Conception en milieu superacide de dications chiraux pour la synthèse de composés fluorés et/ou hétérocycliques azotés

Design of chiral dications in superacid : synthesis of fluorinated and/or heterocyclic nitrogen-containing compounds

• Auteur / Autrice : Thomas Cantin
• Direction : Sébastien Thibaudeau, Agnès Martin-Mingot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance le 24/10/2019
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, écologie, géosciences et agrosciences Théodore Monod (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....) - Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers / IC2MP
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Jean-Antoine Rodriguez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Thibaudeau, Agnès Martin-Mingot, Joanna Wencel-Delord
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Brigaud, Thierry Billard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Superacides

Fluor -- Composés organiques

Chiralité

Cations

Liaisons carbone-hydrogène

Activation (chimie)

Mots clés libres

Superacide

Superélectrophile

Cation chiral

Fluoration stéréosélective

Études mécanistiques

Activation de liaisons CH

Superacid

Superelectrophile

Chiral cation

Stereoselective fluorination

Mechanistic studies

CH bonds activation

Résumé

Grâce à leurs fortes acidités, les milieux superacides permettent d’accéder par polyprotonation à des intermédiaires superélectrophiles polycationiques, capables d’être piégés par des nucléophiles très faibles. Ces espèces très réactives ont permis de développer des méthodologies de synthèse sans équivalent en conditions « classiques ».Dans la première partie de ce travail, la conception de cations chiraux dans le milieu HF/SbF5 en vue de leur exploitation pour des réactions stéréocontrôlées a été étudiée. Les superélectrophiles de type ammonium-carboxonium chiraux ainsi générés ont pu être observés par des expériences RMN in situ à basse température et analysés par diffraction de rayons X de monocristaux. La réactivité de ces espèces a pu être évaluée dans le cadre de réactions d’hydrofluoration et de cyclisations de type Friedel-Crafts diastéréosélectives.En deuxième partie, l’activation superélectrophile d’alpha-aminonitriles a permis de développer une nouvelle réactivité de ces composés. La formation de dications ammonium-nitrilium a été mise en évidence par des analyses RMN in situ à basse température et par cristallisation dans le milieu HF/SbF5. Cette nouvelle méthodologie a permis la synthèse de pipéridinones insaturées chirales inédites à partir de dérivés d’acides aminés.Enfin, les résultats préliminaires d’une nouvelle méthodologie d’activation de liaison Csp3-H inerte sont présentés dans une troisième partie. A partir de sulfonamides insaturées, des composés hétérocycliques azotés ont pu être synthétisés sélectivement en conditions superacides HF/SbF5 sans activateur externe.

Thanks to their exceptional acidity, superacid allow access to polycationic superelectrophiles by polyprotonation. These highly reactive species are capable of being trapped by very weak nucleophiles and can be used to develop new synthetic methodologies that do not exist under “classical” conditions.In the first part of this work, the design of chiral cations in HF/SbF5 media for their exploitation for stereocontrolled reactions was studied. The generated chiral ammonium-carboxonium superelectrophiles could be observed by low temperature in situ NMR experiments and analysed by X-ray diffraction of single-crystals. The reactivity of these species could be evaluated in the context of diastereoselective hydrofluorination reactions and Friedel-Crafts type cyclizations.In a second part, the superelectrophilic activation of alpha-aminonitriles allowed to develop a new reactivity of these compounds. The formation of ammonium-nitrilium dications was demonstrated by in situ NMR analysis at low temperature and crystallization in superacidic conditions HF/SbF5. This new methodology allowed the synthesis of novel chiral unsaturated piperidinones from amino acid derivatives.Finally, preliminary results of a new methodology of inert Csp3-H bonds functionalisation are presented in a third part. From unsaturated sulfonamides, nitrogen-containing heterocyclic compounds could be selectively synthesized under HF/SbF5 superacidic conditions without external activator.