Arylation et vinylation de nucléophiles azotés, oxygénés et carbonés par le cuivre : étude du mécanisme et récentes avancées

Copper-catalyzed arylation and vinylation of nitrogen-, oxygen- and carbon-nucleophiles : mechanistic studies and new advances

• Auteur / Autrice : Armelle Ouali
• Direction : Marc Taillefer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions nucléophiles

Catalyseurs au cuivre

Électrométallurgie

Halogénures

Phénols

Résonance magnétique nucléaire

Résumé

Cette thèse, portant sur les arylations de nucléophiles catalysées par le cuivre, avait deux objectifs principaux : mieux appréhender les phénomènes mis en jeu au cours du processus catalytique d’une part, étendre le champ d’application des systèmes catalytiques au cuivre d’autre part. Les efforts réalisés pour mieux comprendre le mécanisme mis en jeu ont permis d’avancer des arguments relativement solides en faveur d’une espèce catalytiquement active au degré d’oxydation +1, et de proposer un mécanisme en accord avec l’ensemble des faits expérimentaux acquis au cours de l’étude : la réaction pourrait procéder via un mécanisme par addition oxydante – élimination réductrice, analogue à celui rencontré dans le cas du Pd(0) et du Ni(0), isoélectroniques du Cu(I). En outre, la contribution du solvant et du ligand au succès de la réaction a été mieux cernée et une rationalisation de l’ensemble des résultats nous a conduits à identifier un certain nombre de propriétés que doit présenter le ligand pour conférer au cuivre une forte activité catalytique. Plusieurs informations acquises au cours de l’étude mécanistique ont été exploitées pour développer de nouvelles réactions la méthode d’arylation des phénols par lescatalysées par le cuivre: bromures aromatiques mise au point opère dans les conditions les plus douces connues à ce jour, ce qui rend le procédé particulièrement compétitif dans l’optique d’un développement industriel. La méthode de cyanuration des bromures aromatiques proposée procède via la formation in situ des iodures aromatiques correspondants et présente deux innovations majeures: l'utilisation de la cyanhydrine de l’acétone en tant que source de cyanure ainsi que l’emploi de quantités catalytiques de ligand. Cette méthode pourrait constituer une alternative pour la synthèse industrielle de nitriles aromatiques. Le champ d'application de nos systèmes catalytiques au cuivre a en outre pu être étendu à la vinylation d'une large gamme d’hétérocycles azotés et de phénols par des bromures vinyliques : N-alcèn-1-ylazoles et alcèn-1-ylaryléthers sont obtenus dans des conditions douces par rapport aux autres voies d’accès existantes.

The two main objectives of the present work dealing with copper-catalyzed arylations of nucleophilic compounds, were a better understanding of the mechanism occurring in the course of the catalytic process and a broadening of the scope of our copper-based catalysts. Efforts to better understand the underlying mechanism allowed us to provide a large set of evidence supporting a catalytic species in the + 1 oxydation state and to propose a mechanism in agreement with the experimental data obtained during our studies: the reaction would proceed via an oxidative addition – reductive elimination mechanism, comparable with that occurring in reactions catalyzed by Pd(0) and Ni(0), both isoelectronic of Cu(I). The different studies carried out allowed to better understand the relative contribution of the solvent and the ligang to the reaction. Rational analysis of our whole set of data suggested that the ligand must exhibit some properties which are necessary to confer a strong activity to copper. Some informations obtained from the mechanistic study allowed us to develop new The devised coupling reaction of phenolcopper-catalyzed reactions: and aryl bromides operates in milder conditions, making the process particularly attractive for an application at the industrial scale. The proposed cyanation method of aryl bromides proceeds via the formation of the corresponding aryl iodides and involves two main innovations: the use of acetone cyanohydrin as cyanating agent in copper-mediated cyanations and the use of catalytic amounts of ligands. This method would be an alternative for the industrial synthesis of The scope of our copper-based systems has beenaryl nitriles. Extended to the vinylation of a wide range of nitrogen heterocycles and phenols by vinyl bromides: N-(1-alkenyl)-azoles and alkenyl aryl ethers derivatives can thus be obtained in milder conditions than those described in the literature