Some recent developments in free-radical additions to olefins and heteroarenes

par Ashique Hussain Jatoi

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Yannick Landais et de Frédéric Robert.

Soutenue le 16-04-2019

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des Sciences chimiques (Talence ; Gironde) , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Quelques Développements récents dans les additions des radicaux libres sur les oléfines et les hétérocycles aromatiques


  • Résumé

    Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié plusieurs processus radicalaires et en particulier l'addition de radicaux libres sur des systèmes insaturés tels que les alcènes et les hétérocycles aromatiques. Nous avons ainsi montré la réactivité unique des radicaux carbamoyles, issus de la décarboxylation des acides oxamiques. La carbamoylation "sans métal" photocatalysée des hétérocycles a donc été réalisée en présence d'un réactif iodé hypervalent, conduisant à des bases hétéroaromatiques fonctionnalisées, généralement avec de bons rendements. Le processus a été étendu aux acides oxamiques préparés à partir d'acides aminés homochiraux, la réaction se déroulant sans racémisation du substrat initial.Dans la recherche d'un groupe fonctionnel équivalent à un aldéhyde et compatible avec les groupes fonctionnels résidents, nous avons mis au point un nouveau procédé de carbo-cyanation des oléfines par voie radicalaire, permettant l'incorporation, sur un squelette oléfinique, d'un fragment portant un groupe électroattracteur et un groupe cyano. Des conditions photochimiques ont également été développées afin d'éviter l'utilisation d'amorçeurs coûteux tels que le di-tert-butyl hyponitrite (DTBHN). Cette réaction clé a ensuite été utilisée afin de construire, en seulement 4 étapes, un modèle du squelette bicyclique de l’alcaloïde leuconoxine.Enfin, dans la dernière partie de la thèse, nous avons décrit une synthèse simple de naphthalénones, portant un stéréocentre quaternaire benzylique tout carboné. La réaction entre un halogénure de phénacyle et un cyclopropène substitué se déroule sous photocatalyse en utilisant un catalyseur à l'iridium et de la lumière visible. Une carbo-arylation du cyclopropène est ainsi réalisée conduisant au cyclopropane correspondant, lequel s’ouvre dans les conditions de la réaction pour conduire à la naphthalénone souhaitée avec des rendements modérés, mais avec rétention de la chiralité du cyclopropène homochiral initial.


  • Résumé

    In the context of this thesis we studied several radical processes and in particular the addition of free-radicals onto unsaturated systems such as alkenes and aromatic heterocycles. We have thus shown the unique reactivity of carbamoyl radicals, issued from the decarboxylation of oxamic acids. Photocatalyzed “metal-free” carbamoylation of heterocycles was thus performed in the presence of an hypervalent iodine reagent, leading to -functionalized heteroaromatic bases, generally in good yields. The process was extended to oxamic acids prepared from homochiral amino acids and was shown to proceed without racemization.In the search for a functional group equivalent to an aldehyde and compatible with resident functional groups, we have devised a new free-radical olefin carbo-cyanation process, allowing the incorporation, on an olefin backbone, of a fragment bearing an electron-withdrawing group and a cyano group. Photochemical conditions have also been developed in order to avoid the use of costly initiators such as the di-tert-butyl hyponitrite (DTBHN). This key reaction was then used to construct, in only 4 steps, a bicyclic skeleton model for the alkaloid leuconoxine.Finally, in the last part of the thesis, we have described a straightforward synthesis of naphthalenones, bearing an all-carbon benzylic quaternary stereocenter. The reaction between a phenacyl halide and a substituted cyclopropene proceeds under photocatalysis using an iridium catalyst and visible light. A carbo-arylation of the cyclopropene is thus carried out leading to the corresponding cyclopropane, which is opened under the reaction conditions to afford the desired naphthalenone in moderate yields, with retention of the chirality of the starting homochiral cyclopropene.


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