Monohalogénocyclopropanations stéréosélectives à l'aide de carbénoïdes de zinc, couplages croisés de cyclopropylsilanols, cyclisations d'iodures d'alkyle catalysées par le nickel

Les cyclopropanes sont des unités qui sont très importantes en raison de leur présence dans de nombreux produits naturels, dans certaines molécules synthétiques ayant une activité biologique, ainsi que dans plusieurs intermédiaires synthétiques. Les travaux décrits dans cet ouvrage portent sur l’halogénocyclopropanation stéréosélective d’alcools allyliques en présence d’un ligand chiral stœchiométrique de type dioxaborolane et de carbénoïdes de zinc substitués dérivés de composés organozinciques et d’haloformes. Nous avons ainsi développé des conditions pour l’iodo-, la chloro- et la fluorocyclopropanation stéréosélective. Une étude mécanistique portant sur la nature des carbénoïdes alpha-chlorés et alpha-bromés a révélé qu’il y a un échange des halogènes portés par ces carbénoïdes. Lors de la chlorocyclopropanation, le carbénoïde le plus réactif (alpha-chloré) réagit de façon prédominante en vertu du principe de Curtin-Hammet. Les iodocyclopropanes énantioenrichis ont pu être fonctionnalisés via une réaction d’échange lithium-iode suivie du traitement avec des électrophiles, ou via une réaction de transmétallation au zinc suivie d’un couplage de Negishi. Ainsi, toute une gamme de cyclopropanes 1,2,3-substitués énantioenrichis a pu être synthétisée. Dans l’optique de développer de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation des cyclopropanes, nous nous sommes par la suite tournés vers le couplage croisé de type Hiyama-Denmark des cyclopropylsilanols. Dans cette voie synthétique, le groupement silanol a deux fonctions : il sert de groupement proximal basique lors de la cyclopropanation de Simmons-Smith et il subit la transmétallation au cours du couplage croisé. Dans l’étape du couplage croisé, la nature des ligands liés à l’atome de silicium s’est avérée cruciale au bon déroulement de la réaction. Ainsi, l’échange de ligands avec le diéthyl éthérate de trifluoroborane générant le cyclopropyltrifluorosilane in situ est requis pour obtenir de bons rendements. Le dernier volet de cet ouvrage porte sur la cyclisation d’iodures d’alkyle par substitution aromatique par voie homolytique catalysée par le nickel. Une série de composés de type tétrahydronaphtalène et thiochromane ont été préparés selon cette méthode. Une étude mécanistique a confirmé la nature radicalaire de cette réaction et suggère fortement l’action catalytique du nickel. De plus, des études de spectrométrie RMN DOSY ont montré une association entre le complexe de nickel et le substrat ainsi que la base employés dans cette réaction.

Dynamics of I-asterisk(P-2(1/2)) production inthe ultraviolet photodissociation of alkyn iodides

The relative quantum yields, phi*, for the production of I*(P-2(1/2)) at 266, 280, and similar to 305 nm are reported for a series of primary alkyl iodides using the technique of two-photon laser-induced fluorescence for the detection of I(P-2(3/2)) and I*(P-2(1/2)) atoms. Results are analyzed by invoking the impulsive energy disposal model, which summarizes the dynamics of dissociation as a single parameter. Comparison of our data with those calculated by a more sophisticated time-dependent quantum mechanical model is also made. Near the red edge of the alkyl iodide A band, absorption contribution from the (3)Q(1) state is important and the dynamics near the (3)Q(0)-(1)Q(1) curve-crossing region seem to be influenced by the kinematics of the dissociation process

PALLADIUM CATALYZED TANDEM CYCLIZATION-ANION CAPTURE PROCESSES .1. BACKGROUND AND HYDRIDE ION CAPTURE BY ALKYL-PALLADIUM AND PI-ALLYL-PALLADIUM SPECIES

A new, wide ranging, synthetically powerful, catalytic tandem cyclisation-anion capture process is proposed which depends on the rate of cyclisation of an organopalladium specifies (RPdX) onto a proximate alkene or diene being significantly faster than anion exchange and reductive elimination in the sequence RPdX --> RPdY --> RY + Pd(0). The catalytic cyclisation - anion capture sequence is illustrated for hydride capture by a wide variety of substrates giving rise to fused- and spiro-, carbo- and hetero-cyclic systems, regio- and stereo-specifically.

Further studies on Norrish type II reactions including a reaction in the first excited singlet state and cyclization of 1:4 biradicals

The Norrish type II processes of methyl-2,2-dimethyl- cyclopropyl ketone, alpha-alkoxy acetones and alkyl pyruvates have been examined using the AM1 semi-empirical molecular orbital method with complete geometry optimization at the partial configuration interaction level in the restricted Hartree-Fock (RHF) frame. The results reveal that the methyl-substituted cyclopropyl ketone has a constrained geometry favourable for hydrogen abstraction from the gamma-position relative to the carbonyl group in the excited singlet state. The presence of the ether oxygen atom in the beta-position relative to the carbonyl group in alkoxy acetones and alkyl pyruvates leads to increased reactivity relative to alkyl monoketones and diketones respectively. The cyclization of 1:4 biradicals has been studied in the unrestricted Hartree-Fock (UHF) frame, and the results reveal that the 1:4 biradical derived from alkoxy acetones readily cyclizes to form oxetanols. On the other hand, in the 1:4 biradicals derived from methyl-substituted cyclopropyl ketone, the three-membered ring breaks readily to form an enol intermediate. Delocalization of an odd electron in 1:4 biradicals derived from alkyl pyruvates is thought to make cyclization difficult.

Redox regulation of protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B): Importance of steric and electronic effects on the unusual cyclization of the sulfenic acid intermediate to a sulfenyl amide

The redox regulation of protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) via the unusual transformation of its sulfenic acid (PTP1B-SOH) to a cyclic sulfenyl amide intermediate is studied by using small molecule chemical models. These studies suggest that the sulfenic acids derived from the H2O2-mediated reactions o-amido thiophenols do not efficiently cyclize to sulfenyl amides and the sulfenic acids produced in situ can be trapped by using methyl iodide. Theoretical calculations suggest that the most stable conformer of such sulfenic acids are stabilized by n(O) -> sigma* (S-OH) orbital interactions, which force the -OH group to adopt a position trans to the S center dot center dot center dot O interaction, leading to an almost linear arrangement of the O center dot center dot center dot S-O moiety and this may be the reason for the slow cyclization of such sulfenic acids to their corresponding sulfenyl amides. On the other hand, additional substituents at the 6-position of o-amido phenylsulfenic acids that can induce steric environment and alter the electronic properties around the sulfenic acid moiety by S center dot center dot center dot N or S center dot center dot center dot O nonbonded interactions destabilize the sulfenic acids by inducing strain in the molecule. This may lead to efficient the cyclization of such sulfenic acids. This model study suggests that the amino acid residues in the close proximity of the sulfenic acid moiety in PTP1B may play an important role in the cyclization of PTP1B-SOH to produce the corresponding sulfenyl amide.

Cyclization in situ of isoprene polymerization catalyzed by Nd-Al bimetallic complex

Function of chloride and effect of various alkylaluminiums, C1/A1 molar ratio, solvents on cyclization in situ of isoprene polymerization catalyzed by Nd-Al bimetallic complex were studied. The structure of cyclized products was characterized by means of IR and H-1 NMR, The results indicated that in the course of isoprene polymerization with rare earth catalytic system, the function of alkylchloride introduced is terminating cis-polymerization and generating cationic species with alkyl-aluminums to initiate cyclization in situ. Soluble cyclized polyisoprene was obtained with fragments of cyclopolyisoprene.

Synthesis of highly substituted pyrrolidines via palladium-catalyzed cyclization of 5-vinyloxazolidinones and activated alkenes

N-Tosyl-5,5-divinyloxazolidin-2-one undergoes a palladium-catalyzed decarboxylative cyclization across a range of electrophilic alkenes to give the corresponding pyrrolidine derivatives bearing two contiguous quaternary centres. Alkenes bearing two electron-withdrawing groups are required; pyrrolidines were not formed from mono-activated alkenes. Bulky, electron-rich phosphines promote pyrrolidine formation with less highly electrophilic, doubly activated alkenes, and a dramatic improvement is observed in the presence of iodide.

TIME-RESOLVED ABSORPTION, INFRARED, AND RESONANCE RAMAN-SPECTRA OF THE COMPLEXES [RU(X)(R)(CO)(2)(ALPHA-DIIMINE)] (X=HALIDE R=ALKYL) - INFLUENCE OF X ON THE CHARGE-TRANSFER CHARACTER OF THE LOWEST EXCITED-STATE

Nanosecond time-resolved absorption (TA), resonance Raman (TR(3)), and infrared (TRIR) spectra are reported for several complexes [Ru(X)(R)(CO)(2)(alpha-diimine)] (X = Cl, Br, I; R = Me, Et; alpha-diimine = N,N'-diisopropyl-1,4-diaza-1,3-butadiene (iPr-DAB), pyridine-2-carbaldehyde-N-isopropylimine (iPr-PyCa), 2,2'-bipyridine (bpy)). This is the first instance in which the TA, TR(3), and TRIR techniques have been used to probe excited states in the same series of complexes. The TA spectra of the iodide complexes show a transient absorption between 550 and 700 nm, which does not depend on the solvent but shifts to lower energy in the order iPr-DAB > bpy > iPr-PyCa. This band is assigned to an intraligand transition. For the corresponding chloride and bromide complexes this band occurs at higher energy, most probably because of a change of character of the lowest excited state from XLCT to MLCT. The TRIR spectra show an increase in v(CO) (and k(CO)) on promotion to the excited state; however, the shifts Delta v(CO) show a decrease in the order Cl- > Br- > I-. The TR(3) spectra of the excited complexes [Ru(X)(R)(Co)(2)(iPr-DAB)] show v(s)(CN) of the iPr-DAB ligand 50-80 cm(-1) lower in frequency than for the complexes in their ground state. This frequency shift decreases in the order Cl- > Br- > I-, indicating a decrease of CT character of the lowest excited state in this order. However, going from X = Br to I, the effect on Delta v(CO) is much larger than the decrease of Delta v(s)(CN). This different effect on the CO- and CN-stretching frequencies is assigned to a gradual change in character of the lowest excited state from MLCT to XLCT when Cl- is replaced by Br- and I-. This result confirms a similar conclusion derived from previous resonance Raman and emission experiments on these complexes.

Direct functionalization of heterocyclic and non-heterocyclic arenes

L’application des métaux de transition à la fonctionnalisation directe a ouvert la voie à une nouvelle classe de réactions pour la formation de liens carbone-carbone. De par l'omniprésence des liaisons C–H, l’introduction de nouvelles fonctionnalités chimiques par voie directe et pré-activation minimale s’impose comme une stratégie de synthèse très attrayante. Ainsi, il est envisageable de préparer de manière rapide et efficace des supports complexes menant à des molécules complexes, qui pourraient être utiles dans divers domaines de la chimie. L'objectif principal de la présente thèse vise la fonctionnalisation directe des arènes hétérocycliques et non hétérocycliques et, plus précisément, les techniques d’arylation. Dans un premier temps, nous allons aborder le thème de l’arylation directe tout en mettant l’accent sur les pyridines (Chapitre 1). Ces molécules sont à la base d'une multitude de composés biologiquement actifs et jouent un rôle important dans le domaine des sciences des matériaux, de l’agrochimie et de la synthèse des produits naturels. Dans un deuxième temps, nous discuterons de nos travaux sur l’arylation directe catalysé par un complex de palladium sur des ylures de N-iminopyridinium en soulignant la dérivatisation du sel de pyridinium après une phénylation sp2 (Chapitre 2). L’étude de ce procédé nous a permis de mettre en lumière plusieurs découvertes importantes, que nous expliquerons en détails une à une : l’arylation benzylique directe lorsque des ylures N-iminopyridinium substituées avec un groupement alkyl à la position 2 sont utilisés comme partenaires dans la réaction; les allylations Tsuji-Trost catalysée par un complex de palladium; et l’alkylation directe et sans métal via une catalyse par transfert de phase. Plusieurs défis restent à relever pour le développement de procédés directs utilisant des métaux de transition peu coûteux, d’autant plus que la synthèse par transformation directe des pyridines 2-alcényles, lesquelles sont pertinentes sur le plan pharmacologique, n’a pas encore été rapportée à ce jour. Avec cette problématique en tête, nous avons réussi à mettre au point une alcénylation directe catalysé par un complex de cuivre sur des ylures de N-iminopyridinium. Nous discuterons également d’une nouvelle méthode pour la préparation des iodures de vinyle utilisés dans les couplages. Ces réactions sont non seulement remarquablement chimiosélectives, mais sont aussi applicables à plusieurs substrats (Chapitre 3). En optimisant ce procédé direct, nous avons découvert une façon unique de synthétiser les pyrazolo[1,5-a]pyridines 2-substituées (Chapitre 4). Le mécanisme global met en jeu une séquence tandem de fonctionnalisation-cyclisation directe et un procédé direct en cascade, qui n’avais jamais été rapporté. Cela simplifie ansi la synthèse autrement compliquée de ces substrats en y apportant une solution à un problème de longue date. Dans les deux derniers chapitres, nous examinerons en détail les techniques d’arylation directe qui n'impliquent pas les partenaires de couplage hétérocycliques. Entre autres, au Chapitre 5, nous soulignerons notre découverte d’un umpolung dirigé et catalysé par un complexe de palladium du benzène et de quelques autres dérivés arènes. Il s’agit là du premier cas de fonctionnalisation directe dans laquelle le groupe directeur se trouve sur le partenaire halogène et il s’ajoute à la courte liste d’exemples connus dans la littérature rapportant une arylation directe du benzène. Finalement, au Chapitre 6, nous passerons en revue une nouvelle arylation directe catalysée au fer, qui se veut un procédé peu coûteux, durable et présentant une économie d’atomes. Nous discutons des substrats possibles ainsi des études mécanistiques réalisés.

Rhodium-catalyzed carbonylation of allylaminoalcohols: Catalytic synthesis of N-(2-hydroxy-alkyl)-gamma-lactams and bicyclic oxazolidines

Gamma-lactams and bicyclic oxazolidines are important structural frameworks in both synthetic organic chemistry and related pharmacological fields. These heterocycles can be prepared by the rhodium-catalyzed carbonylation of unsaturated amines. In this work, allylaminoalcohols, derived from the aminolysis of cyclohexene oxide, styrene oxide, (R)-(+)-limonene oxide, and ethyl-3-phenyl-glicidate, were employed as substrates. These allylaminoalcohols were carbonylated by employing RhClCO(PPh3)(2) as a precatalyst under varying CO/H-2 mixtures, and moderate to excellent yields were obtained, depending on the substrate used. The results indicated that an increase in the chelating ability of the substrate (-OH and -NHR moieties) decreased the conversion and selectivity of the ensuing reaction. Additionally, the selectivity could be optimized to favor either the gamma-lactams or the oxazolidines by controlling the CO/H-2 ratio. A large excess of CO provided a lactam selectivity of up to 90%, while a H-2-rich gas mixture improved the selectivity for oxazolidines, resulting from hydroformylation/cyclization. Studies of the reaction temperature indicated that an undesirable substrate deallylation reaction occurs at higher temperature (>100 degrees C). Further, kinetic studies have indicated that the oxazolidines and gamma-lactams were formed through parallel routes. Unfortunately, the mechanism for oxazolidines formation is not yet well understood. However, our results have led us to propose a catalytic cycle based on hydroformylation/acetalyzation pathways. The gamma-lactams formation follows a carbonylation route, mediated by a rhodium-carbamoylic intermediate, as previously reported. To this end, we have been able to prepare and isolate the corresponding iridium complex, which could be confirmed by X-ray crystallographic analysis. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Zinc aluminium layered double hydroxides for the removal of iodine and iodide from aqueous solutions

129I is a radioactive isotope of iodine that is readily absorbed by the body. In this paper we investigated the potential of a 3:1 Zn/Al layered double hydroxide (LDH) as a sorbent for the removal of iodine and iodide from water. Synthetic Zn6Al2(OH)16(CO3)∙4H2O was prepared by the co-precipitation before thermal activation. The LDH was treated with solutions containing iodide and iodine. It was found that iodine could be more easily removed from solution than iodide. Powder X-ray diffraction revealed the destruction of the LDH structure during thermal activation and the successful reformation of a similar LDH material after treatment with the iodide or iodine solution. Thermal decomposition of all samples studied by thermogravimetry appeared to be similar. A new decomposition mechanism similar to one previously described in the literature was proposed for the Zn/Al LDH. The total mass loss of samples treated with iodide and iodine was significantly lower than that of the original LDH indicating that iodine species may form non-removable anions when intercalated into the LDH structure. Evolved gas mass spectrometry failed to detect any iodine species lost as gases during the decomposition of iodide treated LDH however, small quantities of iodine species were observed during decomposition of samples treated with iodine solution.