CH932- activation palladium

Palladium catalyzed
C-H Activation / Cross-coupling reaction
M2R COCV2 2010-2011
Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5094-5115
Chem. Rev. 2010, 110, 1147-1169
I. Introduction
Composés organiques = molécules cycliques ou acycliques composés d’atomes de carbones rattachés ou
non à des atomes d’hydrogènes
L’insertion d’hétéroatomes a conduit a une extraordinaire plaitore de composés appartenant aussi bien au
monde des organismes vivants, qu’à la pétrochimie, qu’au domaine pharmaceutique, cosmétiques…….
Synthèse organique : discipline basée sur la transformation de groupements fonctionnels
La présence d’un hétéroatome ou d’une insaturation est primordiale dans le squelette de la molécule.
Mise en place d’une
stratégie de synthèse
Dans ce contexte les liaisons C-H ne font partie des ces gpts fonctionnels
2 peut être obtenu en une seule étape à partir de 3
par déplacement de l’atome d’hydrogène
La transformation d’une liaison C-H pour fonctionnaliser
une molécule a fait l’objet de nombreux travaux dans les
années 2000 : C-H activation.
Plus particulièrement, l’attention s’est portée sur la
chimiosélectivité pour accéder à différents composés à
partir du même substrat.
La fonctionnalisation directe des liaisons C-H fait appel à deux « challenges »
1- la nature inerte des liaisons C-H
2- le contrôle de la sélectivité dans les molécules qui possèdent plusieures liaisons C-H
1- métaux de transition (Ru, Rh, Pt et Pd ) peuvent réagir avec les liaisons C-H pour conduire à C-Métal
(plus réactive que C-H)
2- la méthode la plus développée est l’utilisation de substrats qui possèdent « des ligands coordinands
(gpt directeur) »
I. Formation de liaison Carbone - Carbone
1. C-H arylation (formation de liaison aryl-aryl)
Réaction la plus étudiée dans le domaine de la C-H activation car composés biaryles largement présents dans
les molécules biologiquement actives
Catalyseur : [Ru]- [Rh]- [Pd]
dans notre cas le Pd(OAc)2 le plus populaire
Aditifs : sels métaliques (AgOAc) en quantité stoechiométrique (oxydant)
Aryl : Iodure d’aryl et bromure d’aryl mais également les chlorures, les tosyltates et autres
Température : 100°C
Solvant : DMF, N-méthylpyrrolidine, toluène…
La formation de liaison aryl-aryl peut être soit intramoléculaire soit intermoléculaire
régiosélectivité de la réaction est induite par :
a) un gpt directeur (alcohol, aldéhyde,
acide carboxylique, amide, pyridine….),
b) par les effets électroniques ou
stériques de R1
a) Directed group assisted sp2 C-H ortho-arylation avec préfonctionnalysés aryles
L
X
H
+
Avec X = halogène
L
Pd(OAc)2
oxydant
Mécanisme passant par PdII/0
1-addition oxydante de ArCl sur Pd0
2- échange du ligand Cl par benzote
3- ER
Pd2
Pd0
Ar-Cl
2
Cl Pd Ar
O
O-
COOH
Ar
Pd Ar
ER
O
O
Avec X = B(OH)2
Avec X = I+Mes
Transfert du Ar le plus petit
b) Directed group assisted sp3 C-H ortho-arylation avec des aryles préfonctionnalysés
X
L
H +
Pd(OAc)2
L
Sélectivité CI vs CII vs CIII
Mécanisme PdII/0
Mécanisme PdII/IV
c) Directed group assisted sp2 C-H ortho-arylation avec des aryles non fonctionnalysés : couplage
oxydant
2ème stratégie pour faire de sp2 CH arylation est de faire un couple oxydant directe entre LArH et ArH
L
H
H
+
L
Pd(OAc)2
oxydant
BQ facilite l’ER
2. C-H oléfination (formation de liaison aryl-oléfine)
L
L
R
H
+
PdII
R
oxydant
Large excès de substrat (solvant)
Manque de sélectivité lorsque
benzène monosubstitué sont
utilisés
3. C-H alkylatioj (formation de liaison aryl-alkyl)
L
L
H
+
Pd(OAc)2
R-Y
Y = Sn, B
R
II. Formation de liaison Carbone - Oxygène
1. Oxydant PhI(OAc)2
Les premiers exemples de formation de laison C-O via une activation sp2 C-H par un complexe de Pd fut décrit
en utilisant une quantité stœchiométrique de PhI(OAc)2 comme oxydant.
Les pyridines se sont révélées d’excellent groupements directeurs comme les oxime amide ou les azahétérocycles. Par contre les cétones ou aldehydes sont de mauvais gpts directeurs car ce sont de mauvais
ligands pour le Pd
Ce même type de transformation peut être réalisée à partir de sp3 C-H avec une très grande sélectivité
CI vs CII et formation d’un paladacycle à 5 chainons vs 6 chainons
2. Autres types d’oxydants : peroxyde
Peroxides inorganiques : Oxone, K2S2O8 (oxydant terminal pour permettre le passage de PdII à PdIV)
Solvant : AcOH (source d’oxygène)
Pour les sp3 C-H
Peroxides organiques : MeCO2O-t-Bu ou lauroyl peroxyde (oxydant pour permettre le passage de PdII à PdIV)
Solvant : Ac2O (meilleur turn over)
III. Formation de liaison Carbone - Halogène (I, Br, Cl)
L
L
H
Pd(OAc)2
X
1. N-Halosuccinimides
Réaction faite avec de nombreux groupements directeurs (pyridines, ethers d’oxime, isoquinoleines, amides
avec de bons rendements sauf dans les cas où deux position ortho-CH sont libres (compétition avec di-orthohalogénation)
2. CuX2 (X = Cl ou Br))
sp2 C-H halogénation palladocatalysée peut être
également réalisée en présence de CuX2 (terminal
ou co-oxydant)
3. XOAc (réactif de Suarez, X = Br, I))
Les réactifs de type XOAc ont aussi été employés pour faire des sp2 et sp3 C-H halogénation
Mécanisme impliquent le passage d’un PdII à PdIV ou la liaison C-X se fait par élimination réductrice
IV. Formation de liaison Carbone - Fluor
Sources de fluor : N-fluoro-2,4,6-trimethylpyridinium tetrafluoroborate, N-fluoropyridinium tetrafluoroborate,
4-iodotoluenedifluoride, et N-fluorodisulfonamide
Mécanisme PdII/IV
V. Formation de liaison Carbone - Azote
C-H activation a aussi été utilisée pour former des liaisons C-N soit de façon
- intramoléculaire (formation d’un hétérocycle)
- intermoléculaire
VI. Application synthèse totale