Fonctionnalisatoin d'alcools hétérocycliques saturés par la méthodologie d'auto-transfert d'hydrogène - Université Claude Bernard Lyon 1
Thèse Année : 2023

Functionalization of heterocyclic alcohols via borrowing hydrogen methodology

Fonctionnalisatoin d'alcools hétérocycliques saturés par la méthodologie d'auto-transfert d'hydrogène

Résumé

While alcohols are abundant and readily available, their use in substitution reactions for the formation of new C-C or C-N bonds typically requires stoichiometric activation (oxidation or conversion into halogenoalkanes). Since the last decades, Borrowing Hydrogen (BH) methodology has emerged as an intriguing and environmentally friendly alternative. This approach allows the direct functionalization of alcohols with various nucleophiles (amines, α-methylketones, phosphonates,..). This catalytic reaction involves a metal catalyst (Ir, Ru, Fe, etc.) that temporarily borrows hydrogen atoms from the alcohol, leading to its oxidation. Subsequently, an activated nucleophile undergoes condensation reaction with an aldehyde or ketone (resulting from the oxidation step), releasing a water molecule. Finally, the unsaturated product is reduced, regenerating the catalyst and forming a new C-C or C-N bond. Our research group, focusing on the functionalization of bio-based alcohols, has already exploited the BH reaction for amination of polyols. This is the case for isosorbide, a chiral bio- based diol obtained through the double dehydration of sorbitol (itself derived from cellulose). Isosorbide finds extensive use in various industrial applications (pharmaceuticals, polymers), as well as in laboratory settings. Encouraged by the promising results obtained in the amination of isosorbide using BH, we aimed to extend the C-C elongation of this diol using pentamethylacetophenone (Ph*C(O)Me) with an iridium complex. The moderate reactivity and excellent diastereoselectivity observed motivated us to simplify the isosorbide moeity by extending our methodology to other saturated heterocyclic alcohols. Key factors and functions governing reactivity and diastereoselectivity were clarified and supported by Density Functional Theory (DFT) calculations, as part of a collaboration with the ITEMM team (ICBMS, Lyon). Finally, we exploited the Ph* motif for post-functionalization reactions on the ketones obtained via BH, yielding acids, esters, and amides through a retro-Friedel-Crafts reaction.
Bien que les alcools soient très répandus et accessibles, leur utilisation dans les réactions de substitution classiques pour la formation de nouvelles liaisons C-C ou C-N requiert généralement une activation stœchiométrique (oxydation ou conversion en halogénoalcane). Aussi, au cours des dernières décennies, la méthodologie d’Auto-Transfert d'Hydrogène (ATH) a émergé comme une alternative intéressante et plus respectueuse de l'environnement. Cette transformation permet la fonctionnalisation directe d’alcools avec divers nucléophiles (amines, α-méthylcétones, phosphonates,..). Cette réaction catalytique implique un métal (Ir, Ru, Fe,..) effectuant une oxydation de l'alcool, en empruntant temporairement ses hydrogènes. Un nucléophile activé effectue ensuite une condensation avec un aldéhyde ou une cétone (résultant de l’oxydation), libérant une molécule d'eau. Enfin, le produit insaturé est réduit, régénérant le catalyseur et formant une nouvelle liaison C-C ou C-N. Notre groupe de recherche, axé sur la fonctionnalisation d’alcools biosourcés, a utilisé la méthodologie ATH pour l’amination de polyols. C’est notamment le cas de l'isosorbide, un diol biosourcé chiral obtenu par double déshydratation du sorbitol (dérivé de la cellulose), largement utilisé dans diverses applications dans le domaine pharmaceutique et des polymères entre autres. Encouragés par les résultats obtenus lors de l'amination de l’isosorbide par ATH, nous avons cherché à effectuer l’élongation C-C de ce diol en utilisant la pentaméthylacétophénone (Ph*C(O)Me) comme nucléophile en présence d’un complexe d’iridium. La réactivité modérée et l’excellente diastéréosélectivité observées nous ont poussé à simplifier le motif isosorbide en étendant notre méthodologie à d’autres alcools hétérocycliques saturés. Les facteurs et groupements fonctionnels exerçant une influence sur la réactivité et la diastéréosélectivité observées ont été en partie élucidés à partir de calculs (DFT) dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe ITEMM (ICBMS, Lyon). Enfin, nous avons exploité le motif Ph* (C6Me5) afin de post-fonctionnaliser les cétones obtenues par ATH en acides, esters et amides via une réaction de rétro Friedel-Crafts.
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Dates et versions

tel-04690896 , version 1 (06-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04690896 , version 1

Citer

Jordan François. Fonctionnalisatoin d'alcools hétérocycliques saturés par la méthodologie d'auto-transfert d'hydrogène. Chimie. INSA de Lyon, 2023. Français. ⟨NNT : 2023ISAL0098⟩. ⟨tel-04690896⟩
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