Synthesis of 2-Substituted-Pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-Iminopyridinium Ylides

Cette thèse décrit le développement et la méthodologie pour la synthèse de 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle. Des dérivés de chaque ylure de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle ont été utilisés pour la synthèse de plusieurs composés avec un intérêt pharmaceutique. Le premier chapitre présente les précédents littéraires pour la synthèse de pyrazolopyridines. Spécifiquement trois types différents de synthèse seront présentés en détail. L’importance biologique de ces composés sera discutée. La vue d’ensemble des travaux développés dans notre groupe de recherche pour la synthèse des produits de départ sera présentée brièvement. Finalement, la science intéressante qui a apporté cette idée de recherche sera révélée. Le deuxième chapitre décrit les résultats des optimisations étudiées pour la synthèse des 2-phénylpyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-benzoyl-iminopyridinium et d’iodure de styryle. Chaque substrat de la réaction a été étudié individuellement afin d’être optimisé; les ratios, les solvants, la température du milieu réactionnel et le temps optimal de la réaction ont aussi été explorés. Le troisième chapitre présente l’étendue de la synthèse des pyrazolopyridines. L’étendue de la réaction inclut les dérivés des halogénures de styryle. L’étendue de la réaction a été élargie aux dérivés d’ylures de N-iminopyridinium et ils incluent des groupements donneurs d’électrons ainsi que des groupements pauvres en électrons. Des groupements exotiques d’iodure et de bromure de vinyle ont aussi été explorés. Le quatrième chapitre démontre les études mécanistiques que l’on a faites pour mieux comprendre les cycles catalytiques qui ont lieu durant la réaction. Des études de cyclisation avec les ylures de N-iminopyridinium ont été explorées pour les produits de départ suivants : iodure de styryle et phényl acetylène.

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.

3-pyridylcarbene and 3-pyridylnitrene: Ring opening to nitrile ylides

Photolysis of 3-pyridyldiazomethane in an Ar matrix at 7-10 K gives 3-pyridylcarbene. Further photolysis causes ring opening to nitrile ylide 26 (formonitrile pent-2-en-4-ynylide) as the major reaction together with a minor amount of ring expansion to 1-azacyclohepta-1,3,4,6-tetraene, 27. Matrix photolysis of 3-azidopyridine leads to ring opening to formonitrile N-cyanovinylmethylide, 33.

Novel1, 3-Dipolar Cycloaddition Reactions of Acyclic Carbonyl Ylides and Related Chemistry

The thesis entitled novel 1,3-dipolar cycloaddition reactions of acyclic carbonyl ylides and related chemistry embodies the results of the investigations carried out to explore the reactivity of acyclic carbonyl ylides,generated by the reaction of dicarbomethoxy carbine and aldehydes towards dipolarophiles such as activated styrenes,1,2-and 1,4-quinones. In conclusion ,we have explored the reactivity pattern of acyclic carbonyl ylides derived from dicarbomethoxycarbene and aldehyde towards activated styrenes with a view to develop a stereoselective synthesis of highly substituted tetrahydrofuran derivatives. It was also found that the ylide could be trapped by various 1,2-and 1,4-diones to form dioxolane derivatives. It is noteworthy that the cycloaddition is highly region- and stereoselective. With isatins the ylide preferentially adds to the more electrone deficient carbonyl group making it regiospecific. Hetrocyclic compounds are of pivotal importance in organic chemistry, and enormous efforts have been devoted to develop new methodologies for their synthesis. It is noteworthy in this context that, 1,3-dipolar cycloaddition reaction,otherwise called Huisgen reaction, constitutes one of the most efficient methods for the synthesis of five membered heterocycles. Among the various dipoles, carbonyl ylides have received substiancial attention in recent years largely due to their utility in the synthesis of a wide range of oxygen hetrocycles, which are often found as structural subunits of many bioactive natural products.

1,3-Dipolar cycloadditions to unsymmetrical ketone-derived chiral stabilized azomethine ylides: strategies for the synthesis of highly substituted amino acids

We report herein, the first generation of unsymmetrical ketone-derived chiral stabilized azomethine ylides. Intrairiolecular and intermolecular cycloaddition strategies have been utilized to synthesize both an enantiornerically pure bicyclic proline derivative and an enantionierically pure beta-hydroxy-alpha-amino acid.

Synthesis of enantiopure prolines via exo-stereoselective 1,3-dipolar cycloadditions to acetone-derived chiral stabilised azomethine ylides

The chiral stabilised azomethine ylide formed from condensation of the dimethyl acetal of acetone with (5S)-5-phenylmorpholinone undergoes stereoselective exo-cycloaddition reactions with a range of doubly and singly activated dipolarophiles when generated in the presence of excess (MgBr2OEt2)-O-.. The cycloadducts can be degraded to yield enantiomerically pure proline derivatives.

Cycloadditions of chiral carbonyl ylides with imine dipolarophiles as a route to enantiomerically pure alpha-amino-beta-hydroxy acids

The preparation of enantiomerically pure threo-beta-amino-alpha-hydroxy acids via 1,3-dipolar cycloadditions of imine dipolarophiles with the chiral isomunchnone derived from (5R)-5-phenylmorpholin-3-one 1 is described. The cycloadducts were obtained with excellent diastereofacial- and exo-selectivity. Subsequent hydrolysis and chemoselective exocyclic amide cleavage afforded the threo-beta-amino-alpha-hydroxy acids with recovery of the initial chiral auxiliary. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Binap-gold (I) versus Binap-silver trifluoroacetate complexes as catalysts in 1,3-dipolar cycloadditions of axomethine ylides

The 1,3-dipolar cycloaddition between azomethine ylides and alkenes is efficiently catalysed by [{(Sa)-Binap-Au(tfa)}2] (Binap=2,2′-bis(diphenylphosphino)-1,1′-binaphthyl; tfa=trifluoroacetyl). Maleimides, 1,2-bis(phenylsulfonyl)ethylene, chalcone and nitrostyrene were suitable dipolarophiles even when using sterically hindered 1,3-dipole precursors. The results obtained in these transformations improve the analogous ones obtained in the same reactions catalysed by [Binap–Ag(tfa)]. In addition, computational studies have also been carried out to demonstrate both the high enantioselectivity exhibited by the chiral gold(I) complex, and the non-linear effect observed in this transformation.

Kinetic study of thermal 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides using differential scanning calorimetry as monitoring window

Kinetics of 1,3-dipolar cycloaddition involving azomethine ylides, generated from thermal [1,2]-prototropy of the corresponding imino ester, employing differential scanning calorimetry (DSC), is surveyed. Glycine and phenylalanine derived imino esters have different behavior. The first one prefers reacting with itself at 75 ºC, rather than with the dipolarophile. However, the α-substituted imino ester gives the cycloadduct at higher temperatures. The thermal dynamic analysis by 1H NMR of the neat reaction mixture of the glycine derivative reveals the presence of signals corresponding to the dipole in very small proportion. The non-isothermal and isothermal DSC curves of the cycloaddition of phenylalaninate and diisobutyl fumarate are obtained from freshly prepared samples. The application of known kinetic models and mathematical multiple non-linear regressions (NLR) allow to determine and to compare Ea, lnA, reaction orders, and reaction enthalpy. Finally a rate equation for each different temperature can be established for this particular thermal cycloaddition.

Binap-silver salts as chiral-catalysts for the enantioselective 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides and alkenes

Binap-AgSbF6 catalyzed 1,3-dipolar cycloadditions between azomethine ylides and electrophilic alkenes are described and compared with analogous transformations mediated by other Binap-silver(I) salt complexes. Maleimides and 1,2-bis(phenylsulfonyl)ethylene are suitable dipolarophiles for obtaining very good enantioselectivities, even better values are generated by a multicomponent version. There are some very interesting applications of the disulfonylated cycloadducts in the total synthesis of cis-2,5-disubstituted pyrrolidines, precursors of natural products, or valuable intermediates in the synthesis of antiviral compounds.

Microwave-assisted multicomponent diastereoselective 1,3-dipolar cycloaddition of ethyl glyoxylate derived azomethine ylides

The thermal multicomponent 1,3-dipolar cycloaddition (1,3-DC) of diethyl aminomalonate or α-amino esters (derived from glycine, alanine, phenylalanine, and phenylglycine) with ethyl glyoxylate and the corresponding dipolarophile such as maleimides, methyl acrylate, methyl fumarate, (E)-1,2-bis(phenylsulfonyl)ethylene, and electron deficient alkynes allows the diastereoselective synthesis of new polysubstituted pyrrolidine derivatives. Microwave-assisted heating processes give better results than conventional heating ones, affording endo-cycloadducts as major stereoisomers. In general, 2,5-cis-cycloadducts are preferentially formed according to the previous formation of the W-shaped dipole. Only in the 1,3-DC of the disulfone with phenylglycine and ethyl glyoxylate the corresponding exo-trans-cycloadduct was isolated. The compound endo-cis-4b, derived from phenylalanine, ethyl glyoxylate and N-benzylmaleimide, has been further transformed into a very complex diazabicyclo[2.2.1]octane skeleton with potential biological activity.

Asymmetric 1,3-Dipolar Cycloadditons of Stabilized Azomethine Ylides with Nitroalkenes

This review highlights the biological importance of many polysubstituted nitro-prolines and -pyrrolidines. Their preparation using asymmetric 1,3-dipolar cycloadditions of azomethine ylides with nitroalkenes using diastereoselective and enantioselective strategies is described remarking the scope and main features of each one.

Enantioselective Synthesis of exo-4-Nitroprolinates from Nitro­alkenes and Azomethine Ylides Catalyzed by Chiral Phosphor­amidite·Silver(I) or Copper(II) Complexes

Chiral complexes formed by privileged phosphoramidites derived from chiral binol and optically pure Davies’ amines, and copper(II) triflate, silver(I) triflate or silver(I) benzoate are excellent catalysts for the general 1,3-dipolar cycloaddition between nitroalkenes and azomethine ylides generated from α-amino acid derived imino esters. These three methods can be conducted at room temperature to afford the exo-cycloadducts (4,5-trans-2,5-cis-4-nitroprolinates) with high diastereoselectivity and high enantioselectivity. In general, the three procedures are complementary but silver catalysts are more versatile and less sensitive to sterically congested starting materials.

Binap-silver-catalyzed enantioselective multicomponent 1,3-dipolar cycloaddition of azomethines ylides derived from ethyl glyoxylate

The enantioselective binap–silver catalyzed multicomponent 1,3-dipolar cycloaddition using ethyl glyoxylate, phenylalanine ethyl ester, and maleimides is described. The employment of basic silver carbonate allows the reaction to take place in the absence of an extra base giving high yields and ee. In addition, low-level calculations regarding the importance of the benzyl substituent at the α-position of the amino ester justify the expected absolute configuration of the final cycloadducts and the observed high enantiodiscrimination.

Synthesis of Chromen[4,3-b]pyrrolidines by Intramolecular 1,3-Dipolar Cycloadditions of Azomethine Ylides: An Experimental and Computational Assessment of the Origin of Stereocontrol

Azomethine ylides, generated from imine-derived O-cinnamyl or O-crotonyl salicylaldeyde and α-amino acids, undergo intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition, leading to chromene[4,3-b]pyrrolidines. Two reaction conditions are used: (a) microwave-assisted heating (200 W, 185 °C) of a neat mixture of reagents, and (b) conventional heating (170 °C) in PEG-400 as solvent. In both cases, a mixture of two epimers at the α-position of the nitrogen atom in the pyrrolidine nucleus was formed through the less energetic endo-approach (B/C ring fusion). In many cases, the formation of the stereoisomer bearing a trans-arrangement into the B/C ring fusion was observed in high proportions. Comprehensive computational and kinetic simulation studies are detailed. An analysis of the stability of transient 1,3-dipoles, followed by an assessment of the intramolecular pathways and kinetics are also reported.