Organocuprate

Dans de nombreuses réactions organométalliques impliquant le cuivre, le mécanisme réactionnel passe par un intermédiaire du cuivre à l'état d'oxydation +3. Par exemple, lors d'éliminations réductrices, le Cu(III) est réduit en Cu(I). Cependant, les composés du Cu(III) sont plutôt rares en chimie, et jusqu'à récemment, l'existence d'organocuivre(III) a été sujet à caution. En 2007, on a obtenu la première preuve spectroscopique de la présence d'un Cu(III) dans une addition conjuguée d'un réactif de Gilman sur une énone[5] :

Dans une expérience RMN dite à injection rapide à −100 °C, le réactif de Gilman Me₂CuLi (stabilisé par l'iodure de lithium) fut introduit dans un milieu de cyclohexénone (1) permettant de détecter un complexe pi du cuivre — alcène (2). Par addition successive de cyanure de triméthylsilyle l'espèce Cu(III) (3) est formée (stable indéfiniment à cette température), et en augmentant la température jusqu'à −80 °C, l'addition conjuguée produit (4). Selon une expérience d'accompagnement in silico [6], l'intermédiaire Cu(III) a une géométrie plan carré avec le groupe cyano en position cis par rapport au groupe méthinecyclohexényle et anti-parallèle au proton du groupe méthine. Avec d'autres ligands que le groupe cyano, cette étude prédit des composés du Cu(III) stables à température ambiante.

Les réactions de substitution des organocuprates lithiés R₂CuLi sur les halogénoalcanes R'-X donnent l'alkylcuivre R-Cu, le produit de couplage R-R' et l'halogénure de lithium Li-X. Le mécanisme réactionnel est basé sur une attaque nucléophile, plus exactement une addition oxydante de l'halogénure d'alkyle sur le Cu(I), l'oxydant en intermédiaire Cu(III) plan, suivie par une élimination réductrice, l'attaque nucléophile étant l'étape cinétiquement déterminante. Dans le cas d'une substitution par un iodure, un mécanisme de transfert monoélectronique a été proposé.

La réaction fonctionne avec beaucoup d'électrophiles. L'ordre de réactivité, du plus réactif au moins réactif est à peu près celui-ci : chlorure d'acyles[7] > aldéhydes > tosylates ~ époxydes > iodoalcanes > bromoalcanes > chloroalcanes > cétones > esters > nitriles >> alcènes.

Les organocuprates peuvent réagir par couplage oxydant, réducteur ou neutre.

Le couplage oxydant peut être le couplage de l'acétylure de cuivre avec des alcynes conjugués comme dans le couplage de Glaser (utilisé par exemple dans la synthèse du cyclooctadécanonaène) ou avec des halogénures d'aryle dans le couplage de Castro-Stephens.

Le couplage réductif peut être le couplage entre un halogénure d'aryle avec un équivalent w en cuivre métallique comme dans la réaction d'Ullmann. Un exemple de couplage croisé utilisé de nos jours est la réaction dite de couplage décarboxylant : une quantité catalytique de Cu(I) déplace un groupe carboxyle formant un intermédiaire arylcuivre (ArCu). Simultanément un catalyseur au palladium convertit un bromure d'aryle en intermédiaire organopalladique (Ar'PdBr) et un biaryle est formé par transmétallation[8] - [9].

Le couplage neutre peut être le couplage entre un alcyne terminal et halogénoalcyne en présence d'un sel de cuivre(I) comme dans le couplage de Cadiot-Chodkiewicz. Le couplage thermique de deux organocuprates est aussi possible.

Voir aussi la synthèse du PPO.

Il est possible d'effectuer une addition conjuguée entre une énone et un organocuprate. Dans une situation similaire, si un organomagnésien (RMgX) était utilisé, la réaction serait une addition 1,2[10]. Le mécanisme de l'addition 1,4 du cuprate sur les énones passe par une addition nucléophile des espèces Cu(I) sur le carbone en β de la fonction alcène pour former un intermédiaire Cu(III), suivie par une élimination réductrice en Cu(I)[11]. Dans l'exemple ci-dessous, (réaction entre le bromure de méthylmagnésium et l'isophorone), les produits de réaction ont été analysés en fonction de l 'ajout ou non de chlorure de cuivre au milieu réactionnel[2]. Le schéma ci-dessous présente le cas en présence de CuCl :

Sans le sel de cuivre, les produits majoritaires sont l'alcool B (42 %) formé par addition nucléophile du groupe carbonyle et le diène C (48 %) résultant d'une réaction de déshydratation. En présence de sel de cuivre, le produit majoritaire est l'adduit 1,4 A (82 %).

Il est également possible d'effectuer des additions 1,6, comme dans la production commerciale en une étape du fulvestrant [12] :

La carbocupration est une addition nucléophile d'un organocuprate (R-Cu) sur l'acétylène ou un sur un alcyne terminal. Le produit de la réaction est un alcénylcuivre (RC=C-Cu)[13].C'est un cas particulier de carbométallation appelé aussi réaction de Normant[14].