Corrigé détaillé ENS Physique Chimie L PC 2023 (page 4/4 : Partie Chimie (questions 19 à 34))

Le groupement mésityle (noté \mathrm{Mes}) est le 2,4,6-triméthylphényle. La molécule de trimésitylphosphine \mathbf{1} est donc constituée d'un atome central de phosphore lié à trois noyaux aromatiques portant chacun trois groupes méthyle en positions 2, 4 et 6 (par rapport au carbone d'attache) :

Justification du caractère de base de Lewis :

• L'atome de phosphore \mathrm{P} (Z = 15) possède la configuration électronique de valence [\mathrm{Ne}]\, 3\mathrm{s}^2 3\mathrm{p}^3, soit 5 électrons de valence.
• Dans \mathrm{PMes}_3, il est engagé dans trois liaisons simples covalentes \sigma avec le carbone \mathrm{C}(1) de chacun des trois groupements mésityle, satisfaisant à la règle de l'octet.
• Le phosphore conserve ainsi un doublet non liant (stéréochimie \mathrm{AX}_3\mathrm{E}_1, pyramide trigonale).

Ce doublet non liant, localisé dans la plus haute orbitale occupée (HO) du phosphore, est susceptible d'être cédé à une orbitale vacante (lacune électronique).

1. Représentation du produit 2

Le tri(pentafluorophényl)bore \mathbf{2} comporte un atome de bore central lié à trois cycles aromatiques perfluorés :

2. Intérêt d'utiliser des substituants fluorés

L'introduction des groupements pentafluorophényles répond à un double objectif :

• Effet électronique (exaltation de l'acidité de Lewis) : Le fluor est l'élément le plus électronégatif du tableau périodique (\chi_{\mathrm{P}} \approx 4{,}0). Les quinze substituants fluorés exercent un effet inductif attracteur (-I) très puissant qui appauvrit fortement le bore en densité électronique. Ce déficit stabilise très nettement son orbitale vacante 2\mathrm{p}_z (la BV), conférant à \mathrm{B}(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3 un pouvoir acide de Lewis exceptionnellement élevé.
• Effet stérique (favorisant la frustration de la paire) : Les substituants fluorés en positions ortho sur les trois noyaux aromatiques créent un encombrement stérique important au voisinage immédiat du bore. Cet encombrement empêche l'approche stérique d'une base de Lewis volumineuse comme \mathrm{PMes}_3, interdisant la formation d'une liaison covalente de coordination (adduit classique).

1. Cas de l'adduit de Lewis classique : Lorsqu'un acide et une base de Lewis non encombrés interagissent, le recouvrement entre la HO de la base (doublet non liant n) et la BV de l'acide (orbitale vacante p) donne naissance à deux orbitales moléculaires :

• une orbitale liante \sigma, nettement stabilisée par rapport à la HO initiale de la base, qui devient la nouvelle HO de l'adduit ;
• une orbitale antiliante \sigma^*, nettement déstabilisée par rapport à la BV initiale de l'acide, qui devient la nouvelle BV de l'adduit.

Il en résulte une forte augmentation du saut énergétique :

L'adduit de Lewis est ainsi énergétiquement stable et chimiquement peu réactif (extinction mutuelle des sites acide et basique).

2. Cas de la paire de Lewis frustrée (FLP) : En raison de la gêne stérique majeure induite par les volumineux substituants (groupes mésityles sur le phosphore et pentafluorophényles sur le bore), les deux centres réactifs ne peuvent pas s'approcher à une distance permettant un recouvrement orbitalaire effectif : aucune liaison dative ne se forme.

• La HO du système reste celle de la base libre \mathbf{1} (doublet non liant du phosphore, de haute énergie) :

  E_{\mathrm{HO}}(\text{frustrée}) > E_{\mathrm{HO}}(\text{adduit})

• La BV du système reste celle de l'acide libre \mathbf{2} (lacune 2p_z du bore, particulièrement basse en énergie en raison de l'effet attracteur -I des fluorures) :

  E_{\mathrm{BV}}(\text{frustrée}) < E_{\mathrm{BV}}(\text{adduit})

3. Justification de la réactivité de la paire frustrée : Le saut d'énergie frontalière \Delta E = E_{\mathrm{BV}} - E_{\mathrm{HO}} est donc bien plus faible dans le cas d'une paire frustrée que dans celui d'un adduit :

Puisque les deux centres réactifs ne s'annihilent pas mutuellement, le système conserve simultanément :

• un caractère nucléophile très marqué (HO haute, prête à donner des électrons) ;
• un caractère électrophile très marqué (BV basse, prête à accepter des électrons).

Cette réactivité bifonctionnelle concertée (effet « push-pull ») permet à la paire frustrée d'activer et de cliver des molécules a priori très peu réactives et non polaires, telles que le dihydrogène \mathrm{H}_2.

1. Intérêt d'utiliser un solvant deutéré en RMN du proton :

   • Dans une solution pour analyse RMN, le solvant est présent en très large excès molaire devant le soluté (typiquement d'un facteur 10^3 à 10^4). L'utilisation d'un solvant protoné classique engendrerait un pic de solvant d'intensité gigantesque qui saturerait le détecteur et masquerait les signaux d'intérêt du soluté.
   • Le deutérium ^{2}\mathrm{H} (noté \mathrm{D}) possède un rapport gyromagnétique \gamma(^{2}\mathrm{H}) très différent de celui du proton \gamma(^{1}\mathrm{H}) (\gamma(^{1}\mathrm{H})/\gamma(^{2}\mathrm{H}) \approx 6{,}5) : il résonne donc à une fréquence bien distincte à champ magnétique fixé et n'apparaît pas dans la fenêtre spectrale d'acquisition de la RMN ^{1}\mathrm{H}.
   • Le signal du deutérium permet en outre d'assurer le système de verrouillage (lock) du spectromètre afin de stabiliser le champ magnétique B_0 au cours de la mesure.

2. Raison de l'ajout de \mathrm{BF}_3\text{-}\mathrm{OEt}_2 :

   • L'éthérate de trifluorure de bore \mathrm{BF}_3\cdot\mathrm{OEt}_2 constitue la référence universelle (l'étalon) en spectroscopie \mathrm{RMN}\ ^{11}\mathrm{B}, par convention internationale.
   • Son ajout permet de calibrer le spectre en fixant l'origine de l'échelle des déplacements chimiques à \delta = 0\text{ ppm}, de façon analogue au rôle joué par le tétraméthylsilane (TMS) en RMN ^{1}\mathrm{H} et ^{13}\mathrm{C}.

D'après la table de corrélation RMN ^{11}\mathrm{B} (figure 8) :

• Un bore tricoordonné neutre (hybridation \mathrm{sp}^2) au sein d'un triarylborane \mathrm{B}(\mathrm{Ar})_3 possède une lacune électronique vacante 2\mathrm{p}_z, ce qui le rend fortement déblindé : son déplacement chimique est attendu dans la région \delta \in [50\,;\,75]\text{ ppm}.
• À l'inverse, si un adduit classique de coordination se formait par engagement du doublet libre du phosphore dans la lacune du bore (\mathrm{Mes}_3\mathrm{P}\rightarrow\mathrm{B}(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3), le bore adopterait une géométrie tétraédrique (hybridation \mathrm{sp}^3) tétracoordonnée. Son environnement électronique serait alors beaucoup plus blindé, se traduisant par un déplacement chimique négatif (typiquement \delta \in [-25\,;\,-10]\text{ ppm}, comme indiqué pour les adduits du type \mathrm{R}_3\mathrm{N}-\mathrm{BR}'_3 ou les borates \mathrm{BR}_4^-).

Sur le spectre RMN ^{11}\mathrm{B} du mélange équimolaire de \mathbf{1} et \mathbf{2} (figure 7), on relève :

• Le pic à \delta = 0\text{ ppm}, correspondant à l'étalon interne \mathrm{BF}_3\cdot\mathrm{OEt}_2 ;

• Un unique signal majeur pour l'espèce borée à :

  \delta = 59{,}6\text{ ppm} \quad (\text{repéré à } 59{,}56\text{ ppm})
• L'absence totale de signal dans la région des déplacements chimiques négatifs (\delta < 0\text{ ppm}).

Le composé \mathbf{2} se trouve donc exclusivement sous sa forme libre tricoordonnée de triarylborane \mathrm{B}(\mathrm{Ar})_3 et n'est pas coordonné à la phosphine \mathbf{1}.

L'absence de complexation stérique entre \mathbf{1} (\mathrm{PMes}_3) et \mathbf{2} (\mathrm{B(C_6F_5)_3}) permet une activation coopérative synergique de la molécule de dihydrogène, conduisant à sa coupure hétérolytique en un proton \mathrm{H}^+ et un hydrure \mathrm{H}^- :

• Analyse du phosphore et identification du premier fragment : Le spectre \mathrm{RMN}\ ^{31}\mathrm{P} présente un unique doublet à \delta = -27{,}53\text{ ppm} caractérisé par une très grande constante de couplage J = 480\text{ Hz}. En \mathrm{RMN}\ ^{1}\mathrm{H} (tableau 1), on retrouve exactement cette même constante de couplage pour un doublet à \delta = 7{,}91\text{ ppm} intégrant pour 1\text{ H}. Cette valeur de J est caractéristique d'un couplage scalaire direct à une liaison ^{1}J_{\mathrm{P-H}} : le proton s'est lié directement au phosphore. La base de Lewis \mathbf{1} a donc capté le proton pour former le cation phosphonium :

  [\mathrm{HP(Mes)}_3]^+ \quad \text{ou} \quad [(\mathrm{Mes})_3\mathrm{PH}]^+

• Analyse du bore et identification du second fragment : Le spectre \mathrm{RMN}\ ^{11}\mathrm{B} présente un signal à \delta = -25{,}47\text{ ppm}. D'après la table de déplacement chimique de la figure (8), cette zone de déplacements négatifs (\delta \in [-20\,; -30]\text{ ppm}) correspond précisément aux anions borates de type [\mathrm{R}_3\mathrm{BH}]^- (bore tétracoordonné portant un hydrure). De plus, le spectre \mathrm{RMN}\ ^{1}\mathrm{H} présente un signal intégrant pour 1\text{ H} à \delta = 4{,}10\text{ ppm}, confirmant la présence d'un proton lié au bore. L'acide de Lewis \mathbf{2} a donc fixé l'ion hydrure pour former l'anion hydroborate :

  [\mathrm{HB(C_6F_5)}_3]^- \quad \text{ou} \quad [(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3\mathrm{BH}]^-

Le solide blanc obtenu est donc un sel résultant de la coupure hétérolytique de \mathrm{H}_2, composé de la paire d'ions :

(ou vice-versa pour l'indexation de \mathbf{3} et \mathbf{4}).

1. Attribution des signaux du spectre RMN ^{1}\mathrm{H} (tableau 1) :

Le sel ionique \mathbf{3}+\mathbf{4} est formé du cation phosphonium [(\mathrm{Mes})_3\mathrm{PH}]^+ et de l'anion borate [(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3\mathrm{BH}]^-. L'attribution des signaux s'effectue comme suit :

• Signal à 7{,}91\text{ ppm} (doublet, J = 480\text{ Hz}, 1\text{ H}) : Il correspond au proton directement lié à l'atome de phosphore (\mathrm{P}-\mathrm{H}) du cation phosphonium. Le phosphore ^{31}\mathrm{P} ayant un spin nucléaire I = 1/2, le signal est dédoublé en un doublet (2I+1 = 2). La constante de couplage scalaire ^{1}J_{\mathrm{P-H}} = 480\text{ Hz} est très élevée, ce qui est caractéristique d'un couplage direct à une liaison.
• Signal à 6{,}58\text{ ppm} (doublet, J = 10\text{ Hz}, 6\text{ H}) : Il correspond aux 6 protons aromatiques situés en position méta des trois groupements mésityle (positions 3 et 5 de chaque cycle). Le dédoublement provient du couplage à longue distance avec le noyau de phosphore ^{31}\mathrm{P} (^{4}J_{\mathrm{P-H}} = 10\text{ Hz}).
• Signal à 4{,}10\text{ ppm} (quadruplet, J = 112\text{ Hz}, 1\text{ H}) : Il correspond à l'hydrure directement lié au bore (\mathrm{B}-\mathrm{H}) de l'anion hydridoborate [(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3\mathrm{BH}]^-.

• Signaux à 1{,}95\text{ ppm}, 1{,}87\text{ ppm} et 1{,}62\text{ ppm} (trois singulets de 9\text{ H} chacun, soit 27\text{ H} au total) : Ces signaux correspondent aux groupements méthyle portés par les trois noyaux mésityle (3 \times 3 \times 3 = 27\text{ H}). En raison de l'encombrement stérique considérable, la rotation autour des liaisons \mathrm{P}-\mathrm{C}_{\mathrm{Ar}} est bloquée : la molécule adopte une conformation hélicoïdale (en hélice, de symétrie C_3) où les deux méthyles ortho de chaque cycle mésityle ne sont plus équivalents (diastéréotopiques). On observe ainsi :

  • un singulet (9\text{ H}) pour les méthyles en position para ;
  • deux singulets distincts (9\text{ H} chacun) pour les deux ensembles de méthyles en positions ortho.

2. Commentaire sur la multiplicité du signal à 4{,}10\text{ ppm} :

• D'après les données de l'énoncé, l'isotope majoritaire du bore, ^{11}\mathrm{B} (abondance naturelle d'environ 80\,\%), possède un spin nucléaire :

  I = \frac{3}{2}

• Le couplage scalaire direct d'un proton avec un seul noyau de spin I fait éclater la raie de résonance en :

  2nI + 1 = 2 \times 1 \times \frac{3}{2} + 1 = 4 \text{ composantes}

  Le signal apparaît donc sous la forme d'un quadruplet.

• Intensités des raies : Contrairement à un couplage avec trois protons équivalents (I = 1/2) qui donne un quadruplet d'intensités binomiales 1:3:3:1 (triangle de Pascal), le couplage avec un unique noyau de spin I = 3/2 donne un quadruplet constitué de quatre raies d'égales intensités (1:1:1:1), car les quatre états de projection magnétique du spin nucléaire (m_I = -3/2, -1/2, +1/2, +3/2) ont la même probabilité d'occupation.
• La constante de couplage ^{1}J_{^{11}\mathrm{B}-\mathrm{H}} = 112\text{ Hz} est typique d'une liaison covalente bore-hydrogène.

1. Structure du composé 5 :

D'après le texte de l'énoncé, le composé \mathbf{5} est le 1,1-diphényléthène. Sa formule semi-développée est :

soit topologiquement :

2. Équation-bilan de formation :

Il s'agit d'une réaction d'oléfination de Wittig entre la benzophénone (diphénylméthanone) et l'ylure de phosphore non stabilisé (méthylènetriphénylphosphorane) :

(l'ylure pouvant indifféremment être représenté sous sa forme mésomère zwitterionique \mathrm{Ph}_3\mathrm{P}^+-\bar{\mathrm{C}}\mathrm{H}_2).

3. Force motrice de la réaction :

La force motrice thermodynamique de l'oléfination de Wittig réside dans la formation concomitante de l'oxyde de triphénylphosphine \mathrm{Ph}_3\mathrm{P}=\mathrm{O}, qui comporte une liaison phosphore-oxygène extrêmement stable et forte. Cette grande stabilité se traduit par une énergie de liaison particulièrement élevée :

Ce gain enthalpique très favorable rend la réaction quasi-irréversible et déplace totalement l'équilibre vers la formation de l'alcène.

1. Structure du produit final 7

La réaction globale est l'hydrogénation catalytique du 1,1-diphényléthène \mathbf{5} (\mathrm{Ph}_2\mathrm{C}=\mathrm{CH}_2). L'addition formelle d'une molécule de dihydrogène \mathrm{H}_2 sur la double liaison conduit à l'alcane correspondant, le 1,1-diphényléthane :

2. Analyse des étapes et structure de l'intermédiaire 6

• Étape A : Le mélange de la base de Lewis \mathbf{1} (\mathrm{PMes}_3) et de l'acide de Lewis \mathbf{2} (\mathrm{B}(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3) réagit avec \mathrm{H}_2 pour former le sel \mathbf{3} + \mathbf{4} constitué du cation phosphonium [\mathrm{Mes}_3\mathrm{PH}]^+ et de l'anion hydridoborate [(\mathrm{C}_6\mathrm{F}_5)_3\mathrm{BH}]^- (d'après la question Q24). La liaison \mathrm{H}-\mathrm{H} subit un clivage ionique en \mathrm{H}^+ et \mathrm{H}^-. Il s'agit donc d'une coupure hétérolytique.

• Étape B : L'état intermédiaire indiqué dans le cycle est le mélange \mathbf{2} + \mathbf{3} + \mathbf{6}. On constate que le cation phosphonium \mathbf{3} n'a pas réagi, tandis que l'anion hydridoborate \mathbf{4} a libéré l'acide borane libre \mathbf{2}. L'anion \mathbf{4} a donc cédé son ion hydrure \mathrm{H}^- à l'alcène \mathbf{5}. Cette étape est un transfert d'hydrure.

  L'addition de l'hydrure \mathrm{H}^- s'effectue régiosélectivement sur le carbone terminal du 1,1-diphényléthène (\mathrm{CH}_2), ce qui conduit au carbanion benzhydrylique \mathbf{6}, fortement stabilisé par délocalisation mésomère sur les deux noyaux aromatiques :

  \boxed{\mathbf{6} \;:\quad \mathrm{Ph}_2\bar{\mathrm{C}}-\mathrm{CH}_3 \quad \left(\text{anion 1,1-diphényléthyle}\right)}
• Étape C : Le carbanion \mathbf{6} réagit avec le cation phosphonium \mathbf{3} (\mathrm{Mes}_3\mathrm{PH}^+) : ce dernier lui transfère son proton \mathrm{H}^+, ce qui délivre le produit hydrogéné \mathbf{7} et régénère la phosphine libre \mathbf{1}. Il s'agit d'un transfert de proton. Le catalyseur (\mathbf{1} + \mathbf{2}) est ainsi intégralement régénéré.

En résumé, l'attribution des étapes est la suivante :

L'hydrogénation classique des liaisons multiples carbone-carbone fait habituellement appel à des catalyseurs à base de métaux de transition, soit hétérogènes (palladium sur charbon \mathrm{Pd/C}, platine \mathrm{Pt}, nickel de Raney), soit homogènes (catalyseur de Wilkinson \left[\mathrm{RhCl}(\mathrm{PPh}_3)_3\right]).

Par comparaison avec ces procédés traditionnels, l'utilisation d'une paire de Lewis frustrée (FLP) présente plusieurs avantages majeurs ; on peut notamment citer :

1. L'absence de métaux de transition (catalyse dite « sans métal » ou metal-free) : les métaux nobles couramment employés (\mathrm{Pd}, \mathrm{Pt}, \mathrm{Rh}) sont rares, très coûteux et toxiques. Leur remplacement par un système organique/bore évite la présence de résidus métalliques toxiques dans le produit final (un critère particulièrement critique dans l'industrie pharmaceutique) et s'inscrit dans les principes de la chimie verte.
2. Des conditions opératoires particulièrement douces : l'activation et l'hydrogénation se font ici à température ambiante et sous pression atmosphérique de dihydrogène (P = 1\text{ bar}), avec une cinétique très rapide (conversion complète en 15\text{ minutes} pour 1\,\% molaire de catalyseur), alors que de nombreux procédés industriels ou de laboratoire au laboratoire nécessitent l'emploi d'autoclaves sous haute pression de \mathrm{H}_2.

La proline fait partie de la classe des acides \boldsymbol{\alpha}-aminés (ou plus généralement des acides aminés), et constitue l'un des 20 acides \alpha-aminés protéinogènes naturels entrant dans la composition des protéines.

La molécule 9 possède une fonction ester méthylique, tandis que la molécule 10 est un alcool tertiaire portant deux groupements phényles sur le même carbone.

Cette transformation s'effectue en une seule étape synthétique par double addition nucléophile d'un réactif de Grignard :

1. 1.

   Addition de l'organométallique : Traitement de l'ester 9 par au moins 2 équivalents (typiquement un excès de 2{,}5 à 3 équivalents) de bromure de phénylmagnésium \mathrm{PhMgBr} (ou de phényllithium \mathrm{PhLi}), dans un solvant éthéré anhydre tel que le tétrahydrofurane (\mathrm{THF}) ou l'éther diéthylique (\mathrm{Et}_2\mathrm{O}), sous atmosphère inerte (\mathrm{N}_2 ou \mathrm{Ar}) :

   • Une première addition nucléophile de \mathrm{Ph}^- sur le carbone du carbonyle de l'ester forme un intermédiaire tétraédrique ;
   • L'élimination du groupement partant méthanolate (\mathrm{CH}_3\mathrm{O}^-) génère in situ une cétone intermédiaire ;
   • La cétone étant plus électrophile que l'ester de départ, elle subit immédiatement l'addition d'un second équivalent de \mathrm{PhMgBr} pour conduire à un alcoolate de magnésium tertiaire.
2. 2. Hydrolyse : Hydrolyse en milieu aqueux modérément acide (par exemple avec une solution aqueuse saturée de chlorure d'ammonium \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}_{(\mathrm{aq})} ou d'acide chlorhydrique dilué) afin de protoner l'alcoolate sans affecter le reste de la molécule :

1. Schéma du montage de Dean-Stark

2. Justification de l'intérêt du montage de Dean-Stark

• Nature de la réaction : La condensation entre l'amino-alcool issu de la déprotection de l'amine de 10 (la \alpha,\alpha-diphénylprolinol) et la triméthylboroxine 11 pour former l'oxazaborolidine CBS 8 est une réaction réversible s'accompagnant de l'élimination stœchiométrique d'eau :

  3\,\text{amino-alcool} + \mathbf{11} \rightleftharpoons 3\,\mathbf{8} + 3\,\mathrm{H_2O}
• Principe de séparation : Le toluène et l'eau forment un hétéroazéotrope dont la température d'ébullition (environ 85\,^\circ\mathrm{C}) est inférieure à celle du toluène pur (110{,}6\,^\circ\mathrm{C}) et de l'eau (100\,^\circ\mathrm{C}). Les vapeurs hétéroazéotropiques montent, se condensent dans le réfrigérant et tombent dans le tube collecteur du Dean-Stark.
• Décantation et piégeage : L'eau et le toluène sont non miscibles à l'état liquide. L'eau étant plus dense (\rho_{\mathrm{eau}} \approx 1{,}00\text{ g}\cdot\text{cm}^{-3}) que le toluène (\rho_{\mathrm{tolu\grave{e}ne}} \approx 0{,}87\text{ g}\cdot\text{cm}^{-3}), elle s'accumule au fond du tube gradué. Le toluène surnageant déborde par la branche latérale et retourne en continu dans le ballon réactionnel.
• Déplacement d'équilibre : L'élimination continue de l'eau hors du milieu réactionnel déplace l'équilibre chimique dans le sens direct (principe de Le Chatelier), ce qui permet d'obtenir un rendement quantitatif en CBS 8 tout en évitant l'hydrolyse du produit formé.
• Suivi de la réaction : La mesure du volume d'eau recueillie dans la partie graduée permet en outre de suivre l'avancement de la réaction et de repérer son achèvement.

La réaction entre le cyclohexa-1,3-diène 13 (diène conjugué bloqué en conformation s-cis) et la méthylacroléine 14 (diénophile) est une réaction de cycloaddition [4+2] de Diels-Alder concertée supracirculaire-supracirculaire ([\pi 4_s + \pi 2_s]).

1. Diastéréosélectivité (endo / exo) : D'après la règle endo d'Alder (règle de l'accumulation maximale d'insaturations), l'approche privilégiée place le substituant électroattracteur et insaturé (-\mathrm{CHO}) du côté du système \pi du diène. Cet état de transition endo est cinétiquement favorisé grâce à des interactions orbitalaires secondaires stabilisantes entre les orbitales \pi du carbonyle et celles du diène (recouvrement liant entre la \mathrm{BV} du diénophile et la \mathrm{HO} du diène sur les carbones internes).

Le groupe formyle -\mathrm{CHO} se retrouve donc en position endo (orienté vers la double liaison résiduelle du bicyclo[2.2.2]octène), tandis que le groupe méthyle -\mathrm{CH}_3 se retrouve en position exo (orienté vers le pont éthano -\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-).

2. Énantiosélectivité : En l'absence de catalyseur chiral tel que le CBS, le milieu réactionnel est achiral. Les deux réactifs étant achiraux et présentant des faces énantiotopiques, l'attaque endo s'effectue avec une probabilité strictement identique sur les deux faces. La réaction conduit donc à un **mélange racémique** (mélange équimolaire) des deux énantiomères 15-S et 15-R.

La formation de l'adduit de Lewis 16 repose sur les caractéristiques suivantes :

• Acidité de Lewis de 12 : La protonation de l'atome d'azote bloque son doublet non liant, empêchant la rétrodonation \pi vers l'orbitale 2\mathrm{p} vacante du bore. Le bore devient ainsi un centre acide de Lewis exceptionnellement puissant.

• Coordination de la méthylacroléine 14 : L'oxygène du groupe carbonyle \mathrm{C}=\mathrm{O} engage l'un de ses doublets non liants pour former une liaison dative (covalente de coordination) avec la lacune du bore :

  \mathrm{B} \longleftarrow \mathrm{O}=\mathrm{CH}-\mathrm{C}(\mathrm{CH}_3)=\mathrm{CH}_2
• Liaison hydrogène stabilisatrice : Le proton porté par l'ammonium \mathrm{N}^+-\mathrm{H} établit simultanément une liaison hydrogène intramoléculaire avec l'oxygène du carbonyle (\mathrm{N}^+-\mathrm{H}\cdots\mathrm{O}=\mathrm{C}). Cette double interaction (coordination au bore et pont hydrogène) verrouille rigoureusement l'orientation spatiale du diénophile.
• Conformation du diénophile : La méthylacroléine adopte une conformation s-trans (liaisons \mathrm{C}=\mathrm{O} et \mathrm{C}=\mathrm{C} antiparallèles), énergétiquement plus stable en raison d'une gêne stérique minimale.

On propose ainsi la structure suivante pour l'adduit de Lewis 16 :

1. Origine du caractère énantiosélectif de la réaction

En l'absence de catalyseur chiral, l'approche du diène sur l'une ou l'autre des deux faces énantiotopiques du diénophile est équiprobable, conduisant à un mélange racémique des énantiomères.

En présence du catalyseur oxazaborolidine protonné 12, chiral (issu de la \text{L}-proline naturelle de configuration S) :

• La méthylacroléine 14 se coordonne au bore et établit une liaison hydrogène intramoléculaire \mathrm{N^+ - H \cdots O=C} (adduit 16), ce qui fige le diénophile dans une conformation plane et rigide (s-trans) au sein d'un complexe chiral.
• Les deux faces du diénophile deviennent alors diastéréotopiques.
• Les volumineux substituants phényles portés par le squelette du catalyseur créent une forte gêne stérique qui masque l'une des faces du diénophile. L'attaque du cyclohexa-1,3-diène a donc lieu très préférentiellement sur la face opposée, la moins encombrée, ce qui induit une très haute énantiosélectivité.

2. Représentation de l'énantiomère majoritaire 15-S

L'addition Diels-Alder conduit au squelette bicyclo[2.2.2]oct-5-ène. Le groupement électroattracteur -\mathrm{CHO} est majoritairement en position endo (tourné vers la double liaison résiduelle \mathrm{C}_5=\mathrm{C}_6) et le groupement méthyle -\mathrm{CH}_3 en position exo.

3. Vérification de la configuration absolue (S) au carbone \mathrm{C}_2

Attribution des priorités selon les règles de Cahn, Ingold et Prelog (CIP) autour du centre stéréogène \mathrm{C}_2 :

1. -\mathrm{CHO} : le carbone est lié à (\mathrm{O}, \mathrm{O}, \mathrm{H}) \implies priorité 1 ;
2. -\mathrm{C}_1 (tête de pont) : lié à \mathrm{C}_6 (sp^2, compté doublement lié à \mathrm{C}), \mathrm{C}_7 (sp^3) et \mathrm{H}, soit (\mathrm{C}, \mathrm{C}, \mathrm{C}, \mathrm{H}) \implies priorité 2 ;
3. -\mathrm{C}_3 : groupement méthylène -\mathrm{CH}_2-, lié à (\mathrm{C}_4, \mathrm{H}, \mathrm{H}) \implies priorité 3 ;
4. -\mathrm{CH}_3 : groupement méthyle, lié à (\mathrm{H}, \mathrm{H}, \mathrm{H}) \implies priorité 4.

Le substituant de plus faible priorité -\mathrm{CH}_3 (4) pointe vers l'arrière du plan (liaison hachurée). Le sens de parcours des substituants par ordre de priorité décroissante :

s'effectue dans le sens anti-horaire (sens trigonométrique).

Le centre stéréogène \mathrm{C}_2 est donc bien de configuration absolue \mathbf{(S)}.