electrosynthèse et réactions multicomposantes: une alliance prometteuse

merging isocyanide-based multicomponent reactions with electrosynthesis

• Auteur / Autrice : Na Pan
• Direction : Laurence Grimaud, Fan Yang
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 15/07/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres en cotutelle avec École China Normal University-ECNU
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Processus d'Activation Sélectif par Transfert d'Énergie Uni-électronique ou Radiatif
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent El kaim
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Grimaud, Guillaume Vincent, Yvan Six, Fan Yang, Tiansheng Mei
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Vincent

Mots clés

Mots clés libres

Électrosynthèse

Réaction multicomposante

Isonitrile

Oxydation durable

Catalyseur redox

Électrolyse indirecte

Electrosynthesis

Multicomponent reaction

Isocyanide

Sustainable oxidation

Redox catalyst

Indirect electrolysis

Résumé

Cette thèse concerne l'utilisation synergique de l'électrosynthèse et des réactions multicomposants (MCRs) afin de développer une nouvelle méthode de synthèse éco-compatible pour la préparation de molécules organiques hautement fonctionnalisées en une étape. Trois MCRs impliquant des isonitriles ont été conçues et étudiées en privilégiant un mode galvanostatique et l’utilisation d’une cellule non divisée, conditions très simples à mettre en oeuvre. Les conditions de réactions ont été rationalisées et optimisées en étudiant les mécanismes mis en jeu à l'aide d'outils électrochimiques analytiques. Une α-carbamoylation de carbamates initiée par oxydation directe à l'anode a d'abord été examinée. Bien que la réaction se soit bien déroulée avec la N-carbométhoxypyrrolidine, certains problèmes ont été rencontrés lors de l'utilisation d'autres amines N-substituées. Une α-carbamoylation d'amines non protégées par oxydation anodique indirecte a ensuite été mise au point, en utilisant TEMPO comme médiateur redox. Cette réaction à 3 composants s’est avérée très générale et a pu être développée avec succès avec une large gamme d'acides carboxyliques, d'isonitriles et d’amines cycliques. Un procédé de type Ugi oxydatif électro-induit original a également été conçu en utilisant du TEMPO. Cette réaction à 4 composants, compatible avec une grande variété d'isonitriles, d'amines, d'acides carboxyliques et d'alcools, a démontré une sélectivité très satisfaisante quant à l'oxydation des alcools primaires en présence d'amines, ce qui n’était pas connu pour des procédés de type Ugi oxydatif. Une réaction de Passerini associée a pu également être développée dans des conditions similaires. Ce travail nous a permis de combiner les mérites de l'électrosynthèse et des MCR et a fourni un accès simple dans des conditions éco-compatibles à de petites librairies de molécules complexes, à partir de substrats commerciaux et peu coûteux.

This thesis concerns the synergistic use of electrosynthesis and multicomponent reactions (MCRs) in order to develop new eco-compatible method for the preparation of highly functionalized molecules in one-step from commercially available substrates. Three isocyanide-based MCRs were designed and investigated under galvanostatic conditions in an undivided cell, which was easy to set up. These reaction conditions have been rationalized and optimized by studying the mechanism using electrochemical analytical tools. An α-carbamoylation of carbamates initiated with direct oxidation at the anode was first examined. Although the reaction proceeded well with N-carbomethoxypyrrolidine, some troubles were encountered when employing other N-substituted amines. The α-carbamoylation of non-protected amines through indirect anodic oxidation was then investigated, using TEMPO as redox mediator. Pleasingly, this 3-component reaction possessed a wide scope regarding carboxylic acids, isocyanides and cyclic amines. An unconventional electro-induced oxidative Ugi process was also conceived using TEMPO as redox mediator. This 4-component reaction, amenable to a variety of isocyanides, amines, carboxylic acids and alcohols, demonstrated satisfying selectivity in oxidation of primary alcohols in the presence of amines, which has never been reported in oxidative Ugi processes. Related Passerini reaction could also occur under similar conditions. This work allowed us to combine the merits of both electrosynthesis and MCRs and provided a straightforward and sustainable access to libraries of diverse structures, starting from commercial and inexpensive substrates.