Soutenance mémoire
Les isonitriles
Les isonitriles sont des composés organiques tout aussi méconnus que riches du point de vue de leur réactivité. Leur découverte n’est pas récente puisque la première synthèse a été proposée par Lieke en 1859. Ces composés ont été délaissés durant plusieurs décennies en raison des difficultés rencontrées pour leur synthèse mais également à cause de leur odeur particulièrement désagréable. Gautier la définissant comme la « réminiscence de l’artichaut et du phosphore combinés ». Depuis une vingtaine d’années, les isonitriles sont devenus un outil de choix en synthèse organique et notamment pour les réactions multicomposants.
Présentation
Les isonitriles sont des composés organiques contenant le groupement -NC. L’atome d’azote est généralement lié à un groupement carboné. Il peut être aussi lié à un autre atome hétéroatome (azote ou bore par exemple) ou à un atome d’hydrogène. L’isocyanure d’hydrogène H-NC, tautomère du cyanure d’hydrogène, est ainsi présent dans les milieux interstellaires.
Toxicité
Mis à part quelques rares cas, la toxicité des isonitriles reste faible pour les mammifères. Des tests ont ainsi montré qu’une dose comprise entre 0,5 et 5 g.kg−1 pouvait être tolérée par des souris. Cette faible toxicité combinée à leur odeur particulièrement désagréable a conduit à une étude envisageant leur utilisation comme arme non-létale pour disperser les foules lors de manifestations.
Synthèse
Synthèse naturelle
Les études de biosynthèse d’isonitriles sont nombreuses. Les études par marquage isotopique semblent montrer que l’isonitrile provient principalement de sources inorganiques du groupe cyano. Différentes études montrent la présence de dérivés thiocyano et formamide correspondant aux isonitriles isolés. Toutefois, ces dérivés semblent principalement être des produits issus des isonitriles plutôt que leurs précurseurs. La plupart de ces études restent néanmoins prudentes dans leurs conclusions.
Synthèse en laboratoire
Relativement peu d’isonitriles sont disponibles commercialement et souvent à des tarifs peu attractifs. Différentes méthodes ont ainsi été mises au point. Historiquement, la première synthèse réalisée par Lieke en 1859 était accidentelle. En souhaitant obtenir un nitrile à partir du iodure d’allyle en présence de cyanure d’argent, ce dernier a obtenu un produit qu’il n’a pu identifier . Il décrivit toutefois l’odeur déplaisante qui disparaissait après chauffage. Ce n’est que quelques années plus tard que Gautier et Hofmann ont identifié le produit de synthèse comme étant un isonitrile.
Autres méthodes de synthèse d’isonitrile
La réduction des isocyanates et isothiocyanates a également été explorée. L’utilisation de réducteurs classiques, comme une trialkylphosphine ou un hydrure métallique, nécessite une température élevée qui peut entraîner une polymérisation de l’isonitrile. L’utilisation de réducteurs plus complexes tel que le diphényl-tert-butylsilyl lithium, le 2-phényl-3- méthyl-1,3,2-oxazaphospholidine, ou d’un mélange trichlorosilane-triéthylamine a permis ainsi de diminuer la température de réaction. Ces dernières années, quelques équipes ont repris la voie initiée par Lieke avec l’utilisation de dérivés d’ions cyanures. Le laboratoire de l’ENSTA a ainsi mis en place une procédure permettant la synthèse in situ d’isonitrile à partir de dérivés halogénés en présence de cyanure d’argent et pouvant être utilisés ensuite dans diverses réactions. Enfin, l’équipe de Kitano a proposé une synthèse monotope en partant d’un alcool en présence de cyanure de triméthylsilyle et d’acide méthanesulfonique. L’utilisation de chlorure de tosyle avec le formamide intermédiaire conduit à l’isonitrile souhaité.
Les réactions multicomposants
La nécessité d’obtenir des molécules de plus en plus complexes est devenue l’un des enjeux majeurs pour les chimistes mais leur obtention n’en reste pas moins délicate. La notion de synthèse parfaite est à la chimie organique ce que la résolution de l’équation de Schrödinger est à la chimie théorique. Une telle synthèse nécessiterait l’utilisation d’un nombre restreint de réactifs peu coûteux, la limitation des étapes de purification mais également le contrôle de la chimiosélectivité ou stéréosélectivité par exemple. La voie de synthèse classique, dite séquentielle, est loin de respecter l’utilisation réduite de réactifs et d’étapes de purification. De plus, le rendement global d’une telle synthèse décroît fortement avec le nombre d’étapes. Parmi les stratégies envisagées pour améliorer une synthèse, les réactions multicomposants se sont révélées un outil de choix.
Mécanisme de la réaction de Ugi
Ces observations expérimentales concernant le solvant ont conduit Ugi à proposer un mécanisme ionique dès 1961 . La formation d’une imine, activée ensuite sous forme d’iminium, conduit à l’addition de l’isonitrile sur cette espèce pour former l’intermédiaire nitrilium. En tant qu’électrophile, le nitrilium réagit avec le carboxylate pour former l’imidate. L’ensemble de ces premières étapes est supposé renversable. L’efficacité de la réaction est alors assurée par la dernière étape, un réarrangement de Mumm. Cette étape, non renversable, déplacerait alors les équilibres pour conduire à la formation d’une liaison double C=O. Plus récemment, un second mécanisme a été proposé . Ce dernier consiste à rendre compte de la compétition qui existe entre le carboxylate et l’isonitrile comme nucléophiles. Cette voie propose ainsi la réaction entre l’iminium et le carboxylate pour conduire à un hémiaminal. L’isonitrile, en tant que carbène, effectue alors une α-addition pour conduire à l’imidate précédemment décrit. Quel que soit le mécanisme proposé, l’intermédiaire clé de la réaction est l’imidate qui subit un réarrangement de Mumm qui est la force motrice de la réaction.
|
Table des matières
I Introduction
1 Les isonitriles
1.1 Présentation
1.2 Synthèse
1.3 Réactivité
Bibliographie
2 Les réactions multicomposants
2.1 Présentation
2.2 Historique
2.3 Les isonitriles dans les réactions multicomposants
Bibliographie
3 Outils de modélisation de chemins réactionnels
3.1 Résolution par la fonction d’onde
3.2 Résolution par la densité électronique
3.3 Modélisation d’une surface d’énergie potentielle
Bibliographie
II Les isonitriles et les couplages de type Ugi
4 Représentation des isonitriles
4.1 Généralités
4.2 Méthodologie
4.3 Influence du substituant
4.4 Importance des différentes structures
4.5 Conclusion
Bibliographie
5 Apport de la modélisation moléculaire pour les couplages de Ugi
5.1 Étude du réarrangement de Mumm
5.2 Mise en évidence d’un intermédiaire de réaction
5.3 Les nitrosophénols comme partenaires acides
x Table des matières
5.4 Conclusion
Bibliographie
6 Ouverture d’aminocyclopropanes
6.1 État de l’art
6.2 Tests préliminaires
6.3 Optimisation des conditions opératoires
6.4 Résultats pour différents substrats
6.5 Mécanisme
6.6 Comparaison des systèmes catalytiques
6.7 Applications
6.8 Conclusion et perspectives
Bibliographie
Conclusion
Télécharger le rapport complet
