Faculté des sciences

Calix[n]tetrahydrofuran[4-n]pyrrolidines : optimized synthesis via hydrogenation of calix[n]furan[4-n]pyrroles, conformational study and preliminary work on their transition metal complexes

Maupillier, William ; Neier, Reinhard (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2016.

Une méthode d'hydrogénation pour la réduction du composé facilement accessible méso-octaalkylporphirinogen (calix[4]pyrrole) a déjà été reporté dans notre groupe. Cette « méthode standard » conduit à une conversion insatisfaisante à l'analogue saturé, le calix[4]pyrrolidine (rendement de 18% déterminé par GC). Cependant, l'utilisation d’un grand excès de catalyseur conduit à... Plus

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    Résumé
    Une méthode d'hydrogénation pour la réduction du composé facilement accessible méso-octaalkylporphirinogen (calix[4]pyrrole) a déjà été reporté dans notre groupe. Cette « méthode standard » conduit à une conversion insatisfaisante à l'analogue saturé, le calix[4]pyrrolidine (rendement de 18% déterminé par GC). Cependant, l'utilisation d’un grand excès de catalyseur conduit à la conversion totale du produit de départ. Afin d'étudier la séquence de la réaction de réduction, le remplacement d'un ou plusieurs cycle(s) pyrrole par un ou des cycle(s) furane dans le macrocycle a été proposé et étudié. Pour cette étude, un accès aux composés mixtes calix[n]furane[4-n]pyrroles devaient être développés. Certains de ces macrocycles mélangeant des cycles furanes et pyrroles ont été rapportés dans la littérature par French il y a près de 60 ans: les rendements reportés étaient extrêmement faibles. Aucun autre procédé conduisant aux quatre isomères est décrit dans la littérature et seulement six études ont été rapportées sur ces produits. La procédure précédemment développée a été entièrement optimisé permettant l’accès aux quatre isomères par une ouverture de cycle sélectif du calix[4]furane suivie d'une réaction de cyclisation pour former les cycles pyrroles. Cette procédure optimisée a conduit à des quantités suffisantes des quatre isomères pour étudier leur hydrogénation dans nos « conditions standards » précédemment développées. L'hydrogénation de ces isomères a donné lieu à des rendements bons à excellents par rapport à l'hydrogénation du calix[4]pyrrole avec une impressionnante diastéréosélectivité élevée. Des études conformationnelles par calcul théorique et par RMN en solution ont été réalisées pour caractériser les équilibres conformationnels de ces calix[n]tetrahydrofurane[4-n]pyrrolidines totalement saturé observés en solution et à l'état solide. Dans une étude préliminaire, la synthèse d'une série de complexes de métaux de transition à l'aide de ces macrocycles a été entreprise.
    Summary
    An hydrogenation method for the reduction of the easy accessible meso-octaalkylporphirinogen (calix[4]pyrrole) has previously been reported in our group. This “standard method” leads to an unsatisfactory conversion to the saturated analogue, calix[4]pyrrolidine (18% yield determined by GC). However using large excess of the catalyst leads to total conversion. In order to study the sequence of the reduction reaction, the replacement of one or several pyrrole ring(s) by furan ring(s) in the macrocycle was proposed and studied. For this study an access to the mixed calix[n]furan[4-n]pyrrole analogues had to be developed. Some of these macrocycles mixing furan and pyrrole rings have been reported in the literature by French almost 60 years ago: the yields reported were extremely low. No other method leading to the four isomers was described in the literature and only six studies were reported on these products. The previously developed procedure was fully optimized giving access to the four isomers by a selective ring-opening of calix[4]furan followed by a ring-closing reaction to form the pyrrole rings. This optimized procedure led to sufficient amounts of the four isomers to study their hydrogenation under our previously developed “standard conditions”. Hydrogenation of these isomers gave good to excellent yields compared to the hydrogenation of calix[4]pyrrole with an impressively high diastereoselectivity. Computational and NMR in solution conformational studies were carried out to characterize the conformational equilibria of these fully saturated calix[n]tetrahydrofuran[4-n]pyrrolidines as observed in solution and in the solid state. In a preliminary study the synthesis of a series of transition metal complexes using these macrocycles was undertaken.