corrigés des finaux 2005, 2007, 2009, 2011

NOM : Matricule :

COR 700 : CHIMIE ORGANIQUE AVANCÉE Date : Vendredi, le 27 mai 2005

Professeur Guillaume Bélanger Heure : 8h30 à 11h30

Examen FINAL de la partie Chimie Hétérocyclique Local : D1 – 2021

Examen à livre ouvert

Les modèles moléculaires et les notes de cours sont permis

Répondre dans le cahier d’examen

Question 1 [8 points] Réf. : Tetrahedron Lett. 1997, 38, 6059

Quand l’époxyde 1 est traité dans les conditions d’aza-Payne usuelles, l’aziridine 2 est le produit très

largement majoritaire. Cependant, quand le même époxyde est traité en présence de bromure de magnésium

comme acide de Lewis, un mélange de produits de même masse moléculaire est obtenu, parmi lequel se

retrouve le composé 2.

i- n-BuLiii- AlMe3 (>1 éq.)BnHN

O

12

2 + 3 + 4 (16:17:67)1

MgBr2dioxane, ref lux

a) Quelle est la structure du composé 2.

b) Proposez des structures pour les composés 3 et 4, ainsi qu’un bref mécanisme (couper les détails

futiles) pour leur formation respective.

BnHNO

MgBr

Br-

ab

aOHBnHN

Br

OHBnN

b

BrBnHN

OHOH

NBn

3

4

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EXAMEN 2005 COR700: CHIMIE ORGANIQUE AVANCÉE–CHIMIE HÉTÉROCYCLIQUE p.2 de 10

Question 2 [10 points] Réf. : J. Org. Chem. 1957, 22, 654

L’azoture de phényle (PhN3) et le phénylacétonitrile (PhCH2CN) sont placés en présence d’éthanoate de

sodium dans l’éthanol à température ambiante. Le 5-amino-1,4-diphényl-1,2,3-triazole (5) est isolé à 80% de

rendement. En chauffant ce dernier dans la pyridine à reflux, le produit 5 subit le réarrangement de Dimroth

pour se transformer en 5-anilino-4-phényl-1,2,3-triazole (6).

a) Dessinez les structures des composés 5 et 6.

b) Donnez le mécanisme de formation de 5.

Donnez le mécanisme du réarrangement de Dimroth pour la formation de 6.

Question 3 [9 points] Réf. : Tetrahedron 1997, 53, 9313

Le furfural réagit avec le diéthylazodicarboxylate (DEAD) pour donner un produit inattendu 7.

O CHO

EtO2CN=NCO2Et100°C

(40%)

N

N

O

EtO2C

EtO2C

O

7

a) Proposez un mécanisme pour la formation de 7 (N.B.: au moins trois étapes sont nécessaires).


b) Nommez, en termes généraux, les réactions impliquées dans votre mécanisme.

Voir dans le mécanisme

Question 4 [8 points] Réf. : J. Am. Chem.Soc. 1988, 110, 612

En utilisant des arguments basés sur la stabilité des intermédiaires et/ou des états de transition, expliquez

pourquoi c’est l’alcène du composé ci-dessous qui cyclise en condition acide, alors que c’est plutôt l’alcyne

qui cyclise en présence d’iodure de sodium. CH2O, H2O

H+ (CSA), 100°C

(73%)

CH2O, H2ONaI

(76%)

HN

HN

N

HO

N

I

Tiré intégralement des notes de cours, section 5.2.c


Question 5 [16 points] Réf. : Synlett 1997, 905

Pour la séquence suivante débutant avec la L-proline optiquement pure :

PhCOCl

NaOHH2O

MeI, K2CO3

(88%)

i- (CF3CO)2OEt3N ii- NaOH

(57%)

NH

CO2H

NBn

OH

n-PrMgBr (1 éq.)

BF3·OEt28 9

Oxydation -2éMeOH

(95%)

10(mélange de

stéréoisomères)

11

LiAlH4 (excès)THF

(90%)12 13

a) Proposez des structures pour les intermédiaires 8, 9, 10, 11 et 12.

b) Expliquez la régiochimie de l’oxydation de 9 à 10.

NCO2Me

9

COPh

NCO2Me

COPh

- 1 e - H+

NCO2Me

COPh

NCO2Me

COPh

- 1 e

NCO2Me

COPh

diff icile à ioniser à cette positioncar place une charge positive

adjacente à C + de l'ester

- H+

NCO2Me

COPh

NCO2Me

COPh

- 1 e

NCO2Me

COPh

NCO2Me

COPh

facile à ioniser à cette position

10

MeOH

déprotonationréversible


c) Proposez un mécanisme pour passer de 12 à 13. Identifiez clairement la structure du composé 13.

Question 6 [12 points] Réf. : Synthesis 1997, 1140; Heterocycl. Chem. 1970, 7, 25

L’acétone réagit avec le semicarbazide pour donner la semicarbazone 14 correspondante. Le composé 14 est

ensuite soumis à la séquence réactionnelle suivante.

i- DMF (3 éq.), POCl3 (2.2 éq.)ii- 14

iii- H2O

(93%)

AcONaAc2O

(85%)

CO2EtEtO2C

t-BuOK, t-BuOH

(85%)

N

HN NH2

ON

NH

CHO

NNH

CO2Et

CO2HN

NH

OAc

CO2Et

14 15

16 17

a) Proposez un mécanisme pour passer de 14 à 15 (N.B.: il y a au moins 2 équivalents de réactifs de

Vilsmeier préformé avant l’addition de 14 au milieu réactionnel).


N

HN NH2

O14

O

N

O

PClCl

Cl

O

N

P

O

ClCl

Cl-

Cl

N

-OPOCl2 NN NH2

O

N

Cl-

NN N

HNN N

t.p.

Cl

N-OPOCl2

NN N

N

Cl-

N

HN N

N

Cl-t.p.

N

HN

N

N

Cl-

N

HN

N

N

Cl-

HN

HN

N

Cl-

- HOPOCl2

- MeNH2

- ClCONH2

- HOPOCl2

H2O

- MeNH3Cl

15

N

HN

CHO

Carbone au mauvaisétat d'oxydation

étatd'oxydation

ajustéinstallation du

groupement formyle

b) Proposez un mécanisme pour passer de 16 à 17.



Le dihydropyrane 18 est placé en présence de l’oxime 19 et de triéthylamine pour donner l’intermédiaire 20.

Ce dernier est par la suite soumis à l’acide chlorhydrique aqueux pour donner l’aldéhyde 21. En traitant le

composé 21 avec la tryptamine en présence de TFA, un produit tétracyclique 22 est obtenu, comportant une

amine secondaire. Ce dernier est placé en présence d’hydroxyde de potassium puis chauffé pour générer,

après décarboxylation et déshydratation, le composé tétracyclique 23.

Et3N

(61%)

HCl aq.

NHNH2

KOH, DMF, ∆(-CO2, -H2O)

(61%)

CF3CO2H, CH2Cl2

(65%)

NH

N

NC 23

O OEtN

HO

CO2EtCl

18 19

20(mélange de

diastétéoisomères)

+21

(aldéhyde)

22(composé tétracyclique,

contient une amine second.

autre que l'indole)

a) Proposez une structure pour l’intermédiaire 20. Quel est le nom général de cette réaction?

b) Proposez une structure pour l’intermédiaire 21 (N.B.: 21 contient une fonction aldéhyde).

c) Proposez une structure pour l’intermédiaire 22 (N.B.: 22 est tétracyclique et contient une amine

secondaire autre que le NH de l’indole).


d) Proposez un mécanisme pour passer de 22 à 23.


La synthèse totale de la ningaline B a été accomplie en partant du composé 24. Une portion de la synthèse est

donnée ci-après.


a) Proposez une structure pour l’intermédiaire 25.

b) Proposez un mécanisme pour la réduction de 25 à 26 (N.B.: le zinc métallique est un réducteur à

deux électrons, et deux équivalents de zinc sont nécessaires pour la transformation).



La synthèse de la vincadifformine a été effectuée en seulement deux étapes en partant du sel d’hydrochlorure

de la tryptamine et du pyruvate de méthyle selon la séquence suivante.

NH

N

CO2Me

CH3COCO2CH3

MeOHreflux

(72%)

O

Cl

APTS (cat.)PhMe, reflux

(84%)

vincadifformine

NH

NH2·HCl 27(ester

tricyclique)

a) Proposez une structure pour l’intermédiaire 27 (N.B.: 27 est un composé tricyclique avec une

fonction ester).

b) Proposez un mécanisme pour passer de 27 à la vincadifformine.

NOM : Matricule :

COR 706 : CHIMIE ORGANIQUE HÉTÉROCYCLIQUE Date : Mardi, 11 décembre 2007


Examen FINAL (3 pages, 7 questions) Local : D1 – 2021


Les modèles moléculaires et les notes de cours sont permis

Répondre dans le cahier d’examen

Question 1 [10 points] Réf. : J. Chem. Soc. 1971, 1892

Proposez un mécanisme pour le réarrangement du pyridinium 1 de départ en pyridine finale 2 par traitement

à l’hydrochlorure de méthylamine.

N

CN

I

N NHMe

NMe

1 2

MeNH2 (excès)

MeNH2t.p.

HN

CN

NH

ou

HN

CN

NH

NMe

H

NMe HNMeN

t.p. t.p.

MeNH2

t.p.HNMeN

NHMeNH NH

H

NHMe

t.p.

NNH2

N

NHMe

H Me- MeNH3

+

t.p.

EXAMEN 2007 COR706: CHIMIE ORGANIQUE HÉTÉROCYCLIQUE p.2 de 8

Question 2 [16 points] Réf. : notes de cours, section 8.4.1 (mécanisme) et 8.4.7 (conformations)

En partant du nitroalcène 3 suivant, une cycloaddition mène au produit pentacyclique 4 par simple traitement

avec un acide de Lewis (catalyseur). Le composé 4 est par la suite réduit pour mener à un autre composé

pentacyclique 5, contenant un lactame.

a) Pour la formation de 4 à partir du nitroalcène 3 de départ, proposez un mécanisme qui explique la

stéréochimie des nouveaux centres chiraux générés. Portez attention à la géométrie des alcènes dans

vos dessins. Identifiez clairement la structure 4 obtenue. [13 points]

O O

O2NOMe

CO2Me

3O

O OO

MeO

changement de

conformation

OMe

O2N

O2N

aucun (4+2) possible aucun (4+2) possible

changement deconformation

OO

MeO

NOO

OO

MeO

NO

O

H

MeO2C(3+2)

OO

MeO

NO

O

H

MeO2C(4+2)

4

b) Proposez une structure pour le composé 5, en indiquant clairement la stéréochimie aux centres

chiraux (un dessin en deux dimensions est acceptable). [3 points]


Question 3 [15 points] Réf. : Synlett 1993, 1 et notes de cours, section 7.3.b

Le traitement thermique suivant donne deux produits.

a) Proposez un mécanisme pour la formation de chacun des produits 7 et 8 (ne pas expliquer le ratio

obtenu). [10 points]

b) Si on changeait le brome pour un chlore dans le produit de départ 6, qu’adviendrait-il des proportions

relatives des deux produits? Expliquez. [5 points]

Comme C-Cl est un lien plus fort qu eC-Br, l’étape (b) serait défavorisée et la voie (a) primerait. Vue

que l’étape déterminante est (a) ou (b), le ratio 7 : 8 pencherait davantage en faveur de 7.


Question 4 [16 points] Réf. : Heterocycles 1988, 27, 2787 et notes de cours, section 5.7.9

La synthèse de la 3-déméthoxyérythratidinone (15), un alcaloïde de la famille des érythrinanes, est synthétisé

en 8 étapes à partir de l’amine 9 et de la cétone 10 d’après la séquence suivante :

a) Proposez une structure pour les intermédiaires 11 et 12, tenant compte que ce dernier contient un

proton vinylique. [4 points]

b) Proposez un mécanisme pour la transformation de 12 à 13 en identifiant clairement la structure du

composé 13. [9 points]

MeO

MeON

O

O

O

O

12

MeO

MeON

O

O

O

OAc

O

OAc

OAc

MeO

MeON

O

O

O

- HOAc

OAc

SMe

MeO

MeON

O

O

O

SMe

OAc

MeO

MeON

O

O

O

SMe

OAc

H

MeO

MeON

O

O

O

SMe

13

S S

- HOAc

H


c) Proposez une structure pour l’intermédiaire 14. [3 points]


Vous réalisez la synthèse du 1-butyl-4-éthyl-2-méthyl-3-propylpyrrole par cyclocondensation catalysée au

chlorure de samarium (III) comme acide de Lewis. Malgré que certains réactifs soient en excès, la

stoechiométrie des réactifs nécessaire à la cyclocondensation est la suivante : butylamine (1 équiv.), butanal

(2 équiv.) et nitroéthane (1 équiv.).

a) Proposez une structure pour le pyrrole formé. [2 points]

b) Proposez un mécanisme de condensation. [8 points]

N

n-Pr

n-Bu

n-BuNH2

t.p.

n-BuNH

n-Pr

OH

n-BuN n-Pr

- H2O

t.p.

t.p.n-Bu

NH

n-PrO

n-BuN

n-PrHO

t.p.n-BuNH

n-PrHO

- H2O

t.p.

n-BuN

n-Pr

O

NO

OH

NO

t.p.

n-BuNH

n-Pr

NO O

t.p.

n-BuNH

n-Pr

NHO O

t.p.

NOHHO

N

H

n-Bu

N

OHO

Hn-Pr

N

n-Pr

n-Bu- HN(OH)2

t.p.

n-PrO

t.p.

H


Autre variante possible :

Question 6 [14 points] Réf. : notes de cours, section 5.8.d

Proposez une synthèse du produit suivant énantiopur à partir de la méthyltryptamine et du pent-4-én-1-ol.


Question 7 [19 points] Réf. : Acc. Chem. Res. 1992, 25, 233 et notes de cours, section 7.2.a

Voici une transformation promue par la lumière. Le 9,10-dicyanoanthracène est un photosensibilisateur qui

est utilisé ici en quantité équimolaire.

a) En considérant que les radicaux demeurent en paires rapprochées dans une sphère de solvatation,

proposez un mécanisme pour cette transformation qui n’implique pas la génération d’énone à l’état

triplet. [12 points]

O

N SiMe3

CN

CN

h

S0

CN

CN

S1

CN

CN

T1

CIS

CN

CN

N SiMe3

+MeO H

CN

CNH

+

N

- MeOTMS

N

O

N

CN

CNH

+

O

N

CN

CNH

H+

O

N

CN

CNH

H

SET

+

produit f inal


b) Pourquoi a-t-on besoin de la lumière pour cette réaction ? [5 points]

c) Globalement, cette réaction est une oxydo-réduction. Quel est le réducteur et quel est l’oxydant ?

[2 points]

NOM : Matricule :

COR 706 : CHIMIE ORGANIQUE HÉTÉROCYCLIQUE Date : Mardi, 2 juin 2009




Les modèles moléculaires et les notes de cours sont permis. Répondre dans le cahier d’examen.

Question 1 [14 points] Réf. : Tetrahedron Lett. 2009, 50, 1741

En partant de la 4-benzylpipéridine, vous formez le composé 1 par chloration et traitement basique (formule

brute de 1 indiquée). L’équivalent d’une N-arylation et d’une carbamoylation fournit le composé 2. Notez

que l’orthonitrophénol est particulièrement acide.

a) Proposez une structure pour le composé 1. [2 points]

b) Proposez un mécanisme pour la transformation de 1 à 2. [12 points]

Question 2 [14 points] Réf. : Notes de cours, chapitres 5 et 7

Pour la transformation suivante :

N

X

R

A) HCl (2 éq), THFou

B) Et3N (2 éq), THF

ouC) CuCl (cat.), THF

CuCl2 (2 éq)

N

R

X = H ou ClR = Me, OMe ou CO2Me

a) Pour X = H, quel serait le meilleur groupement R pour effectuer cette cyclisation et dans quelles

conditions réactionnelles (A, B ou C)? Expliquez brièvement votre choix de groupement R. [7 points]

b) Pour X = Cl, quel serait le meilleur groupement R pour effectuer cette cyclisation et dans quelles

conditions réactionnelles (A, B ou C)? Expliquez brièvement votre choix de groupement R. [7 points]



L’isatine a été traitée avec la proline en présence d’un ferrocène substitué dans l’acétonitrile à reflux. Après

4 h de chauffage, seulement le composé 3 a été obtenu, et ce à 80% de rendement. Aucun composé 4 n’a été

observé.

a) Proposez un mécanisme pour la formation du composé 3. [9 points]

b) Expliquez pourquoi 4 n’est pas formé. [3 points]

Question 4 [19 points] Réf. : inspiré de Tetrahedron Asymm. 2009, 20, 758

Lorsque le produit de départ suivant est traité à l’iode en présence de bicarbonate, un composé 5 est obtenu,

ainsi que l’acétamide 6. Le composé 5 réagit ensuite avec le tétrafluoroborate d’argent pour donner un

intermédiaire 7 qui, lorsque mis en présence d’hydrure de sodium, fournit une (tétrahydrofuro)pipéridine 8.

a) Proposez une structure pour les composés 5, 7 et 8. [9 points]

b) Proposez un mécanisme pour la formation de 5 et 6. [10 points]


Question 5 [21 points] Réf. : Org. Lett. 2002, 4, 2469

Vous voulez effectuer la synthèse totale formelle de la (-)-adaline en fabricant l’intermédiaire connu 10. Pour

ce faire, vous débutez par la condensation de l’aminophénol et du cétoacide suivants, dans le benzène à

reflux, pour obtenir le composé tricyclique 9 dont un des cycles est aromatique. Ce composé 9 est retrouvé

sous forme de mélange épimérique (deux diastéréoisomères sont formés). Il vous faut ensuite trouver

comment transformer le composé 9 en intermédiaire clé 10 en prenant soin de bien fixer la stéréochimie

absolue au carbone 2 de la pipéridine 10. Le fait que 9 soit sous forme de mélange d’épimères ne doit avoir

aucun impact sur la diastéréosélectivité désirée en C2. Un mélange d’épimères en C6 du composé 10 est par

contre toléré.

a) Proposez une structure pour le composé 9 (formé dans un mélange d’épimères). [4 points]

b) Proposez une série de transformations pour passer de l’intermédiaire 9 à l’intermédiaire 10. Il vous faut

contrôler la stéréochimie absolue en C2, mais pas en C6. [13 points]

Dans votre réponse, expliquez clairement l’induction diastéréomérique lors de la création du centre

chiral en C2. [4 points]

Question 6 [20 points] Réf. : Notes de cours, section 3.8

Vous avez découvert que le composé 11 suivant devrait avoir des propriétés physico-chimiques

exceptionnelles. Proposez une synthèse de 11 en partant de composés acycliques simples.

NOM : Matricule :

COR 706 : CHIMIE ORGANIQUE HÉTÉROCYCLIQUE Date : Mercredi, 18 mai 2011




Les modèles moléculaires et les notes de cours sont permis. Répondre dans le cahier d’examen.

Question 1 [12 points]

En 2009, le groupe de Peter Wipf (Tetrahedron Lett. 2009, 50, 6810) a publié la transformation suivante:

a) Proposez un mécanisme pour la formation de l’intermédiaire 1, de formule brute C25H26N2O4S, qui est

un produit de cycloaddition (3+2) avec le DMAD. [7 points]

b) Proposez un mécanisme pour transformer l’intermédiaire 1 en pyrrole final. [5 points].


Le groupe de Dömling a récemment rapporté une séquence particulièrement convergente pour la fabrication

du produit tétracyclique ci-dessous (J. Org. Chem. 2011, 76, 637).

a) Proposez un mécanisme pour la formation de l’intermédiaire 2. [9 points]

b) Proposez un mécanisme pour la transformation de l’intermédiaire 2 en produit final. [5 points]



a) Lorsque le composé 3 est chauffé en présence d’une quantité stoechiométrique de peroxyde de dilauroyle,

le produit 4 est formé à 72% de rendement (Tetrahedron 2011, 67, 2693). Proposez un mécanisme pour

cette transformation. [9 points]

b) Toutefois, quand la même expérience est reprise avec le substrat 5, le produit attendu 6 n’est pas obtenu.

C’est le produit 7 qui est plutôt formé, dans le dichorométhane contenant un peu d’eau. À noter que du

formaldéhyde est formé en dernière étape de la transformation, et que le mécanisme commence comme

celui décrit en a. Proposez un mécanisme pour la transformation du substrat 5 en produit 7 observé. [9

points]

c) Pourquoi 7 est-il formé préférentiellement à 6 dans la question b? [4 points]


Voici une cyclisation de type Houben-Hoesch (Tetrahedron 2011, 67, 3457). Proposez un mécanisme. Si

vous bloquez, aidez-vous de l’état d’oxydation des carbones.



Fukuyama a très récemment développé une approche expéditive aux alcaloïdes Aspidosperma (Angew.

Chem. Int. Ed. 2011, 50, 4884). Une portion de la synthèse est rapportée ci-dessous.

N

8

MeO

OMe

+MeO

CO2Me

NH

OSO

O

O2N NO2

- dinitrobenzè-nesulfonyle

OH

9

N

NMeO

MeO

12

MeO

CO2Me

OH

a)

NMeO

OMe

MeO

CO2Me

N O

SO

O

O2NNO2

10

PPh3, CCl42-méthylbut-2-ène

MeCN, 60oC(35%)

N

NMeO

MeO

13

MeO

CO2Me

i-

CHCl3, 0oC

ii- CF3CO2COCF3 (TFAA)CH2Cl2, 0-22oC

iii- KCN, CH2Cl2, H2O(50%)

O2N

O

OOH

14

(14 = 13 - H + CN)

H2O cat., TFA cat.(65%, depuis 10)

cycloadditionNMeO

OMe

MeO

CO2Me

HN O

11

a) Proposez des conditions de réaction pour passer de 8 + 9 à 10. [3 points]

b) Après le clivage du dinitrobenzènesulfonyle, l’intermédiaire 11 est traité en présence d’une quantité

catalytique d’eau et d’acide trifluoroacétique. Proposez un mécanisme pour la transformation de 11 en

12 qui devra impliquer une cycloaddition. [9 points]

c) L’intermédiaire 12 subit ensuite une déshydratation pour mener à 13. Ce dernier est traité en présence

de peracide, puis d’anhydride drifluoroacétique, et enfin de cyanure de potassium pour fournir le

produit 14. Ce dernier est très semblable à 13, sauf qu’un hydrogène a été remplacé par CN au global.

Proposez une structure pour le produit 14 et un mécanisme pour sa formation à partir de 13. [8 points]



Burk et Overman ont publié, en 1984, que l’isomère cis du vinylsilane (15) suivant peut subir avec succès

une réaction de cyclisation menant à l’hexahydroindole 16 indiqué (Tetrahedron Lett. 1984, 25, 5739).

Cependant, l’isomère trans du vinylsilane (17) ne donne aucun produit de cyclisation. Le composé 16 a

ensuite été transformé en produit 18.

a) Proposez une synthèse du produit de départ 15 à partir de trois fragments de votre choix. [9 points]

b) Expliquez pourquoi l’isomère cis 15 cyclise, mais pas l’isomère trans 17. Dessinez les états de

transition en conformation chaise. [8 points]

c) Proposez des conditions pour la transformation de 16 à 18. [3 points]

corrigés des finaux 2005, 2007, 2009, 2011

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