Réaction de Vollhardt

En 1974, Vollhardt développe une réaction de cyclisation assistée par un métal de transition, le cobalt(I). Cette réaction permet de former un composé aromatique à partir de triples liaisons.

Pour cette réaction, en général, on utilise une très faible quantité de catalyseur, de l'ordre de 5% en mol. Les rendements sont quant à eux très variables et compris entre 30 et 95%.
Concrètement l'exemple suivant illustre cette réaction :

Lors de la formation du composé A on observe aussi la formation du diène B. Les deux formes A et B sont en équilibre (de l'ordre de 10kcal/mol suffisent pour passez d'une forme à l'autre). La forme B est certainement la plus intéressante puisqu'elle va pouvoir réagir avec un diène pour faire une réaction de Diels-Alder, ce qui va recréer le caractère aromatique présent dans A (l'aromaticité est un gain d'énergie).
Concrètement l'exemple décrit par Vollhardt en 1984 (Angew. Chem.) est le suivant :

 

  • Mécanisme de la cyclisation :

Dans ce mécanisme, on observe deux voies possibles d'évolution en fin de processus, ces deux voies aboutissent au même produit final. L'une d'elle permet de former le composé final par un simple processus de [4+2], c'est-à-dire une réaction de Diels-Alder. L'autre voie insert l'insaturation dans le métallacycle puis élimine le métal pour donner le cycle aromatique.

De cette réaction de Vollhardt découle directement la réaction de [2+2+2] cobaltocatalysée :

  • Réaction de Conia-ène catalysée par le cobalt : La réaction classique de Conia-ène est une ène réaction (voir le chapitre sur les réactions de Diels-Alder), elle se produit entre un partenaire ène et un partenaire ènophile (Synthesis 1975, 1-19).

Cette cyclisation peut être aussi appliquée aux cétoesters. Cependant, dans ce cas, les hautes températures utilisées pour la cyclisation conduisent inévitablement à une décarboxylation. Le cobalt est alors utilisé afin de réduire la température nécessaire pour la cyclisation :

Concrètement voici un exemple d'utilisation de cette réaction pour la synthèse des squelettes Phyllocladanes et Kaurane.

Toute la beauté de cette réaction est de faire d'un seul coup trois réactions. D'abord une Conia-ène cobaltocatalysée, puis une [2+2+2] toujours assistée par le cobalt, puis enfin une Diels-Alder classique c'est-à-dire une [4+2].

 

 

Réaction de Nicholas

La réaction de Nicholas utilise un complexe de cobalt(II) Co2(CO)8 pour protéger une triple liaison. La triple liaison agit comme une base de Lewis envers le cobalt. Une fois le complexe dinucléaire de cobalt formé, on peut faire agir des nucléophiles et des électrophiles sur la molécule sans affecter la triple liaison (qui en fait n'en est plus une), puis on déprotège la triple liaison par addition de Fe(III).

R1 est issu de l'action d'un électrophile ou un nucléophile sur R.

Concrètement dans la pratique comment cela se traduit-il ? L'exemple suivant illustre la réduction chimiosélective d'une double liaison sur un composé qui contient à la fois une double et une triple liaison.

 

Le pKa du proton en rouge n'est plus le même que le pKa avant complexation de la triple liaison avec le cobalt.

Le complexe ainsi formé est un complexe stable, isolable et qui permet de stabiliser les charges positives en a de la "triple liaison" on peut donc y introduire un nucléophile.

L'ouverture de l'époxyde par H+ est régiosélective à cause de la stabilisation de la charge positive en a du complexe de cobalt.
Autre méthode pour générer une charge positive en a :

Cette méthode de protection des triples liaisons par utilisation de complexes dinucléaire du cobalt est intéressante pour former des aldéhydes propargyliques qui de façon générale sont obtenus par oxydation au réactif de Collins avec des rendements qui n'excèdent pas 25%. A l'aide de cobalt et par une simple oxydation de Swern on peut obtenir l'aldéhyde propargylique avec 70% de rendement. De plus, ces composés sont très toxiques, dangereux, et volatils sauf lorsqu'ils sont protégés sous forme d'un complexe de cobalt.

 

 

Réaction de Pauson – Khand

Cette réaction est en fait une [2+2+1], c'est-à-dire que l'on va faire une réaction entre deux partenaires insaturés "2+2" et un troisième partenaire, le monoxyde de carbone (CO) qui provient tout simplement du complexe de cobalt.

Cette réaction est compatible avec tout type d'alcyne à l'exception des alcynes comportant un groupement électroattracteur en a de la triple liaison. Cependant, la réaction est limitée par la nature de l'encombrement sur la double liaison.

Exemples de [2+2+1] :

  • Alcènes acycliques (version intermoléculaire)

 

  • Version intermoléculaire

 

  • Version intramoléculaire

 

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