Synthèse diastéréosélective et énantiosélective de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués à l’aide de carbénoïdes gem-dizinciques

Abstract

Les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés sont des composés intéressants dans de nombreux domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse, tout d’abord diastéréosélective puis énantiosélective de ces composés. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’utilisation de la zinciocyclopropanation pour l’obtention de ces dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés. Cette méthode consiste en l’utilisation d’un carbénoïde gem-dizincique pour effectuer une réaction de type Simmons-Smith. Cette stratégie a l’avantage d’être diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur qu’est l’oxygène allylique basique. Lors de cette réaction, l’existence d’une réaction compétitive avec un réactif monozincique diminuait l’utilité de la zinciocyclopropanation. L’issue de la réaction s’est avérée dépendre fortement de la nature du carbénoïde utilisé, de la température réactionnelle et de la présence de ZnI2 dans le milieu. L’étude par GCMS de nombreuses conditions pour la formation des différents carbénoïdes a permis d’identifier les paramètres clés conduisant à la zinciocyclopropanation. Ces découvertes ont notamment permis d’étendre la réaction de zinciocyclopropanation aux alcools allyliques portant un seul groupement directeur (ie. non dérivé du 1,4-buténediol). Dans ces conditions, la réaction s’est avérée extrêmement diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur. Afin de fonctionnaliser les zinciocyclopropanes ainsi obtenus, plusieurs réactions de fonctionnalisation in situ ont été développées. Chacune de ces méthodes a montré une conservation totale de la diastéréosélectivité obtenue lors de la réaction de zinciocyclopropanation. La versatilité de la zinciocyclopropanation a donc été démontrée. Avec une méthode diastéréosélective efficace pour la formation de zinciocyclopropanes à partir d’alcools allyliques ne portant qu’un seul groupement directeur, il est devenu possible d’envisager le développement énantiosélectif de la réaction. L’utilisation d’un dioxaborolane énantiopur a permis la zinciocyclopropanation avec de très bons excès énantiomères de divers alcools allyliques chiraux. La présence sur la même molécule d’un lien C–Zn nucléophile est d’un atome de bore électrophile a conduit à un échange bore-zinc in situ, formant un cyclopropylborinate énantioenrichi. La formation de ce composé bicyclique a permis d’obtenir une diastéréosélectivité parfaite. De nombreux alcools allyliques ont pu ainsi être convertis en cyclopropylborinates. Une réaction de Suzuki subséquente a permis la formation de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-trisubstitués avec de très bons excès énantiomères et une excellente diastéréosélectivité. Les cyclopropylborinates obtenus à l’issue de la zinciocyclopropanation énantiosélective se sont avérés être des unités très versatiles puisque de nombreuses méthodes ont pu être développés pour leur fonctionnalisation.

1,2,3-Substituted cyclopropanes are useful compounds present in several chemical domains. This thesis considers both the diastereo- and enantioselective synthesis of these compounds, particularly focusing on zincocyclopropanation methodologies. This method relies on a gem-diorganozinc carbenoid undergoing a Simmons-Smith type cyclopropanation. This method is advantageous due to its diastereoselectivity, forming the cyclopropylzinc adduct, where the zinc atom is cis relative to the directing group involved in the cyclopropanation. In this reaction, the existence of a competitive pathway involving a monoorganozinc reagent dramatically decreased the efficiency of the zincocyclopropanation. Reactivity studies, and screening of numerous conditions for the formation of the carbenoids highlighted the crucial parameters favouring the zincocyclopropanation reaction. This work demonstrated that the outcome of the reaction strongly depends on the nature of the carbenoid used, the temperature, and the presence of ZnI2 in the reaction mixture. Due to these findings, zincocyclopropanation was extended to allylic alcohols bearing one directing group only (i.e. not derived from 1,4-butenediol). As predicted, under these optimized conditions the zincocyclopropanation was highly cis-diastereoselective. To functionalize these cyclopropylzinc reagents many in situ functionalization reactions were developed. All these methods demonstrated total retention of the diastereoselectivity, and as such, the versatility of zincocyclopropanation for the synthesis of 1,2,3-susbtituted cyclopropanes is demonstrated. With a diastereoselective method in hand for the synthesis of 1,2,3-substituted cyclopropanes, we explored the development of an enantioselective version for this reaction. The use of a dioxaborolane-based ligand allowed the zincocyclopropanation of various allylic alcohols with high enantioselectivity. The presence of a nucleophilic C-Zn bond and an electrophilic boron center within the same molecule led to an in situ zinc-boron exchange and the formation of a cyclopropylborinate. This intramolecular zinc to boron exchange is responsible of the perfect diastereoselectivity of the reaction. These cyclopropylborinates were submitted to a Suzuki cross-coupling reaction leading to various 1,2,3-substituted cyclopropane with high enantioselectivities and excellent diastereoselectivities. These cyclopropylborinates are versatile intermediates as other functionalization reactions have been developed for these compounds.