Dihydroxylation de Sharpless

Yosra Abouhamid 24/03/2011
Master 1 chimie
Dihydroxylation asymétrique de SHARPLESS
1. Addition oxydative sur alcène : dihydroxylation (rappel)
La réaction de dihydroxylation permet de mettre un groupement OH sur chaque carbone de la
double liaison. Dans notre cas, nous avons une addition syn diol. Pour obtenir le produit
d’addition (syn), on utilise une quantité catalytique de tétraoxyde d'osmium (OsO4) que l'on
régénère par addition d'eau oxygénée (H2O2) utilisée comme co-oxydant. Mais comme le OsO4
coûte cher et qu’il est toxique, on va préférer le permanganate de potassium (KMnO4) à celui-ci.
Cependant, le KMnO4 sera utilisé sous certaines conditions étant donné que c’est un oxydant fort
(→ il peut cliver la double liaison).
Exemples de réactions : Addition syn
Toutefois, il est à noter que ces réactions ne sont pas du tout stéréosélective.
2. Dihydroxylation de SHARPLESS
Une dihydroxylation de Sharpless est une addition oxydative sur alcène mais faite de manière
stéréosélective et plus précisément de manière énantiosélective.
La réaction de dihydroxylation de Sharpless est intéressante dans le cas d’un alcène prochiral,
c’est-à-dire lors d’un alcène pouvant aboutir à un C asymétrique (chiral) lors de la
dihydroxylation dans notre cas.
Pour effectuer cette réaction, il faut :
- le ligand chiral (optiquement actif) qui va jouer sur l’asymétrie de la réaction
(l’énantiosélectivité) et tenir un rôle de catalyseur (donc pas consommé dans la réaction)
- L’osmium K2OsO2(OH)4, qui est le réactif de la dihydroxylation sur une double liaison,
en quantité catalytique
- le co-oxydant K3Fe(CN)6 qui aura pour rôle de ré-oxyder l’osmium pour lui permettre de
faire une nouvelle dihydroxylation
- une base, généralement K2CO3
→ L’ensemble des réactifs ci-dessus est commercialement disponible sous 2 formes :
l’AD- mix α et l’AD- mix β
- le solvant, généralement tBuOH-H2O 1:1
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Les ligands :
Dans l’AD-mix α, le système de ligands est le [(DHQ)2 PHAL].
Dans l’AD-mix β, le système de ligands est le [(DHQD)2 PHAL].
On parle de système de ligands car il s’agit là d’une association de 2 générations de ligands où on
vient greffer le ligand de 1e génération sur celui de 2e génération (produit d’addition).
- 1e génération de ligands : - la DHQ : la DiHydroQuinine
- la DHQD : la DiHydroQuiniDine
- 2e génération de ligands : - le PHAL : la phtalazine
Afin de prédire la sélectivité de la réaction, un modèle empirique a été établi. Pour cela, il suffit
de trier les substituants de la double liaison de plus volumineux (RL) au moins volumineux (RS),
le groupement de taille moyenne est nommé RM. Alors, en fonction de la nature de l’AD- mix
utilisé, il est possible de prédire la face sur laquelle la dihydroxylation va se produire.
Par convention, les positions de RL (Large), RS (Small), RM (Middle) et H deviennent implicite et
suivent le modèle donné ci-dessous.
Modèle empirique tiré du Rabasso :
Source: Chimie Organique, hétéroéléments…, N.Rabasso, De Boeck 2006, p223
Donc, en fonction de la face par laquelle l’AD- mix vient attaquer au-dessus ou en dessous du
plan de l’alcène, on a 2 produits possibles et donc 2 énantiomères possibles.
On va diriger la réaction vers l’un ou l’autre produit en fonction du choix de l’AD-mix (α ou β).
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Les encombrements stériques :
Source : J. Org. Chem., Vol. 56, No. 15, 1991 p.4587
En jaune : complexe ligand et dérivé d’osmium qui va permettre l’oxydation de l’alcène.
En bleu : les substituants les plus volumineux de l’alcène (RL et RM) situé en position trans de la molécule.
Sur l’image de droite, le complexe ligand-osmium (donneur d’oxygène) vient oxyder la
molécule d’alcène par en dessous du plan de celle-ci (pour le ligand à base de quinine). A cause
des encombrements stériques lié au système de ligands dérivé de la quinine, le complexe ne peut
qu’attaquer par en dessous du plan de l’alcène et aboutir à la formation de l’énantiomère
correspondant. Du côté du substituant le plus volumineux, il y’a une poche vide, appelé « zone
attirante ».
Sur l’image de gauche, la molécule est identique à celle présenté sur l’image de droite sauf
qu’elle est tournée et ce afin de voir l’attaque du complexe ligand-osmium sur l’alcène (ligand à
base de quinidine). En positionnant l’alcène de la même manière que celle de droite, l’attaque du
complexe ligand-osmium (ligand dérivé de la quinidine) se fait par au-dessus du plan de l’alcène
car il n’y a que de cette manière que cette attaque a lieu à cause des gênes stériques à au ligand
dérivé de la quinidine.
Ici, sur l’image de gauche, l’attaque se fait par en dessous du plan de l’alcène dû à la rotation de
la molécule. Et nous avons formation de l’énantiomère correspondant à l’attaque de l’AD-mix β
sur l’alcène en question.
Modèle tiré du Clayden :
Source : Chimie Organique, J. Clayden, De Boeck 2002, p 1243.
Modèle tiré du Journal of Organic Chemical :
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Source : J. Org. Chem., Vol. 57, No. 10, 1992 p.2770
Exemples de réactions de dihydroxylation sur alcène :
1)
Source : Chimie Organique, J. Clayden, De Boeck 2002, p 1242.
ee : excès énantiomérique, mesure l’énantiosélectivité d’une réaction chimique en quantifiant,
dans un milieu réactionnel ou dans un produit, la quantité de l’énantiomère dominant qui
dépasse la quantité de l’énantiomère opposé.
2)
Source : Chimie Organique, J. Clayden, De Boeck 2002, p 1242.
Les deux exemples donnés ci-dessus montrent que les dihydroxylations de Sharpless ont une très
grande sélectivité, presque 100% si on se réfère aux données expérimentaux et donnent lieu à de
bons rendements (exemple 2).
Sources :
- J. Org. Chem., Vol. 56, No. 15, 1991
- J. Org. Chem., Vol. 57, No. 10, 1992
- Chimie Organique, hétéroéléments…, N.Rabasso, De Boeck 2006
- http://en.wikipedia.org/wiki/Sharpless_asymmetric_dihydroxylation
- http:// www.refer.mg/cours/alcene/page/sad1.html
- Chimie Organique, J. Clayden, De Boeck 2002
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