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Synthèse de biaryles cétones par acylation de Friedel- Crafts
La première description de la réaction entre un arène et un chlorure d’aroyle a été publiée par Friedel et Crafts en 1877 . Cette acylation est réalisée par un acide de Lewis présent en excès, le trichlorure d’aluminium dans le cas présent. Une deuxième acylation sur la benzophénone n’est pas possible, car cette dernière est désactivée et l’acylation ne fonctionne que sur des arènes activés.
130 Ans après cette découverte, l’acylation de Friedel-Crafts suscite toujours beaucoup d’intérêt et énormément de publications scientifiques et de brevets ont été écrits à ce sujet. Depuis l’utilisation du chlorure d’aluminium, d’autres acides de Lewis ont été étudiés comme FeCl3 et ZnCl2, SnCl4 et TiCl4 . Cependant, ces acides de Lewis sont utilisés en quantités sur-stœchiométriques. De plus, les réactions doivent être réalisées dans des conditions anhydres du fait de la sensibilité de ces acides à l’eau.
Les triflates de métal ont reçu une attention spéciale du fait de leur réactivité particulière dans les acylations de Friedel-Crafts. En effet, ces sels ne sont sensibles ni à l’air ni à l’humidité. Les premiers exemples d’acylation ont été décrits par Kobayashi en utilisant le sel de scandium Sc(OTf)3. Bien que le catalyseur puisse être réutilisé, le temps de réaction reste élevé. L’utilisation du catalyseur Bi(OTf)3 permet de réduire le temps de réaction entre des arènes activés ou non et le chlorure de benzoyle ou encore l’anhydride benzoïque .
Le groupe de Le a montré que la réaction était possible avec le même catalyseur mais sous irradiation micro-ondes, sans toutefois obtenir de bien meilleurs résultats, bien qu’une grande variété de cétones ait été obtenue. Ce même groupe a reporté l’année suivante l’acylation à partir d’acides carboxyliques en présence de Er(OTf)3, afin d’éviter la synthèse préliminaire de chlorures d’acides .Cependant, la réaction n’est possible que pour des arènes riches en électrons, et d’autre part l’arène doit être introduit en large excès dans certains exemples.
L’association du sel d’ytterbium Yb(OTf)3 avec du triphosgène est également possible pour la synthèse de biaryles cétones symétriques. Cependant, le triphosgène se décomposant en phosgène au cours de la réaction, cette dernière est donc à éviter du fait de sa toxicité. L’utilisation de super acides en catalyse hétérogène permet à ceux-ci d’être moins polluants en réutilisant le catalyseur. Al2O3-ZrO2/S2O8 2- permet l’acylation d’arènes à conditions que ceux-ci soient introduits en large excès (Schéma 10).44 Il est à noter que la réaction manque de régiosélectivité dans la plupart des exemples.
L’utilisation de métaux non traités comme le graphite et l’indium permet la synthèse de biaryles cétones, mais uniquement à partir d’arènes riches en électrons. Cependant, la présence de zinc permet d’effectuer la réaction même avec des substituants électro-attracteurs portés par l’arène .
De nouvelles méthodes sont toujours développées afin de simplifier cette réaction, notamment pour éviter l’utilisation d’acides et de bases, ainsi que pour faciliter la synthèse de cétones à l’échelle industrielle. À ce titre, l’utilisation de catalyseurs facilement séparables du mélange réactionnel et réutilisables attire particulièrement l’attention. Notamment, la nanopoudre de ferrite de cuivre permet d’isoler facilement les cétones . Les rendements obtenus sont bons à excellents, sauf à partir d’arènes pauvres en électrons. Il est à noter que de bons rendements sont toujours obtenus après cinq utilisations du même catalyseur.
L’utilisation de catalyseurs en phase solide a également été développée avec le même objectif. Cependant, bien que le catalyseur puisse être réutilisé jusqu’à trois fois, la réaction n’est possible qu’avec des arènes enrichis en électrons.
La préparation de biaryles cétones générant un minimum de déchets et ne contenant pas de déchets halogénés ou métalliques reste un challenge, alors que la demande par les industries chimiques pour des méthodes plus « vertes » ou « durables » ne cesse de croitre. Wilkinson a développé l’acylation d’arènes pauvres en électrons à partir d’acides carboxyliques en utilisant l’anhydride méthane sulfonique . Cependant, cette méthode doit être améliorée afin d’augmenter la sélectivité de l’acylation, d’utiliser un solvant moins toxique que le toluène et de diminuer la quantité d’anhydride méthane sulfonique utilisé.
Il est également possible de réaliser une acylation de Friedel-Crafts à partir de triflates d’aroyles, mais les manipulations doivent se faire dans des conditions extrêmement anhydres et la synthèse de ces triflates d’aroyles est d’abord nécessaire.
Toutes ces méthodes ne sont pas entièrement satisfaisantes. En effet, les rendements sont en général bons en utilisant une quantité importante de catalyseur, avec un long temps de réaction ou des températures élevées. L’un des problèmes majeur de la réaction de Friedel-Crafts à partir d’un chlorure d’acyl est la production d’HCl corrosif en grande quantité, ce qui pose problème dans les synthèses industrielles. De plus, la synthèse de cétones à partir d’arènes portant des groupements électro-attracteurs reste très limitée, et, de manière générale, la régiosélectivité doit être améliorée.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Synthèse de biaryles cétones
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de biaryles cétones par acylation de Friedel- Crafts
I-2. Synthèse de biaryles cétones par activation d’aldéhydes et de ses dérivés
I-2-1. Réactions à partir d’aldéhydes
I-2-2. Réactions à partir de dérivés d’aldéhydes
I-3. Synthèse de biaryles cétones par carbonylation
I-3-1. Réactions avec du monoxyde de carbone
I-3-2. Réactions avec du monoxyde de carbone formé in situ
I-3-3. Utilisation de complexes métal carbonyle
I-4. Synthèse de biaryles cétones par réaction de réactifs organométalliques avec des dérivés électrophiles
I-4-1. Réactions à partir d’anhydrides d’acides
I-4-2. Réactions à partir de chlorures d’acyles
I-4-3. Réactions à partir de (thio)esters ou de cétones
I-4-4. Réactions à partir de nitriles
I-5. Synthèse de biaryles cétones par oxydation
I-5-1. Oxydation de biaryles méthanols
I-5-2. Oxydation de biaryles méthanes
II. Réactions de couplage entre les arylzinciques et un chloroformiate
II-1. Synthèse de cétones symétriques
II-1-1. Optimisation des conditions réactionnelles
II-1-2. Étendue de la réaction en une étape
II-1-3. Étendue de la réaction en deux étapes
II-1-4. Limitations
II-1-5. Études du mécanisme
II-2. Synthèse de cétones dissymétriques
III. Réactions de couplage entre les arylzinciques et différentes sources de CO
III-1. Réactions avec la N-formyle saccharine
III-2. Réactions avec du monoxyde de carbone
III-3. Réactions avec d’autres dérivés carbonylés
IV. Conclusion et perspectives
Chapitre 2 : Synthèse de biaryles
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de biaryles par réaction entre deux halogénures d’aryle
I-1-1. Homocouplage d’halogénures d’aryle
I-1-2. Hétérocouplage d’halogénures d’aryle
I-2. Synthèse de biaryles par réaction avec des réactifs organométalliques et des halogénures d’aryle
I-2-1. Réactions avec des arylboranes (couplage de Suzuki-Miyaura)
I-2-2. Réactions avec des arylétains (couplage de Stille)
I-2-3. Réactions avec des arylzinciques (couplage de Negishi)
I-2-4. Réactions avec des arylmagnésiens (couplage de Kumada-Corriu)
I-2-5. Réactions avec des arylsiliciums (couplage d’Hiyama)
I-2-6. Réactions avec d’autres réactifs organométalliques
I-3. Synthèse de biaryles par C-H activation
I-3-1. Réactions entre deux arènes
I-3-2. Réactions entre un halogénure d’aryle et un arène
I-3-3. Réactions entre un réactif organométallique et un arène
I-4. Synthèse de biaryles par décarboxylation
I-4-1. Réactions entre un acide et un halogénure d’aryle
I-4-2. Réactions entre un acide et un réactif organométallique
I-4-3. Réactions entre un acide et un arène
I-4-4. Réactions entre deux acides
II. Réactions de couplage entre un arylzincique et un bromure d’aryle
III. Réactions de couplage entre un arylzincique et la trichlorotriazine
III-1. Optimisation des conditions réactionnelles
III-2. Réaction à partir du 2-bromothiophène
IV. Conclusion et perspectives
Chapitre 3 : Synthèse de thioéthers d’aryle
I. Rappels bibliographiques
I-1. Synthèse de thioéthers à partir d’halogénures organiques
I-1-1. Réactions avec des disulfures
I-1-2. Réactions avec des thiols
I-2. Synthèse de thioéthers à partir de réactifs organométalliques
I-2-1. Réactions avec des disulfures
I-2-2. Réactions avec des thiols
I-2-3. Réactions avec des dérivés de thiols
I-3. Synthèse de thioéthers à partir d’arènes
I-3-1. Réactions avec des disulfures
I-3-2. Réactions avec des thiols
I-3-3. Réactions avec des dérivés de thiols
I-4. Synthèse et réactivité des sels de Bunte
II. Réactions de couplage catalysées au cobalt entre un sel de Bunte et un arylzincique
II-1. Réactions avec un sel de Bunte benzylique
II-2. Réactions avec un sel de Bunte aromatique
III. Conclusion et perspectives
Chapitre 4 : Synthèse de trifluorométhylarènes
I. Rappels bibliographiques
I-1. Trifluorométhylation d’halogénures d’aryle
I-1-1. À partir d’une quantité stœchiométrique de CuCF3
I-1-2. Réactions catalysées à partir de dérivés acétates
I-1-3. Réactions catalysées à partir de (trifluorométhyl)trialkylsilanes
I-2. Trifluorométhylation de réactifs organométalliques
I-2-1. Réactions à partir de CF3-
I-2-2. Réactions à partir de CF3+
I-2-3. Réactions à partir de CF3
I-3. Trifluorométhylation d’arènes
I-3-1. Réactions à partir de CF3-
I-3-2. Réactions à partir de CF3+
I-3-3. Réactions à partir de CF3
II. Synthèse de trifluorométhylarènes à partir d’arylzinciques
II-1. Réactions avec un réactif de Togni
II-2. Réactions avec un dérivé de N-(trifluorométhyl)acétanilide
II-2-1. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir de la N-chloroacétanilide
II-2-2. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir de l’acétanilide
II-2-3. Synthèse de la N-trifluorométhylacétanilide à partir d’isothiocyanate
II-2-4. Synthèse du méthyle (trifluorométhylphényl)carbamate
II-3. Réactions avec le réactif de Ruppert-Prakash
II-4. Réactions avec le trifluorométhylthiol d’argent
III. Conclusion et perspectives
Conclusion générale
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