Catalyseurs d’oxydation et carbènes hétérocycliques organophosphorés

Sels d’iminiums 

Oxaziridiniums 

 Une famille de sels d’oxaziridiniums a été développée pour la première fois en 1976 par Lusinchi et al.. Ces auteurs ont démontré le caractère électrophile du sel d’oxaziridinium en montrant sa capacité à oxyder une phosphine N O PPh3 X – N O X – PPh3 N X – OPPh3 Schéma 10 : Oxydation d’une phosphine avec les sels d’oxaziridinium En 1988 Hanquet et Lusinchi montrent la réactivité des sels d’oxaziridinium dérivés de la dihydro-isoquinoléine en époxydation. Les sels d’oxaziridinium 6 sont obtenues soit par oxydation de la fonction iminium C, soit par alkylation de l’oxaziridine D . N O N N O Me3O +BF4 – p-NPBA BF4 – BF4 – D 6 C  développés par Hanquet et Lusinchi sont capables d’oxyder des oléfines riches en électrons. En présence d’une quantité stœchiométrique de 6, le méthylcyclohexène est oxydé à 84 % en 10 min Dans le cas du cis-stilbène cette réaction est stéréosélective, en faveur d’un processus concerté, et les rendements sont nettement plus élevés qu’avec les peracides . Ph Ph Conversion en 1h Cis/trans 6 86 % 1/3 m-CPBA 50 % 1/1 . Ces résultats confirment que les sels d’oxaziridinium sont de bons agents d’oxydation des oléfines avec une bonne stéréosélectivité. Dans un deuxième temps il était important de développer un système catalytique à partir des sels d’iminium. 

Catalyseurs iminium

 Les sels d’oxaziridiniums peuvent être générés in situ avec une quantité catalytique d’iminiums en présence d’oxone et de NaHCO3 dans un mélange acétonitrile/eau[32], ce qui a permis la mise au point d’un système catalytique. Le cycle catalytique, comme dans le cas des dioxiranes, est en deux parties. La première est l’action de l’oxone sur le sel d’imminium pour former l’espèce active oxaziridinium. La deuxième est le transfert de l’oxygène électrophile de l’oxaziridinium vers l’oléfine pour former l’époxyde et regénérer l’iminium.  En 1993, Lusinchi décrit l’oxydation de sulfures en sulfoxydes en présence de 0,1 équivalent de sels d’iminiums, de 1,1 équivalents d’oxone dans un mélange acétonitrile/eau. Ces expériences ont mis en valeur l’influence de la quantité d’oxone utilisée sur la sélectivité de la réaction. Il est important de noter que le temps de réaction pour oxyder le soufre en sulfoxyde, entre 5 et 45 min, est nettement inférieur à celui nécessaire pour la deuxième oxydation en sulfones (30 min – 2 h). Ce qui met clairement en valeur la grande sélectivité de l’oxydation de sulfures en sulfoxydes puis en sulfones par les sels d’iminiums. La réaction des sels d’iminiums avec les sulfures montre une activité catalytique inférieure à celles des cétones et laisse envisager diverses modifications. Plusieurs exemples de sels d’iminiums ont été développés grâce aux constatations de Lusinchi et Hanquet, notamment sous forme chirale, pour permettre d’effectuer des réactions d’époxydations avec des rendements et des excès énantiomériques plus importants. 

 Epoxydation asymétrique 

 En 1993, Bohé décrit l’utilisation des premiers sels d’oxaziridinium 7 chiraux. Ceux-ci peuvent être générées in situ pour l’époxydation asymétrique d’oléfines en présence d’oxone. En oxydation stoechiométrique du trans-stilbène le rendement est de 63 % avec 42 % d’excès énantiomérique. De meilleurs rendements (80-90%) ont été obtenus en version catalytique avec 0,05 équivalent d’iminium 8 sans amélioration des excès énantiomériques qui restent de l’ordre de 35 % . Page et al. ont mis au point d’autres sels d’iminiums chiraux dérivés de dihydroisoquinolèines tel 9 dont la source de chiralité est portée par l’azote qui est plus proche du centre réactif. Dans ce cas, avec le trans-stilbène, 78 % de rendement sont obtenus avec 73 % d’excès énantiomérique, valeurs nettement améliorées par rapport au catalyseur 8. Par contre, avec le 1-phénylcyclohexène, les résultats sont moins bons avec 68 % de rendements et seulement 40 % d’excès énantiomérique . 0,1 éq cata R = R1 Ph Ph Rdt 78 % ee 73 % 0,05 éq cata R = R1 Ph Rdt 68 % ee 40 % Schéma 14 : Sels d’iminiums 9 et 10 en époxydation Le sel d’iminium 10 avec un autre type de substituant chiral a été testé [37], mais sans changement notable. N R BF4 – O O X Cata 9 R1 = Cata 10 R2 = 10a X = SO2Me 10b X = OMe Les composés dérivés du binaphtyle, sont connus pour donner de bons résultats en synthèse asymétrique. Aggarwal et al. a ainsi préparé des sels d’iminium 11 en espérant gagner en énantiosélectivité par rapport aux sels d’iminiums déjà connus. Le sel d’iminium 11a a permis d’oxyder des oléfines trisubstituées avec des rendements de 80 % et des excès énantiomériques meilleurs que pour le catalyseur 9. Un simple passage du méthyle à l’acétal, sur l’atome d’azote, permet de diminuer la quantité de catalyseur utilisée jusqu’à 0,01 équivalent. Les meilleurs résultats sont obtenus avec 5 mol % de 11b avec le phénylcyclohexène[39] . Tous les sels d’iminium déjà cités ont la fonction iminium dans un cycle ce qui les rends plus résistants à l’hydrolyse. Par contre, les sels d’iminium acycliques, plus fragiles, peuvent être également envisagés dans le cas où l’équilibre est très rapide ou est largement déplacé vers la structure iminium. Cette approche permet d’accéder à une plus grande variété de sels d’iminium et d’éviter la synthèse et la purification difficile de catalyseurs sensibles à l’hydrolyse. Cette méthodologie est de plus en plus utilisée en catalyse organique pour l’activation de cétones ou d’aldéhydes en utilisant des amines telles que la proline.