Réunion de littérature Groupe Charette VOITURIEZ Arnaud Mardi 22 mars 2005

Université québécoise / française France …/2005 France 2005/… Québec Système LMD 1 DEUG 2 Bac DEUG Licence 3 Licence 4 Maîtrise Maîtrise M1 Master M2 5 Maîtrise DEA 6 7 Doctorat Doctorat Doctorat 8 9 Post-doc …

Laboratoire de Catalyse Moléculaire Paris Sud, Orsay NOUVEAUX LIGANDS SOUFRES CHIRAUX POUR LA CATALYSE ASYMETRIQUE HOMOGENE VERS L’ELECTROCATALYSE ASYMETRIQUE HETEROGENE. Laboratoire de Catalyse Moléculaire Paris Sud, Orsay

Objectif: électrocatalyse asymétrique hétérogène Exemple d’une réduction énantiosélective Ligand chiral électropolymérisable: formation d’un polymère organique conducteur chiral, déposé sur une électrode. Propriétés conductrices du polymère: régénération de l’espèce active du métal

Plan PARTIE 1: Synthèse de nouveaux ligands soufrés chiraux et utilisation en catalyse asymétrique homogène PARTIE 2: Synthèse de dérivés électropolymérisables du dibenzothiophène et de salens chiraux. Vers la réaction de Nozaki-Hiyama-Kishi-Takai énantiosélective hétérogène, guidée par électrochimie. PARTIE 3: Synthèse de nouveaux poly-salens chiraux et utilisation dans la réaction de Nozaki-Hiyama catalytique, énantiosélective, hétérogène.

Bibliographie : ligands soufre-oxazoline Ligands utilisés pour la réaction de Tsuji-Trost : Ikeda, I. et al. Synlett 1999, 8, 1319. Chiralité axiale-oxazoline Hou, X.-L. et al. Chem. Commun. 2000, 1195. Dai, L.-X. et al. Chem. Commun. 1998, 2765. Chiralité plane-oxazoline Ricci, A. et al. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 1043. Williams, J.M.J. et al. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 2015. Thiophène-oxazoline J. Chem. Soc.,Perkin Trans. 1 1994, 2065. Arylsulfures-oxazoline

Chimie autour du dibenzothiophène S Substitution électrophile aromatique ( bromation, Lithiation acylation de Friedel – Crafts…) Substitution électrophile aromatique (via la DBT – sulfone) Réactions d'oxydation (modification de la structure électronique du composé) - Structure aromatique (important pour la synthèse de POC) - Introduction régiosélective de groupements fonctionnels variés - Utilisation de l'atome de soufre Modification du DBT - Préparation de ligands chiraux pour la catalyse asymétrique

Formation de liaisons C-C Nouveaux ligands soufrés chiraux Ligands «S» Formation de liaisons C-C Aromaticité DBT-BOx DBT-MOx BT-MOx

Synthèse des dibenzothiophène-bis(oxazolines) DBT-BOx 1 . n - B u L i 4 é q , T M E D A 2 C O 3 H l COOH SOCl 2 CHCl , DMF 3 S HOOC ClOC COCl 8 8 % O H H N 2 * R Et3N t , CH3Cl S DAST O O N N CH2Cl2 S * * O O N H H N R R R * * R R = ( S ) - i P r : DBT-BOx-iPr, 52 % R = ( R ) - P h : DBT-BOx-Ph, 4 1 % H O O H R = ( S ) - t B u : DBT-BOx-tBu, 37 %

Préparation de ligands analogues aux DBT-BOX MOx BT-MOx

Réaction de substitution allylique Conversion ee Solvant Pd Base L*/ Pd Optimisation des (%) (%) conditions THF Pd ( dba ) tBuOK 2 2 / 1 78 16 expérimentales avec : (60°C) (5 mol %) (3 Eq ) THF [( h 3 - C H ) PdCl ] tBuOK 3 5 2 2 / 1 95 20 (60°C) (2.5 mol %) (3 Eq ) S N O CH Cl [( h 3 - C H ) PdCl ] tBuOK 2 2 3 5 2 2 / 1 95 51 (40°C) (2.5 mol %) (3 Eq ) 2 / 1 100 77 CH Cl [( h 3 - C H ) PdCl ] BSA/KOAc 1 / 1 18 73 2 2 3 5 2 (40°C) (2.5 mol %) (3 Eq /2 mol %) 4 / 1 100 72 HPLC chirale, Welk-01, hex/iPrOH : 98/2, l = 254 nm, débit 1 mL/min

Utilisation des DBT-BOx pour la réaction de Tsuji-Trost Temps 70 120 70 (h) Conversion 100 39 50 (%) ee 77 ( R ) 28 ( S ) 51 ( R ) (%) Voituriez, A.; Fiaud, J.C. and Schulz, E. Tetrahedron Letters 2002, 43, 4907-4909.

Importance de la présence du soufre Pfaltz et al. Helv. Chim. Acta. 1995, 78, 265. Importance de la présence du soufre DBFOx-iPr : Kanemasa et al. J. Org. Chem. 1997, 62, 6454. Gomez et al. Organometallics 2002, 21, 1077-1087. Le DBFOx-iPr ne présente aucune activité dans la réaction de Tsuji-Trost

Réaction de Tsuji-Trost avec les DBT-Mox et BT-MOx Pd Conv. ee L* / Pd Conv. ee (%) (%) (%) (%) S N O 4 / 1 30 35 (R) 4 / 1 100 37 ( S ) S N O 2 / 1 71 30 ( S ) 2 / 1 80 34 ( R ) S N O 2 / 1 78 13 ( S ) 2 / 1 36 56 (S) 2 / 1 20 < 5% Voituriez, A. and Schulz E. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 339-346.

Proposition de mécanisme réactionnel pour le DBT-MOx-iPr Les effets stériques et électroniques sont responsables de la configuration absolue du produit d'arrivée : -effets stériques: Complexe A favorisé -effets électroniques: Formation du composé (S) favorisée

Conclusions et perspectives de la PARTIE 1 Perspectives: tests de ces ligands dans d’autres réactions de catalyse asymétrique, preuves de la participation du soufre (RX). Conclusions et perspectives de la PARTIE 1 Test en catalyse asymétrique homogène dans la réaction de Tsuji-Trost: 77% d’excès énantiomérique pour le DBT-BOx-iPr (rendement de 91%). Synthèse d’une nouvelle famille de ligands soufrés chiraux.

Synthèse de monomères chiraux électropolymérisables : Ligands chiraux PARTIE 2 PARTIE 1 Monomères chiraux électropolymérisés Monomères électropolymérisables

Synthèse de 4 nouveaux monomères T-DBT-T

Electropolymérisation b Potential (V vs SCE) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1 .2 1.4 1.6 1.8 5 m A Current ( A) a b Voituriez, A.; Gref, A.; Schulz, E. Synthetic Metals 2004, 146, 139-143.

Réactions visées: réactions de NH et NHKT Les réactions de Nozaki-Hiyama (NH) et Nozaki-Hiyama-Kishi-Takai (NHKT): addition chimio- et régio-sélective de composés organo-chrome sur divers aldéhydes A partir d’halogénure d’allyle ou de vinyle, formation d’alcools homoallyliques et allyliques variés Réaction de formation de liaison C-C, peu étudiée en catalyse asymétrique A notre connaissance, pas d’exemple en catalyse asymétrique hétérogène En version catalytique en chrome: nécessité d’ajouter un co-réducteur Objectif: Vers la mise au point de la réaction de NHKT en catalyse asymétrique hétérogène, en utilisant l’électrochimie à la place d’un co-réducteur

Réactions de NH et NHKT Avantages: Réactions de NH et NHKT en présence de quantité stœchiométrique en chrome Réactions de NH et NHKT Hiyama, T.; Nozaki, H.et al. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3179. Kishi, Y. Et al. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 5644. Takai, K.; Nozaki, H. et al. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6048. Formation d’alcools allyliques et homoallyliques variés Utilisation nécessaire d’un large excès de chrome (de 4 à 16 équiv., et jusqu’à 100 équivalents) Toxicité des sels de chrome Dans le cas de réactions asymétriques, utilisation d’une quantité surstœchiométrique en ligand chiral Application en synthèse organique Avantages: Inconvénients: Réactions de NH et NHKT stœchiométriques en chrome, énantiosélectives Réactions de NH et NHKT catalytiques en chrome Travaux de Goré: Goré, J. et al. Synth. Commun. 1983, 13, 73. Travaux de Kishi: Chen, C.; Tagami, K.; Kishi, Y. J. Org. Chem., 1995, 60, 5386. Réactions de NH et NHKT catalytiques en chrome, énantiosélectives Travaux de Fürstner et Shi: Fürstner, A. et Shi, N. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12349. Rend. = 72%, 90% ee Rend. = 89%, 93% ee Berkessel, A. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 1032. Nakada, M. et al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1140. Rend. = 67%, 84% ee Cozzi, P.G.; Umani-Ronchi, A. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3357. Rend. = 67%, 84% ee Cozzi, P.G.; Umani-Ronchi, A. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3357. Mécanisme proposé:

Test du ligand DBT-BOx-iPr dans la réaction de NH Synthèse de ligands salens électropolymérisables R1 = Ph, -(CH2)4- R2 = H, C8H17 R3 = H, t-Bu

Synthèse de dérivés électropolymérisables du salen

Utilisation des nouveaux ligands thiophène-salens dans la réaction de NH énantiosélective homogène

Electropolymérisation des ligands thiophène-salens Polymérisation : CH3CN, n-Bu4NPF6 0,1 M, L* 0,04 M, vitesse de balayage = 200 mV.s-1. Polymérisation : CH3CN / CH2Cl2 : 5/1, n-Bu4NBF4 0,1 M, L* 0,02 M, vitesse de balayage = 200 mV.s-1.

Electropolymérisation des thiophène-salens complexés b a. Polymérisation : CH2Cl2, nBu4NPF6 0,1 M, L*[Cr] 0,05 M, vitesse de balayage = 100 mV.s-1. b. Encadré : analyse : CH3CN, nBu4NPF6 0,1 M, vitesse de balayage = 100 mV.s-1. Polymérisation : CH3CN, nBu4NPF6 0,1 M, L* 0,04 M, vitesse de balayage = 200 mV.s-1.

Etude de l’influence du métal sur la polymérisation d’un même ligand: M = N i C u E o x ( V / S ) r e d 1 , 4 t 8 5 6 3 D E

Etude de l’influence de la structure du ligand sur la polymérisation des complexes de chrome correspondants: E o x ( V / C S ) r e d 1 , 2 8 7 5 6 3 4 M = D E

Synthèse et électropolymérisation d’un nouveau dérivé chiral du salen Electropolymérisation b a Test dans la réaction de Nozaki-Hiyama asymétrique homogène: Rendement = 50% Ee = 32% Remplacer le Mn par l’électrochimie

Version électrochimique de la réaction de NH Trois exemples dans la littérature: 1997, Grigg et al.: Grigg, R.; Putnikovic, B.; Urch, C.J. Tetrahedron Letters, 1997, 35, 6307. 1999, Torii et al.: Kuroboshi, M.; Tanaka, M.; Kishimoto, S. ; Tanaka, H. ; Torii, S. Synlett, 1999, 1, 69. 1999, Durandetti et al.: Durandetti, M.; Périchon, J.; Nédélec, J.Y. Tetrahedron Letters 1999, 40, 9009. Durandetti, M.; Nédélec, J.Y.; Périchon, J. Organic Letters 2001, 13, 2073. Réactions en cours de développement au laboratoire

Polymérisation préparative Utilisation du complexe déposé sur la grille de platine dans la réaction de NH hétérogène chirale, en présence de manganèse

Polymérisation préparative 10 % de rendement, racémique Difficultés d’interaction Mn-polymère complexe Agitation nécessaire à la réaction qui va à l’encontre de la stabilité du polymère déposé Taux catalytique peut être insuffisant Nécessité de la réduction du chrome par l’électrochimie

Polymérisation préparative Utilisation de la poudre insoluble non déposée sur la surface

Polymérisation préparative Complexe monomère totalement soluble dans l’acétonitrile Présence d’oligomères Deux réactions successives possibles, nécessité ensuite de rajouter du manganèse Complexe chiral stable et recyclable

Conclusions et perspectives de la PARTIE 2 Après électropolymérisation par la méthode de voltampérométrie cyclique, obtention de matériaux organiques conducteurs. Synthèse de 4 nouveaux monomères soufrés (T-DBT-T). Ligand DBT-BOx non approprié aux réactions de NH et NHKT. Synthèse de 5 nouveaux ligands thiophène-salen chiraux, utilisation dans la réaction de NH catalytique énantiosélective homogène. Electropolymérisation des complexes de Cr, Ni et Cu correspondants. Complexe chiral stable et recyclable Vers la mise au point de la réaction de Nozaki-Hiyama asymétrique hétérogène, assistée par électrochimie…

Méthodes d’hétérogénéisation des complexes de salen basées sur la polycondensation: Bibliographie: dérivés des salens utilisés en catalyse asymétrique hétérogène. Calixsalen Jablonski et al. Chem. Commun. 1999, 1531. Epoxydation énantiosélective du styrène (52% ee, 63%) Poly-salen linéaires Zeng et al. Tetrahedron Letters 2000, 41, 10267. Epoxydation énantiosélective d’oléfines (jusqu’à 5 réactions successives) Objectif: synthèse de nouveaux ligands polysalens, et utilisation dans une réaction de NH catalytique en chrome, énantiosélective hétérogène

Synthèse d’un nouveau poly-salen chiral +

Analyse MALDI-TOF du poly-salen Synthèse de calixsalens de différentes tailles: macrocycles à 2, 3, 4 ou 5 unités salens cycliques.

Synthèse et utilisation d’un ligand phényl-salen Synthèse d’un ligand « monomère » analogue: Utilisation en catalyse homogène dans la réaction de NH énantiosélective: Résultats comparables à ceux obtenus dans le cas du ligand Thiophène-Salen (Rend. = 50%, 32 % ee)

Utilisation du polymère complexe chiral dans la réaction de NH énantiosélective hétérogène. Catalyseur 1 Catalyseur 2 3 réactions de NH catalytiques en chrome successives Premier exemple en catalyse asymétrique hétérogène

Conclusion-perspectives Synthèse d’une nouvelle famille de ligands soufrés chiraux: Test en catalyse asymétrique homogène dans la réaction de Tsuji-Trost: 77% ee pour le DBT-BOx-iPr (rendement de 91%). Synthèse de monomères de type T-DBT-T et électropolymérisation par voltampérométrie cyclique:nouveaux polymères organiques conducteurs. Réaction de Nozaki-Hiyama homogène asymétrique

Conclusion-perspectives Synthèse de monomères de type thiophène-salen et électropolymérisation par voltampérométrie cyclique: nouveaux polymères organiques conducteurs chiraux complexés: R1 = Ph, -(CH2)4- R2 = H, C8H17 R3 = H, t-Bu Synthèse de nouveaux poly-salens chiraux et utilisation dans la réaction de NH catalytique, énantiosélective, hétérogène: Vers la mise au point de la réaction de Nozaki-Hiyama asymétrique hétérogène, assistée par électrochimie…

Dr Schulz Emmanuelle Remerciements Dr. Mellah Mohamed Pr Fiaud J.C. Dr Gref A. Dr. Mellah Mohamed Dr Schulz Emmanuelle