Fonctionnalisation de liaisons C-H en milieu superacide

Functionalization of C-H bond in superacid

• Auteur / Autrice : Maxime Artault
• Direction : Sébastien Thibaudeau, Agnès Martin-Mingot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance le 04/11/2021
• 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 : Elisabet Duñach-Clinet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Thibaudeau, Agnès Martin-Mingot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Leroux, Philippe Jubault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liaisons carbone sp3-hydrogène

Azote -- Composés organiques

Superélectrophiles

Fluor

Superacides

Mots clés libres

Fluor

Superacide

Superélectrophiles

Composés azotés

Activation de liaisons C-H

Fluorine

Superacid

Superelectrophile

Nitrogen-Containing compounds

C-H bonds functionalization

Résumé

Au cours de ces dernières années, l’exploitation de la fonctionnalisation de liaisons C-H a beaucoup progressé. Cette méthodologie devient l’un des principaux challenges en chimie organique du fait de sa sélectivité et des opportunités de synthèse qu’elle propose notamment pour la fonctionnalisation tardive de molécules élaborées. Dans le cadre de cette thèse, l’exploitation de conditions superacides pour la fonctionnalisation de liaisons C-H a été étudiée. En effet, certains composés agissent comme des superélectrophiles dans ces conditions et peuvent fonctionnaliser des liaisons C-H de molécules organiques ou réagir avec des nucléophiles faibles (fluorures, composés aromatiques).La première partie porte sur l’activation et la fonctionnalisation de liaisons Csp3-H désactivées à l’aide de CCl4. Ce dernier s’active dans les conditions superacides et permet de générer des carbocations qui sont ensuite fonctionnalisés par divers nucléophiles. Des études RMN in situ à basse température ont permis de mettre en évidence le rôle d’un dication de type ammonium-carbénium comme intermédiaire clé. En deuxième partie, la réactivité de superélectrophile de type ammonium-carbénium en milieu HF/SbF5 a été étudiée puis exploitée sur des dérivés de sulfonamides et d’amines insaturés permettant d’accéder à des pyrrolidines ou à des composés fluoroalkylés. La méthode a été développée sur des substrats simples jusqu’à des composés à haute valeur ajoutée. Finalement, une méthode de 1,1-difluoroéthylation régiosélective et directe sur des composés aromatiques azotés en milieu HF/SbF5 en présence de trichloroéthane a été développée. Des composés élaborés ont pu être fonctionnalisés avec succès.

In recent years, the exploitation of the functionalization of C-H bonds has made great progress. This methodology is becoming one of the main challenges in organic chemistry due to the selectivity and synthetic opportunities it offers, especially for late-stage functionalization.The exploitation of superacidic conditions for the functionalization of C-H bonds was investigated. Under these conditions, superelectrophiles can activate C-H bonds of organic molecules or react with weak nucleophiles (fluorides deactivated, aromatic compounds).The first part of this thesis deals with the activation and functionalization of deactivated Csp3-H bonds using CCl4. This reagent is activated under superacid conditions and can generate carbocations which are functionalized by various nucleophiles. Low temperature in situ NMR studies have demonstrated the role of an ammonium-carbenium dication as a key intermediate.In the second part, the reactivity of ammonium-carbenium superelectrophiles in HF/SbF5 was studied and then exploited on unsaturated sulfonamide and amine derivatives allowing direct access to pyrrolidines or fluoroalkyl compounds. This method has been applied to the functionalization of simple substrates as well as elaborated compounds.In a last part, a regioselective and direct 1,1-difluoroethylation method on nitrogen-containing aromatic compounds in HF/SbF5 in the presence of trichloroethane was developed. Molecules of biological interest have been functionalized with success.