Formation of C-S and C-C bond via photo- and electrochemical activation in flow
Formation de liaisons C-S et C-C par activation photo- et électrochimique en flux
Résumé
This thesis describes the development of new methodologies for the formation of C-C and C-S bonds via electro-and photochemical activation in order to develop eco-friendlier batch and continuous flow processes. The use of photons offers organic chemists an excellent opportunity to introduce a high level of molecular complexity in a “reagent-free” environment. Organic electrosynthesis makes it to replace the use of oxidizing and reducing chemical agents by the addition or removal of one or more electrons from electrodes, which can be assimilated as a green, clean and trace-free reagent and which can be derived form renewable electricity. That's why, electrosynthesis is more and more attractive for carrying out oxidation-reduction reactions. In addition, the transposition of photochemical and electrochemical in flow is also more interesting as it makes possible to considerably reduce energy costs, reaction time but also to improve the selectivity of reactions. In the first part, this work focuses on the development of an imidazo[1,2-a]pyridines electrochemical sulfonylation reaction in conventional and flow reactors. This method is compatible with a wide range of nitrogen heterocycles and substituents (37 examples described with a maximum yield of 90%).The second part concerns the development of a new method for trifluoromethylation of nitrogenous heterocyles by electrochemical activationin conventional and flow reactors. This methodology makes possible to obtain a wide range of protected and unprotected trifluoromethyl pyridinones with average to good yields and without supporting electrolyte. Moreover, the conversion of this reaction to a method of oxy- and trifluoromethylation of cyclic enamides is introduced in a last part. The use of flow devices being limited to completely homogeneous reactions and to avoid any clogging phenomenon, only the reaction of oxy-trifluoromethylation could be carried out in fluidic reactor also allowing electrolyte suppression. The reaction tolerates many substituents both on the benzyl cycle and on the enamide cycle and the influence of the nucleophile on the oxy-trifluoromethylation reaction has been studied and led to average to excellent yields (55% to 90%).Finally, in the last section, we set out to develop a new method for C-C bond formation by photochemical activation via new aryne photoprecursors. The preliminary results obtained are encouraging for further study, with a view to transposition to a fluidic reactor.In conclusion, this work demonstrates the benefits and limitations of continuous flow technology, particularly for photochemical and electrosynthesis processes. The use of microfluidic devices in electrosynthesis enables the decarbonization of organic oxidation-reduction reactions, accompanied by a significant reduction in electricity consumption by a third at constant productivity, while limiting the use of supporting electrolytes in an atom-saving approach. This methodological approach coupled with a low-carbon electricity source is thus virtuous and thus offers a solution to current environmental problems. In addition, the development of a new methodology for generating arynes using green activation may prove promising for the future.
Ce travail de thèse décrit le développement de nouvelles méthodologies pour la formation de liaisons C-C et C-S via une activation électro- et photochimiques afin de mettre au point des procédés plus écocompatibles en réacteur discontinu et en flux continu. L'utilisation de photons offre aux chimistes de synthèse une excellente opportunité d'introduire un niveau élevé de complexité moléculaire dans un environnement «sans réactif». L'électrosynthèse organique permet de remplacer l'utilisation d'agents chimiques oxydants et réducteurs par l'ajout ou le retrait d'un ou plusieurs électrons issus d'électrodes, qui peut être assimilé comme un réactif vert, propre et sans trace et qui peut être issu d'électricité renouvelable. C'est pourquoi l'électrosynthèse est de plus en plus attrayante pour la réalisation de réactions d'oxydo-réductions. De plus, la transposition de procédés photochimiques et électrochimiques en réacteurs fluidiques est d'autant plus intéressante qu'elle permet de réduire considérablement les coûts énergétiques, les temps de réaction mais aussi d'améliorer les sélectivités des réactions.Dans une première partie, ce travail porte sur le développement d'une réaction de sulfonylation électrochimique d'imidazo[1,2-a]pyridines en réacteur conventionnel et en flux. Cette méthode est compatible avec une large gamme d'hétérocycles azotés et de substituants (37 exemples décrits avec un rendement maximal de 90%).Une deuxième partie concerne le développement d'une nouvelle méthode de trifluorométhylation d'hétérocycles azotés via une activation électrochimique en réacteur conventionnel et en flux continu. Dans un premier temps une large gamme de pyridinones trifluorométhylées protégées et non protégées a été obtenue avec des rendements moyens à bons sans électrolyte support. Dans un second temps, une méthode d'oxy- et de trifluorométhylation d'énamides cycliques a été développée. L'utilisation de dispositif en flux étant limitée aux réactions totalement homogènes afin d'éviter tout phénomène de bouchage, seule la réaction d'oxytrifluorométhylation a été réalisée en réacteur fluidique permettant également la suppression d'électrolyte. La réaction tolère de nombreux substituants aussi bien sur le cycle benzylique que sur le cycle énamide. L'influence du nucléophile sur la réaction d'oxytrifluorométhylation a aussi été étudiée et des rendements moyens à excellents (55% à 90%) ont été obtenus.Enfin, dans une troisième partie, nous avons voulu développer une nouvelle méthode de formation de liaison C-C par activation photochimique via de nouveaux photo précurseurs d'arynes. Les résultats préliminaires obtenus sont encourageants pour la suite de l'étude pour une transposition en réacteur fluidique.En conclusion, ce travail permet de montrer les apports et les limitations de la technologie en flux continu notamment pour des procédés photochimiques et d'électrosynthèse. L'utilisation de dispositifs microfluidiques en électrosynthèse permet la décarbonation de réactions d'oxydo-réductions organiques accompagné d'une réduction importante de la consommation d'électricité d'un tiers à productivité constante, tout en limitant l'emploi d'électrolytes support dans une démarche d'économie d'atomes. Cette approche méthodologique couplée à une source d'électricité bas carbone s'avère ainsi vertueuse et propose ainsi une solution aux problématiques environnementales actuelles. De plus, le développement d'une nouvelle méthode de génération d'arynes en utilisant une activation verte peut se révéler prometteur pour l'avenir.
Domaines
Chimie organique| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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