Development of new methods for the synthesis of pentafluorosulfanyl (SF5)-substituted compounds

Abstract

Parmi les groupements fluorés émergents, le pentafluorosulfanyle (SF5) a suscité un intérêt considérable au cours des dernières décennies en raison de ses propriétés remarquables. Des applications de cette fonctionnalité ont été rapportées dans divers domaines, tels que la chimie médicinale et les matériaux. Néanmoins, l'introduction du groupe SF5 dans les composés organiques demeure un défi significatif, nécessitant généralement des conditions de réaction difficiles. La recherche exposée dans cette thèse décrit nos efforts pour développer de nouvelles méthodes pour la synthèse de composés pentafluorosulfanylés.

Pour accéder à des cyclopropanes pentafluorosulfanylés, une cyclopropanation intramoléculaire de cyanodiazoacétates catalysée par le rhodium a été mise au point, générant des γ-lactones fusionnées avec des cyclopropanes substitués par les groupes CF3 et SF5 avec un très bon rendement. De plus, des recherches ont été menées concernant la synthèse de cyclopropanes pentafluorosulfanylés via fluoration oxydative de disulfures de dicyclopropyle.

En parallèle, la conception et la synthèse de nouveaux réactifs de transfert de SF5 ont été explorées. Les difficultés rencontrées nous ont incités à développer une méthode pour la synthèse en flux continu du chloropentafluorure de soufre (SF5Cl), principal réactif utilisé à ce jour pour la synthèse de composés pentafluorosulfanylés. Un réacteur sur mesure a été conçu pour l’agitation de solides, permettant la synthèse rapide, sûre et très efficace du SF5Cl, qui peut ensuite réagir de manière télescopée avec des alcynes dans des réactions d'addition radicalaire.

Des pyrazoles pentafluorosulfanylées ont également été synthétisées par cycloadditions 1,3-dipolaire d'alcynes pentafluorosulfanylés avec des composés diazoïques non stabilisés. D’autre part, des recherches préliminaires sur la synthèse et la réactivité d'un azoture de vinyle pentafluorosulfanylé ont mis en lumière la formation d'une céténimine pentafluorosulfanylée avec une réactivité polyvalente prometteuse.

Amongst new emerging fluorinated groups, the pentafluorosulfanyl (SF5) group has received considerable attention over the past few decades due to its remarkable properties. It has shown applications in various fields, such as medicinal chemistry and materials. Nevertheless, the introduction of the SF5 group into organic compounds remains a significant challenge, generally requiring harsh reaction conditions. The research presented in the thesis describes our endeavor to develop new methods for the synthesis of SF5-substituted compounds.

To access SF5-substituted cyclopropanes, a rhodium-catalyzed intramolecular cyclopropanation of cyanodiazoacetates was developed, yielding CF3 and SF5-substituted cyclopropane-fused γ-lactones in high yield. Furthermore, investigations were conducted on the synthesis of SF5-substituted cyclopropanes through oxidative fluorination of dicyclopropyl disulfides.

Additionally, the design and synthesis of new SF5-transfer reagents were explored. The difficulties encountered have prompted us to develop a continuous flow synthesis of SF5Cl, the most prevalent SF5 reagent to date. A custom-made stirring packed-bed reactor was designed, allowing for the rapid, safe and highly efficient synthesis of SF5Cl, which can then react in a telescoped manner with alkynes in radical addition reactions.

SF5-substituted pyrazoles were also synthesized through the 1,3 dipolar cycloaddition reactions of SF5-substituted alkynes and non-stabilized diazo compounds. Moreover, preliminary investigations on the synthesis and reactivity of an SF5-substituted vinyl azide revealed the formation of an SF5-substituted ketenimine with a promising versatile reactivity.