Fonctionnalisation électrochimique de liaisons C(sp³)-H benzyliques pour la formation de liaisons C-C

Electrochemical benzylic C(sp³)-H bonds functionalization for the formation of C-C bonds

• Auteur / Autrice : Shanyu Tang
• Direction : Guillaume Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/04/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Joseph
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Poisson, Corinne Gosmini, Mohamed Mellah
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thomas Poisson, Corinne Gosmini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arylation

Isonitriles

Fonctionnalisation chimique

Électrochimie

Mots clés libres

Chimie organique

Electrochimie

Fonctionnalisation benzylique

Isonitrile

Arylation

Organic chemistry

Electrochemistry

Benzylic functionalization

Isocyanide

Arylation

Résumé

L'électrochimie est une méthode efficace pour la fonctionnalisation de liaisons C(sp³)-H benzyliques, ce qui est stratégique pour la synthèse de composés d'intérêt. Les approches de fonctionnalisation benzylique pour la formation de liaisons C-C reposent principalement sur la nécessité de partir d'un substrat benzylique pré-fonctionnalisé, ou dans les cas de transformations de liaisons C-H, cela nécessite l'utilisation de substrats particulièrement activés, ou le déploiement de la méthode du pool de cations. Cette thèse est donc consacrée au développement de nouvelles méthodes électrochimiques permettant la formation directe de liaisons C-C benzyliques à partir de liaisons C-H. Dans la première partie de ce travail, nous décrivons la carbamoylation ou cyanation directe de liaisons C(sp³)-H benzyliques avec un isonitrile via un procédé électrochimique que nous avons développé. L'oxydation anodique de la position benzylique suivie de l'addition de l'isonitrile conduisent à la formation d'une liaison C-C et d'un cation nitrilium qui est hydrolysé pour donner des alpha-aryl acétamides, tandis que l'élimination d'un cation t-butyle conduit à des alpha-aryl acétonitriles. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons développé l'arylation directe de liaisons C(sp³)-H benzyliques avec des arylnitriles électroappauvries via un procédé d'électrolyse appariée convergente. La combinaison de l'oxydation anodique de la position benzylique et de la réduction cathodique des arylnitriles conduit à la formation d'une liaison C-C benzylique. Cette stratégie d'électrolyse appariée convergente dans des conditions douces conduit à un processus plus économe en énergie et permets de surmonter le problème de la formation de produits de suroxydation.

Electrochemistry has emerged as a proficient method in the functionalization of benzylic C(sp³)-H bonds, which is strategic for synthesizing valuable compounds. Benzylic functionalization approaches for the formation of C-C bonds mainly relies on the necessity to start from a prefunctionalized benzylic substrate, or in the cases of C-H bonds transformations it requires the use of particularly activated substrates, or the deployment of the cation pool method. Hence, the thesis is devoted to developing new electrochemical methods that permit direct benzylic C-C bond formation. In the first part of this work, we describe the challenging direct carbamoylation or cyanation of benzylic C(sp³)-H bonds with an isocyanide via an electrochemical process developed by us. The anodic oxidation of the benzylic position and the subsequent addition of the isocyanide lead to the formation of a C-C bond and a nitrilium cation that is hydrolyzed to yield alpha-aryl acetamide derivatives, whereas the elimination of a t-butyl cation delivers alpha-aryl acetonitrile derivatives. In the second part of this thesis, we developed the direct arylation of benzylic C(sp³)-H bonds with electron-poor arylcyanides via a convergent paired electrolysis process. The combination of the anodic oxidation of the benzylic position and the cathodic reduction of arylcyanides lead to the formation of a benzylic C-C bond. This convergent paired electrolysis strategy under mild conditions results in an energy economy process and overcome the challenge of forming overoxidized coupling products.