Introduction à la chimie radicalaire des xanthates

Principes de la chimie radicalaire par propagation de chaîne 

La chimie radicalaire connaît depuis quelques années un grand succès et ses applications en synthèse organique sont devenues très fréquentes.

Le mécanisme d’un processus radicalaire par propagation de chaîne comporte trois étapes :
• l’amorçage est l’étape de génération d’un radical par rupture homolytique d’une liaison faible. Il existe deux voies de rupture : thermique et lumineuse (UV-visible).

La plupart du temps, les amorces sont choisis selon deux critères : leur temps de demi-vie à la température du processus radicalaire et la nature du radical généré .

• la propagation est l’étape où ont lieu différentes transformations du radical. Les différentes transformations subies par le radical dans cette étape de propagation peuvent être des additions, des éliminations (fragmentation, β-élimination), des cyclisations, des ouvertures de cycles, des réarrangements…

• la terminaison. Cette étape peut avoir lieu selon deux voies différentes: la recombinaison ou la dismutation. Toutes les deux rompent la chaîne de propagation.

Si le nouveau radical obtenu, après avoir subi différentes transformations dans l’étape de propagation, transmet son caractère radicalaire à l’un des réactifs de départ, il s’agit d’une réaction radicalaire par propagation de chaîne.

Méthode à l’hydrure de tributylétain

Il existe plusieurs processus radicalaires qui suivent un mécanisme par propagation de chaîne. Nous allons seulement développer la méthode concernant l’utilisation de l’hydrure de tributylétain, car ce dernier, très utilisé en chimie radicalaire, réagit avec une grande variété de groupements .

Tout d’abord a lieu l’abstraction de l’hydrogène de la liaison faible Sn-H par un radical issu de l’amorce, pour donner ainsi le radical Bu3Sn· , lequel réagit ensuite avec le substrat R1 -X pour générer un nouveau radical R1 · , qui a alors deux possibilités d’évolution. Il peut :

(a)- subir une réduction prématurée pour engendrer le produit réduit R1 -H ainsi qu’un nouveau radical stannylé qui peut propager la chaîne,

(b)- ou réaliser une ou plusieurs transformations successives, pour donner un nouveau radical R2 · , lequel est réduit par l’hydrure de tributylétain en générant le produit R2 -H et un radical stannylé qui propage la chaîne.

Ce méthode est compatible avec un grand nombre de fonctionnalités, ce qui permet donc d’obtenir des molécules d’une grande complexité .

Il est possible d’éviter la réduction prématurée (a), non désirée, du radical R1 · par addition lente de l’hydrure tout au long de la réaction et en travaillant à grande dilution. Cependant, dans le cas d’additions intermoléculaires, ou dans d’autres transformations cinétiquement défavorisées, cette réduction prématurée devient plus compétitive. Enfin, les dérivés d’étain présentent aussi l’inconvénient d’être toxiques et posent généralement des problèmes de purification, ce qui limite leur utilisation à grande échelle et en particulier dans l’industrie pharmaceutique.

La chimie radicalaire par transfert d’atome ou de groupe

La chimie radicalaire par transfert d’atome : Kharasch

Ce type de réaction radicalaire a été exploité par Kharasch. Sa principale caractéristique est le transfert d’un hétéroatome du réactif de départ sur le produit final de la réaction. De cette façon, le produit final peut être aussi, à son tour, mis en jeu dans une nouvelle séquence radicalaire, ou permettre, via la chimie ionique, de nouvelles transformations.

Les avantages de ce processus par rapport à la méthode à l’hydrure de tributylétain sont les suivants:

• Il n’existe pas de réaction de compétition. Dans le cas précédent, la réduction prématuré des radicaux limitait fortement la méthode.
• Il existe une réaction dégénérée entre le radical R1 · et son précurseur R1 -X. Cette transformation n’est pas visible d’un point de vue macroscopique car les produits de réaction sont identiques aux réactifs, et donc, le bilan de la transformation est nul. Cette réaction, qui n’est pas en compétition avec la formation du radical R2 · , peut se traduire comme une augmentation de la durée de vie du radical R1 · , qui a donc le temps de réaliser différentes transformations.

Pour que l’étape de transfert d’atome (facteur limitant de la réaction) soit efficace il faut former une liaison C-X (R2 -X) plus forte que la liaison C-X du produit de départ (R1 -X) ou, en d’autres termes, le radical adduit (R2 · ) doit être moins stable que le radical de départ (R1 · ). Dans le cas contraire, il peut avoir lieu des phénomènes d’oligomérisation (Schéma 1.6). Ainsi, l’utilisation de radicaux R1 · alkyles primaires non stabilisés, aromatiques ou encore vinyliques sera difficilement envisageable avec cette méthode.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1: Introduction à la chimie radicalaire des xanthates
I Principes de la chimie radicalaire par propagation de chaîne
1- Introduction
2- Méthode à l’hydrure de tributylétain
II La chimie radicalaire par transfert d’atome ou de groupe
1- La chimie radicalaire par transfert d’atome : Kharasch
2- La chimie radicalaire des xanthates
2a- Réaction de Barton-McCombie
2b- Principe de la chimie radicalaire des xanthates par transfert de groupe
III Synthèse des xanthates
1- Par déplacement d’un groupe partant avec un sel de xanthogénate
2- Par réaction entre un accepteur de Michael et un sel de xanthogénate
3- Par réaction entre un carbanion et un bis-xanthate
4- Par voie radicalaire
4a- Par réaction entre un composé diazo et un bis-xanthate
4b- Par réaction entre un xanthate et un accepteur radicalaire
IV Application synthétique de la chimie radicalaire des xanthates
1- Additions sur les oléfines
2- Cyclisations
3- Additions sur des aromatiques
4- Applications à la synthèse totale
5- Allylations
6- Polymérisation vivante
7- Les xanthates comme source de radicaux alcoxycarbonyles, acyles,
stannyles, azotés,
8- Transformations du groupement xanthate
8a- Par voie radicalaire
8b- Par voie ionique
Chapitre 2: Réarrangement [2,3] sigmatropique des nitrés allyliques en alcools allyliques
I Synthèse des dérivés nitrés allyliques
1- Par introduction du groupe nitré sur la molécule
2- Formation des dérivés nitrés allyliques avec une création d’une liaison
C-C dans la molécule
2a- A l’aide d’aryle vinyle sulfoxydes
2b- La méthode de Hwu
2c- La réaction de Knoevenagel
2d- La réaction de Henry
2e- L’addition de Michael
II Aux origines de nos travaux
1- Introduction
2- Autres réarrangements sigmatropiques [2,3] dans la littérature
3- Travaux de Bernard Barlaam
3a- Premières résultats
3b- Etude mécanistique
3c- Premières applications dans la littérature
III Modification de la procédure et résultats
1- Mise au point de la réaction par Elmar Schmidt
2- Résultats expérimentaux
IV Conclusion
Chapitre 3: Nouvelle méthodologie de synthèse d’allènes et de structures polycycliques à partir de radicaux propargyliques.
I Les radicaux propargyliques
1- Introduction
2- Nature et synthèse des radicaux propargyliques
2a- Le radical propargylique comme hybride de résonance :
étude physico-chimique
2b- Réactivité des radicaux propargyliques liée à sa nature hybride
3- Conclusion
II Applications de la chimie des radicaux
propargyliques : introduction du groupe alcyne
1- La chimie des radicaux propargyliques dans la littérature
2- Les radicaux propargyliques et la chimie radicalaire de xanthates :
premiers résultats
2a- Synthèse des S-propargyl xanthates
2b- Additions radicalaires inter- et intramoléculaires
III Nouvelle réactivité des radicaux alléniques engendrés par
la chimie radicalaire des xanthates
1- Travaux précédents : Blechert et coll.
2- Obtention d’allènes différemment substitués.
2a- Formation du radical propargylique par addition intermoléculaire
2b- Formation directe du radical propargylique
3- Application : synthèse de structures polycycliques
3a- A partir des allènes tétrasubstitués
3b- A partir des allènes di- et trisubstitués
IV Conclusion et perspectives
Chapitre 4: Synthèse de systèmes polycycliques à partir de dérivés nitrés allyliques.
I Accès aux lactones allyliques à partir des nitrés allyliques
1- Aux origines de nos travaux : résultats de Bernard Barlaam
2- Résultats expérimentaux
2a- Synthèse des précurseurs
2b- Obtention des lactones allyliques
3- D’autres accès possibles aux lactones allyliques
II Dichlorométhylénation des lactones allyliques
1- Dichlorométhylénation de composés carbonylés
1a- Principe de la réaction : choix des réactifs
2b- Dibromo- et difluorométhylénation
2- Résultats expérimentaux
III Réarrangement de Claisen : formation de cycles à sept
chaînons avec une fonction α,α-dichlorocétone
1- Le réarrangement de Claisen
2- Résultats expérimentaux : obtention de systèmes bicycliques
différemment substitués
3- Méthodes alternatives pour la synthèse de systèmes cycliques
à sept chaînons
IV Modifications des systèmes bicycliques α-dichlorocétones
1- La transposition de Favorskii des α,α-dichlorocétones
1a- Principe de la réaction
1b- Résultats expérimentaux
2- Réduction des atomes de chlore
V Conclusion et perspectives
CONCLUSION

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