INTRODUCTION A LA CHIMIE RADICALAIRE.INTRODUCTION A LA CHIMIE RADICALAIRE.
Applications en synthèse totaleApplications en synthèse totale ..
Introduction à la chimie radicalaire
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Master Recherche - 2005Prof P. van de [email protected]://blogperso.univ-rennes1.fr/pierre.van-de-weghe/index.php/
Introduction à la chimie radicalaire
Aspects généraux.Aspects généraux.Aspects généraux.Aspects généraux.
Structures des radicaux :
Introduction à la chimie radicalaire
HH
H
FFF
Radical π
" quasi-plan "
Radical σ
pyramidal
Les substituants à fort caractère π-donneur (F, O, …) favorisent la structure pyramidale.
Structures des radicaux :
Introduction à la chimie radicalaire
La barrière d’inversion est très faible (1 à 2 kcal / mol).
NO2
OAc
ou
NO2
OAc
Bu3SnH
80 °C
OAc
OAc+
83 / 17
OAc OAc
Caractère ambident :
Introduction à la chimie radicalaire
CH3 + OEt
oléfine "enrichie"
Le radical est électrophile.
CH3 + CO2Et
oléfine "appauvrie"
Le radical est nucléophile.
Les différents types de réactions :
Introduction à la chimie radicalaire
� réaction de substitution.
� réaction de duplication - disproportionnation.
� réaction d’addition.
+ X Y RX +R Y
+ X YR R X Y
� réaction de duplication - disproportionnation.
+R R R R
+ + + H
disproportionnation majoritaire
H
Zone de vitesse :
Introduction à la chimie radicalaire
CH3 + CH3C2H6
CH3-H
PhCH2-H
CH3
PhCH2
+ H
+ H
facteur thermo
réaction plus facile(20 kcal / mol de différence)
réactions aussi rapides
PhCH2 PhCH2+ PhCH2CH2Ph
PhCH3 + CH3 PhCH2 + CH4
facteur cinétiqueréactions aussi rapidesl’une que l’autre
Bien que favorable thermodynamiquement, cette réaction est très lente.
� c’est donc la cinétique (vitesse) qui dirige la réaction et non son aspect thermodynamique.
Zone de vitesse :
Introduction à la chimie radicalaire
RE PhCH3
k' = [R ][CH2=CHE]E
R
k = 102 M-1 s-1
RH + PhCH2
k = 109 M-1 s-1
1/2 R-R
� les constantes de vitesse doivent donc être de l’ordre de 104 à 109 M-1 s-1.
Introduction à la chimie radicalaire
Effets de solvants :
SN1
Cl- + MeI
SN2ClMe + I
-MeOH DMF
k rel 1 106
MeO
OTs+
MeO
+TsO -
Et2O MeOH
k rel 1 106
cumène cyclohexane DMF cyclohexanol
k rel 1 0.97 1.14 1.16
NCN
NCN
80 °C2
CN+ N2
AIBN
Introduction à la chimie radicalaire
Aspects orbitalaires :
Les réactions radicalaires sont généralement exothermiques. Cela signifie que
leurs états de transition ressemblent aux produits de départ. L’utilisation des
orbitales frontières initiales est alors une bonne approximation pour décrire les
réactivités et les stéréosélectivités de ces réactions.
Introduction à la chimie radicalaire
Aspects orbitalaires :
R R RC=CC=C R
SOMO - HOMO SOMO - LUMO SOMO - SOMO
Introduction à la chimie radicalaire
Aspects orbitalaires :
R C=C
R C=C+ R
R Et Me CH2F CF3
k (M-1 s-1) 3.5 104 4.5 104 2.8 105 3.5 106
L’énergie de la SOMO est abaissée.
SOMO - HOMO
X
k (M-1 s-1)
S Se Te
7.6 104 1.2 107 4.8 107
+ PhX-XPh XPh + PhX
L’énergie de la HOMO est élevée.
Introduction à la chimie radicalaire
Aspects orbitalaires :
L’énergie de la SOMO est élevée.
R C=C
PO(OEt)2+RR"
R' PO(OEt)2R
R'R"
R R' R" k (M-1 s-1)
H H H 2.5 103
CH3 H H 2.6 103
Pr H H 5.0 103
CH3O H H 6.8 103
CH3 CH3 H 1.2 104
SOMO - LUMO
3 3
CH3 CH3 CH3 5.9 104
+E
CO2Me
E
CO2Me
E
k rel
Me H Cl CO2Me CN
0.01 1 10 150 310
L’énergie de la LUMO est abaissée
Introduction à la chimie radicalaire
Formation des radicaux libres :
R-X + Bu3Sn R + Bu3SnX
RHgX [RHgH]NaBH4 traces O2 - Hg
RHg R
� méthode à l’hydrure de tributylétain.
� méthode au mercure (rarement utilisée aujourd’hui).
RX + Mn [RX- , Mn+1] R + X- + Mn+1
RX R RY R
Y
X+ R
initiateur Y RX
� processus impliquant une réduction.
� réaction de Karash (réaction d’addition).
Introduction à la chimie radicalaire
Le tributylétain comme réactif.Le tributylétain comme réactif.Le tributylétain comme réactif.Le tributylétain comme réactif.
Introduction à la chimie radicalaire
Le réactif :
� Bu3SnH ou Ph3SnH en général.
� Il existe des variantes pour lesquelles l’hydrure d’étain est formé in-situ par action
d’un agent réducteur (NaBH4, NaBH3CN, R3SiH ou R2SiH2) sur un halogénure de
trialkyle étain (cette méthode permet d’utiliser uniquement 10 à 20 mol% de dérivé d’étain).
Les principales réactions :Les principales réactions :
� Réaction de réduction de RX ou ROH.
� Addition intermoléculaire.
� Addition intramoléculaire (réaction de cyclisation).
Introduction à la chimie radicalaire
Bu3SnH Bu3SnAIBN
Bu3Sn + RX R + Bu3SnX
R + Bu3SnH Bu3Sn + R-H
Initiation
Propagation
Réduction
Bu3SnH + RX R-H + Bu3SnX
Ordre de transfert : I > Br > SePh ~ OC(S)SCH3 > Cl > SPh
Ordre de réactivité de R• face à Bu 3SnH : aryl ~ vinyl > alkyl > allyl ~ benzyl
Note : depuis peu AIBN n’est plus commercialement disponible. Un substitut est dorénavantdisponible, le 1,1’-azobis-(cyclohexane carbonitrile).
N NCN NC
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction
RX + Bu3SnH RH + Bu3SnX
pour R = alkyl-
RF RCl RBr RI
k 0 103 à 105 105 à 108 > 108
pour R = aryl- ou vinyl-
Conséquence fondamentale : pas de solvants halogénés pour les réactions radicalaires.
X peut être remplacé par un chalcogène (S, Se ou Te):
RSR' RH k : 102 à 104
RSeR' RH k : 106 à 107
RTeR' RH k : 107
les réactions sont 102 à 103 plus lentes
Introduction à la chimie radicalaire
RéductionOH
S
NO
Br H
CO2Bn
Bu3SnH
AIBNTol, reflux
OH
S
NO
H
CO2Bn
SPh Bu3SnH
NO
3
AIBNTol, reflux
NO
NAr
Cl SPh
O
Bu3SnH
AIBNTol, reflux
NAr
SPh
O
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction
Cas particulier : Ziegler, F.E. et coll. J. Org. Chem. 1998, 63, 7920-7930.
O
OBnOBn
I
BnO
Bu3SnH
AIBN (cat)
Tol, 60 °C
O2
O
OBnOBn
OH
BnO
70 %
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction: la réaction de Barton-McCombie
RO SMe
S
+ Bu3SnHAIBN (cat.)
RH + COS + Bu3SnSMe
Alcools secondaires >> alcools primaires
Mécanisme initialement admis :
RO SMe
S
Bu3Sn
RO SMe
SBu3Sn
R + OSMe
SSnBu3
R + COS + Bu3SnSMe
Bu3SnHRH + Bu3Sn
Mécanisme démontré :
MeS O
SR
Bu3Sn
RO
S+ Bu3SnSMe
- COSR
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction: la réaction de Barton-McCombie
Cas des alcools tertiaires :
H
OSMe
S
+ COS + MeSH
le xanthate n’est pas stable, il se réarrange.
Exemples classiques : en chimie des hydrates de carbone
O O O
OO
O
OH
O 1- NaH
2- CS2
3- MeIO
O
O
O
O
MeS
S
Bu3SnH
AIBN (cat)
Tol, refluxO
O
OO
OOBn
OHOH
OMe 1- NaH
2- CS2
3- MeI
Bu3SnH
AIBN (cat)
Tol, reflux
OOBn
OC(S)SMeMeS(S)CO
OMe OOBn
OMe
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction: la réaction de Barton-McCombie
O
OO
O
OR
OO
O1- LiAlH(OtBu)3, THF
2- KHMDS, THF, -78 °C
puis DMAP, PhOC(S)Cl, -20 °C
OO
OBu3SnH
AIBN (cat)
Tol, reflux
R = OPh
S
42 %
• Danishefsky, S.J. et coll. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6160-6168.
• Lautens, M. et coll. Org. Lett. 2002, 4, 1879-1882.
OH OH O O
PMP
Im2C=S
50 °CO O O
PMPS
O O O
PMP
OH
Bu3SnH
AIBN (cat)
Tol, reflux 84 %
S
Introduction à la chimie radicalaire
Réduction: la réaction de Barton-McCombie
O
OHMeO2C
H
HIm2C=S
O
OC(S)ImMeO2C
H
HBu3SnH
AIBN (cat)
PhH, reflux O
MeO2C
H
H
94 %
• Hagiwara, H. et coll. Org. Lett. 2001, 3, 251-254.
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intermoléculaires
RE
RE+ Bu3SnX +
+
Bu3Sn
Bu3SnBu3SnH
RX
RH
k1 = 105 M-1s-1
RE
H
+
+Bu3Sn
Bu3Sn
Bu3SnH
RHk de 106 à 108 M-1s-1
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intermoléculaires
• Giese, B. et coll. Liebigs Ann. Chem. 1987, 231.
OO
Ph
C9H19
I +CO2Me [Bu3SnH]*
EtOH
OO
Ph
C9H19
MeO2C
H2 / Pd-C O
O
C9H19
OH
70 %
* : 0.2 eq Bu3SnCl / 5.0 eq NaBH4
• Giese, B. et coll. Chem. Ber. 1986, 119, 231.
ClEtO2C
EtO2C+ OSiMe3
Bu3SnH
AIBN (cat)
PhH
EtO2C
EtO2C
OSiMe3
56 %
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intermoléculaires
• Stork, G. et coll. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6384-6385.
O
TBSO
OEtI
Me3SiC5H11
O
+Bu3SnCl / NaBH3CN
TBSO
O
OEt
SiMe3
O
C5H11
CO2HOH
OH OH
Prostaglandine F2α
• Myers, A. G. et coll. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 4697-4718.
SiN
NPMB
O
OO
TBSO OTBS
O
PhSe
O
AcHN O
MEMO
OMe
2.0 eq Bu3SnH, 0.25 eq Et3B
CH3CN, -8 °C
puis KF, MeOH
OH
AcHN O
MEMO
OMe
N
NPMB
O
OO
TBSO OTBS
OH
H
62 %
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intermoléculaires
Dans certaines réactions, on observe la migration de l ’électron pour conduire à une décomposition.
SnBu3 Bu3Sn+SPh PhS+
ON
S
OHBr
SnBu3
AIBN
ON
S
OH
+O
CO2MeO
CO2Me
O
Br
O
hυ
S
OEtSPh3Sn
O O
SOEt
S+
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
+X
Bu3SnX +
+H
Bu3Sn
Bu3SnBu3SnH
+
H
Bu3Sn
Bu3SnH
Introduction à la chimie radicalaire
5-exo 6-endo
98 2
2 . 105 s-1 4 . 103 s-1k
6-exo 7-endo
88 12
5 . 103 s-1 7.5 . 102 s-1k
5 . 103 s-1 9 . 103 s-1k
5 . 106 s-1 < 105 s-1k
5 . 103 s-1 7.5 . 102 s-1k
H H
Introduction à la chimie radicalaire
k rel (exo) exo : endo
1.0
1.4
16
98 : 2
99 : 1
> 99 : 1
L’introduction de substituants
alkyl- en position 2, 3, 4, ou 6 de
la chaîne héxényl- augmente la
vitesse et favorise la formation du
cycle à 5. Les substituants alkyl-
22
14
0.022
2.4
> 99 : 1
> 99 : 1
> 99 : 1
36 : 64
en 1 ont un effet faible alors
qu’en 5 ils retardent la cyclisation
exo et par conséquent la
cyclisation en cycle à 6 devient
compétitive.
Introduction à la chimie radicalaire
X X X
5-exo 6-endoX
CH2
O
36 64
100 0O
NSO2Ph
100 0
100 0
Lorsque la chaîne héxényl- contient un atome d’azote ou d’oxygène en position 3 ou 4
la vitesse et la régiosélectivité de la cyclisation radicalaire sont augmentées.
Introduction à la chimie radicalaire
Comparaison avec d’autres méthodes Cationique Radicalaire Anionique Palladium
Précurseur Cl, Br, I,
OH, OR, OSO2R,
C=C, C=O,
C(OR)2
Cl, Br, I,
OH, OOR,
SPh, SePh,
NH2,
N=NR; N=C, NO2,
C=C, CC, C=O,
CO2H,
anions, SnR3,
BR2, HgX, CoLn, H
Cl, Br, I,
SPh, SePh, SnR3,
C=C, H
Br, I
OH, OAr, O2CR, O2COR,
SO2Ph,
OP(O)(OR)2,
NO2,
C=C,
cyclopropyl, époxyde, H
Groupements fonctionnels
tolérés
F,
OH, OR,
SR, SO2R,
NH2, CN,
CO2R, SiR3
OR, C(OR)2,
SO2R,
NR2,
C=O
OR,
SO2R,
NR2,
C=O, C(OR)2, CO2R
Réactions parasites réarrangement de Wagner-
Meerwein,
transfert d’hydrure
dimérisation,
abstraction d’H
β-élimination,
addition sur C=O
β-élimination,
isomérisation
pH acide neutre très basique Légèrement basique
Régiochimie préférée pour
la cyclisation du 5-héxényl
6-endo 5-exo 5-exo 5-exo
Type de contrôle thermodynamique cinétique les deux les deux
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
Curran, D.P. et coll. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1448-1449 et Tetrahedron Lett. 1985, 26, 4991-4994.
O
H
I Bu3SnH
H
H
H
hirsutenehirsutene
O
H
H
Bu3SnHI
H
H
H
∆9,12-capnellene
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
QUIZZ: expliquez le résultat suivant:
I H
I
H10 mol% Bu3SnH
+H H H HAIBN
+
90 % 10 %
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
O
O
O
OBn
CO2Me
O
O
O
O
OBn
CO2Me
O
I
Bu3SnH
AIBN
1 dia, 50 %
• Marco-Contelles, J. et coll. J. Org. Chem. 2002, 67, 3705-3717.
• Yadav, J. S. et coll. J. Org. Chem. 2001, 66, 8370-8378.
O
O
O
OMOM
Bu3SnH
AIBN
O
O
OH
OMOM
SnBu3
66 %
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
Dans certains cas, il peut se produire une H-abstraction. Cela peut être une réaction
parasite, cependant cette migration d’H est parfois un atout.
O
O
CO2MeMeO2C
CN
H
O
OH
CO2MeMeO2C
CN
I
Bu3SnH
AIBNO
O
CO2MeMeO2C
CN67 % CN
67 %
Cette migration peut être accélérée:
• fragiliser la liaison C-H (allyl-, benzyl-, …)
• rendre le radical très actif (radical intermédiaire centré sur un atome d’oxygène)
• avoir un radical autre que sp3
• avoir un système rigide dont l’hydrogène à faire migrer est proche du centre radicalaire.
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
H-abstraction X-H BDE (kcal / mol) X-H BDE (kcal / mol)
CH3O-H 104.4 C6H5CH2-H 87.9
(CH3)3CO-H 105.1 HCCCH2-H 90
CH3N-H 103 CH3OCH2-H 93
CH3S-H 88 Tetrahydofuran-2-yl-H 92
CH3CONH-H 107 (CH3)2NCH2-H 84
CH2=CH-H 108 CH3CO-H 86
C H -H 110.2 NCCH -H 93 C6H5-H 110.2 NCCH2-H 93
CF3-H 106 CH3COCH2-H 98.3
CF3CF2-H 103.1 C6H5COOCH2-H 100.2
CH3-H 105 C6H5SO2CH2-H 99
CH3CH2-H 98 CF3SO2CH2-H 103
(CH3)2CH-H 95 Cl3C-H 95.8
(CH3)3C-H 92 (CH3)3SiCH2-H 99.2
Cyclohexyl-H 95.5 HO(CH3)2C-H 91
Cyclopropyl-H 106.3 (PhCO)[N(CH3)2]CH-H 72
CH2=CHCH2-H 86.6 (PhCO)(CH3O)CH-H 81
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
H-abstraction
OH
1.18 A1.37 AH
O• état de transition pour un transfert 1,5-H
• Kim, S. et coll Tetrahedron 1999, 55, 1377-1390.
O
O
OBn
0.3 eq Bu3SnH, AIBN
Tol, ∆, 67 %OH
HO OBn
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions intramoléculaires
O
SnBu3
I
1 mol% Bu3SnH
AIBNTol, 80 °C
O
EE
O
EE
O
EE
EE
la présence d’un radical centré sur l’atome d’oxygène permet l’ouverturede presque tous les types de cycles.
Introduction à la chimie radicalaire
Formation d’un radical à partir d’un acide RCO2H R + CO2
R Cl
O+
N SONa
R O
ON
S
SnBu3
N
SSnBu3
+ R + CO2
Bu3SnH
R-H + Bu3Sn
OCl
O
ON SO
AcOH
O
AcOH
77 %
N SONa
puis
Bu3SnH, PhH, 80 °C
O
AcOH
Cl
O
O
AcOH
N SONa
puis
Bu3SnH, Tol , 80 °C
+
O
AcOH
S N
Bu3SnH
lent
Introduction à la chimie radicalaire
Formation d’un radical à partir d’un acide
R O
ON
S
N
SR
lumière
ou chauffageou AIBN
R
RO
ON
S
RO
ON
SR
R O
O+
- CO2
Le radical R. peut être piégé différemment:
R + CCl4
R + Cl3CBr
R-Cl + CCl3
R-Br + CCl3
R + CHI3
R + R1X-XR1
R-I + CHI2
R-XR1 + R1X
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation du triéthylborane comme initiateur des réactions.
Les réactions radicalaires à l’hydrure de tributylétain sont devenues très populaires mais présentent
l’inconvénient d’être initiées à haute température. L’usage de températures élevées peut nuire à la
stabilité des substrats du milieu réactionnel mais aussi rendre peu stéréosélective une réaction.
L’apparition récente des trialkylboranes comme initiateur du radical Bu3Sn a apporté une solution
élégante à ce problème.
Oxydation des trialkylboranesOxydation des trialkylboranes
R + O2
ROO + R3B
R2BOO + R
ROO
(ROO)BR2 + R
R3B + O2 Initiation
Propagation
SH2
SH2
SH2 = substitution homolytique d'ordre 2
� Utilisation de la formation du radical alkyle pour générer l’espèce Bu3Sn
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation du triéthylborane comme initiateur des réactions.
Le système Et3B / O2 initie la formation de Bu3Sn même à -78°C et permet d’effectuer des réactions
similaires à celles présentées précédemment.
OI
Ph
O Bu3SnH (2-3 equiv.)
10 mol% Et3B / O2
Tol, -78 °C, 30 min.87%
OMe
Ph
O
déhalogénation
87%
Utimoto, K. et al. Bull. Chem. Soc. Jpn 1989, 62, 143
cyclisation d'un substrat sensible aux températures élevées
Br
OO
Me
Me
STol
O Bu3SnH
OO
Me
Me
STol
O
AIBN (cat), 80 °C, Tol, 30%
Et3B / O2 (cat), -78 °C, Tol, 89%
Malacria, M. et al. C.R. Acac. Sci, Série II 1998, 1, 191
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation du triéthylborane comme initiateur des réactions.
N
O
PhS
CO2Et
I
MeO
MeON
O
PhS
CO2Et
MeO
MeOH
N
O
PhS
CO2Et
MeO
MeOH
Bu3SnH
AIBN (cat), PhH, 80 °C 3.4 : 1 36%
cyclisation stéréosélective
AIBN (cat), PhH, 80 °C 3.4 : 1 36%
Et3B / O2 (cat), Tol, -78 °C 37 : 1 46%
Ishibashi, H. et al. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 1149
Introduction à la chimie radicalaire
Variante aux hydrures de trialkyl étain: (Me 3Si)3SiH.
(Me3Si)3SiHAIBN
Tol, 80 °C(Me3Si)3Si
La réactivité de TTMSS est très semblable à celle de Bu3SnH. Son emploi favorise un traitement
du mélange réactionnel plus simple et les sous-produits contenant du silicium présentent une
toxicité bien moindre à celle de l’étain. Cependant …
À lire: Chatgilialoglu, C. Acc. Chem. Res. 1992, 25, 188-194
Br AIBN, PhH, 70 °C
TTMSS
Bu3SnH
93 2 4
83 1 15
Introduction à la chimie radicalaire
Variante aux hydrures de trialkyl étain: (Me 3Si)3SiH.
Le résultat précédent s’explique par une réactivité moindre de TTMSS vis à vis des radicaux
alkyles que Bu3SnH (un facteur 10 environ suivant les composés).
constantes de vitesse d'H abstraction(M-1s-1)
radical TTMSS Bu3SnH
RCH2
RR'CH
3.8 x 105 2.3 x 106
1.4 x 105 1.5 x 106
R2R'C
tBuO
2.6 x 105 1.9 x 106
1.1 x 108 2.2 x 108
N Br
N
OCO2Me
OO
O
2 eq. TTMSS / AIBN cat
PhH, 80 °C
N
N
OCO2Me
OO
O
Bu3SnH / AIBN cat
65%
0%
Bennasar, M.L. et coll. J. Org. Chem. 2002, 67, 7465-74.
Introduction à la chimie radicalaire
Variante aux hydrures de trialkyl étain: (Me 3Si)3SiH.
OSePh
Bn
CO2Et CO (60 - 80 atm)
PhH, 80 °C
O
OCO2Et
BnO
Bn
CO2Et
Bu3SnH 20 80
TTMSS 86 0
Engman, L. et coll. J. Org. Chem. 2003, 68, 8386-96.
OO
BrAcO
AcO
AcOO
AcO
AcO
AcOO
O
AcO
AcO
AcO
O
Me
Ph2HSi-SiHPh2 / Et3B cat 84 0
Bu3SnH / Et3B cat 37 44
Togo, H. et coll. J. Org. Chem. 2000, 65, 5440-42.
Introduction à la chimie radicalaire
Processus impliquant une réduction.Processus impliquant une réduction.Processus impliquant une réduction.Processus impliquant une réduction.
Introduction à la chimie radicalaire
Généralités
RX + Mn [ RX- , Mn+1 ] R + X- + Mn+1
RMn
+ 1 e-
Mn+1
- 1 e-
MLx
+ 1 e-
R- + Mn+1R-L
- 1 e-
R+ + Mn
Les métaux les plus courants :
CrII CrIII
FeII FeIII
SmII SmIII
CuI CuII
TiIII TiIV
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: aspects généraux
Sm2+ / Sm3+ : E0= -1.55 V (dans H2O)THF
[0.1 M]Sm + ICH2CH2I SmI2 + CH2=CH2
R-X
R-SmI2SmI2
kred = 106 M-1 s-1R-E processus à "deux électrons"
SmI2R
E+
kradR'-SmI2 R'-E processus à "un électron"
X = halogène, SR", SO2R" ...
R
R'SmI2
kred
E+
R R'
O SmI2
R R'
OSmI2 Y
Y
OSmI2
RR'
Y
OH
RR'
E
E+
puis
SmI2
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: aspects généraux
ISmI2
THF
kcycl
B
SmI2kred
ASmI2kred
SmI2
HMPA (eq.) A (%) B (%)
0 réaction trop lente
2.3 8 92
SmI2
OH
Ar
OH
Ar
ArCHO
3.2 34 66
3.7 50 50
5.0 56 44
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: réduction
SmI2R
SmI2 H+
RX R-SmI2 RH
SmI2 [ RSO2Ar] -- ArSO2
-
RSmI2 H+
RSO2Ar R-SmI2 RH
RR1
Y
X
RR1
Y
SmI2
RR1
2 SmI2
RR1
O SmI2 RR1
I2SmO
SmI2RR1
OH
RR1
OH
SmI2
RR1
R'OH
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: réduction
OHI 2 SmI2
THF, HMPAta, 5 min
OH
100 %
PhSO2
OAc
5 SmI2
THF, HMPA
-20 °C, 90 min
OAc
68 %
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à un électron
O
I
EtBnO
1- 2.5 eq SmI2THF, HMPA, tBuOHreflux, 2 h
2- H2CrO4O EtO
70 % (98 : 2)
Br NNPh NHNPh NHNPh4.5 eq SmINPh2 NHNPh2 NHNPh2
4.5 eq SmI2
THF / HMPA
-78 °C88 %
+
7 / 1
SO2PhO
O
OBn
BnOBnO
O
O
OBn
BnOBnO
SmI2
THF / HMPA 78 %
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à un électronréaction de pinacolisation
R R'
O SmI2
R R'
OSmI2O
R
R'O
R
R'
SmI2
SmI2
+
+
H+
R
OH
OH
RR'
R'
OBn
OHOBn
OBnO
BnOOBn
CHO
SmI2
THF, tBuOH
-70 °C, 16 h
OH
OBnBnO
BnO
OH
O
Ph
O
O
PhSmI2
THF, HMPAta
OH
OH
Ph Ph
O
+
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à un électron
CHOCO2Et
2 eq SmI2
THF, tBuOH
0 °C, 10 h
O O+
63 %
Ph
OH
CN2.5 eq SmI2
Ph
OHCN+Ph
OCN
THF, MeOH
0 °C
PhOH
+
77 % (99 : 1)
Ph
O
OAc
2 eq SmI2
THF, HMPA, tBuOHrt, 5 min
OH
PhOAc+
90 %
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à un électron
OCO2Me
OO
OTBS
2 eq SmI2
THF, MeOH
-78 °C
OH CO2Me
OTBSOO 69 %
OHH
SmI2
OHH
OHH
MeO2C
O
2
THF, MeOH
-78 °COH
MeO2COH
MeO2C
+
5.4 / 1
70 %
SPh
O
BnO3 eq SmI2
THF, HMPA
-78 °C, 3 h
BnO OH91 %
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à un électron
OCHO1- 1.3 eq SmI2, THF, HMPA, 0 °C
OHH
OO
OH
+
Curran, D.P. et coll. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 5064.
O 2- TsOH, acétoneH H
O+
63 % 91 / 9
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à deux électrons
1- 2 eq SmI2, THF, HMPA
2- R'C(O)R"
OH R'
R R"R-X
• conditions type Grignard
2 eq SmI2
THF, HMPA
OH R'
R R"R-X + R'C(O)R"
• conditions type Barbier
cas le plus fréquent
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à deux électrons
Comparaison des conditions types Grignard et Barbier
IC6H13
O 2.2 eq SmI2
THF, 23 °C, 1 h
OH
C6H13
C6H13
OH
+ +C6H13 THF, 23 °C, 1 h C6H13
type Grignard 2.8 eq HMPA 90 10
type Barbier 3.2 eq HMPA 57 43
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à deux électrons
O
HHTBSO
2 SmI2
THF, ta, 2 h
OH
HHTBSO
Ph
+ PhCH2Cl
70 %
O2 SmI2
THF, ta, 3 min
OHI
90 %14 : 1
+ CH2I2
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à deux électrons
C6H13
I
O
NMe2
O
2 SmI2
THF, -78 °C
C6H13
OH NMe2
O
56 %
Ph tBu
OO
OBr 2 SmI2
THF, 0 °C
O
O
Ph OH
tBu
88 %
Introduction à la chimie radicalaire
Le Diiodosamarium: processus à deux électrons
QUIZZ :
O
Ph3 SmI2
THF, HMPA
20 °C, 10 min
OH
Ph
O
+ 5 eq Ph-I
quant.
3 SmI2
PhH, HMPA
20 °C, 10 min
OH
Ph
Ph
74 %
Introduction à la chimie radicalaire
Comparaison Bu 3SnH / SmI 2
O
I
OO
O OH
+ +
1.0 M Bu3SnH (10 eq), AIBN, PhH, reflux
+
74 % 24 % 2 % 03 74 % 24 % 2 % 0
0.02 M Bu3SnH (10 eq), AIBN, PhH, reflux 12 % 80 % 7 % 0
2.2 SmI2, THF, 2.3 eq HMPA, ta 0 0 0 76 %
tBuLi, pentane-ether, -78 oC 0 0 0 38 %
Introduction à la chimie radicalaire
Comparaison Bu 3SnH / SmI 2
QUIZZ :
O
Br
2 eq SmI2
THF, HMPA, tBuOH
OH
CO2Me
74 %
CO2Me
Bu3SnH (0.01M)
AIBN, PhH, refluxCO2Me
O 68 %
Introduction à la chimie radicalaire
Processus impliquant une réduction: autres exemples
O 1- 2 eq Cp2TiCl
2- H2O
OH
ClCp2TiOTiCp ClCp2TiCl
H2O
OTiCp2Cl ClCp2TiO
TiCp2ClCp2TiCl
Cp2TiCl
Introduction à la chimie radicalaire
Processus impliquant une réduction: autres exemples
OCl
OClCl
CuCl
CH3CN
140 oC
ClCl
O
Cl
O
O
O
CuCl
CuCl2
O
OClCl
OCl
OClCl
ClCl
O
Cl
O
ClCl
O
O
Introduction à la chimie radicalaire
Processus impliquant une oxydation.Processus impliquant une oxydation.Processus impliquant une oxydation.Processus impliquant une oxydation.
Introduction à la chimie radicalaire
Généralités
R H
E1 E2
Mn+1
- 1 e-
R
E1 E2
-R
E1 E2
Y E1 E2
R Y
transfert de ligand E1 E2
R Y
L
Mn+1
E1 E2
R Y+ - H+ E1 E2
R Y
E1 et E2 sont des groupes électroattracteurs
réarrangementR Y R Y
Nu-
E1 E2
R Y
Nu
Les métaux les plus courants :
MnIII / MnII CuII / CuI PbIV / PbII AgII / AgI FeIII / FeII CeIV / CeIII
Introduction à la chimie radicalaire
Généralités
• système général :
Br
HR3Sn
- R3SnBr
générationréductrice
cyclisation terminaisonréductrice
R3SnH
- R3Sn
• formation oxydante :
H
+
cyclisation OUgénérationoxydante
terminaisonoxydante
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation de Mn(OAc) 3
OH
OPh
O OPh+
Mn(OAc)3
AcONareflux
couramment utilisé: Mn(OAc)3.2H2O
OH
O
H +O
O- +
H +OH
O
OH
O- Ph
O
O
H
Ph
O
O
H
Ph+
H +- O OPh+
Mn(III) Mn(III)
CN
CO2H CO2H
CO2H
CO2Hde manière à favoriser l'oxydation:
k rel 4x105 1.4x104 1
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation de Mn(OAc) 3
• inconvénient de la méthode : une seconde déprotonation.
CO2HHO2C Bu
O
OBu O
O Bu
Bu
+Mn(OAc)3
AcOH25 °C
quant.Mn(III)
+
CO2HHO2CBu
Bu
CO2H
CO2H
Bu
CO2H
CO2H
+
H
OBu O
CO2H
Bu
Mn(III)
- H
Mn(III)
proton très acide
Introduction à la chimie radicalaire
Utilisation de Mn(OAc) 3
• autres exemples
ClH
OCO2Me
Cl
OCO2Me
O
CO2MeMn(OAc)3
AcOH
Zn
AcOH
ClO
O
C8H7
CO2Me ClO
O
C8H7
CO2Me
OO
O
O
C8H7
H
H
Mn(OAc)3
Avenaciolide
Introduction à la chimie radicalaire
Couple Mn(OAc) 3 / Cu(OAc) 2
RH
OCO2Me Mn(OAc)3
AcOH
20 - 50 oC
ORCO2Me
O
H
RCO2Me Cu(OAc)2
O
H
RCO2Me
1 R = H2 R = Me
R = H (71 %)R = Me (56 %)
Le cuivre oxyde le radical plus rapidement que le manganèse :
Cu(OAc)2 R
CuO O
O
OHR R + AcOH + Cu(OAc)
Introduction à la chimie radicalaire
Couple Mn(OAc) 3 / Cu(OAc) 2
CO2Me
O
Mn(OAc)3
Cu(OAc)2 (cat)
OCO2Me
Cu(OAc)2 peut-être utilisé de manière catalytique :
Cu(OAc) + Mn(OAc)3 Cu(OAc)2 + Mn(OAc)2
Introduction à la chimie radicalaire
RRéaction de Karashéaction de Karash ..RRéaction de Karashéaction de Karash ..
Introduction à la chimie radicalaire
Réaction de Karash
initiateurR
R Y RY
R-X
+
RY R
X
YR
Y R
X
Y
+ R-X +
RX +
Introduction à la chimie radicalaire
Réaction de Karash : cas des xanthates
SR
S
OEt
initiateur
RY R
Y
SR
SSR
S
OEt
R
SR
S
OEt
RY
S
OEt
SR
RY
S
OEt
SR
SR
OEt
SR
SR
O
Et
++
Initiateur : O O∆
O O Me2 +2 2
Introduction à la chimie radicalaire
Réaction de Karash : cas des xanthates
O S
CO2Me
OEtS
tBuOOtBu cat
PhtBu, ∆
O
SS
EtO
80 %
N
OCO2MeMeO2C
O
N
CO2tBuSS
EtO
N
N
O
O
HH
CO2MeMeO2C
H
89 %(α : β = 3 : 1)
tBuOOtBu
iPrOH, ∆
Introduction à la chimie radicalaire
Réaction de Karash : cas des xanthates
S OEt
S
R(n+1) Y
iniateur
Y
n
R S
Y
OEtS
S
OEtS
Y
n
R
Y G G
m
iniateur
(m+1) G
Brevet Rhodia : synthèse de “ blocks polymers“ (système MADIX)
OEtS OEtS
Références Générales :
� Jaspere, C.P.; Curran, D.P.; Fevig, T.L. Chem. Rev. 1991, 91, 1237-1286.
� Russel, G.A. Acc. Chem. Res. 1989, 22, 1-8.
� Zard, S.Z. Angew. Chem. Int. Ed. 1997, 36, 672-685.
� Renaud, P.; Gerster, M. Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 2562-2579.
� Bowman, W.R.; Bridge, C.F.; Brookes, P. JCS Perkin Trans 1 2000, 1-14.
� Curran, D.P. Aldrichimica Acta 2000, 33, 104-110.
Introduction à la chimie radicalaire
� Curran, D.P. Aldrichimica Acta 2000, 33, 104-110.
� Sibi, M.P.; Porter, N.A. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 163-171.
� Giese, B.; Kopping, B.; Göbel, T.; Dickhaut, J.; Kulicke, K.J. Trach, F. Org. Rect. 1996, 48, 301-856.
� Curran, D.P.; Porter, N.A.; Giese, B. Stereochemistry of Radical Reactions, VCH, 1996.
� Molander, G.A.; Harris, C.R. Chem. Rev. 1996, 96, 307-338.
� Krief, A.; Laval, A-M. Chem. Rev. 1999, 99, 745-777.
� Ollivier, C.; Renaud, P. Chem. Rev. 2001, 101, 3415-3434.
Introduction à la chimie radicalaire
Réactions radicalaires des AlkylRéactions radicalaires des Alkyl-- etet
Alkénylmercuriques.Alkénylmercuriques.
Introduction à la chimie radicalaire
Formation d’un radical
Méthode générale
NaBH4 traces O2R-Hg
RO2
ROO[ R-HgH ][ R-HgH ]
R-Hg
R-HgX [ R-HgH ]
- Hg
ROOH ++ RH R
E
ER
[ R-HgH ] ER R-Hg
ROO R-HgR-Hg
+
ROOH ++ RH
Introduction à la chimie radicalaire
Formation d’un radical
Méthode par activation photochimique
hυR + HgX
R + R'Y-YR' R-YR' + YR'
RHgX Initiation
R'Y + RHgX R + R'Y-HgX
R + R'Y-YR' R-YR' + YR'Propagation
Introduction à la chimie radicalaire
• Corey, E.J. et coll. Tetrahedron Lett. 1984, 25, 5013.
CO2CH3
HOO
C5H11
HgClOAcCO2CH3
O
O
C5H11
HgCl
Bu3SnH
O2
C5H11
CO2CH3O
OOOH
OH
C5H11
CO2CH3
OH
OH
Ph3P
Introduction à la chimie radicalaire
OCO2Me
1- Hg(OAc)2 OCO2Me
OCO2Me
hυ H2O2O
CO2Me
2- NaClH
ClHgH
PhSePhSeSePh
H2O2
H