ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DANS LA SERIE DES BENZAZOLINONES

ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DANS LA SERIE DES BENZAZOLINONES

REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES PRINCIPALES VOIES DE SYNTHESE DES 2-BENZAZOLINONES

Approches synthétiques signalées

Les 2-benzazolinones ont attiré beaucoup d’attention des chimistes organiciens depuis de nombreuses années, en raison de leur présence dans une grande variété de produits pharmaceutiques et naturels possédants des activités biologiques très utiles. Pour cette raison, beaucoup d’efforts ont été investis vers le développement de divers procédés pour leur préparation. Par conséquent, il est toujours nécessaire de développer un procédé de synthèse efficace et pratique pour la formation de ces motifs structuraux, à partir de matières premières facilement utilisable. Ainsi, plusieurs méthodes de synthèse des 2-benzazolinones ont été décrites dans la littérature, utilisant différents réactifs et dans diverses conditions. Nous donnons ci-dessous les principaux exemples cités dans la littérature. A. Dérivés de la benzoxazolinone La 2-benzoxazolinone est un isostère cyclique de la coumarine, le catéchol, et la phenyluréthane. La 2-benzoxazolinone et ses dérivés sont une classe importante de molécules biologiquement actives, et leur importance est due à leurs applications diversifiées dans la préparation de molécules biologiquement significatives. Les dérivés de la 2-benzoxazolinone sont des produits chimiques utiles, principalement comme des intermédiaires dans la production de produits pharmaceutiques, pesticides et herbicides,[8] et dans des systèmes chimiques très variés. Les composés possédant cette structure ont un large éventail de propriétés pharmacologiques. Par exemple, le Paraflex analgésique,[9] l’insecticide et acaricide phosalone,[10] et l’agoniste OP2 (3),[11] tous possèdent la structure ou le noyau (Scaffold) 2- benzoxazolinone (Figure 1.2).    Figure 1.2:Quelques exemples de médicaments contenant une structure 2-benzoxazolinone. En pratique, ces composés ont été généralement préparés par la réaction du phosgène avec les dérivés de la 2-aminophénol. Parce que le phosgène est une substance très toxique, il est important de développer des méthodologies synthétiques, remplaçant le phosgène par d’autre réactifs mois toxique. Le chimiste Australien John Warcup Cornforth[12] a largement couvert la littérature qui concerne la synthèse de la benzoxazolinone avant 1946. Les méthodes présentées par Cornforth n’ont pas d’intérêt en raison des faibles rendements, et des difficultés extrêmes rencontrées dans les procédures de purification. Par la suite, d’autres méthodes supplémentaires pratiquement faciles, à travers la réaction du phosgène ou la fusion de l’urée avec les dérivés 2-aminophénols dans des conditions appropriées, étaient les méthodes de choix présentées par Cain et Roszkowski[13], pour l’obtention de la plupart des 2-benzoxazolinones différemment substitués sur le cycle benzénique. D’autre part, Von Chelmickia a montré qu’une solution de 2-aminophénol dans le benzène ou le chloroforme traitée avec le phosgène a donnée des rendements faibles.[14] Jacoby a aussi montré que la 2-benzoxazolinone (Schéma 1.1) pourrait être obtenue avec un rendement de 50%, par réaction de la 2-aminophénol avec du phosgène dans le benzène. En 1915 Von Meyer à son tour obtenu la 2-benzoxazolinone avec un rendement de 82%, en utilisant la 2-aminophénol comme matière première dans la pyridine comme solvant, puis en ajoutant du phosgène également dans la pyridine, par léger chauffage du mélange réactionnel.[16] En 1949, Close et Coll. ont utilisés ces protocoles, et ont pu obtenir des rendements de 55-70%.[17] En appliquant ces mêmes protocoles, des rendements obtenus par l’équipe de Joseph Sam pour cette réaction ont pu être améliorés jusqu’à 90%, en partant également du phosgène et de 2-aminophénol dans l’acétate d’éthyle en présence d’acétate de potassium (Schéma 1.1).[18],[19] Schéma

Synthèse de la benzoxazolinone à partir de l’ortho-aminophénol et du phosgène

De la même manière, la 2-benzoxazolinone elle-même est également synthétisée par la réaction de l’urée avec l’ortho-aminophenol, dans un milieu acide en présence de H2SO4 ou HCl. On doit aussi noter que plusieurs dérivés de la benzoxazolinone ont été synthétisés, par réaction des 2-aminophénols convenablement substitués sur le noyau benzéniques par utilisation de 1,1-carbonyldimidazole sous atmosphère d’azote a reflux dans le THF anhydre comme solvant.[23],[24] Plusieurs autres méthodes et protocoles de synthèse pour la préparation des différents dérivés contenant cette structure privilégiée «Preveligied Scaffold», ont également été signalés dans plusieurs sources bibliographiques des revues pharmaceutiques. Par exemple, la carbonylation catalytique directe du 2-aminophénol avec le monoxyde de carbone catalysée par le sélénium en présence de 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undéc-7-ène (DBU) et de la triéthylamine (Et3N) comme base organique,[25],[26] conduisant à la formation   de la 2-benzoxazolinone en une seule étape (one pot) (Schéma 1.2). Dans ces conditions, un rendement élevé de 84% a été atteint à une température de 100°C (373 K). Elle a été aussi préparée avec des rendements élevés, par une carbonylation réductrice de la 2-nitrophénol sous une forte pression de monoxyde de carbone, en utilisant une quantité stœchiométrique de soufre ou de sélénium, dans l’eau en présence de la triéthylamine (Et3N) (Schéma 1.2). Cette méthode est assez simple, et la réaction se déroule dans des conditions douces avec une sélectivité élevée et une large applicabilité à la synthèse des composés hétérocycliques contenant un groupe carbamoyle.[27],[28] Schéma 1.2:Synthèse de la benzoxazolinone à partir de l’ortho-nitrophénol. Les 2-benzoxazolinones ont été obtenus par la conversion des 2-aminophenols en utilisant le PdI2 conjointement avec le KI comme système catalytique dans le 1,2- diméthoxyéthane (DME); dans des conditions optimisées, et la 2-benzoxazolinone est formée avec un rendement assez élevé de 96%.[29] De plus, il a été signalé dans littérature que le carbonate de diméthyle (DMC) a été aussi utilisé comme substitut de phosgène pour une variété de réactions de carbonylation.[30],[31] Par exemple, l’aniline subit des méthoxycarbonylation pour donner la phénylcarbamate de méthyle en présence de composés dérivés du plomb.[32] Puisque le DMC peut être produit industriellement par la réaction du méthanol et du monoxyde de carbone, les réactions de carbonylation avec le DMC deviennent plus attractives dans plusieurs cas. La carbonylation des 2-aminophénols avec le carbonate de diméthyle (DMC) offre les 2-benzoxazolinones correspondants,[33] tandis que les dialkylcarbonates sont obtenus à partir de la carbonylation oxydante des alcools avec du monoxyde de carbone.[34]De toute évidence,  la synthèse des 2-benzoxazolinones directement à partir du monoxyde de carbone plutôt que des carbonates de dialkyles représente un avantage du point de vue de l’économie d’atome.[35] Dans une étude réalisée par Yue Fu et al.[33] en 2001, sur la carbonylation du 2- aminophénol avec le DMC afin de synthétiser le composé 2-benzoxazolinone correspondant, il a été constaté que les composés dérivés du plomb étaient de très bons catalyseurs pour ces réactions de carbonylation. La réaction de la 2-aminophénol avec le DMC a donné sélectivement un produit de carbonylation, le 2-benzoxazolinone, ou un produit de carbonylation/méthylation, 3-méthylbenzoxazolinone, selon les conditions de réaction en présence de l’acétate de plomb Pb(OAc)2. Puisque la 3-méthylbenzoxazolinone est aussi un intermédiaire important pour divers buts synthétiques, ce composé est préparé par méthylation de la 2-benzoxazolinone, avec utilisation de l’iodure de méthyle ou du sulfate de diméthyle comme agent de méthylation. Le composé 3-méthylbenzoxazolinone est facilement obtenu directement à partir de 2-aminophénol, par sa réaction avec le DMC en présence de composés dérivés du plomb. Ici, cette réaction donne de rares exemples dans lesquels le DMC sert comme agent de carbonylation et de méthylation en même temps. Les résultats de cette étude montrent que la réaction de la 2-aminophénol avec le DMC à un rapport pour le DMC: BOA de 15 a donné le composé 2-benzoxazolinone avec un rendement de 89% à 200°C (473 K), alors que son dérivé N-méthylé (la 3-méthyl-2- benzoxazolinone) a été obtenu avec un rendement de 92%, lorsque le rapport DMC:BOA était de 5 en présence de Pb(OAc)2. Dans ce dernier cas, le réactif lui-même, la 2- aminophénol sert de catalyseur basique pour la méthylation, alors que sa carbonylation est catalysée par le Pb(OAc)2(Schéma 1.3). Schéma 1.3: Synthèse de la BOA par carbonylation du 2-aminophénol le carbonate de diméthyle. Achim Porzelle et al. ont décrit une méthode simple et efficace pour la préparation des 2-benzoxazolinones à partir de divers nitroarènes ou halogénures d’aryles.[36] La réduction partielle d’un groupe nitro en présence du chloroformiate, pour piéger les intermédiaires hydroxylamines, suivi d’une séquence de réarrangement/cyclisation assistée par micro-ondes, fournit une procédure pratique pour préparer cet important pharmacophore (2- B. M. Trost, Acc. Chem. Res. 2002, 35, 695–705. [36] A. Porzelle, M. D. Woodrow, N. C. O. Tomkinson, Organic Letters., 2010, 12, 812-815.  benzoxazolinone) (Figure 1.3). Des précurseurs de réarrangement ont également été accessibles à partir d’halogénures d’aryles par couplage catalysé par le palladium, et qui ont conduit à la formation des hydroxylamines protégées. Le chauffage de ces produits dans le xylène pendant 24h a permis d’accéder aux 2-aminophenols protégé. En utilisant l’irradiation sous micro-ondes, le réarrangement donne plus efficacement les produits souhaités avec de bons rendements (81-84%). Figure 1.3 : Préparation des dérivés 2-benzoxazolinones à partir de divers nitroarènes ou halogénures d’aryles. 1.B. Dérivés de la 2-benzothiazolinone La 2-benzoxazolinone décrite précédemment, fut connue depuis 1941 pour ses propriétés pharmacologiques,[37] il a fallu attendre de façon assez surprenante les années 1980[38],[39] pour relever dans la littérature[40] le même type d’activités chez certains dérivés de son bioisostère soufré, la 2-benzothiazolinone à l’exemple de la 6-méthylbenzothiazolinone, la 6-méthoxybenzothiazolinone et la 6-éthyoxbenzothiazolinone. Le degré d’activité de ces composés reste appréciable et comparable à celui de la 2-benzoxazolinone et de l’aspirine. Depuis cette date, de très nombreuses équipes ont synthétisé des 2-benzothiazolinones pour les utiliser dans la préparation de divers analogues susceptibles de présenter des propriétés biologiques potentielles. Traditionnellement, les 2-benzothiazolinones comme leurs bioisostères oxygénés 2-benzoxazolinones sont préparés par une réaction de carbonylation des 2-aminothiophénols convenablement substitués, en présence d’agents de carbonylation. De même, l’utilisation de matières de départ préfonctionnalisées dans ce procédé, ajoute des étapes supplémentaires vers la formation du produit désiré qui est une préoccupation majeure   pour les chimistes organiciens à partir de points de vue d’économie d’atomes et environnementales. Nous décrirons seulement les voies et méthodes de synthèse les plus pertinentes et les plus sélectives. Hunter et al.[41] ont décrit une méthode qui consiste à former le noyau 2- benzothiazolinone, à partir du 2-aminothiophénol et du phosgène en présence d’une base forte la triéthylamine (TEA) dans le chloroforme (Schéma 1.4). La réactivité du phosgène vis-à-vis des 1,2-bis-nucléophiles comme le 2-aminothiophénol a été exploitée. Schéma 1.4: Préparation de 2-benzothiazolinone à partir du 2-aminothiophénol et du phosgène. Le phosgène toxique et corrosif, a été remplacé par la suite par d’autres réactifs mois toxiques comme la ClCO2Et [42], le disuccinimidyl carbonate (DSC),[43] et l’urée.[44] De plus, le développement de nouvelles procédures catalytiques, en utilisant du monoxyde de carbone comme source de carbonyle a été appliqué et développé.[45] Dans ce contexte, et compte tenu des résultats encourageants obtenu suite au couplage des composés α,β-bifonctionnels avec le monoxyde de carbone catalysé par le sélénium et l’oxygène,[46] Sonoda et al. ont généralisé cette procédure à une variété d’aminoalcools et d’aminothiols. En fait, une réaction de condensation en présence de sélénium, entre la 2- aminothiophénol et le monoxyde de carbone en présence de la triéthylamine conduit à la formation de la 2-benzothiazolinone avec un rendement de 64% (Schéma 1.5).[47] Schéma 1.5:Préparation de la BTH à partir du 2-aminothiophénol et de CO. La carbonylation réductrice des groupes nitro a été utilisé pour produire des espèces azotées actives, pour la synthèse hétérocyclique avec des quantités catalytiques de complexes de Pd, Pt, Co, Mn, Rh, Se (métal), S, S/V (sels et oxydes), et les complexes carbonylés de métaux de transition du groupe 8.[48],[49] Ces systèmes peuvent parfois être utilisés à des pressions et des températures de CO modérés, et fournissent souvent une réduction très sélective du groupe nitro, tout en laissant d’autres groupes fonctionnels inchangés. Une variété d’hétérocycles a été synthétisée par ce type de réactions y compris la 2-benzothiazolinone. Miyata et al. ont également publié des résultats montrant que la 2-benzothiazolinone puisse être préparée par l’utilisation de sélénium via une carbonylation réductrice. Cette réaction a exigé une pression de CO relativement élevée, et elle est indésirable en raison de la forte toxicité du Se (Schéma 1.6).[50] Schéma 1.6: Synthèse de la BTH par carbonylation réductrice des groupes nitro en présence de CO catalysé par le Se et le complexe Fe-Pd. L’utilisation de la réaction entre la 2-aminothiophénol avec du sulfure de carbonyle en présence de la triéthylamine, a donné une voie alternative pour la synthèse de la 2- benzothiazolinone. On signale que dans ces conditions, D’Amico et al. ont réalisés la réaction de carbonylation souhaitée avec un rendement presque quantitative de 98% (Schéma 1.7).[51] Schéma 1.7: Synthèse de la BTH par cyclocabonylation de l’o-aminothiophénol en présence de COS dans le DMF. De leur part, Senthilkumar et al. ont montré que le carbonyl-1,1′-diimidazole est un précurseur très efficace pour l’obtention des 2-benzothiazolinones. En réalisant la synthèse dans le THF comme solvant, la condensation du carbonyl-1,1′-diimidazole sur la 2- aminothiophénol conduit avec un rendement satisfaisant à la 2-benzothiazolinone (Schéma 1.8). Schéma 1.8: Synthèse de 2-benzothiazolinone par le carbonyl-1,1′-diimidazole à reflux. Plus tard, la synthèse de cette molécule en une seule étape a été réalisée dans une étude menée par Yang et al., qui développe une réaction à trois composants, simple et efficace à partir de matières premières facilement disponibles, y compris l’iodoaniline, le sulfure de potassium par chauffage dans le DMF.[53] Dans ce système catalytique, le DMF a fonctionné comme une excellente source de monoxyde de carbone et aussi en tant que solvant (Schéma 1.9). Schéma 1.9: Synthèse de la BTH à partir des iodoanilines. Sridhar et Perumal ont proposé une synthèse facile et générale pour la préparation de la benzothiazolinone avec de bon rendement (70%), (Schéma 1.10), par traitement de l’acide thiosalicylique par l’azoture d’ammonium, et trois équivalents de complexe DMF-POCl3 sont nécessaire l’achèvement de la réaction.[54] Schéma 1.10: Synthèse de la BTH par traitement del’acide thiosalicylique avec de l’azide d’ammonium et le complexe DMF-POCl3. Dans une autre étude réalisée par Mizuno et al. où ils ont rapporté le premier exemple sur l’utilisation de tungstate monomère, TBA2[WO4](TBA=[(nC4H9)4N+ : Tetra-nButylAmmonium)] comme un catalyseur homogène hautement efficace pour la fixation chimique de CO2 avec des amines (Figure 1.4), des 2-aminobenzonitriles et des alcools propargyliques pour donner des dérivés de l’urée correspondants.