Brevet FR2638162A1 — publié le 19900427

ORTHOBORATES ET PEROXYBORANES CHIRAUX OPTIQUEMENT ACTIFS ET LEUR UTILISATION La présente invention concerne de nouveaux dérivés du bore. Elle concerne plus particulièrement des dérivés chiraux optiquement actifs des orthoborates et des peroxyboranes. Elle concerne également leur utilisation pour la synthèse enantiosélective d'époxydes chiraux â partir de dérivés éthyléniques prochiraux Il est connu, par exemple, selon les brevets français FR 1 445 653, FR 1 458 153 et FR 1 447 267 de preparer des organoperoxyboranes et de les utiliser pour la synthèse d'époxydes. te brevet FR 1 458 153 décrit la synthèse des tris (alkylperoxy) boranes B(O-Or)2 a partir des ofthoborates d'alkyle B(ORt @3 par action sur ceux-ci des hydropéroxydes d'alkyle R-O-O-H. Les tris (alkylpercxy) boranes du brevet précédemment mentionné, sont utilisés selon le brevet FR 1 447 267 pour la synthèse de composés époxydes à partir des olefines correspondantes. La réaction générale de préparation de dérivés trialkylpéroxydiques du bore & partir de borates et d'hydropéroxyde ainsi que leurs utilisations dans la synthèse de composés époxydes sont parfaitement connues à ce jour. Rien ne permet, par contre, à la lecture de ces brevets de prévoir un réactif permettant d'obtenir des époxydes énantiomériquement purs à partir d'un dérivé éthylénique dit prochiral. On entend par dérive éthylénique prochiral, tout dérivé qui, après saturation de la double liaison, donne naissance à un composé saturé chiral. Parmi les documents décrivant des époxydations asymétriques, on peut citer l'article de SHARPLESS (J.A.C.S., 1980, 102, 59761 utilisant un catalyseur métallique à base de titane à l'état d'oxydation TV, un hydropéroxyde et un ester d'acide tartrique comme inducteur chiral. Cette méthode d'époxydation asymétrique ne donne de résultats satisfaisants que pour l'époxydation des alcools allyliques. La fonction alcool des alcools allyliques permettrait la complexation du substrat oléfinique sur le centre métallique, ce qui conduirait à une organisation d'un état de transition ou d'un intermédiaire réactionnel et par l & même à une époxydation énantiosélective. Cette époxydation est chimio sélective. Les alcools allyliques comportant une autre double liaison plus éloignée de la fonction alcool, ne sont pas touchés sur cette seconde insaturation. Cette réaction décrite par SHARPLESS est particulièrement spécifique des insaturations situées en zazou en ss d'une fonction alcool. Certains composés organiques ayant des structures particulierement compliquées, ont été utilisés comme réactifs d'époxydation asymétriques telles que - les sulfonyloxaziridines (DAVIS, HARAKAL, AWAD, JACS 1983, 105,313) - les cyanohélicènes (BENHAS5INE, GORSANE, PECHER, MARTIN, Bull. Soc. Chem. Belg. 1986, 95, 557), - les complexes porphyriniques du fer (III) chiraux (GROVES, MYERS, JACS, 1983, 105, 5791). L'ensemble de ces composés organiques permettent une bonne sélectivité en dérivés époxydés mais leur complexité nécessite une préparation longue et délicate qui rend le procédé d'époxydation inenvisageable d'un point de vue économique, au niveau industriel. La présente invention a permis d'atteindre un procédé économiquement industrialisable, de préparation énantiosélective d'époxydes chiraux. Ce procédé fait intervenir des dérivés du bore chiraux optiquement actifs qui sont des produits nouveaux. L'invention a donc trait à de nouveaux borates et de nouveaux péroxyboranes chiraux optiquement actifs ainsi qu'à leur utilisation dans la synthese énantiosèlective d'époxydés chiraux. Les nouveaux orthoborates chiraux et péroxyboranes chiraux optiquement actifs répondent à la formule générale (I) suivante dans laquelle - R3 représente un groupe alkyle, un groupe aryle ou aralkyle, ayant de préférence 1 à 20 atomes de carbone - R1 etXou R représente chacun indépendamment un groupe chiral optiquement actif choisi parmi les radicaux alkyle, alkényle, cetoalkyle, aryle, aralkyle, éventuellement substitué par un groupe alkyle, halogéno, halogénoalkyle alcoxy, halogènoalcoxy ou - R1 et R2 réprésentent ensemble un sei groupe chiral optiquenent actif choisi parmi les radicaux alkylidène, alkenylene, cetoalkylidéne, arylidéne, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes alkyle, halogénoalkyle, hényle, alkyloxycarbonyle, alcoxy, halogénoalcoxy - n est égal à 1 ou 2 Cn préfère parmi les composés de formule générale (I} les composés pour lesquels n est égal a 1 et R représente un groupe alkyle contenant 1 å 4 atomes de carbone et tout particulièrement ceux pour lesquels R3 représente un groupe méthyle. On préfère également parmi les composés de formule générale (I) les composés pour lesquels R et R forment un seul groupe chiral optiquement actif choisis parmi les composés appartenant a la formule (II) : dans laquelle - R a la méme signification que précédemment - R4 représente une liaison covaiente ou un motif alkylidene ayant 1 à 2 atomes de carbone - Rs et R réprésentent des groupes identiques ou différents choisis parmi les radicaux alkyloxycarbonyle, alkyle, alkylidène, aryle, arylidéne. Parmi ces groupes arylidène, on préfère les groupes naphtylidène.Parmi les groupes alkylidéne, on préfère le pinène, On préfère dans l'ensemble des composés de formule (II) ou n est égal d 2 ceux pour lesquels : - R, représente une liaison covalente, - R3 représente un groupe tertiobutyle, - RU et P représente chacun un groupe alkyloxycarbonyle. Parmi l'ensemble des orthoborates chiraux, on peut citer notamment les composés de formule suivante et leurs antipodes optiques. On préfère parmi l'ensemble des composés précédents utiliser les composés de formule (A), (B) ou (C), Ces orthoborates chiraux sont prépares de manière connue en soi par condensation d'un orthoborate d'alkyle de préférence de l'orthoborate de méthyle (B(OCHa):) avec un des deux énantioméres d'un diol ou une dicétone chiral. Parmi les diols chiraux, on peut citer les tartrates de méthyle, d'éthyle, d'isopropyle ; le pinanediol ; le binaphtol ; le 1,1-bisphényl, 1,2-propanédiol. Les péroxyboranes chiraux- optiquement actifs sont préparés & partir des orthoborates chiraux optiquement actifs par échange au moyen d'hydropéroxyde. Les hydropéroxydes sont choisis notamment parmi - l'hydropéroxyde de tertiobutyle, - l'hydropéroxyde de cyclohéxyle, - l'hydropéroxyde de cumyle, - l'hydropéroxyde de triphénylmithyle, - l'hydropéroxyde de tetraline. Les péroxyboranes chiraux optiquement actifs correspondant a la formule (I), avec n = 2, seront alors les péroxyboranes de tertiobutyle, de cyclohéxyle, de aryle, de triphénylméthyle, de tétraline. Les péroxyboranes chiraux optiquement actifs obtenus sont utilisés pour préparer énantiosélectivement, à partir de dérivés éthyléniques, des époxydes chiraux. Les époxydes chiraux optiquement actifs sont préparés par mise en contact d'un dérivé éthylénique quelconque mais prochiral avec les péroxydes chiraux répondant & la formule (I) dans laquelle n est égal à 2. Parmi les dérivés éthyléniques, on peut citer l'ensemble des mono ou polyoléfines aliphatiques linéaires, ramifiées, cycliques, ainsi que les composés organiques aryliques plus compliqués. Cette méthode peut étre utilisée pour synthétiser notamment - les phéromones, - la balfourodine, - la diméthoxy-3 arancyamycinone, - l'époxyde du transtilbène, - l'époxyde de l'octène, - l'époxyde de phényl-zyclohexene, - l'angelicalactone. Selon une première méthode de préparation des époxydes chiraux optiquement actifs, on met en présence le péroxyborane chiral optiquement actif de formule (I) où n = 2 et le dérivé éthylénique dans l'olefine elle-même qui peut être utilisée comme solvant ou dans un solvant inerte dans les conditions opératoires tel que par exemple le cyclohéxane. La mise en contact est réalisée de préférence à une température comprise entre 90 et 1200 C pendant quelques heures. Selon une deuxième méthode de préparation des époxydes chiraux optiquement actifs, on met en présence l'orthoborate chiral optiquement actif de formule (I) ou (II) ou n = 1, un hydroperoxyde et le dérivé éthylénique a une température de préférence d'environ 100 C. Cette deuxième méthode de mise en oeuvre évite la préparation extemporanée du péroxyborane. Les dérivés époxydes chiraux sont utilisés par la plupart comme intermediaires de synthèse dans l'industrie pharmaceutique, dans l'industrie des composants électroniques et optoélectroniques. La présente invention sera plus complètement décrite à l'aide des exemples suivants qui ne doivent pas etre considérés comme limitatifs de l'invention. EXEMPLE I - SYNTHESE DU COMPLEXE B(I) Partie experimentale Dans un ballon bicol de 500 ml muni d'un thermomètre et d'un appareil de Dean-Stark surmonté d'une garde au chlorure de calcium, on place 17,8 g (100 mmol) de tartrate de méthyle séché en le laissant pendant 24 heures sous le vide d'une rampe (0,5 torr), 40 ml (350 mmol) de B(OMe)3 et 250 ml de cyclohéxane sec. En travaillant dans des conditions de chauffage lentes (5 heures avec distillation du méthanol formé), on obtient des rendements chimiques de 95 à 98 % en produit récupéré après évaporation du solvant sous la rampe & vide (P = 0,5 torr). Le produit obtenu est caractérisé par différentes méthodes physiques - Analvse élémentaire % déterminé % calculé C 38,2 38,57 H 5,1 5,09 B 4,7 4,96 Les resultats de l'analyse élémentaire et les spectres RMNtH et 11B correspondent a la structure proposée. Nous avons mesuré les pouvoirs rotatoires spécifiques du produit à différentes longueurs d'onde (c = 37,7 ; CH2Cl2) (nm) 589 --34,5 578 -36,2 546 -41,7 436 -77,5 365 -138,3 EXEMPLE 2 - SYNTHESE DU COMPLEXE B(II) La synthèse est menée exactement dans les mêmes conditions que la synthèse de B(I) 11,7 g (50 mml) de tartrate d'isopropyle (DIPT), 20 mi (175 mmol', de B(OMe)3 dans 100 ml de cyclohexane. On obtient 13,67 g d'une huile visqueuse incolore (Rdt = 98 %/DIPT). Le spectre RMNR confirme la structure proposée. Analyse élémentaire % déterminé % calculé C 46,2 43,2 H 6,9 7;0 B 3,1 3,95 Pouvoirs rotatoires specifiques de B(II) a différentes longeurs d'ondes (c = 27,9 ; CH2Cl2 (nm) 589 -32,6 578 -33,2 546 -39,4 436 -72,7 365 -128,9 EXEMPLE 3 - SYNTHESE DU COMPOSE B(III) La synthèse est menée dans des conditions semblables à la synthèse de B(I) 10,3 g (50 mmol) de diéthyle tartrate (DET), 25 ml (220 mmol) de B(OMe)3, 100 ml de cyclohéxane. On obtient 11,95 g d'une huile visqueuse rouge (Rdt = 96 %/DET). Le spectre RMNH confirme la structure. - Analyse élémentaire % déterminé % calculé C 44,1 43,94 H 6,0 6,15 B 3,9 4,39 Pouvoir rotatoire de B(III) (C = 29,6 ; CH2Cl2) (nm) 589 -27,6 578 -28,3 546 -10,2 436 -12,5 365 -12,8 EXEMPLE 4 - SYNTHESE DE B(IV) On travaille dans les conditions décrites pour la synthèse de B(t) 0,89 g t5 mmol) de tartrate de méthyle, 5,8 ml (10 mmol} d'une solution 1,7 M de B(I) dans CH2Cl21 50 ml de cyclohéxane. Après réaction et évaporation du solvant, on récupère 2,69 g d'une huile légèrement colorée en brun (Rdt = 98 t). Les diverses analyses physiques confirment la structure proposee. - Analvse élémentaire % calculé % % déterminé C 39,3 37,7 H 4,4 5,0 B 3,9 3,75 EXEMPLE 5 - SYNTHESE DE B(V) a) Synthèse du pinanediol (Tétrahedron letters, 1980, 449) Dans un ballon tricol de 100 ml muni d'une ampoule à brome, d'un thermomètre et d'un réfrigérant d'eau, on place 25 mmol (3,4 g) d'&alpha;-pinène, 3,75 g (34 mmol) de N-oxyde de triméthylamine dihydrate Me3NO.2H2O, 2 ml de pyridine, 15 ml d'eau et 50 ml de tertiobutanol. L'ampoule de coulée est remplie par une solution de 20 mg (0,08 mmol) de tétroxyde d'osmium dans 1 ml de tertiobutanol. L'ensemble du montage est placé sous atmosphère d'azote. On ajoute goutte à goutte la solution contenue dans l'ampoule à brome. Puis Ia solution violette est portée au reflux pendant 24 heures. Le mélange refroidi à température ambiante est traité par 20 ml d'une solution aqueuse à 20 % de chlorure de sodium, puis concentré sous le vide d'un rotavapeur pour éliminer le tertiobutanol, le melange concentré est saturé en chlorure de sodium puis extrait 4 fois par 20 ml d'éther. La solution organique est ensuite séchée sur MgSO. Après évaporation de l'éther, on récupère un solide blanc que l'on distille sous vide (bp : 101-102 /1 mmHg) et que lton sèche pendant 24 heures sous le vide d'une rampe (1 mmHg). On récupère après séchage 2,1 g de solide (12,3 mmol, rendement = 50 %). b) Synthése de B(V) Dans un schlenk surmonté d'un Dean-stark lui-meme surmonté d'un réfrigérant protégé par une garde au CaCl2, on place 1,43 g (8,4 mmol), de pinanediol 6 ml (52,8 mmol) de B(OMe)3, 50 ml de cyclohexane sec. On chauffe lentement jusqu'à ce que la température de reflux (au départ 380 C) se stabilise à 800 C (5 heures de reflux). On récupère après évaporation du solvant 1,54 g d'un solide blanc. Nous avons réalisé les spectres RMNH et 11B du produit ainsi que l'analyse élémentaire. - Analyse élémentaire t déterminé % calculé C 62,9 62,89 H 9,0 9,11 EXEMPLE 6 A 11 - SYNTHESE DES EPOXYDES Condition standard d'époxydation. Toutes les époxydations ont été menées dans un schlenk surmonté d'un appareil de Dean-stark. Le montage est placé sous atmosphère d'azote. L'oxydation est menée en planant le schlenk dans un bain d'huile thermostaté à 1800 C. EXEMPLE 6 - EPOXYDATION DE L'OCTENE-1 Dans un schlenk de 50 mi, on place 15 ml t95 mmol) d'octène-1, 3,5 ml (9,5 mmol) d'une solution 2,7 M d'hydropéroxyde de tertiobutyle (TBHP) dans l'isooctane, 4,2 ml (9,5 mmol) d'une solution de B(I) dans le dichlorométhane. Le schlenk est placé dans un bain d'huile thermostate à 1000 C. Après 17 heures, 5 ml de liquide ont été recueillis dans le Dean-Stark. La quantité dthydropéroxyde est dosée par iodométrie : la consommation est totale. On obtient 1,2 g (9,5 mmol) d'êpoxyde (rendement 100 % par rapport à l'hydroperoxyde}, dose par chromatographie en phase gazeuse. La solution est hydrolysée avec une solution aqueuse alcaline (30 g de NaOH, 10 g de NaCI dans 80 ml d'eau) pendant 3 heures. Le brut de réaction (n = 3,4 g) est ajouté à une solution contenant 4 g (154 mmol) de méthylate de sodium dissous dans 100 ml de méthanol. Le tout est porté au reflux (680 C) pendant 4 heures dans un montage isolé de l'humidité atmosphérique par une garde CaCl2. Le mélange refroidi est ensuite hydrolysé avec une solution aqueuse saturée en Nazi. La solution organique est recueillie séchée sur Na2SO4 puis concentrée pour éliminer le méthanol et l'octène-1. Pour mieux entraîner l'octène-1, il est souvent nécessaire d'ajouter à la solution concentrée très visqueuse du n-octane de point d'ébullition proche de celui de l'octène-1. On obtient finalement 0,7 g (4,9 mmol) d'alcool brut, ce qui correspond & un rendement de récupération d'environ 50 %. L'éther alcool brut est purifié par chromatographie flash, sur silice avec comme éluant un melange pentane/AcOEt (80:20). On obtient l'éther alcool pur. L'excès énantométrique du produit est déterminé par RMNtH en présence d'un agent de déplacement chimique chiral Eu(hfc)3. EXEMPLE 7 - OXYDATION DU TRANS-STILBENE Dans un schlenk de 50 ml, on place 9 g (50 mmol) de transstilbene, 2,1 ml (9,5 mmol) d'une solution de B(I) dans CH2Cl2, 1,8 ml (9,5 mmol) d'une solution 2,7 M de TBHP. Le schlenk est plongé dans un bain d'huile à 1000 C pendant 18 heures. En fin de réaction, la solution a pris une couleur ocre. La quantité de TBHP restante est mesuree par iodométrie. La quantité d'époxyde obtenue est déterminée par CPG avec un étalon interne (C20H42). Après refroidissement, la solution est hydrolysée par une solution aqueuse contenant 5 % de NaOH pendant 3 heures à température ambiante. La phase organique jaune clair est lavée par une solution aqueuse saturée en NaCl jusqu'à pH neutre, puis séchée sur MgSO4. Après évaporation du solvant, on récupère 8,8 g d'un solide jaune pâle. Un échantillon de 600 mg est purifié par chromatographie flash (sur SiO2 avec comme éluant le pentane puis l'acétate d'éthyle). On obtient alors 110 mg d'un solide jaune. Ce solide est ensuite chromatographie sur plaque préparative. on récupère 60 mg dtun époxyde très pur (analyse chromatographique phase gaz et résonnance magnétique nucléaire). Détermination de l'excès énantiométrique (e.e) Une solution contenant 14,6 + 0,1 g d'époxyde de trans-stilbene dans 2 ml de benzène (concentration 0,73 + 0,005 g, 100 ml est placée dans la cuve d'un polarimètre Perkin-Elmer 241. L'angle mesuré (&alpha;) pour la raie D du sodium (2 = 589 nm) est &alpha; = 0,965 0,0O2 Le pouvoir rotatoire spécifique de l'époxyde de (+)-transstibène étant connu (J.Org.chem., 30, 4094 (1965) : [&alpha;]D20-357 + 1 (C = 0,59, benzène), l'excès énantiomérique du mélange de réaction est donc l'époxyde majoritaire étant (-)-S,S-trans-stilbéne-époxyde. Nous allons décrire tex 8 à 11) des expériences réalisées, avec divers hydropéroxydes et divers complexes, la même procédure ayant été utilisée. TABLEAU 1 Exemples Substrat Complexe Hydropéroxyde Solvant Hydropéroxyde Rdt/ e.s. (Nbre de moles) (Nbre de moles) (Nbre de moles) (Vol. en ml) consommé Hyd Comparatif 5-Stilbène(16,7) - TBHP(3) Toluène(5) 70 % 90 % 0 % 6 Octène-(95) B(I) (9,5) TBHP(9,5) - 100 % 100 % 14 % 7 t-Stilbène(50) B(II) (9,5) TBHP(9,5) Toluène(15) 100 % 80 % 38 % 8 t-Stilbène(50) B(IV) (9,5) TBHP(9,5) Toluène(15) 100 % 16 % 4 % 9 t-Stilbène(50) B(I) (9,5) TBHP(9,5) Toluène(25) 100 % 80 % 37 % 10 t-Stilbène(50) B(I) (9,5) Hydropéroxyde de Toluène(15) 90 % 40 % 20 % cyclohexyle (9,5) 11 Styrène(95) B(I) (9,5) TBHP(9,5) - 100 % 14 % 25 % TBHP = Hydropéroxyde de tertiobutyle REVENDICATIONS 1. Nouveaux orthoborates et peroxyboranes chiraux optiquement actifs répondant à la formule générale (I) : dans laquelle - Ra représente un groupe alkyle, un groupe aryle, arylalkyle ayant de préférence 1 à 20 atomes de carbone - R1 et/ou R: représente chacun indépendamment un groupe chiral choisi parmi les radicaux alkyle, alkényle, cetoalkyle, aryle, aralkyle, éventuellement susbstitué par un groupe alkyle. halogéno, halogénoalkyle, alcoxy, halogénoalcoxy ou - R1 et R réparésentent ensemble un seul groupe chiral choisi parmi les radicaux alkylidene, alkénylène, cetoalkylidène, arylidène, éventuellement substitue par un ou plusieurs groupes alkyle, halogénoalkyle, phényle, alkyloxycarbonyle, alcoxy, halogenoalcoxy - n est égal à 1 ou 2 2.Nouveaux orthoborates et peroxyboranes chiraux optiquement actifs selon la revendication 1 répondant a la formule (II) suivante dans laquelle - R3 a la même signification que précédemment, - R4 représente une liaison covalente ou un motif alkylidène ayant 1 & 2 atomes de carbone, - Rs et R6 réprêsentent des groupes identiques ou differents choisis parmis les radicaux alkyloxycarbonyle, alkyle, aryle, arylidène, de préférence naphtylidène, alkylidène, de préférence pinène. 3. Nouveaux orthoborates chiraux selon les revendications 1 ou 2 caractérisés en ce que n est égal a 1 et R3 est un groupe alkyle ayant 1 a 4 atomes de carbone. 4. Nouveaux peroxyboranes chiraux selon les revendications 1 ou 2 caractérisés en ce que n est égala 2 et R présente un groupe aikyle ayant 4 a 20 atomes de carbone. 5. Nouveaux péroxyboranes chiraux selon la revendication 4 caractérisé en ce que dans le composé de formule (II) - R représente une liaison covalente, - R représente le groupe tertiobutyle, - R et R6 représentent un groupe alkyloxycarbonyle. 6. Procédé de préparation énantiosélectif d'époxydes chiraux, caractérisé en ce que l'on met en présence un dérivé éthylénique et un péroxyborane de formule (I) dans laquelle n est égal a 2. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les dérivés éthyléniques sont des olefines. 8. Procédé de préparation d'époxydes chiraux optiquement actifs, caractérisé en ce que l'on met en présence un dérivé éthylénique, et un orthoborate de formule (I) ou (II) dans lesquelles n est êgal à 1 avec un hydropéroxyle d'alkyle, de cycloalkyle ou d'aryle. 9. Procédé de préparation d'époxydes chiraux optiquement actifs, caractérisé en ce que l'on met en présence dans une première étape un orthoborate d'alkyle avec un des deux énantiomères dtun diol ou d'une dicetone chirale, dans une deuxième etape, on ajoute un hydropéroxyde d'alkyle, de cycloalkyle ou d'arylalkyl et un dérivé éthylénique prochiral.