Transition metal-free desulfinative cross-coupling of 2-pyridyl sulfonates with organolithium reagents : mild access to 2-substituted pyridines

Abstract

Le motif biaryl contenant la pyridine représente une structure omniprésente dans la chimie organique et médicinale. Ainsi, le développement de méthodes fiables de synthèse est continuellement désiré. Traditionnellement, les cycles azotés biarylés sont efficacement synthétisés par des réactions de couplage croisé catalytique. Cependant, la pyridine peut être difficilement fonctionnalisée en position C-2 compte tenu de sa déficience en électrons. Cette propriété limite son utilisation en tant que partenaire nucléophile dans les réactions de couplage croisé. Par exemple, dans le couplage de Suzuki-Miyaura, l’acide 2-pyridyle boronique est connu pour son instabilité. À l’inverse, les organométalliques du 2-pyridyle sont peu réactifs pour faire des réactions de substitution aromatique électrophile. La synthèse des pyridines 2-substituées est par conséquent un défi qui reste difficile à relever. La première partie de ce mémoire est consacrée au développement récent des méthodes pour résoudre les problèmes de couplage avec des nucléophiles 2-pyridyles. En particulier, les approches classiques comme le couplage modifié de Suzuki-Miyaura, l’activation de liaison C-H des composés pyridinium N-activés, et l’arylation directe du cycle pyridine sont présentées. De plus, les approches alternatives qui utilisent la partie pyridine comme partenaire électrophile dans la réaction couplage avec les réactifs organométalliques sont également discutées. Dans la deuxième partie de ce mémoire, une méthode de couplage croisée entre des esters de sulfonate de 2-pyridyles et des organolithiens est rapportée. Une variété de pyridines 2-substituées a été synthétisées avec succès en faisant réagir des sulfonates de pyridine avec des organolithiens (aryl, alkane, heteroaryle lithium) à basse température. La méthode permet également de s’affranchir de l’utilisation d’un quelconque métal de transition. Des études mécanistiques montrent que le processus impliquant les composés lithiés s’apparente à une réaction de substitution nucléophile aromatique. Cependant, le mécanisme diffère lorsque la réaction met en jeu des réactifs de Grignard, où un processus de couplage entre deux ligands d’un intermédiaire σ-sulfurane peut être impliqué.

Biaryl compounds containing the pyridine moiety represent a ubiquitous structure in both organic and medicinal chemistry. Therefore, finding new and reliable approaches for their synthesis is still of interest. Traditionally, azine containing biaryls are efficiently synthesized via transition-metal catalyzed cross-coupling reactions. However, due to its π-deficient nature, pyridine cannot be easily functionalized at the C-2 position to serve as nucleophile partner. For examples, in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, 2-pyridyl boronates are well known for their instability. 2-Pyridyl organometallics undergo electrophilic aromatic substitution poorly. Thus, the synthesis of 2-substituted pyridines remains a challenging task. The first part of the thesis focuses on the recent methods to address the coupling issues of 2-pyridyl nucleophiles in cross-coupling reactions. Of note, the classical methods including Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions, C-H activation of N-activated pyridinium species, and direct coupling reaction of pyridine are presented. Alternative approaches using the pyridine moiety as an electrophilic entity in the coupling with organometallic reagents are also discussed. In the second part of the thesis, a transition metal-free desulfinative cross-coupling reaction of 2-pyridyl sulfonates with organolithium reagents is reported. A variety of 2-substituted pyridines were successfully synthesized in good yields, by treatment of neopentyl 2-pyridyl sulfonates and phenyl 2-pyridyl sulfonate with aryl, alkyl, and heteroaryl-lithium reagents at low temperature. Mechanistic studies showed that the coupling reaction with lithium reagents undergoes an SNAr pathway. However, a ligand coupling process of a σ-sulfurane intermediate may be involved in the reaction with Grignard reagents to form the biaryl.