Les ions sulfinates en organocatalyse : utilisation pour de nouvelles applications d’allènes en synthèse

Sulfinate ions in organocatalysis : new applications of allenes in synthesis

• Auteur / Autrice : Thomas Martzel
• Direction : Stéphane Perrio, Jean-François Brière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Rouden
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Perrio, Jean-François Brière, Jacques Rouden, Françoise Colobert, Arnaud Voituriez, Norbert Hoffmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Colobert, Arnaud Voituriez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse par transfert de phase

Synthèse asymétrique

Méthodologie

Organocatalyse

Résumé

Les travaux, décrits dans ce manuscrit de thèse, concernent l’exploitation d’ions sulfinates (RSO2–), comme bases de Lewis originales en organocatalyse. Nous avons choisi de valoriser cette espèce catalytique, dans des réactions impliquant principalement des allényl sulfones. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à des cycloadditions formelles [3+2], apparentées à la réaction de Padwa. Nous avons développé une version énantiosélective avec des imines activées comme partenaires électrophiles. La stratégie de synthèse asymétrique est basée sur l’utilisation inédite d’une paire d’ion coopérative sulfinate–ammonium énantiopur (RSO2– R4N*+). Les pyrrolines cibles ont été obtenues avec des excès énantiomériques modérés, allant jusqu’à 41%. Nous avons également réalisé le premier exemple de la réaction de Padwa, à partir d’accepteurs de Michael β–substitués non cycliques. Les électrophiles sont alors des (arylidène)– et (alkylidène)malononitriles. Les méthodologies développées avec les allényl sulfones alpha et gamma substituées, en plus de l’allène parent, ont permis d’obtenir une librairie de cyclopentènes chiraux polysubstitués (plus de 30), avec des rendements allant jusqu’à 99%. Dans un second temps, nous avons développé une méthodologie inédite, alternative à la réaction de Padwa, conduisant à la formation d’alcynes sulfonylés chiraux (centre stéréogène quaternaire en position propargylique), à partir d’allényl sulfones α–substituées et d’accepteurs de Michael. Plus d’une vingtaine d’alcynes cibles, incluant des versions diastéréosélectives, a ainsi été obtenue avec des rendements allant jusqu’à 99%. L’extension de la méthodologie aux allénoates α–substitués a également été réalisée avec succès.

This PhD work concerns the use of sulfinate salts (RSO2–), as original Lewis bases in organocatalysis. More precisely, we focussed our attention on catalytic processes involving allenyl sulfones. Our investigation began with formal [3+2] cycloadditions, related to the Padwa reaction. In this context, we developed an enantioselective version, with activated imines as the electrophilic partners. Our asymmetric concept was based on the unprecedented use of a sulfinate–enantiopure ammonium (RSO2– R4N*+) cooperative ion pair. The targeted pyrrolines were obtained with ee up to 41%. We also described the first example of a Padwa reaction involving acyclic β–substituted Michael acceptors. The electrophiles are arylidene or alkylidene malononitriles. The methodologies we developed with alpha and gamma substituted allenyl sulfones, and also with the parent congener, allowed the isolation of a collection of polysubstituted chiral cyclopentenes (more than 30), with yields up to 99%. Furthermore, we developed an unprecedented methodology, complementary to the Padwa reaction. The reaction of α–substituted allenyl sulfones and Michael acceptors led to chiral sulfonyl alkynes (quaternary stereogenic centre at the propargylic position). More than twenty targeted alkynes, including diastereoselective versions, were thus obtained with yields up to 99%. The methodology was also successfully extended to α–substituted allenoates.