Réactivité des pentafluorosulfanylalcènes en conditions superacides et synthèse énantiosélective catalysée au rhodium de cyclopropanes fonctionnalisés

Reactivity of pentafluorosulfanylalkenes in superacidic conditions and rhodium-catalyzed enantioselective synthesis of functionalized cyclopropanes

• Auteur / Autrice : Ling Chen
• Direction : Philippe Jubault, Jean-Philippe Bouillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Thibaudeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Jubault, Jean-Philippe Bouillon, Sébastien Thibaudeau, Philippe Bertus, Benoit Crousse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Bertus, Benoit Crousse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs métalliques

Fluorine

Cyclopropane

N-Bromo-succinimide

Électronégativité

Fluoroalcènes

Superacides

Mots clés libres

Pentafluorosulfanylalcènes

Cyclopropyl alkyl arylsulfone

Trifluorométhyl cyclopropane

Pentafluorosulfanylalkene

Superacid

Cyclopropyl alkyl arylsulfone

Trifluoromethyl cyclopropane

Résumé

Le groupe pentafluorosulfanyle (SF₅), qui a un encombrement stérique important, une électronégativité élevée, une lipophilicité importante ainsi qu’une bonne stabilité thermique et chimique, a attiré de plus en plus l'attention des scientifiques ces dernières années. Étant donné que presque tous les exemples dans la littérature de molécules contenant du SF₅ biologiquement actives sont limités à des cycles aromatiques substitués, l'incorporation du groupe SF₅ dans des composés aliphatiques est une tâche plus difficile. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé la première méthode de synthèse de dérives de type γ-bromo-β-hydroxyl-SF₅ contenant un groupe phtalimide à partir de pentafluorosulfanylalcènes et de N-bromosuccinimide dans des conditions superacides. Un mécanisme proposé montre que la réaction de bromation des composés N-allyliques SF₅ repose sur le fort caractère électrophile de l'ion carbénium formé dans le milieu superacide. Compte tenu de la tolérance limitée pour l’exemplification de la réaction, nous avons arrêté ce projet SF₅ pour nous concentrer sur un autre projet consacré à la synthèse asymétrique de cyclopropanes fonctionnalisés. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons développé la première méthode générale de synthèse catalytique énantiosélective de cyclopropyl alkyl arylsulfones. La méthode, utilisant Rh₂ (S-BTPCP)₄ ou Rh₂ (R-BTPCP)₄ comme catalyseur, a permis la décomposition de composés diazoïques donneurs-accepteurs (α-phényldiazoacétate d'éthyle) ou de composés diazoïques di-accepteurs (α-cyanodiazoacétate et 2-diazo-3,3,3-trifluoropropanoate) en réaction avec diverses arylsulfones allyliques et a donné les cyclopropanes fonctionnalisés correspondants avec des rendements bons à élevés (jusqu'à 94%) avec d'excellentes diastéréosélectivités (jusqu'à >20:1) et d'excellentes énantiosélectivités (jusqu'à 99%). De plus, les composés diazoïques di-accepteurs (α-cyanodiazoacétate et 2-diazo-3,3,3-trifluoropropanoate) ont démontré leurs compatibilités avec les α-benzoylstyrènes substitués et ont conduit aux cyclopropyl carboxylates substitués par un groupe cyano ou trifluorométhyle correspondants avec des rendements élevés (jusqu'à 89%) avec de bonnes diastéréosélectivités (jusqu'à 97:3) et d'excellentes énantiosélectivités (jusqu'à 95%). Cette étude a démontré l’importance de la présence d’un groupe carbonyle sur l’alcène initial pour un bon contrôle de la diastéréosélectivité et de l’énantiosélectivité. Des études complémentaires notamment par calculs DFT sont actuellement en cours.

The pentafluorosulfanyl group (SF₅), which has significant steric hindrance, high electronegativity, high lipophilicity, a good thermal and chemical stability, has attracted more and more attention from scientists in recent years. Since almost all examples in the literature of biologically active molecules incorporating a SF₅ group are limited to SF₅-substituted aromatic rings, its incorporation into aliphatic compounds is highly challenging. In the first part of this thesis, we developed the first method for the synthesis of γ-bromo-β-hydroxyl-SF₅ derivatives containingphthalimide using pentafluorosulfanylalkenes and N-bromosuccinimide in superacidic conditions. A proposed mechanism demontrates that the bromination reaction of N-allylic SF₅ compounds is based on the strong electrophilic character of the carbenium ion formed in the superacid media. Considering the limited scope tolerance for the reaction, we stop this SF₅-project to concentrate to another project dedicated to the asymmetric synthesis of functionated cyclopropanes. In the second part of this thesis, we developed the first general method for the catalytic asymmetric synthesis of cyclopropyl alkyl arylsulfones. The method, using Rh₂ (S-BTPCP)₄ or Rh₂ (R-BTPCP)₄ as catalysts, allowed the decomposition of donor-acceptor diazo compounds (ethyl α-phenyldiazoacetate) or di-acceptor diazo compounds (α-cyanodiazoacetate and 2-diazo-3,3,3-trifluoropropanoate) in reaction with various allylic arylsulfones and afforded the corresponding functionalized cyclopropanes in good to high yields (up to 94%) with excellent diastereoselectivities (up to >20:1) and excellent enantioselectivities (up to 99%). In addition, the di-acceptor diazo compounds (α-cyanodiazoacetate and 2-diazo-3,3,3-trifluoropropanoate) were also well compatible with substituted α-benzoylstyrenes and affording the corresponding cyano or trifluoromethyl substituted cyclopropanes in high yields (up to 89%) with good diastereoselectivities (up to 97:3) and excellent enantioselectivities (up to 95%). From the scope of the reaction, the carbonyl group installed on the alkene plays an important role for the diastereo- and enantiocontrol. Further investigations will be carried out using DFT calculations in order to understand this phenomenon.