Couplage croisé réducteur catalysé au cobalt entre C-hétéroatome (S, N, O, X) Électrophiles à construire Obligations Csp3-Csp2 et Csp3-Csp3

Cobalt-Catalyzed Reductive Cross-Coupling between C- Heteroatom (S, N, O, X) Electrophiles to Build Csp3-Csp2 and Csp3-Csp3 Bonds

• Auteur / Autrice : Mengyu Gao
• Direction : Corinne Gosmini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 25/09/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Moléculaire (Palaiseau ; 2014-....) - Laboratoire de chimie moléculaire / LCM
• Jury : Président / Présidente : Paul Knochel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Gosmini, Virginie Vidal, Muriel Durandetti, Laurent El Kaïm, Hegui Gong
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Vidal, Muriel Durandetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réduction (chimie)

Cobalt

Mots clés libres

Réductions

Couplages

Cobalt

Reductived

Cobalt-Catalyzed

Cross-Coupling

Résumé

Premièrement, les électrophiles C-S représentés par des sels de benzylsulfonium ont démontré la possibilité de construire des liaisons Csp3-Csp2/Csp3-Csp3 dans un système de couplage croisé réducteur catalysé par Co-Mn. Dans le chapitre I, divers diarylméthanes fonctionnalisés ont été synthétisés par différents sels de benzylsulfonium et bromures d'aryle avec des rendements bons à excellents dans des conditions douces. Cette méthode fournit une alternative simple pour obtenir des composés diarylméthane via le clivage de la liaison C-S par un catalyseur Co. Il tolère une grande variété de fonctionnalités EDG et EWG. Dans le chapitre II, des sels de benzylsulfonium ont été utilisés pour explorer la formation de liaisons Csp3-Csp3 et surmonter ce défi. Les résultats expérimentaux ont démontré que divers sels de benzylsulfonium étaient de bons partenaires pour la construction de liaisons Csp3-Csp3 avec des iodures d'alkyle non activés via un couplage croisé réducteur co-catalysé. Divers iodures d'alkyle primaires ou secondaires fonctionnalisés ont été couplés avec différents sels de benzylsulfonium portant des groupes donneurs ou attracteurs d'électrons conduisant aux produits souhaités avec des rendements modérés à bons dans des conditions douces. À notre connaissance, il s'agit du premier rapport utilisant des sels de sulfonium dans des réactions co-catalysées pour construire des liaisons Csp3-Csp3 avec des iodures d'alkyle non activés. De plus, des études mécanistes ont démontré les générations de radicaux benzyle et alkyle à partir de sels de benzylsulfonium et d'iodures d'alkyle, respectivement. Dans le chapitre III, des partenaires électrophiles non halogénés ont été utilisés pour réaliser la formation de liaisons Csp3-Csp3, des électrophiles actifs Callyl-O, qui ont été utilisés pour construire des liaisons Csp3-Csp3 avec des bromures d'alkyle par le catalyseur Co, ont été utilisés à la place des halogénures d'alkyle. Les acétates d'allyle ou l'éther pourraient être couplés avec des sels de benzylsulfonium conduisant à divers composés alkyloléfiniques fonctionnalisés par couplage croisé réducteur co-catalysé. Les expériences ont été menées dans des conditions douces et ont livré les produits de couplage croisé avec des rendements modérés à bons. Ces réactions ont utilisé pour la première fois deux électrophiles non halogénés dans la formation de liaisons C-C par couplage croisé réducteur co-catalysé. Il s'agit également du premier rapport utilisant l'allyl alkyl éther pour construire une liaison C-C dans un couplage croisé réducteur. Des études mécanistiques ont démontré les générations de radicaux benzyle à partir de sels de benzylsulfonium. Les électrophiles moins CN comme les sels de benzyl pyridinium sont bien développés et utilisés comme une excellente alternative pour la construction de liaisons Csp3-Csp3 avec les électrophiles Callyl-O via une croix réductrice co-catalysée. couplage au chapitre IV. Divers sels de benzyl pyridinium fonctionnalisés couplés à des acétates d'allyle substitués ont conduit à des dérivés d'allyl benzyle dans des conditions douces avec des rendements modérés à bons uniquement par catalyseur au Co. Il convient de mentionner que les sels de benzylpyridinium peuvent réagir avec les acétates d'allyle substitués soit en position terminale, soit en position α. De plus, les sels de benzyl pyridinium pourraient également se coupler avec l'allyl méthyl éther et donner de bons rendements. Il s'agit du premier rapport utilisant l'allyl alkyl éther dans le couplage croisé pour construire une liaison Csp3-Csp3 avec des sels de benzyl pyridinium dans le couplage croisé réducteur catalysé par un métal de transition. Des études mécanistiques ont démontré les générations de radicaux benzyl à partir de sels de benzyl pyridinium.

First, C-S electrophiles represented by benzyl sulfonium salts which are stable and readily available from alcohols, have demonstrated the potentiality for constructing Csp3-Csp2/Csp3-Csp3 bonds in Co-Mn catalyzed reductive cross-coupling system.In Chapter I, various functionalized diarylmethanes was synthesized by different benzyl sulfonium salts and aryl bromides in good to excellent yields under mild conditions. This method provides a simple alternative way to get diarylmethane compounds via C-S bond cleavage by a Co catalyst. It tolerates a wide variety of functionalities with electron-donating and electron-withdrawing groups. While compared to well-developed Csp3-Csp2 and Csp2-Csp2 bond formation, the Csp3-Csp3 bonds, as ubiquitous linkages in a range of natural products and pharmaceuticals, remain challenging in synthesis. Thus, in Chapter II, the benzyl sulfonium salts were used to explore the Csp3-Csp3 bond formation and overcome this challenge. Experimental results have demonstrated that various benzyl sulfonium salts were good partners for constructing Csp3-Csp3 bonds with unactivated alkyl iodides via a Co-catalyzed reductive cross-coupling. Various functionalized primary or secondary alkyl iodides were coupled with different benzyl sulfonium salts bearing electron-donating or electron-withdrawing groups leading to desired products in moderate to good yields under mild conditions. To our knowledge, it is the first report using sulfonium salts in Co-catalyzed reactions to build Csp3-Csp3 bonds with unactivated alkyl iodides. Moreover, the mechanistic studies demonstrated the generations of benzyl and alkyl radicals from both benzyl sulfonium salts and alkyl iodides, respectively. In Chapter III, non-halogenated electrophilic partners were used to achieve the Csp3-Csp3 bond formation, the active Callyl -O electrophiles, which were used to construct Csp3- Csp3 bonds with alkyl bromides by Co catalyst, was used instead of alkyl halides. Either allylic acetates or ether could be coupled with benzyl sulfonium salts leading to various functionalized alkyl olefinic compounds through Co-catalyzed reductive cross-coupling. The experiments were conducted under mild conditions and delivered the cross-coupling products in moderate to good yields. These reactions employed two non-halogenated electrophiles for the first time in C-C bond formation by Co-catalyzed reductive cross-coupling. It is also the first report using allyl alkyl ether to construct a C-C bond in reductive cross-coupling. Mechanistic studies demonstrated the generations of benzyl radicals from benzyl sulfonium salts.In addition to the application of C-S electrophiles in the Csp3-Csp3 bond formation, C-N electrophiles like benzyl pyridinium salts are well developed and employed as an excellent alternative for constructing Csp3-Csp3 bonds with Callyl-O electrophiles via a Co-catalyzed reductive cross-coupling in Chapter IV. Various functionalized benzyl pyridinium salts coupled with substituted allyl acetates led to allyl benzyl derivatives under mild conditions in moderate to good yields only by a Co catalyst. It was worth mentioning that benzyl pyridinium salts could react with substituted allyl acetates either at the terminal or α- position. Moreover, benzyl pyridinium salts could also couple with allyl methyl ether and deliver good yields. It is the first report using allyl alkyl ether in cross-coupling to build a Csp3-Csp3 bond with benzyl pyridinium salts in transition metal-catalyzed reductive cross-coupling. Mechanistic studies demonstrated the generations of benzyl radicals from benzyl pyridinium salts.