Mécanismes Oxydation

European Journal of Scientific Research
ISSN 1450-216X / 1450-202X Vol. 109 No 1 August, 2013, pp.25-75
http://www.europeanjournalofscientificresearch.com
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique
Mechanisms of Oxidation Reactions in Organic Synthesis
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Corresponding Author, Université de Lubumbashi, Faculté des Sciences
Département de Chimie, B. P. 1825 Lubumbashi, D. R. Congo
E-mail: [email protected]
Résumé
La matière qui constitue cet article porte sur les mécanismes de réactions
d’oxydation en synthèse organique. En effet, les mécanismes réactionnels font référence à
l’usage des flèches qui indiquent le déplacement des électrons et la formation des nouvelles
liaisons au sein d’un même composé pour une réaction intramoléculaire ou au sein de deux
composés dans le cas d’une réaction intermoléculaire. Les mécanismes réactionnels
permettent, donc, d’expliquer la formation des produits. En d’autres termes, le mécanisme
d’une réaction montre les différentes étapes dans une réaction organique, c’est-à-dire
l’ordre dans lequel les liaisons entre les atomes sont formées et clivées.
Motsclés:
Mécanismes, Réactions d’Oxydation, Synthèse Organique
Abstract
This article focuses on the mechanisms of the oxidation reactions in organic
synthesis. In fact, a reaction mechanism refers to the use of arrows which indicate the move
of the electrons and the formation of new bonds within a chemical compound in the case of
an intra-molecular reaction or between two different substrates when it is an intermolecular reaction. The reaction mechanisms are, therefore, very important because
Chemists use them to explain the formation of the products. In other words, a reaction
mechanism shows the different levels in organic reaction, that means, the order in which
the bonds between atoms are formed and broken.
Keywords: Mechanisms, Oxidation reactions, Organic Synthesis
Introduction
Cet article couvre une variété des réactions d’oxydations, lesquelles, demeurent importantes en
synthèse organique. À cet effet, une réaction d’oxydation constitue l’une des étapes clés pour
introduire un groupe fonctionnel dans un substrat lors d’une synthèse organique. Par exemple,
l’oxydation des alcools permet de générer des groupes fonctionnels correspondants tels que les
aldéhydes et les cétones au niveau des substrats qui peuvent être des alcanes, des alcènes ou des
systèmes aromatiques. En d’autres termes, une réaction d’oxydation peut être définie comme étant une
réaction organique qui entraîne une diminution de la densité électronique au niveau du carbone soit par
formation d’une liaison entre le carbone et l’atome le plus électronégatif tel que l’oxygène, l’azote ou
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
26
un halogène, soit par rupture d’une liaison entre le carbone et l’atome le moins électronégatif, en
l’occurrence un atome d’hydrogène.
Réaction d’oxydation d’Elbs
La réaction d’Elbs utilise le péroxydisulfate afin de produire les composés para-sulfates phénols. Ces
derniers peuvent être utilisés comme tels en synthèse ou ils peuvent être hydrolysés en milieu acide
pour former préférentiellement les dérivés para-hydroxyles phénols. Toutefois, les produits
secondaires ortho-sulfates phénols ont été observés, mais les concentrations restent négligeables
(Schéma 1).1
Schéma 1:
Le mécanisme pour cette réaction implique l’attaque nucléophile sur l’oxygène du peroxyde au
niveau du péroxydisulfate de potassium selon le mode d’une réaction de substitution nucléophile. Le
nucléophile, dans ce cas particulier, est le tautomère para-carbanion issu de l’anion phénolate (Schéma
2).1
Schéma 2:
K
OH
O
KOH
+
H2O
O
O
O
O
KO S O O S OK
O
O
O
O S OK
O
+
H
O
O S O
OK
K
O
OH
H2O
+
O
O S O
OK
H
OH
OH
O S O
OK
27
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Réaction d’oxydation de Boyland-Sims
Les travaux de Boyland et de Sims ont permis d’étendre la réaction d’oxydation d’Elbs aux amines
aromatiques. Celles-ci, sont transformées, préférentiellement, en composés ortho-amines aryles
sulfates, lesquels, se transforment en composés ortho-hydroxyles amines aromatiques dû à la réaction
d’hydrolyse catalysée par un acide.1, 2 La formation des produits para-amines aromatique sulfates a été
également rapportée dans ces mêmes conditions réactionnelles (Schéma 3).1- 3
Schéma 3:
Selon les travaux du groupe de recherche de Behrman, le mécanisme pour cette réaction est
similaire à celui de la réaction d’oxydation d’Elbs, en ce sens que c’est l’amine aromatique neutre qui
est le nucléophile susceptible d’attaquer l’oxygène du peroxyde au niveau du peroxydisulfate de
potassium (Schéma 4). 1-3
Schéma 4:
La formation du produit para-amine aromatique peut être illustrée par le mécanisme réactionnel
ci-dessous (Schéma 5). 1-3
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
28
Schéma 5:
Réaction d’oxydation de Corey-Kim
L’approche de Corey et Kim permet d’oxyder les alcools primaires et secondaires par le biais des sels
d’alkoxysulfonium. Ces sels se réarrangent de manière intramoléculaire lorsqu’une base est ajoutée au
milieu réactionnel. Il en résulte la formation de l’aldéhyde dans le cas d’un alcool primaire et de la
cétone quand le produit de départ est un alcool secondaire (Schéma 6).4
Schéma 6:
Le mécanisme pour ce type de réaction fait intervenir la formation de l’ylure de soufre issu de
l’action de la base sur le groupe méthyle adjacent à l’atome de soufre. Il en résulte la formation du
carbanion qui arrache le proton, conduisant ainsi à la production de la cétone tel que schématisé cidessous (Schéma 7).4
Schéma 7:
29
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Il est important de souligner, ici, que cette méthode permet de former le produit d’oxydation à
partir du diol sans provoquer le clivage de la liaison carbone-carbone. Les réactifs utiles pour une telle
réaction peuvent être le complexe de méthyle sulfure ou de RSCH3 avec le chlore ou avec le Nchlorosuccinimide (NCS) ou encore le diméthyle sulfoxyde avec le chlore (Schéma 8).5-7
Schéma 8:
+ Cl2
Me2S
Me
S
O
Me
OH
CCl4
Cl
Me2SCl
-25°C
Et3N
O
Me2S
+
Lorsque le produit de départ est un composé 3-hydroxyle cétone, le mécanisme pour la réaction
de Corey et Kim ne fait plus intervenir la formation de l’ylure de soufre tel que stipulé ci-dessus
(Schéma 7), mais plutôt un adduit, susceptible, d’être réduit par l’action du Zinc métallique dans
l’acide acétique pour générer le produit désiré (Schéma 9).5-6
Schéma 9:
O
OH
Ph
O
Ph
Ph
O
OH
Ph
Cl
O
N S
H
OH
Ph
Ph
S
O
O
Et3N
N S
O
O
O
O
Ph
Ph
Ph
O
O
Ph
S
Ph
CH2Cl2
H
Et3N
O
Zn, AcOH
S
Ph
S
H
Et3N
Ph
O
Ph
Ph
S
S
O
O
O
Ph
Cl
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
30
Réaction d’oxydation de Jones
La réaction d’oxydation de Jones permet de convertir l’alcool secondaire en cétone et l’alcool primaire
en acide carboxylique. Le réactif utilisé est un mélange de trioxyde de chrome ou dichromate de
sodium avec l’acide sulfurique dilué, lequel, génère l’acide chromique in situ dans l’acétone. Ce sont
des conditions douces qui ne perturbent pas d’autres liaisons au sein du produit de départ (Schéma 10).
Schéma 10:
Ces conditions ont été appliquées pour réaliser l’oxydation en aldéhyde conjugué à partir de
l’alcool benzylique et de l’alcool cinnamyle (Schéma 11).8
Schéma 11:
Il a été rapporté que le trioxyde de chromium a été efficace dans la catalyse de l’oxydation des
alcools primaires en acides carboxyliques en présence de l’acide ortho-périodique (H5IO6) (Schéma 12).9
Schéma 12a:
Schéma 12b:
Le mécanisme proposé pour la réaction d’oxydation de Jones implique la réaction de l’alcool
avec l’acide chromique formé in situ tel que démontré au Schéma 13. L’oxydation fonctionne, de façon
31
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
générale, rapidement et la suroxydation demeure minimale. Toutefois, les aldéhydes susceptibles d’être
hydratés en présence d’eau sont oxydés en acides carboxyliques (Schéma 13).
Schéma 13:
Le permanganate de potassium est moins utile en synthèse organique, notamment en ce qui
concerne son application dans les réactions d’oxydation, parce qu’il est moins sélectif que le
chrome(IV). Par contre, Il est important de faire remarquer, ici, que le dioxyde de manganèse (MnO2)
est très utile en ce sens qu’il oxyde préférentiellement les groupes hydroxyles allyliques et benzyliques.
Il est, ainsi, d’une utilité sélective en synthèse organique. Le dioxyde de manganèse est fabriqué à
partir de la réaction de sulfate de manganèse(II) avec le permanganate de potassium en présence de
l’hydroxyde de sodium. La précision du point de vue réactivité de MnO2 dépend de la manière dont il
est préparé et de la qualité du séchage.10-11
Il a été rapporté que le dioxyde de manganèse a été efficace dans la réaction d’oxydation des
alcools primaires et secondaires sans usage de solvant (Schéma 14).12 Dans cette nouvelle méthode de
synthèse le ratio du MnO2 par rapport au substrat est de 10 pour 1 par poids.12 L’oxydant est ajouté au
substrat dans un ballon en une seule portion et le mélange est agité à la température ambiante jusqu’à la
disparition complète du substrat. Le résidu obtenu est dissous dans une petite quantité de solvant
comme le dichlorométhane ou l’éther de diéthyle. La distillation permet d’isoler le produit d’oxydation
pur (Schéma 14).12
Schéma 14:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
32
Réaction d’oxydation de Sarett
Le groupe de recherche de Sisler a isolé et caractérisé un complexe stable obtenu à partir de la réaction
de trioxyde de chrome et de la pyridine. Mais il ne l’a pas utilisé dans les réactions d’oxydation. Par
contre, le groupe de Sarett a utilisé ledit complexe dans les travaux de recherche sur la synthèse des
stéroïdes. Dans cette optique, l’oxydation des alcools primaires et secondaires en aldéhydes et cétones
en présence de trioxyde de chrome et de la pyridine est dite, alors, l’oxydation de Sarett. Au cours de
cette réaction, le substrat réagit avec le réactif dans une solution de pyridine à la température ambiante
(Schéma 15).13
Schéma 15:
Réaction d’oxydation de Collins
Les difficultés liées à l’isolement des produits et à la préparation du réactif ont contribué à la
modification de l’approche de Sarett par le groupe de recherche de Collins. À cet effet, la pyridine a été
substituée par le dichlorométhane. Ainsi, cette version a été appelée la réaction d’oxydation de Collins
(Schéma 16).14-15
Schéma 16:
Le mécanisme réactionnel dans le cas de l’oxydation de Sarett et de Collins, est le même que
dans le cas de l’oxydation des alcools primaires et secondaires selon l’approche de Jones (Schéma 13).
Réaction d’oxydation de Kröhnke et de Borner
Ce type de réaction permet de transformer les halogènes activés en aldéhydes par le biais des sels de
pyridinium, lesquels génèrent les nitrones par traitement avec le p-nitrosodiméthylaniline. L’hydrolyse
acide de nitrones libère les aldéhydes ou les cétones. Cette méthodologie permet de synthétiser des
composés organiques lesquels seraient difficilement accessibles par d’autres méthodes. Par exemple,
l’aldéhyde aromatique substitué au niveau de ses deux positions ortho a été accessible à partir du
bromo-benzyle correspondant (Schéma 17).16
33
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 17:
Dans le mécanisme proposé pour ce type de réaction, le sel de pyridinium ou son ion bétaine
réagirait en premier lieu avec l’électrophile, à savoir le p-nitrosodiméthylaniline pour former un adduit
dans lequel la paire d’électrons libre sur l’atome d’azote exerce une pression électronique sur le groupe
lié au carbone adjacent à l’azote (Schéma 18).16
Schéma 18:
Dans la synthèse des hydrates de carbone ayant des liaisons carbone-carbone au niveau du
centre anomérique, le groupe de recherche de Maeba, a exploité la méthodologie d’oxydation de
Kröhnke et de Borner pour fabriquer l’aldéhyde cible utile à leur synthèse organique (Schéma 19).17
Schéma 19:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
34
Réaction d’oxydation de Sommelet
La réaction de Sommelet dite également la réaction d’oxydation de Sommelet est une réaction qui
consiste à synthétiser les aldéhydes à partir des dérivés de benzyle halogénures en présence de
l’hexaméthylène tétra-amine (HMTA). Le composé intermédiaire est un sel quaternaire qui subit
l’hydrolyse conduisant, ainsi, à la formation du produit désiré. Le mécanisme de cette réaction tel qu’il
a été proposé, est un processus d’hydrogénation et de déshydrogénation dans lequel la base de Schiff
est hydrogénée au détriment d’une amine (Schéma 20).18-20
Schéma 20a:
Schéma 20b:
L’autre possibilité du mécanisme pour cette réaction d’oxydation de Sommelet est que le
transfert de l’hydrure et l’ouverture du cycle de l’hexaméthylène tétra-amine peut avoir lieu
simultanément (Schéma 21). 18-21
Schéma 21:
35
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Bien que les exemples au début de la découverte de cette réaction ont indiqué que les substrats
encombrés n’étaient pas appropriés pour la réaction de Sommelet, il a été rapporté que quelques
benzyles amines 2, 6-disubstitués ont produit des aldéhydes avec des rendements compris entre 17-68
%.22 Dans le même ordre d’idées, la réaction de Sommelet a été utilisée comme méthodologie pour la
synthèse de dialdéhydes aromatiques et partant, cette réaction a été élargie à la synthèse des composés
hétérocycliques, lesquels, demeurent importants pour les Chimistes spécialisés en synthèse organique.
De ce point de vue, les aldéhydes de composés comme la pyridine, isoquinoline et thiazole ont été
fabriqués à partir des bromures hétéro-aryle méthyles correspondants, avec des rendements allant de 50
% à 57 %.21
La méthodologie basée sur la réaction de Sommelet a été utile dans la synthèse des dérivés de
2-hétéro-5-formyle-1, 3, 4-thiadiazole (Schéma 22).21
Schéma 22:
D’autres exemples intéressants peuvent être évoqués pour étayer l’importance de la réaction
d’oxydation de Sommelet dans la formation des aldéhydes aromatiques (Schéma 23).22-23
Schéma 23:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
36
Réaction de Nicholas
La réaction de Nicholas est une réaction qui implique le groupe propargyle cationique, stabilisé par le
di-cobalt hexa-carbonyle, avec un nucléophile, suivi par une réaction d’oxydation pour former un
produit dérivé de l’alcool propargylique. En d’autres termes, il s’agit d’une méthode qui consiste, par
exemple, d’ajouter un groupe propargyle sur un composé cyclique (Schéma 24).24-27
Schéma 24:
Co2(CO)6
MeO
OH
MeO
CH2Cl2, 22°C, 1 h
MeO
OH
MeO
Co2(CO)6
BF3 Et2O (2 éq.)
- 65°C, 16 h, 91 %
Co2(CO)6
MeO
MeO
Fe(NO3)3 (20 éq.), MeOH
- 65 °C, 72 %
MeO
MeO
Habituellement la réaction se déroule en trois étapes, à savoir, l’étape de complexion du produit
de départ par le di-cobalt hexa-carbonyle en présence d’un acide ou mieux un acide de Lewis. Il en
37
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
résulte la formation d’un intermédiaire susceptible de réagir avec le nucléophile pour générer un adduit
isolable et caractérisable par RMN, IR et spectrométrie de masse, c’est la deuxième étape (Schéma 25).
La troisième étape est celle de l’oxydation pour éliminer le di-cobalt hexa-carbonyle (Schéma 24).24-27
Schéma 25:
Il est possible de réaliser les trois étapes en une seule séquence sans purifier le produit
intermédiaire (Schéma 26).25
Schéma 26:
En plus du noyau aromatique riche en électrons comme l’anisole, d’autres nucléophiles, comme
des silyles énols éthers, fonctionnent bien avec les conditions de réactions développées par le groupe
de recherche de Nicolas (Schéma 27).
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
38
Schéma 27a:
La préférence pour le produit syn, majoritaire (Schéma 27a, ci-dessus), pourrait être expliquée
par l’état de transition dans lequel le groupe organométallique (R) adopte une position anti par rapport
au groupe carbonyle (Schéma 27b).28
Schéma 27b:
Réaction d’oxydation de Pfitzner-Moffatt
Pfitzner et Moffatt ont mis sur pied une méthodologie douce pour la synthèse des aldéhydes et des
cétones à partir des alcools primaires et secondaires. En effet, cette méthodologie est basée sur
l’activation du diméthylsulfoxyde (DMSO) par l’électrophile, à savoir, le 1,3-
39
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
dicyclohexylcarbodiimide (DCC). L’adduit qui en résulte réagit avec l’alcool pour former l’ylure
alkoxysulfonium, lequel, se réarrange pour produire le composé carbonylé désiré (Schéma 29).29-30
Le groupe de recherche de Schobert a appliqué la méthodologie de Pfitzner et Moffatt afin
d’oxyder le diol selon les conditions schématisées ci-dessous (Schéma 28).31
Schéma 28:
Selon les conditions de réaction ci-dessous le 1-(3-diméthylaminopropyl)-3-éthylcarbodiimide
chlorure d’hydrogène (EDC) (Schéma 29),32 a été utilisé parce que le 1,3-dicyclohexylcarbodiimide
(DCC) a entraîné des problèmes de purification du produit désiré. Cela s’explique par la présence de
l’urée, un produit secondaire difficile à séparer, dans le milieu réactionnel (Schéma 28).
Schéma 29:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
40
Oxydation par le Dioxyde de sélénium ou Réaction d’oxydation de Riley
Le dioxyde de sélénium est un agent qui joue un rôle important en synthèse organique. En effet, les
composés carbonylés peuvent être fonctionnalisés au niveau du carbone α par la réaction avec le
dioxyde de sélénium (SeO2). 12-16
Selon le mécanisme proposé pour l’oxydation des composés carbonylés, le matériel de départ à
base de sélénium est réduit en sélénium zéro et précipite comme un solide amorphe lequel peut être
facilement filtré (Schéma 30).33-37
Schéma 30:
Ce type d’oxydation génère souvent des produits à rendements élevés lorsque le produit de
départ possède un seul groupe CH2 adjacent au groupe carbonyle. Dans le cas des cétones non
symétriques, l’oxydation a lieu, normalement, au niveau de CH2 qui est le plus énolisable (Schéma
31a).34
Schéma 31a:
Les composés carbonylés peuvent, également, être fonctionnalisés au niveau du carbone α par
la réaction de nitrosation, dans une solution acide, et de l’hydrolyse de l’adduit qui en résulte (Schéma
31b).38
41
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 31b:
Le mécanisme d’hydroxylation allylique par le sélénium est une séquence de trois étapes dans
laquelle la réaction ène est suivie par le réarrangement sigmatropique [2, 3] conduisant à la formation
de l’ester de sélénium(II) susceptible à la solvolyse. Dans ce type de mécanisme, l’étape ène peut
expliquer le côté sélectivité de la réaction alors que la réaction de réarrangement peut expliquer la
préférence pour la formation de l’alcool allylique à géométrie E (Schéma 32).33, 37
Schéma 32a:
Dans le même sens, le dioxyde de sélénium est également utile dans l’oxydation des alcools
allyliques ou dans leur synthèse à partir des réactions dites hydroxylation allyliques.12-16 L’alcool
allylique qui est le produit initialement formé lors de l’oxydation par le dioxyde de sélénium, peut être
oxydé subséquemment pour générer le composé carbonylé, lequel, est habituellement isolé dans
certaines conditions réactionnelles. Lorsque l’alcool allylique est le produit d’intérêt, il est conseillé
d’utiliser l’acide acétique comme solvant (Schéma 32).35
Normalement l’oxydation allylique par le dioxyde de sélénium implique l’usage d’une quantité
stœchiométrique ou un excès de SeO2. Il est, également, possible de réaliser une telle oxydation avec
1,5-2 mol % de SeO2 en utilisant le t-butyle hydro-peroxyde comme oxydant stœchiométrique. Ces
conditions conduisent à la formation de l’alcool allylique comme produit principal.36 L’usage d’une
quantité catalytique de SeO2 et un excès de t-butyle hydro-peroxyde conduit à la formation de l’alcool
allylique avec des bons rendements.36-37
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
42
Schéma 32b:
Il a été rapporté que l’anhydride benzène sélénique est utile dans la transformation des groupes
méthyles, attachés sur les noyaux aromatiques, en groupes aldéhydes correspondants. Selon le mode
opératoire, ces types des réactions fonctionnent dans des conditions dépourvues des solvants
organiques (Schéma 33).38
Schéma 33a:
Schéma 33b:
43
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Réaction d’oxydation d’Étard
La réaction d’Étard est une réaction d’oxydation qui consiste à convertir un groupe méthyle, lié sur un
noyau aromatique, à un aldéhyde grâce au chlorure de chromyle. Ce dernier, peut être synthétisé par le
traitement de chromium trioxyde avec le chlorure de titanium (IV) sous des conditions thermiques
suivi par la distillation comme méthode de purification de ce réactif (Schéma 34).39
Schéma 34:
Concernant le mécanisme de la réaction d’Étard, il a été proposé un mécanisme qui débute par
le transfert d’un hydrure du substrat à un atome d’oxygène du chlorure de chromyle (CrO2Cl2) selon
l’approche ène, ce qui favorise la formation d’un intermédiaire qui subit un réarrangement
sigmatropique [2, 3]. Le produit de réarrangement se décompose en perdant un proton pour produire le
composé carbonylé désiré (Schéma 34).39-40
Cependant, plus récemment en 2011, un mécanisme radicalaire a été mis en évidence dans le
cas de la réaction d’oxydation d’Étard, découverte, il y a plus de 120 années (Schéma 35).41
Schéma 35:
Selon le groupe de recherche de Meyer, la méthodologie développée par Étard pour la synthèse
de benzaldéhyde à partir de toluène donne un mélange de produits avec des rendements très faibles
(Schéma 36).42
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
44
Schéma 36:
Réaction d’hydroxylation des Composés Carbonylés par l’intermédiaire des
Dérivés D’acétates ou D’énol Éthers
La synthèse régio-sélective des composés α-hydroxyle carbonylés peut être réalisée par la réaction
d’un acétate ou d’énol éther avec un peracide. Une telle réaction passe par la formation de l’époxyde.
Ce dernier peut être transformé en produit finale par l’action de l’acide ou en chauffant suivie par
l’hydrolyse. (Schéma 37).43-44
Schéma 37:
Réaction d’oxydation de Rubottom
La méthodologie de peroxydation, telle que décrite ci-dessus, a été élargie par Rubottom à d’autres
substrats comme les silyles énols éthers issus des cétones pour obtenir des produits α-hydroxyles
carbonylés. Le mécanisme fait intervenir la formation de l’époxyde, due à l’action de m-CPBA au
substrat, suivie par l’hydrolyse et le clivage du groupe Me3SiOH (Schéma 38). 43-44
Schéma 38:
45
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Les composés α-hydroxyles carbonylés peuvent également être fabriqués par l’action de tolyle
sulfonyle méthyle iso-cyanure (TsCH2N=C) sur les composés carbonylés, tels que l’aldéhyde ou la
cétone, en présence de l’éthoxyde de Thallium(I) (Schéma 39).45-46
Schéma 39a:
Schéma 39b:
Réaction de condensation Benzoin
Lorsque le benzaldéhyde est traité avec le catalyseur tel que l’ion cyanure, il en résulte la formation de
α-hydroxyle cétone symétrique.47-48 C’est la réaction de condensation Benzoin (Schéma 39c).
Schéma 39c:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
46
Réaction d’acyloin
La réaction d’acyloin est une condensation inter- ou intramoléculaire qui fait intervenir les molécules
d’ester en présence de sodium métallique pour donner un composé α-hydroxyle carbonyle ou acyloin
(Schéma 39d).49
Schéma 39d:
O
Na
2.
O
O
Na
OEt
O
OEt
O
2 EtO Na
OEt
EtO
O
+
O
OEt
Dimérisation
Na
O
O
Na
O Na
O
O
OH
H2O
OH
Tautomérisation
OH
Na
Enediol
-Cétol ou Acyloin
Méthodologie d’oxydation de Dess-Martin
Le réactif de Dess-Martin (DMP) est utile dans les réactions d’oxydation des alcools primaires en
aldéhydes et des alcools secondaires en cétones (Schéma 40).50-51 Cette stratégie de synthèse mise sur
pied par Daniel Benjamin Dess et James Cullen Martin, en 1983, est facile, rapide et efficiente. Elle
permet de contourner certains obstacles rencontrés lorsque d’autres méthodes d’oxydations d’alcools
sont utilisées, notamment, les temps de réactions sont très longs, les modes opératoires pour le
traitement sont parfois difficiles ou l’usage d’un excès de l’agent d’oxydation.50, 51 À cause des groupes
acétates liés à l’atome d’iode, le DMP est beaucoup plus soluble dans la plupart des solvants
organiques (Schéma 40).51
Schéma 40:
Me R
OH
Me R
DMP, CH2Cl2
22 °C, 20 min.
AcO OAc
I OAc
O
O
O
R = tolyl ( 77 %)
R = n-Bu (100 %)
Dess-Martin Periodinane (DMP)
L’oxydation des alcools avec les réactifs à base de l’iode hyper-valent fonctionne
convenablement dans les solvants ioniques (Schéma 41).52 Ces types de solvants constituent une
alternative aux solvants organiques dans le sens qu’ils sont moins toxiques pour l’environnement. Les
solvants ioniques sont attracteurs du fait qu’ils ont, par exemple, un large rayon d’action, une pression
de vapeur négligeable, une haute stabilité thermique et une capacité de solvatation pour un grand
47
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
nombre des substrats et catalyseurs. Leur nature non volatile peut minimiser l’émission des substances
organiques toxiques, faciliter la séparation des produits et/ou des catalyseurs à partir du milieu
réactionnel (Schéma 41).52
Schéma 41a:
Schéma 41b:
Le mécanisme d’oxydation des alcools par l’approche de Daniel Benjamin Dess et de James
Cullen Martin implique l’attaque de l’alcool sur le DMP. L’adduit qui en résulte perd un proton au
profit de l’ion acétate, ce qui permet la formation du composé carbonylé désiré et la réduction du DMP
en iodinane (Schéma 42).53-54
Schéma 42:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
48
Les produits d’oxydation dus au DMP ont une grande utilité en synthèse organique du fait
qu’ils peuvent servir comme produits de départ dans la fabrication d’autres composés organiques
(Schéma 43).55
Schéma 43:
Aromatisation Oxydative de 1, 4-Dihydropyridines Par DMP
Toujours dans le cadre de l’usage de DMP dans les réactions d’oxydations, il a été rapporté que la
combinaison du DMP et l’iode moléculaire ou le bromure de potassium constitue des conditions
réactionnelles simples, douces et très efficaces susceptibles de réaliser l’aromatisation oxydative de 1,
4-dihydropyridines (Schéma 44).56
Schéma 44:
49
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Le mécanisme proposé pour ce type de réaction d’oxydation fait référence à l’action de l’espèce
réactive issue de la réaction du DMP avec l’iode ou avec le KBr. En d’autres termes, le produit de
départ ou le substrat réagit avec ladite espèce réactive pour générer un produit intermédiaire, lequel
perd un proton. Il en résulte la formation du composé aromatisé et l’acide acétique comme produit
secondaire dans le milieu réactionnel (Schéma 45).56
Schéma 45:
Synthèse des Composés Polycycliques Par DMP
Le DMP a été également utile dans la synthèse des composés polycycliques à partir des aryles amides
comme produits de départ. La découverte de l’action du DMP sur les aryles amides a été perçu comme
étant un nouveau mode de réactivité du DMP, lequel, rappelons ici, a été fabriqué pour oxyder les
alcools en composés carbonylés.
La présence de l’eau est essentielle pour permettre au DMP de réagir avec les aryles amides et,
ce faisant, conduire à la formation du produit désiré parce que l’usage seul du DMP ne donne rien
comme produit.58 Selon le mécanisme de cette réaction, la paire d’électrons libre sur l’atome d’azote de
l’aryle amide joue également un rôle important parce qu’elle favorise la combinaison du substrat avec
le DMP (Schémas 46-47).58
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
Schéma 46:
Schéma 47:
50
51
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Synthèse des Vinyles Carbamates Cycliques Par le DMP
Les composés vinyles carbamates jouent un rôle important en synthèse organique en ce sens qu’ils sont
utilisés comme intermédiaires dans l’assemblage des motifs structuraux polycycliques dans la synthèse
des produits naturels comme les alcaloïdes. Ils jouent, également, un rôle important dans le
développement des réactions utiles en synthèse organique telles que la réaction de Fridel-Crafts et la
réaction d’hydroboration-oxydation qui peut avoir lieu au niveau du motif vinyle du cycle.58
Le mécanisme de la synthèse des vinyles carbamates par le DMP consiste à oxyder le produit
de départ pour générer l’intermédiaire qui se déshydrate, conduisant ainsi à la formation du produit
désiré (Schéma 48).58
Schéma 48:
Réaction d’oxydation de Saegusa
La réaction d’oxydation de Saegusa est une approche conforme à la transformation d’un éther silyle
énol en un composé carbonylé α, β-insaturé, en l’occurrence une énone.59 L’agent oxydant utilisé dans
cette réaction est l’acétate de palladium(II) qui est, d’ailleurs, ajouté au milieu réactionnel en quantité
stœchiométrique. La formation du produit final passe par un intermédiaire à partir duquel, l’hydrogène
palladium acétate (HPdOAc) est éliminé. Il en résulte la formation du composé carbonylé α, β-insaturé
qui se combine, immédiatement, au composé HPdOAc. L’intermédiaire qui en résulte se décompose
pour libérer, en fin, le palladium dont l’état d’oxydation est zéro ainsi que le produit escompté, à
savoir, le composé carbonylé α,β-insaturé (Schéma 49).59
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
52
Schéma 49:
Réaction d’oxydation de Sugasawa
La réaction de Sugasawa est une méthode qui consiste à introduire un groupe acyle au niveau de la
position ortho de l’aniline par condensation avec un nitrile, en présence des acides de Lewis comme
BCl3 et AlCl3. L’hydrolyse acide pendant le traitement permet de produire l’aniline ortho-acylé
(Schéma 50).60, 61
Schéma 50:
Le mécanisme proposé pour la réaction de Sugasawa montre la combinaison du substrat avec le
catalyseur, en l’occurrence, le trichlorure de bore. Il en résulte la formation d’un intermédiaire lequel
se combine, à son tour, avec l’alkyle nitrile afin de générer un autre composé intermédiaire. Ce dernier
subit des réactions successives qui conduisent à la formation d’un adduit susceptible de réagir avec de
l’eau pour générer le produit attendu, l’aniline ortho-acylé (Schéma 51). 60, 61
53
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 51:
Il a été observé que le second Lewis acide (AlCl3) agit comme accepteur de l’ion chlorure dans
le milieu réactionnelle (Schéma). Cette méthodologie est très importante en synthèse organique parce
que les ortho-anilines sont des précurseurs préférés dans la fabrication des composés hétérocycliques
d’intérêt médicinal (Schéma 52). 60, 61
Il est important de rappeler que la propagation rapide du Virus d’immunodéficience Humaine
(HIV), l’agent causal du SIDA, a incité la communauté scientifique à déployer des efforts dans la
recherche des substances organiques susceptibles de guérir ou de traiter cette terrible maladie
dévastatrice. Par exemple, la synthèse de l’inhibiteur de la transcriptase inverse a été mise sur pied
grâce à la condensation de l’aniline avec le nitrile selon la méthodologie développée par le groupe de
recherche de Sugasawa (Schéma 52).60, 61
Schéma 52a:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
54
Schéma 52b:
Réaction de Tishchenko
Le Chimiste Tishchenko, originaire de la Russie, a rapporté en 1906, la transformation des aldéhydes
en esters en présence des alcoolates d’aluminium et de magnésium comme catalyseurs. Cette
méthodologie de synthèse des esters peut fonctionner avec les aldéhydes aliphatiques et aromatiques,
tandis qu’avec les alcoolates de sodium, seulement les aldéhydes aromatiques peuvent être convertis en
esters (Schéma 53).62
Selon le mécanisme proposé pour la réaction de Tishchenko, le catalyseur se fixe sur le
substrat, ce qui permet de former un adduit chargé négativement et positivement. À partir de cet adduit,
un ion hydrure se déplace d’un aldéhyde à un autre, conduisant ainsi à la production de l’ester (Schéma
53).62
Schéma 53:
La condensation des aldéhydes identiques selon la méthodologie de Tishchenko, a été
également étudiée dans le cas des catalyseurs à base de Lanthanide. De tels catalyseurs ont donné les
résultats escomptés, mais les temps de réactions ont été très longs (Schéma 54).62
Schéma 54:
55
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Réaction d’Evans-Tishchenko
La réaction d’Evans-Tishchenko est une nouvelle version de la réaction traditionnelle de Tishchenko
qui implique deux aldéhydes différents. À cet effet, la nouvelle réaction a vu le jour lors d’une réaction
de β-hydroxyle aldéhyde avec un aldéhyde aliphatique, laquelle, a permis d’obtenir le produit
d’estérification avec une excellente stéréo-sélectivité (Schéma 55).62
Schéma 55:
Dans cette réaction, les deux entités réactives, à savoir, le β-hydroxyle aldéhyde et l’aldéhyde
aliphatique, forment un composé intermédiaire hémi-acétal. Ce dernier, est suivi par la coordination
entre le groupe carbonyle et le samarium (Sm) divalent et par le transfert intramoléculaire de l’hydrure
vers le groupe carbonyle. Il en résulte ainsi, la réduction du groupe carbonyle et l’estérification du
groupe β-hydroxyle. La basse température pourrait favoriser la formation de l’hémi-acétal et la
stabilisation de l’état de transition de type chaise pour générer une excellente stéréo-sélectivité
(Schéma 56).62
Schéma 56:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
56
Réactions d’oxydation des Phénols
Les phénols peuvent être oxydés par les réactifs à base d’iode pour produire, par exemple, les
quinones. Dans ces conditions, les réactions de couplage oxydatif peuvent avoir lieu à partir des
substrats bisphénols (Schéma 57).63-65
Schéma 57:
Dans le cas de l’oxydation des phénols avec le PhI(OAc)2, l’eau est un nucléophile plus efficace
que le méthanol. À cet effet, la réaction réalisée dans un mélange de méthanol et de l’eau (9 :1) a
conduit préférentiellement à la formation du produit hydroxylé, lequel a été isolé avec un rendement de
91 % (Schéma 58).66
57
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 58:
Les conditions d’oxydation des phénols avec le PhI(OAc)2 tolèrent d’autres groupes
fonctionnels comme la lactone et n’affectent pas les centres asymétriques (Schéma 58).
Réactions d’oxydation des Composés Dicarbonylés
L’acétate de manganèse(III) est un agent d’oxydation susceptible de convertir le composé βdicarbonylé en composé intermédiaire radicalaire. Ce dernier réagit avec la double liaison par un
mécanisme de transfert d’un électron. Il en résulte la production d’un composé bi-cyclique radicalaire,
lequel, cède son électron à l’acétate de manganèse(III), ce qui favorise l’oxydation du carbone
radicalaire en un carbone chargé positivement. L’étape finale du processus d’oxydation des composés
dicarbonylés, est une réaction de cyclisation qui conduit à la formation du produit désiré (Schémas
59).67
Schéma 59:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
58
Réactions d’oxydation par DDQ (2,3-Dichloro-5,6-Dicyano-1,4-Benzoquinone)
La combinaison DDQ et NaNO2 a été utilisée comme catalyseur dans les réactions d’aromatisation des
cycles. Il a été rapporté que de telles réactions peuvent avoir lieu en présence de l’air ou de l’oxygène.
Toutefois, les résultats sont plus intéressants en présence de l’O2 qu’en présence de l’air (Schéma
60).68
Schéma 60:
Selon le mécanisme proposé, DDQ réagit avec le substrat pour former le produit attendu. En
faisant cela, DDQ est réduit parce qu’il a fixé deux hydrogènes issus du substrat lors de l’oxydation. Le
dioxyde d’azote (NO2) généré in situ, sert à régénérer l’état d’oxydation de DDQ. Il en résulte la
réduction de NO2 en monoxyde d’azote (NO). Ce dernier réagit avec une molécule d’oxygène (O2) afin
de générer NO2 dans le milieu réactionnel (Schéma 61).68
Schéma 61:
59
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Le DDQ est stable dans les solutions aqueuses d’acides minéraux. Cependant, il se décompose
en présence de l’eau pour générer le cyanure d’hydrogène. À ce point de vue, DDQ en présence de
l’acide acétique et de l’eau a été effectif dans la réaction d’oxydation-déshydrogénation (Schéma 62).69
Schéma 62a:
Schéma 62b:
Schéma 62c:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
60
Le processus d’oxydation-déshydrogénation, a lieu également, lors de la transformation des
éthers allyliques et benzyliques en composés carbonylés correspondants (Schéma 63).70, 71
Schéma 63a:
Schéma 63b:
Le DDQ, en acceptant un ion hydrogène, favorise la formation d’un carbocation stable. La
condition pour que DDQ accepte un ion hydrogène est que le carbocation soit stabilisé (Schémas 62 et
63). 69-71
Oxydation des Alcènes par OsO4
La réaction des alcènes avec OsO4 est une réaction stéréospécifique conduisant à la formation des diols
cis. En ce qui concerne le mécanisme d’une telle réaction, le tétra-oxyde d’osmium (OsO4) se combine
au substrat pour former l’ester cyclique.72 Ce dernier, se décompose pour produire le diol vicinal et une
forme réduite de l’oxyde d’osmium. L’agent oxydant (OsO4) est utilisé en quantité catalytique à cause
de sa toxicité et son coût élevé (Schéma 64a).72
61
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 64a:
Le clivage oxydatif catalytique des oléfines à base du tétra-oxyde d’osmium sans passer par la
formation des diols, comme composés intermédiaires, à été déjà rapporté. À cet égard, il convient de
noter que ces réactions se déroulent bien en présence de l’oxone (KHSO5) et le peroxyde d’hydrogène
(H2O2), lesquels, facilitent le clivage d’une variété d’oléfines en acides carboxyliques correspondants
pour les oléfines mono-et vinal ou en cétones correspondants dans le cas des oléfines gémial
disubstitués (Schéma 64b).73
Schéma 64b:
Schéma 64c:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
62
Le mécanisme du clivage oxydatif catalytique des oléfines assisté par le tétra-oxyde d’osmium
et l’oxydant externe implique la formation du glycolate d’osmium(VI), lequel, se transforme en
glycolate d’osmium(VIII) après une réaction d’oxydation. À l’issu de l’attaque par l’oxydant externe
(l’oxone ou le peroxyde d’hydrogène), sur glycolate d’osmium(VIII), l’adduit qui en résulte se
fragmente pour générer les aldéhydes correspondants, lesquels à leur tour, sont oxydés en acides
carboxyliques par le biais de la méthodologie de Baeyer-Villiger (Schéma 64d).73
Schéma 64d:
Clivage Oxydatif des Alcènes par KMnO4
Lorsque le KMnO4 réagit avec l’alcène en milieu acide, le diol n’est pas formé. Il en résulte plutôt le
clivage oxydatif de la double liaison. La réaction passe par la formation d’un ester manganate cyclique
instable qui se fragmente. Il en résulte la rupture de la liaison carbone-carbone entre les deux oxygènes
(Schéma 65).74-75
Schéma 65:
63
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
L’aldéhyde issu du clivage de l’ester manganate cyclique ne peut pas survivre et il se
transforme en acide carboxylique. Si l’alcène n’a pas d’hydrogènes, le produit du clivage oxydatif sera
une cétone (Schéma 66). 74-75
Schéma 66:
Clivage Oxydatif des Alcènes Par le Périodate de Sodium (NaIO4)
Le clivage des alcènes peut être réalisé dans des conditions douces en utilisant une solution contenant
le périodate de sodium et une quantité catalytique de permanganate de potassium ou avec une quantité
catalytique de tétra-oxyde d’osmium. Le permanganate de potassium ou tétra-oxyde d’osmium
réagissent avec l’alcène pour générer le diol, lequel, est clivé par le périodate de sodium. Le
permanganate de potassium ou tétra-oxyde d’osmium est régénéré par l’action oxydative du périodate
de sodium (Schéma 67).76
Schéma 67a:
Schéma 67b:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
64
La combinaison du tétra-oxyde d’osmium et du périodate de sodium a été utile dans la
fabrication du composé spiro α, β-insaturé. En effet, comme les séquences des réactions le montrent cidessous, l’oxydation de l’alcène par OsO4 et NaIO4 en aldéhyde, a permis de réaliser la réaction
d’aldolisation et de déshydratation afin de générer le produit cyclique attendu, à savoir, le composé
spiro α, β-insaturé. Il convient de rappeler qu’une telle synthèse a été rendue possible grâce à une
méthodologie de déconnection basée sur la fragmentation de la double liaison adjacente au groupe
carbonyle (Schéma 68).77, 78
Schéma 68:
65
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Réaction D’ozonolyse
La stratégie à utiliser pour synthétiser les composés portant des groupes fonctionnels aux positions 1, 6
est de réaliser la réaction intramoléculaire impliquant les deux groupes fonctionnels extrêmes pour
générer les produits intermédiaires cycliques dont l’alcène cyclique, ci-dessous, qui a été clivé par la
réaction d’ozonolyse (Schéma 69).79-80
Schéma 69:
Clivage Oxydatif des Diols par Tétra-Acétate de Plomb
Lorsque les solvants organiques sont utilisés pour cliver ou oxyder les diols, le tétra-acétate de plomb
est l’oxydant le mieux indiqué. Le mécanisme proposé pour une telle réaction d’oxydation passe par la
formation d’un ester cyclique comme composé intermédiaire, lequel, se décompose pour générer le
produit escompté (Schéma 70).81, 82
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
66
Schéma 70:
Le tétra-acétate de plomb en conjonction avec l’ozone a été utilisé pour oxyder les alcools
allyliques (Schéma 71).83 Il convient de faire remarquer que l’acétate de plomb est toxique et de ce fait,
il peut causer des irritations de la peau, du tube respiratoire et des yeux, une fois inhalé. C’est une
neurotoxine, il affecte les reins, le système reproductif, le système nerveux central et le sang.
Schéma 71:
Réaction d’oxydation de Swern
Le mécanisme de la réaction de Swern implique la formation de l’ion alkoxy sulfonium. L’arrachement
de l’hydrogène au niveau de ce dernier est l’étape qui détermine la vitesse de la réaction. Cette étape
est directement suivie de l’élimination de l’ylure du soufre sous forme de sulfure de méthyle (Schéma
72).50, 84
67
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 72:
Réaction d’oxydation des Alcools par TPAP
Par rapport aux oxydants à base de chrome, lesquels sont utilisés en quantité stœchiométrique ou
parfois en excès, le TPAP (tétrapropylammonium perruthenate) demeure le catalyseur le plus utilisé, en
chimie organique de synthèse, pour oxyder les alcools. Il fonctionne avec l’aide de N-méthyle
morphine (NMO) utilisé en quantité stœchiométrique, pour le recycler. Les alcools primaires sont
transformés en aldéhydes correspondants. Il a été constaté que la transformation des aldéhydes en
acides carboxyliques est rare même à l’absence du tamis moléculaire (MS) qui sert à éliminer de l’eau
dans le milieu réactionnel.85, 86 La combinaison de TPAP et NMO est efficace pour réaliser l’oxydation
des alcools en composés carbonylés correspondants. La réaction nécessite un simple traitement, génère
moins des résidus inorganiques dans le milieu réactionnel et elle tolère une variété des groupes
fonctionnels comme les acétals, les doubles liaisons et les esters. 85, 86 Le NMO fonctionne comme
oxydant stœchiométrique pour recycler le TPAP qui est l’oxydant catalytique (Schémas 73-74). 85, 86
Schéma 73:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
68
Schéma 74:
Réaction d’oxydation des Alcools par TEMPO
Il a été rapporté que TEMPO réagit avec le chlorure de cuivre et l’hypochlorite de sodium pour générer
in situ l’oxydant susceptible de convertir les alcools en composés carbonylés correspondants avec des
rendements relativement bons. De ce point de vue, il a été observé que les aldéhydes obtenus à partir
de l’oxydation des alcools primaires sont rarement transformés en acides carboxyliques (Schéma 75).87
Schéma 75a:
Schéma 75b:
69
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Le mécanisme pour ce type de réaction a été postulé en tenant compte des conditions
réactionnelles alcalines ou acides. À cet effet, dans des conditions alcalines, la réaction passe par un
état de transition cyclique au niveau duquel se déroule une réaction d’élimination concertée similaire à
la réaction d’élimination de Cope.87 Lorsque les conditions sont acides, l’état de transition proposé est
acyclique au sein duquel se passe une réaction d’élimination concertée (Schéma 76).87
Schéma 76:
La réaction d’oxydation des alcools par TEMPO fonctionne, relativement bien, dans les
solvants liquides ioniques sans trace des produits secondaires tels que les acides carboxyliques. Les
produits attendus peuvent être extraits à l’aide des solvants organiques et les solvants liquides ioniques
peuvent être réutilisés ou recyclés. Dans cette optique, le sel de 1-butyle-3-méthyle-imidazolium
hexafluorophosphate [bmim][PF6] est le solvant liquide ionique représentatif. Dans ce solvant, des
alcools benzyliques, allyliques et aliphatiques ont été transformés en composés carbonylés
correspondants en présence de l’oxygène atmosphérique (Schéma 77).88
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
70
Schéma 77a:
Schéma 77b:
Les solvants liquides ioniques sont principalement des sels des cations organiques. Ce sont des
composés polaires et en général, ils sont liquides à la température ambiante. Les solvants liquides
ioniques sont stables dans des conditions thermiques et ils dissolvent beaucoup de composés
organiques et organométalliques.88
Hydroboration-Oxydation des Alcènes et des Alcynes
L’hydroboration des alcènes est une addition syn dans laquelle le Bore se fixe au carbone le moins
substitué de l’alcène. Le nucléophile se fixe, ainsi, au carbone le moins substitué lequel porte le Bore.
L’hydroboration est une réaction qui ne suit pas la régiosélectivité de Markovnikov (Schéma 78).89, 90
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique
Topwe M. Mwene-Mbeja
Les alkyles boranes ne sont pas utilisés pour les alkyles lithiums mais ils sont normalement
oxydés pour générer des alcools en présence d’une solution de peroxyde d’hydrogène (Schéma 78). 89,
90
71
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Schéma 78:
Les réactions de couplage constituent l’une des méthodes pour introduire un groupe alcyne
dans une variété des substrats organiques. Au niveau du groupe alcyne, d’autres transformations
organiques peuvent avoir lieu. Par exemple, la conversion des alcynes en acides carboxyliques par le
biais de la réaction dite hydroboration-oxydation (Schéma 79).91
Schéma 79a:
Schéma 79b:
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
72
Réaction de Prins
Dans la réaction de Prins, l’électrophile est le formaldéhyde, ou un autre aldéhyde qui agirait comme
réactif, dans une solution acide génère le cation le plus stable. La première étape est l’addition du
nucléophile, selon la règle normale de Markovnikov, sur le carbone le plus substitué (Schéma 80).92-94
Schéma 80a:
Schéma 80b:
La réaction de Prins a été appliquée avec succès dans la synthèse totale du produit naturel,
connu sous l’appellation de Civet, comme le démontre les étapes libellées dans le Schéma 81.95
L’hydrogénation catalytique de deux isomères issus de la réaction de Prins a permis d’isoler
proprement le produit escompté (Schéma 81). 95
Schéma 81:
73
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Conclusion
Cet article est une revue de la littérature scientifique relative aux réactions d’oxydation ainsi qu’à leurs
mécanismes. De ce point de vue, différentes étapes qui expliquent la formation des produits organiques
ont été présentées de manière détaillée afin de faciliter la compréhension de ces types des mécanismes.
Vu sous cet angle, cet article s’avère ainsi, un outil précieux pour les étudiants en Chimie organique et
pour les Enseignants, lesquels, s’intéressent à la problématique relative à la synthèse organique.
Bibliographie
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
Behrman, E. J. Beilstein J. Org. Chem. 2006, 2, 22
Behrman, E. J. J. Org. Chem. 1992, 57, 2266
Marjanovic, B.; Juranic, I.; Ciric-Marjanivic, G. J. Phys. Chem. A. 2011, 115, 3536
Corey, E. J.; Kim, C. U. Tetrahedron Lett. 1974, 15, 287
Katayama, S.; Fukuda, K.; Watanabe, T.; Yamaucha, M. Synthesis 1988, 178
Pulkkinen, J. T.; Vepsalainen, J. J. J. Org. Chem. 1996, 61, 8604
Corey, E. J.; Kim, C. U. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 7586
Harding, K. E.; May, L. M.; Dick, K. F. J. Org. Chem. 1975, 40, 1664
Zhao, M.; Li, J.; Song,Z.; Desmond, R.; Tschaen, D. M.; Grabowski, E. J. J.; Reider, P. J.
Tetrahedron Lett., 1998, 39, 5323
Attenburrow, J.; Cameron, A. F. B.; Chapman, J. H.; Evans, R. M.; Jansen, A. B.A.; Walker, T.
J. Chem. Soc. 1952, 1094
Goldman, I. M. J. Org. Chem. 1969, 34, 1979
Ji-Dong, L.; Zhi-Nan, X. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 6149
Poos, G. I.; Arth, G. E.; Beyler, R. E.; Sarett, L. H. J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 422
Blakemore, P. R.; Cole, W. J.; Kocienski, P. J.; Morely, A. Synlett 1998, 26
Collins, J. C.; Hess, W. W.; Frank, F. J. Tetrahedron Lett. 1968, 9, 3363
Kröhnske, F. Angew. Chem. Internat. Edit. 1963, 2, 380
Maeba, I.; Osaka, K.; Morishita, N.; Fujioka, K.; Ito, C. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1991,
939
Angyal, S. J.; Penman, D. R.; Warwick, G. P.; J. Chem. Soc. 1953, 1742
Sommelet, M. Compt. Rend. 1913, 157, 852
Angyal, S. J.; Rassack, R. Nature 1948, 161, 723
Serban, G.; Cuc, S.; Egri, E.; Salvan, A. Farmacia 2010, 58, 818
Malykin, E. V.; Shteingat, V. D. J. Fluorine Chem. 1998, 91, 19
Karamé, I.; Jahjah, M.; Messaoudi, A.; Tommasino, M. L.; Lemaire, M.; Tetrahedron :
Asymmetry 2004, 15, 1569
Teobald, B. J. Tetrahedron 2002, 58, 4133
Rosa, F. L.; Nicholas, K. M. Tetrahedron Lett. 1977, 18, 4163
Muehldorf, A. V.; Guzman-Perez, A.; Kluge, A. F. Tetrahedron Lett. 1994, 35, 8755
Lau, C. K.; Dufresne, C.; Belanger, P. C.; Pietre, S.; Scheigetz, J. J. Org. Chem. 1986, 51, 3038
Tester, R.; Montana, a. M.; Khan, M. M.; Nicholas, K. M. J. Org. Chem. 1990, 55, 186
Pfitzner, K. E.; Moffatt, J. G. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 3027
Zekovic, D.; Radulovic, M.; Nastasovic, A.; Vroic, M. M.; Jakovljevic, D.; Kogan, G. Chem.
Pap. 2006, 60, 243
Schobert, R. Synthesis 1987, 8, 741
Ramage, R.; MacLeod, A. M.; Rose, G. W. Tetrahedron 1991, 47, 5625
Stephenson, L. M.; Speth, D. R.; J. Org. Chem. 1979, 44, 4683
Riley, H. A.; Gray, A. R. Org. Synth. Coll. 1943, 2, 509
Sharpless, K. B.; Lauer, R. F. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 7154
Umbreit, M. A.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5526
Mécanismes de Réactions d’Oxydation en Synthèse Organique Mechanisms of
Oxidation Reactions in Organic Synthesis
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
[70]
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
74
Patel, R. M.; Puranik, V. G.; Argade, N. P. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 6312
(a) Barton, D. H. R.; Hus, R. A. H. F.; Lester, D. J.; Ley, S. V. Tetrahedron Lett. 1979, 16,
3331; (b) Leis, J. R.; Pena, M. E.; Williams, D. L. H.; Mawson, S. D. J. Chem. Soc., Perkin
Trans. 2, 1988, 157
Necsoiu, I.; Balaban, A. T.; Pascaru, I.; Sliam, E.; Elian, M.; Nenitzescu, C. D. Tetrahedron
1963, 19, 1133
Wheeler, O. H. Can. J. Chem. 1958, 36, 667
Dress, M.; Strassner, T. Inorg. Chem. 2011, 50, 5833
Cook, G. K.; Mayer, J. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7139
Hassner, A. ; Reuss, R. H. ; Pinnick, H. W. J. Org. Chem. 1975, 40, 3427
Housse, O. H.; Czuba, L. J.; Gall, M.; Olmstead, H. D. J. Org. Chem. 1969, 34, 2324
Oldenziel, O.H.; van Leusen, A. M. Tetrahedron Lett. 1974, 15, 167
Tsuchlhashi, G.; Maniwa, K.; Iluchijama, S. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 4280
Enders, D.; Niemeier, O.; Balensiefer, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1463
Takikawa, H.; Hachisu, Y.; Bode, J. W.; Suzuki, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3492
Bloomfield, J. J.; Owsley, D. C.; Nelke, J. M. Org. React. 1976, 23, 259
Spino, C.; Godbout, C.; Beaulieu, C.; Harter, M.; Mwene-Mbeja, T. M.; Boisvert, L. J. Am.
Chem. Soc. 2004, 126, 13312
Dess, D. B.; Martin, J. C. J. Org. Chem. 1983, 48, 4155
Yadav, J. S.; Reddy, B. V. S.; Basak, A. K.; Narsaiah, A. V. Tetrahedron 2004, 60, 2131
Dess, D. B.; Martin, J. C. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7277
Dess, D. B.; Martin, J. C. J. Org. Chem., 1983, 48, 4155
Wipf, P.; Miller, C. P. J. Org. Chem. 1993, 58, 3604
Karade, N. N.; Gampawar, S. V.; Kondre, J. M.; Shinde, S. V. ARKIVOC 2008, 9
Nicolaou, K. C.; Baran, P. S.; Zhong, Y. L.; Sugita, K. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 2212
Yu, C.; Hu, L. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 5167
Porth, S.; Bats, J. W.; Trauner, G. G.; Mulzer, J. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 2015
Prasad, K.; Lee, G. T.; Chaudhary, A.; Girgis, M. J.; Streemke, J. W.; Repic, O. Org. Proc. Res.
Devel. 2003, 7, 723
Hupis, I. N.; Molina, A.; Douglas, A. W.; Xavier, L.; Lynch, J.; Volante, R. P. Tetrahedron
Lett. 1994, 35, 6811
Tormakangas, O.P.; Koskinen, A. M. P. Rec. Res. Devel. Org. Chem. 2001, 5, 225
Moriarty, R. M.; Prakash, O. Org. React. 2001, 57, 327
Pelter, A. Tetrahedron 2001, 57, 273
Pelter, A.; Elgendy, S. M. A. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1993, 1891
Pelter, A.; Ward, R. S. Tetrahedron 2001, 57, 273
Corey, E. J.; Kang, M. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5384
Zhang, W.; Ma. H.; Zhou, L.; Sun, Z.; Du, Z.; Miao, H.; Xu, J. Molecules 2008, 13, 3236
Chen, L. Y.; Li, S. R.; Chen, P. Y.; Chang, H. C.; Wang, T. P.; Tsai, I. L.; Wang, E. C.
ARKIVOC 2010, 64
Rahim, M. A.; Matsumura, S.; Toshima, K. Tetrahedron Lett. 2005, 46, 7307
Lee-Ruff, E.; Ablenas, F. J. Can. J. Chem. 1989, 67, 699
Frunzke, J. ; Loschen, C. ; Frenking, G. ; J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3642
Hart, S. R.; Whitehead, D. C.; Travis, B. R. Borhan, B. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 4741
Levene, P. A.; Meyer, G. M. Org. Synth. Coll. 1943, 2, 288
Zellars, G. R.; Levine, R. J. Org. Chem. 1948, 13, 160
Seeboth, H. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1967, 6, 307
Tramontini, M. Synthesis 1973, 303
Nicolaou, K. C.; Adsool, V. A.; Hale, C. R. H. Org. Lett. 2010, 12, 1552
75
[79]
[80]
[81]
[82]
[83]
[84]
[85]
[86]
[87]
[88]
[89]
[90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
Topwe Milongwe Mwene-Mbeja
Jones, G. Org. React. 1967, 15, 204
Kingsbury, C. A.; Max, G. J. Org. Chem. 1978, 43, 3131
Criegee, R.; Kraft, L.; Rank, B. Liebigs Ann. Chem. 1933, 507, 159
Criegee, R.; Höger, E.; Huber, G.; Kruck, P.; Marktscheffet, F.; Schellenberger, H. Liebigs
Ann. Chem. 1956, 599, 81
Alvarez-Manzaneda, E. J. C. R.; Cano, M. J.; Torres, E. C.; Haidour, B. A.; López, J. M. R.
Tetrahedron Lett. 2006, 47, 6619
Giagou, T.; Meyer, M. P. J. Org. Chem., 2010, 75, 8088
Chandler, W. D.; Wang, Z.; Lee, D. G. Can. J. Chem. 2005, 83, 1212
Cao, E.; Motherwell, W. B.; Gavrlilidis, A. Chem. Eng. Technol. 2006, 29, 1372
De Nooy, A. E. J.; Besemer, A. C.; Van Beckkum, H. Synthesis 1996, 1153
Anzari, I. A.; Gree, R. Org. Lett. 2002, 4, 1507
Buregess, K.; Ohlmeyer, M. J. Chem. Rev. 1991, 91, 1179
Lane, C. F. J. Org. Chem. 1974, 39, 1437
Zweifel, G.; Backlund, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3184
Chen, K.; Brook, S. C.; Smith, A. B. Organic Synth. 1998, 75, 189
Smith, A. B.; Dorsey, B. D.; Ohba, M.; Lupo, A. T.; Malamas, M. S. J. Org. Chem. 1988, 53,
4314
Smith, A. B.; Dorsey, B. D.; Visnick, M.; Maeda, T.; Malamas, M. S. J. Am. Chem. Soc. 1986,
108, 3110
Chio, F. K.; Warne, J.; Gough, D.; Penny, M.; Green, S.; Coles, S. J.; Hursthouse, M. B.; Jones,
P.; Hassall, L.; McGuire, T. M.; Dobbs, A. P. Tetrahedron 2011, 67, 5107