Étude théorique et expérimentale du réarrangement de Hock

Le réarrangement de Hock est une réaction impliquant la rupture hétérolytique d’une liaison Cα-Cβ adjacente à une fonction peroxyde sous catalyse acide de Brønsted ou de Lewis. Elle entraine la migration 1,2 du carbone β vers l’oxygène le plus proche du groupement peroxyde. Bien que certaines applications industrielles importantes existent, comme le procédé au cumène, un manque de connaissances concernant cette réaction est manifeste. L’objectif de cette thèse était donc, par une démarche couplant expériences de synthèse et modélisations, d’apporter un nouvel éclairage sur la physico-chimie et les applications potentielles de cette réaction. Ce manuscrit présente ainsi la première étude mécanistique de la réaction de Hock basée sur la DFT, le développement de nouvelles réactions tandem impliquant ce réarrangement ainsi que des éclaircissements sur sa sélectivité. Les études DFT ont permis de fournir une compréhension claire du mécanisme de la réaction de Hock catalysée par InCl3. Un intermédiaire de Wheland métastable a été mis en évidence, permettant d’expliquer, grâce à l’utilisation de méthodes interprétatives de la chimie quantique comme NBO et IBO, l’influence électronique des substituants sur la barrière d’activation du réarrangement de Hock. La structure active du catalyseur InCl3 a également été investiguée, mettant en évidence que, dans le milieu réactionnel, sa forme monomérique n’existe que lorsqu’il est coordiné. Concernant les applications de ce réarrangement, une nouvelle réaction tandem combinant le clivage de Hock et l’allylation de Hosomi-Sakurai a été développée. Cette réaction a permis d’accéder à des produits d’intérêt biologique tels que des cycles chromanes allylés à partir d’hydroperoxydes d’indan-1-yl substitués. Des nucléophiles de type allylsilane ramifiés se sont notamment révélés efficaces pour piéger les intermédiaires de réaction. Enfin, cette réaction a été adaptée pour travailler avec des substrats peroxyde de 1-phenylcyclobutyle substitués afin d’étudier la sélectivité sp2/sp3 du réarrangement. Une inversion de la chimiosélectivité sur ces substrats a été prédite par modélisation et confirmée expérimentalement. En effet, l’ajout de substituants π-donneurs en position ortho et para du cycle aromatique favorise la migration du carbone sp2 plutôt que la migration du carbone sp3, conduisant à l'extension du cycle cyclobutane pour former un tétrahydrofurane. En conclusion, ces travaux comblent une lacune dans la compréhension de cette réaction importante, élargissent son champ d’application et pourraient ainsi avoir un impact significatif sur le développement de médicaments et la chimie fine.