait par xm mécanisme radicalaire non stéréospécifique.

Dans la plupart des autres solvants,on assiste à une com­

pétition entre ce mécanisme radicalaire et un mécanisme

polaire.Enfin,dans la pyridine,seul le mécanisme polaire sub­

siste.Le résultat stéréochimique de ce processus polaire est la rétention de configuration (Tableau II.l.l.).

Tableau II.l.l : Stéréochimie de la bromolyse des bromures de méthyl-4 cyclohexylmercure (A) et de

16 IT sec-butylmercure (B) dans la pyridine * .

RHgBr io Rétention toc

Trans-(A) 100 25

Cis-(A) 100 25

(-)-(B) 86 0

(+)-(B) 99,7 -45

Toutes ces études et d'autres plus récentes8,14,18 les corroborant ont été effectuées sur des alkylmercures à groupe alkyle secondaire soit optiquement actifs soit cycliques à isomérie cis-trans.

Une étude sur un composé à groupe alkyle primaire manquait.

La réaction du chlorure de diteutério-1,2 dimé- thyl—3,3 butylmercure-thréo-(VI) avec le brome dans la py- ridine,à 0°G,nous a fourni le bromo-l-dideutério-1,2 dimé- thyl-3,3 butane-thréo-(VII) caractérisé par ixne constante de couplage vicinale J(HCOH) = 5,2Hz^^^.Le spectre RMN nous révèle la présence d’environ 8fo du dérivé érythro dont la constante de couplage J(HCGH) est de 12,lHz (Figure II.1/2)

HgGl

Pyridine

92fo 8^

La réaction de bromodémercuration de (CH^)^GCHD' GHDHgGl--thréo-(VI) dans la pyridine s'effectue donc avec plus de 90fo de rétention de configuration.

thréo érythro

Figure H.l/2 : Spectre HWIN à 90 MHz avec découplage des deutériums du proton -GHDC(CH^)^ de (CH^)^GCHDGHDBr- thréo-(VII)» (lcm=2,8Hz)

II.1.4. Stéréochimie de la réaction de débromostannylation du bromo-1 dideutério-l,2 diméthyl-3,3 butane-

thréo-(VII) avec le triphénylstannyllithium dans le t étrahydrofurane.

La réaction des sels des métaux alcalins de divers anions métalliques avec les halogénures d'alkyle est deve­

nue une méthode standard d'obtention de la liaison carbone- métal.

R^MM' + R'X --- » R^MR* + M'X M= Si,Ge,Sn,Pb ; M'= Li,Na,K ; X= 01,Br,I.

Plusieurs études sur la stéréochimie de ces réactions ont été publiées et quelques mécanismes proposés.

Sisido et coll. trouvent une rétention de con­53a figuration pour la réaction du (S)-(+)-bromo-1 méthyl-1- diphényl-2,2 cyclo-propane-(9) avec le triméthylstannyl- lithiura dans le tétrahydrofurane et ils écrivent:

Ph Ph (9)

Me^SnLi

THF Ph Ph

+LiBr

Zimmer et Bayless observent tantôt une inversion 115 tantôt une rétention prédominante dans le cas de molécules à squelette stéroïdique substitués en 3 par un halogène

(Cl,Br ou I)(10).

(

)

Des réactions de triméthylstannylation des bromo- 7 norbornènes-syn et -anti (11) ont été réalisées dans deux laboratoires.

Roberts et coll.^^^trouvent ime inversion de configuration pour la réaction du composé syn-(ll) avec Me^SnNa dans l'ammoniac liquide i

syn-(ll)

Kuivila et coll. 'ont étudié l'influence de la nature des 117 métaux alcalins et du solvant sur la stéréochimie(Tableau II.1.2).

Tableau II.1.2 : Stéréochimie de la réaction des bromo-7- norbornènes-syn et -anti-(11) avec Me^SnM.

Isomère Me^SnM ^ RET

THF DME THP/TG

syjç-(ll) Li 16 3 3

Na 90 19 9

K 53 82 4

anti-(ll) Li 96 98 99

Na 85 93 96

K 79 92 96

DME=Dimethoxy-l,2 éthane;TG=Tétraglyme(CH^0CH2CH20CH20H2)^0

Ils font remarquer qu'il existe une forte contrainte dans le bromure-anti-(ll) (relativement au bromure-s^) qui joue à l’encontre de l'inversion de configuration.Lorsque l'inversion prédomine,les auteurs proposent un mécanisme S„2.

Le bromo-1 t-butyl-4 cvclo-hexane-cis réagit avec rétention de configuration en présence de triméthylstannyl- lithium dans le tétrahydrofurane tandis que le tosyloxy-1- trans le fait avec inversion dans les mêmes conditions.

Il y a rétention pour les trois composés suivants,

ce qui ne semble pas très étonnant.

Les auteurs proposent plusieurs mécanismes : une Sj^2 sur IX 8 carbone lorsqu'il y a inversion,une Sj^2 sur halogène lors­

qu'il y a rétention et im processus radicalaire dans le cas d'une racémisation,ces mécanismes pouvant être repré­

sentés concurremment en proportions variables au sein d'une même réaction suivant les caractéristiques des réactifs mis en présence.

Dans la série des composés acycliques,Jensen et Davis^^^ont obtenu de 70 à 90^5 d'inversion de configuration pour la réaction des iodure,'bromure et chlorure de butyle secondaire optiquement actifs avec le triphénylstannylso- dium dans le diméthoxy-1,2 éthane:

(-) (-) Ph^Sn + (S)-(+)-s-B\iX---► (R)-(-)-s-BuSnPh^ +X Ils proposent un mécanisme Spj2

Rahm fait de même après avoir étudié l'influence de la nature du solvant et des réactifs sur la stéréochimie de la réaction des halogénures de butyle secondaire opti­

quement actifs avec les triméthylstannyl-lithium et -sodium.

Il observe,dans tous les cas,une inversion de configuration mais il attire également l'attention sur le fait que "la sélectivité subit d'importantes variations en fonction des modes opératoires utilisés et des réactifs".

56

Enfin,1'action du triméthylstannyllithium sur le bromo-1 dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butane-érvthro se sol- de par une inversion prédominante120

érythro thréo 80^ érythro 20^

Le mélange des diastéréoisomères obtenu dans l'étape précédente et contenant 92?^ de bromo-1 dideuté­

rio-1,2 diméthyl-3,3 butane-thréo-(VII) et 8^ de dérivé érvthro-(VII),a été mis en présence de triphénylstannyl- lithium dans le tétrahydrofurane.

Le spectre RIVIN avec découplage des deutériums du triphényl(dideutério-1,2 diméthyl-3,3 butyl)étain-(VIII) obtenu montre deux spectres AB superposés avec

J ,ervthro= 14,5 Hz et J

thréo' 4,2 Hz dans le rapport 8,5:1,5 (Figure II.1/3).

(lcm=2,8Hz)

•AT'

I I thréo

I érythro Figure H.l/3 : Spectre RMN à 90 MHz avec découplage des

deutériums des protons -OHDGHD- de (CH^)^CGHDGHDSnPh^- érythro et -thréo-(VIII)(8,3:li5)«

Il apparaît donc que cette réaction de stannylation se dé­

roule avec au moins 90fo d'inversion de configuration au niveau du carbone substitué^^^

Br Br

.D H

thréo-(VII) érythro-(VII)

92fo 8'fo

érythro-(VIII) thréo-(VIII)

83'fo 15^

Ge résultat confirme celui de Whitesides , pour la réaction du triméthylstannyllithium avec le même bromure organique,tout en lui étant légèrement supérieur.

En effet,au vu de ces deux expériences analogues,il semble­

rait que la réaction de stannylation soit plus stéréosé- lective avec le triphénylstannyllithium {90t d'inversion) qu'avec le triméthylstannyllithium (80^ d'inversion).

De plus,malgré la mise en oeuvre du même mode opératoire 129 les rendements que nous avons obtenus —de l'ordre de 80’fo- sont supérieurs à ceux obtenus par V/hitesides avec le Me^SnLi comme agent de stannylation (50?5).

Si l'on considère,enfin, tous les résultats sté- réochimiques se rapportant à ce type de réaction,il semble que nous puissions conclure en disant que la stéréochimie privilégiée de la réaction de déhalogénostannylation des halogénures d'alkyle à l'aide des sels des métaux alcalins des anions triorganostanniques est l'inversion de configu­

ration pourvu qu'il n'existe pas de contraintes trop impor­

tantes au sein de la molécule organique de départ.

120

II.1.5. Synthèse des trialkyl(dideutério-l,2 diméthyl-3,3- butyl)étains-(X)•

"Les arylétainsjde formule générale Ar^SnR^ ^ (1< n<4),réagissent aisément avec les réactifs électro- philesjle groupe expulsé le premier étant toujours (sauf

Orj

lorsque R=allyle) le radical aromatique"

Nous nous sommes servi de cette propriété remar­

quable des arylétains pour transformer le triphényl(dideu- tério-1,2 diméthyl-3»3 butyl)étain-(VIII) en ses dérivés trialkylés correspondants.Nous avons tout d'abord effectué une substitution des trois groupes phénylespar le brome

puis avons engagé le dérivé tribromé obtenu dans des réac­

tions avec les réactifs de Grignard appropriés.

II.1.5.1. Synthèse du tribromure de dideutério-1,2 dimé­

thyl-3, 3 butylétain-(IX).

(CHj.C-GHD-JHD-SnPh, ---► (CH. ) ,G-GHD-CHD-SnBr,

^ ^ ^ GHGl^ ^

(VIII) (IX)

Alors que dans le GGl^ on n'obtient que le déri­

vé dibromé malgré le maintien à reflux du mélange réaction' nel pendant plusieurs heures,la bromodéstannylation du mé­

lange érythro;thréo (8,5:1,5) du triphényl(dideutério-l,2- diméthyl-3,3 butyl)étain-(VIII) dans le GHGl^ nous a four-