Lewis superacid-catalysed coupling of acetals and olefins : applications in the field of flavors and fragrances

Les composés de faible poids moléculaire présentent un intérêt en chimie des arômes et des parfums. Ce travail de thèse est dédié à trois aspects : le développement de deux méthodologies de couplage acétal-oléfine catalysé par un superacide de Lewis ; la synthèse de dérivés pouvant posséder des notes olfactives intéressantes ainsi qu’à la synthèse totale d’un composé naturel, la (-)-rotundone, intéressant pour ses propriétés organoleptiques tant pour les arômes que pour la parfumerie.Deux méthodes de couplage entre acétals et oléfines ont tout d’abord été appliquées pour la cyclisation intramoléculaire de dérivés malonates pour former des cycliques à cinq, six et sept chaînons. Il a été trouvé que le triflate de bismuth(III) dans des solvants apolaires mène plutôt à la formation d’éthers insaturés, alors que le triflate de fer(III) dans des solvants polaires en présence de méthanol mène préférentiellement à la formation de composés diéthers. La catalyse au triflate de bismuth(III) a par la suite été utilisée de manière intermoléculaire, ce qui a mené à la synthèse de composés ayant un fort impact olfactif. Un éther insaturé carbocyclique particulier, obtenu par couplage intramoléculaire à l’échelle de 300 g, ainsi qu’un dérivé de l’acétoacétate de méthyle ont fait l’objet de dérivatisations pour obtenir 17 nouvelles molécules avec des notes olfactives intéressantes, qui ont été évaluées par un panel d’experts. La (-)-rotundone, odorant naturel à la note typique de poivre, découverte en 1967 dans l’huile essentielle de souchet rond japonais connait depuis 2008 un intérêt grandissant. Présente dans des cépages de raisin, des épices et des fruits par exemple, elle a été synthétisée à partir du (R)-(+)-limonène en 12 étapes. Ceci constitue la quatrième synthèse totale de ce composé décrite à ce jour.Low molecular weight molecules are interesting for the flavor and fragrance industry. This thesis research work was focused on three main points: the development of two acetal-olefin Lewis superacid catalyzed coupling methodologies; the synthesis of new derivatives with potentially interesting olfactive properties and the total synthesis of (-)-rotundone, a natural compound, known for its organoleptic properties and of interest for the flavor and fragrance industry. Two acetal-olefin coupling methodologies were first set-up for the intramolecular cyclisation of malonate derivatives to obtain five, six and seven-membered carbocycles. It was found that bismuth(III) triflate in apolar solvents led preferentially to the formation of unsaturated ethers, while iron(III) triflate in polar solvent with added methanol afforded diether compounds. The bismuth(III) triflate catalyzed methodology was then applied for the intermolecular coupling, leading to the synthesis of highly odorant compounds. A specific cyclic unsaturated ether, obtained by intramolecular coupling on a 300 g scale, and a methyl acetoacetate derivative were derivatized to yield 17 new compounds with noticeable olfactive notes, which were evaluated by a panel of experts. The (-)-rotundone, a naturally occurring molecule responsible for a peppery aroma, discovered in 1967 in the essential oil from nut grass weed of Japanese origin is of increasing interest since 2008. It has been found as constituent of different grape varieties, spices and fruits for example. In the course of this thesis, the (-)-rotundone was obtained from (R)-(+)-limonene. Our 12 steps synthetic procedure constitutes the fourth total synthesis described so far