Formation de liaisons carbone-carbone par catalyse asymétrique via homoénolates générés par des carbènes N-hétérocycliques chiraux

Catalytic asymmetric carbon-carbon bond formation with N-heterocyclic carbene-generated homoenolates

• Auteur / Autrice : Zhiwei Jiang
• Direction : Giang Vo-Thanh, Chloée Bournaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 02/07/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Kouklovsky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Rouden, Yoann Coquerel, Jean-François Betzer, Louis Fensterbank
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Rouden, Yoann Coquerel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organocatalyse

Catalyse asymétrique

Carbènes N-hétérocycliques

Mots clés libres

Carbènes N-hétérocycliques

Homoénolate

Organocatalyse asymétrique

Annulation [3+2]

N-heterocyclic carbenes

Homoenolate

Asymmetric organocatalysis

[3+2] annulation

Résumé

Ce travail de thèse porte sur le développement de nouveaux organocatalyseurs chiraux bifonctionnels et sur leurs applications en synthèse asymétrique. Dans cette optique, nous avons d'abord étudié la conception et la synthèse de nouveaux organocatalyseurs imidazoliylidène-NHC bifonctionnels chiraux à partir d'amino-alcools chiraux et d'amines aromatiques. Une série d'organocatalyseurs NHC bifonctionnels chiraux portant une fonction imidazolylidène et une fonction donneuse de liaison hydrogène a été facilement préparée en cinq à six étapes avec des rendements globaux modérés à bons. Ces nouveaux NHC chiraux ont été ensuite évalués dans diverses transformations asymétriques. Le grand potentiel de cette nouvelle classe de NHC chiraux a d’abord été démontré dans des réactions asymétriques d'addition d'homénolates sur des accepteurs de Michael ou des dérivés carbonylés. Ainsi, les réactions asymétriques de trans-cyclopentannulation ou de lactonisation ont conduit à la formation des produits attendus avec des énantiosélectivités modérées à excellentes (jusqu'à 96% ee). Nos catalyseurs bifonctionnels ont de plus permis de promouvoir cette cyclopentannulation à partir d’énals beta,beta- disubstitués via des intermédiaires homoénolates stériquement encombrés avec une excellente énantiosélectivité. Enfin, la synthèse de bispiro-cyclopentanones contenant deux centres quaternaires chiraux adjacents catalysée par un NHC a été décrite à partir d'énals et de dérivés d'isoindigo avec d’excellents rendements et excès énantiomériques (jusqu'à 97% ee).

This thesis work focuses on the development of new bifunctional chiral organocatalysts and their applications in asymmetric synthesis. With this in mind, we first studied the design and synthesis of novel chiral bifunctional imidazoliylidene-NHC organocatalysts from chiral amino alcohols and aromatic amines. A series of chiral bifunctional NHC organocatalysts bearing an imidazolylidene moiety and a hydrogen-bond donor function were easily prepared in five to six steps with moderate to good overall yields. These novel chiral NHCs were then evaluated in various asymmetric transformations. The great potential of this new class of chiral NHCs was first demonstrated in asymmetric homenolate addition reactions to Michael acceptors or carbonyl derivatives. Thus, asymmetric trans-cyclopentannulation or lactonization reactions led to the formation of the expected products with moderate to excellent enantioselectivities (up to 96% ee). Our bifunctional catalysts were also used to promote cyclopentannulation reaction from beta,beta-disubstituted enals via sterically hindered homoenolate intermediates with excellent enantioselectivity. Finally, the synthesis of bispiro-cyclopentanones containing two adjacent chiral quaternary centers catalyzed by NHC has been described starting from enals and isoindigo derivatives with excellent yields and enantiomeric excesses (up to 97% ee).